基于CDIO工程教育理念的軟件工程實踐教學改革

盧瑩++莊麗華

摘要：本文分析了軟件工程實踐教學的現狀及亟待解決的問題，介紹了基于CDIO工程教育理念的軟件工程實踐教學體系的改進思路，提出了從基礎實驗到綜合實踐逐步過渡的軟件工程實踐教學二級模型。學生通過軟件工程綜合實踐環節的訓練，鞏固了軟件開發技能，提高了綜合分析問題能力，獲得了軟件開發經歷，培養了團隊協作意識。

關鍵詞：CDIO工程教育；軟件工程；綜合實踐教學；二級模型

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）28-0102-03

軟件工程是一門伴隨軟件危機的出現而發展起來的課程，軟件工程課程的主旨在于學生能夠運用軟件工程的原理、方法和工具開發計算機應用軟件。理論與實踐并重是軟件工程教學的基本特點，軟件工程實踐教學更直接影響學生的軟件開發能力。

軟件工程課程內容覆蓋面較寬，與數據庫系統原理、程序設計語言、算法設計與分析等課程內容交織，為了實現相關課程之間內容的貫通、拓展學生的學科知識、提高學生綜合分析和解決問題的能力，我們將專題學習（Project-Based Learning）[1]、任務學習（Task-Based Learning）[2]和基于問題的學習（Problem-Based Learning）[3，4]等教學方法引入課程教學中，突出軟件工程課程的綜合性、實踐性特色。

在軟件工程實踐教學環節，我們從CDIO工程教育模式得到啟發，結合軟件工程課程特點，對軟件工程實踐教學體系進行了調整和改進，實現了從基礎實驗到綜合實踐的逐步過渡和合理銜接。

本文針對軟件工程實踐教學中存在的問題，給出了實踐教學體系和內容的改進思路，討論了綜合實踐教學的實施細節。

一、軟件工程實踐教學體系的改進思路

我校軟件工程課程組從CDIO工程教育模式出發，根據軟件工程課程特點和教學內容，對軟件工程實踐教學體系進行了改進，采取分層次、分步驟的方式安排實踐教學內容，使學生在軟件開發技能、綜合分析問題能力、軟件系統開發經歷、團隊協作意識等方面得到系統訓練。

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的成果，包括構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）四個環節[5]。CDIO提出了系統的能力培養教學大綱，內容涵蓋了學生對理論知識的掌握程度、個人素質和發展能力、與人協作交流能力以及大系統適應和調控能力等多個方面；強調以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[6]。CDIO認為工科學生的能力應該體現在工程基礎知識能力、個人職業技能、團隊協作能力和工程系統開發能力四個層面[7]。軟件工程課程的培養目標是，學生掌握現代軟件開發理論和準則，具備對軟件行業和軟件項目的理解與掌控能力，擁有根據軟件需求進行創新設計的能力，并且在軟件開發團隊中能夠進行良好的團隊協作和人際溝通[8]。軟件工程課程的特點和培養目標與CDIO工程教育理念不謀而合。CDIO的12條標準為工程教育改革提供了具體化的、可操作、可測量的模板[9]。我們以此為依據并結合軟件工程課程的教學特點，對軟件工程實踐教學的內容、結構、實施細節進行了調整和改進。CDIO倡導主動學習，即教學活動中學生能夠基于自己的思考和實踐解決問題。我們提出了一種主動式、知識探究型的教學模式——問題式教學模式。問題式教學模式關注實踐教學活動中的問題設計，教師根據課程特點、設計富有挑戰性的非良構問題；學生以學習團隊的形式參與問題式教學活動，通過解決緊密聯系實際的非良構問題來探究問題背后隱含的學科概念和原理，拓展專業知識，培養團隊協作意識[10]。

