物聯網軟件工程CDIO項目化教學實施體系設計

【摘 要】通過分析物聯網軟件工程和CDIO項目化教學的內涵，探討項目化教學實施方案構建的總體思路與內容，從課程建設體系、教學模式、教學管理和教學評價體系等多方面進行項目化教學實施設計，構建校企協同創新深度合作、企業真實的教學生態環境、多樣化的教學模式、培養開放式的師資隊伍等教學實施方案，提高學生的實踐能力、創新創業能力與職業素養能力。

【關鍵詞】物聯網 軟件工程 CDIO 項目化教學

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）09C-0161-03

物聯網軟件工程是一門綜合性、實踐性很強的融合新一代信息技術的課程，設置依據是傳統的軟件工程設計、嵌入式系統與信息系統開發等課程，它將無線傳感器網絡、移動互聯網、M2M、GPS、GIS和北斗衛星導航等物聯網技術融合創新平臺建設，提供系統交互式通信以及智能識別、定位、跟蹤、監控和管理等功能的應用開發。物聯網軟件工程課程深度融入校企協同創新平臺，把仿真的實驗實訓平臺建設成為真實的開發平臺，它以一種全新的理念使課堂向社會延伸，在企業環境中融入實訓大綱與教學內容，在教學模式上實現創新。

在信息化產業及軟件產業不斷發展的大環境下，社會對物聯網軟件工程人才的需求標準不斷提高，要求物聯網軟件工程師必須具備扎實的基礎。因此，要培養社會缺乏的高素質物聯網軟件工程人才，迫切需要對當前傳統的軟件工程教學實施體系進行改革與創新，以便更加適應未來社會的快速發展。

一、CDIO項目化教學內涵

CDIO（Conceive，構思；Design，設計；Implement，實施；Operate，運行），是近年來國際工程教育改革的新成果，提出了操作性強的職業能力培養、全面實施和檢測測評的標準。它以產品從研發到運行的全生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的和課程之間相聯系的方式學習工程。項目化教學是通過實施一個完整的項目來達到教學目標的方法，對課程進行改革，培養學生創造能力和解決問題的能力。CDIO項目化教學改變由傳統“以課本為中心”為“以軟件項目為中心”，CDIO工程教育提倡在工程實踐能力、個人能力、團隊協作能力和工程創造能力上進行綜合培養。

二、CDIO項目化教學實施體系設計

（一）總體構思設計框架。以職業能力培養為目標，秉承CDIO工程教育理念，制定項目化教學實施體系，培養學生實踐能力與創新創業能力。CDIO項目化教學實施體系從行業對人才的需求出發，遵循反工藝路線的思想，制定各階段的培養目標，以項目實施為核心，設計框架如圖1所示。

圖1 CDIO項目化教學實施體系設計框架

CDIO項目化教學實施體系設計框架按反工藝路線分為四個階段：首先，分析第四階段大型項目，深入分析行業企業對物聯網軟件工程人才的需求，探討學生在這一階段應具備的軟件工程能力和職業技能，制定物聯網軟件人才培養的總目標，確定軟件專業的具體方向；其次，分析第三階段中型項目，學生應掌握的專業選修知識、所需選修技能，滿足第四階段大型項目培養的總目標，反過來分析制定這一階段的所要達到的具體培養目標；再次，分析第二階段小型項目，學生應掌握的專業核心知識、所需核心技能，滿足第三階段中型項目培養的總目標；最后，分析第1階段微型項目，從學生應具備的基礎知識和基本技能，制定這一階段的具體培養目標，以實現第二階段小型項目的培養目標。

（二）CDIO項目化教學實施體系。具體如下：

1.CDIO項目化課程建設體系。在物聯網軟件工程教學中融入科學成果和工程案例，優化組合課程實驗，增加與企業協同創新合作的工程實訓課程比例，并貫穿CDIO項目化教學模式，培養學生的工程實訓創新能力，按照校企協同創新，結合專業培養目標，優化重構以“實驗→課程設計→工程實訓→企業實習”為主線的實踐教學環節，構建“軟件編程能力→系統開發能力→工程應用能力→創新創業能力”的能力訓練體系，實現學生物聯網軟件工程專業技能、工程實踐能力與創新創業素養的漸進性階梯式培養，如圖2所示。

圖2物聯網軟件工程課程建設體系

各階段項目設計要滿足學生知識的掌握和能力培養的要求：（1）畢業設計、企業實習階段專業領域方向實驗課程：企業信息化、嵌入式技術和物聯網信息安全等課程以大型項目開發為主，盡量讓學生在企業實習基地完成，參與軟件企業真實項目開發的全過程，培養學生創新創業能力；（2）對于專業選修課程，如JAVAEE應用開發、.NET開發框架和移動互聯網開發技術等實訓課程的設計以中型項目為主，讓學生在模擬企業真實環境的工程實訓中心完成；（3）對于專業核心課程，如物聯網軟件工程、數據庫原理與設計、操作系統和計算網絡等的實訓課程設計以小型項目為主，盡量讓學生學校的實訓使中完成