CDIO工程教育模式強調在教學活動中將學科概念和學生能力逐步整合，學生在工程實踐過程中掌握知識、提高工程項目分析設計和實施能力。據此，我們將軟件工程實踐教學內容分為基礎實驗和綜合實踐兩個相對獨立的環節。基礎實驗與軟件工程理論教學同步進行，重點訓練學生對軟件生命周期組成階段的理解、對系統分析和系統設計工具的掌握。綜合實踐部分以實訓課程的形式單獨開課，教學內容涵蓋軟件工程、程序設計、數據庫系統原理等多門軟件類課程，重點培養學生的軟件開發能力和團隊協作意識。

二、軟件工程實踐教學二級模型

從學生運用軟件工程基礎知識的能力、系統化的個人職業技能訓練、軟件項目的開發能力和團隊協作能力四個層面出發，將軟件工程實踐教學劃分為基礎實驗和綜合實踐兩級，圖1所示的軟件工程實踐教學二級模型概括了軟件工程實踐教學體系的框架和內容。

基礎實驗模塊融合在軟件工程課程教學中，培養學生對軟件工程原理的理解、軟件開發技能和工具的掌握。

軟件工程綜合實踐模塊內容涵蓋軟件項目開發的完整過程，以軟件實訓課程的形式獨立開設，側重學生軟件項目開發能力和團隊協作意識的培養。綜合實踐模塊依托軟件工程基礎實驗和其他相關的軟硬件支撐資源，是軟件工程基礎實驗的延伸和擴展。

1.基礎實驗模塊。軟件工程基礎實驗模塊涉及軟件生命周期的四個主要階段，內容包括需求分析模型及建模工具、軟件結構及接口設計、系統實現過程中所需的算法邏輯設計、與軟件單元測試和集成測試相關的測試用例設計等。基礎實驗的主要目的在于學生領會軟件工程基本理論和準則、掌握軟件工程標準、學習使用軟件開發工具。基礎實驗內容偏重于設計型，具備一定的靈活性；但實驗形式屬于驗證型，是課堂教學中案例教學法的延伸和應用。教師通過教學案例闡述如何運用軟件工程理論、技能和工具，學生在實驗過程中模擬解決與教學案例類似的軟件問題，以實踐的方式體會和鞏固軟件工程知識。

2.綜合實踐模塊。軟件工程綜合實踐環節主要從培養學生團隊合作環境下的軟件項目研發能力出發，引導學生使用主流的軟件開發技能和工具，獲得較真實的軟件項目開發經驗。學生在軟件工程基礎實驗階段所掌握的軟件開發技能和工具應用能力以及其他相關軟件類課程的知識，是完成綜合實踐任務的前提。endprint

3.綜合實踐模塊包括五部分內容。軟件定義階段，要求學生通過一系列調研活動對系統目標進行準確定位，根據個人特長和軟件項目開發的需要合理組織項目開發團隊并進行工作分工，按照軟件工程規范制訂項目開發計劃。

具體的軟件項目開發工作集中在系統分析、系統設計和系統實現三個階段完成。系統分析階段主要解決軟件項目“做什么”的問題，并以功能模型、數據模型和動態模型的形式表達分析結果。“如何做”的問題將在系統設計階段解決，包括實現系統功能的物理方案、數據庫實施方案等內容。系統實現就是通常意義上的編程階段，包括編程環境的配置、編寫代碼、進行軟件測試和系統集成等工作。

評價考核階段既是對學生綜合實踐成果的檢驗，也是對實踐教學環節的反思，是一個再提高的過程。

三、軟件工程綜合實踐教學的實施細節

軟件工程基礎實驗的內容和形式已經非常成熟，我們對軟件工程實踐教學體系進行改革的重點是綜合實踐教學。

軟件工程綜合實踐教學融合了計算機專業多門軟件類課程的內容，并與軟件開發的新技術新工具緊密結合，是一項系統化的教學實踐活動。在具體的實踐教學實施過程中，教師提供的綜合實踐題目、學生組成的項目開發團隊以及實踐教學的評價考核方式都是影響實踐教學質量的重要因素。

1.綜合實踐題目的特點。在軟件工程綜合實踐環節，教師要為學生提供實踐題目，即需要學生完成的軟件開發項目。實踐題目要兼顧普適性與創新性兩個方面。所謂普適性即實踐題目要具備明確的可操作性，學生通過綜合實踐活動能夠體驗軟件項目開發的基本規范，經歷軟件開發的完整過程。因此，教師提供的綜合實踐題目應該與現實環境中的實際需求緊密相連，便于學生建立感性認識。普適性還體現在不同實踐題目的核心知識需求基本相同，但要保證應用背景不同，以保證學生獲得軟件開發基本技能方面的完整訓練。綜合實踐題目的創新性是指，對已經滿足普適性要求的實踐題目進行適當的需求擴展和功能延伸，并保留一定的不確定性和疑點，即保持適度的非良構性，留給學生思考的空間。這樣可以在軟件開發技能方面引導學生溫故知新、舉一反三，也就是說，學生需要在問題的牽引下去適當學習專業以外的知識、搜集提煉信息、補充項目本身缺失的條件，最終制訂可行的軟件項目實現方案并解決軟件實施問題。

2.軟件項目開發團隊的組建。軟件工程綜合實踐環節是學生對軟件開發過程的模擬體驗，現代軟件開發工作多以團隊協作方式進行。所以對學生而言，綜合實踐環節的第一步工作就是組建軟件項目開發團隊并進行合理分工。

軟件開發團隊成員的角色分為項目經理、軟件工程師、程序員、軟件測試工程師四類。為了使學生能夠模擬較真實的軟件開發過程及開發團隊成員的角色，一般建議5～6個學生組成一個項目開發團隊。組建項目團隊時要考慮學生的認知優勢、學習習慣、學習興趣、動手能力、邏輯思維能力、性格特點等因素，引導學生按照既發揮個人特長，又優勢互補的原則組織項目開發團隊并進行角色分配。

3.綜合實踐教學的評價。成績評定是實踐教學環節的重要工作之一，評價標準和考核方式會影響學生的學習態度和學習方向。我們采用實踐過程監控和結業考核相結合的綜合評價形式。學生通過綜合實踐活動體驗軟件項目開發規范，經歷軟件開發的完整過程，是軟件工程綜合實踐教學的基本目標，所以要將軟件開發過程的規范性、開發文檔的完整性、程序代碼的可理解性、系統運行穩定性作為基本的評價標準。軟件工程綜合實踐題目兼具普適性與創新性兩方面特征，要求學生完成的軟件項目與特定應用領域密切相關，題目本身具有一定的開放性和不確定性。同一軟件項目，往往會有若干技術實現方案，這些方案可能各有優劣，因此應該遵循沒有最好、只有更好的評價標準，對學生進行的實際調研、提出的合理假設、創造性改進等工作予以肯定。

結業考核方式采用答辯會形式，每個參加考核的項目團隊都要進行工作陳述和系統演示，接受教師同學的提問并進行答辯。通過辯論和提問，引發了學生對相關問題更深層次的思考和探究欲望，這種開放性的交互辯論方式可以促使學生接觸更廣泛的實用性軟件項目，以換位思考的形式領略其他軟件開發團隊的工作成果。

四、結語

軟件工程課程的基本出發點是用工程化原理和手段指導軟件開發，軟件工程原理和準則只有通過軟件開發實踐才能充分體現。為了解決軟件工程教學中實踐環節薄弱的問題，我們將先進的CDIO工程教育理念應用在軟件工程教學改革中，提出了一種可行的軟件工程實踐教學框架——軟件工程實踐教學二級模型，實現了軟件工程基礎實驗到綜合實踐的平穩過渡和合理銜接。學生通過軟件工程實踐教學活動，掌握了軟件開發基本技能，可以在軟件開發工具使用、軟件開發經歷體驗、團隊協作意識培養等方面得到系統訓練。

參考文獻：

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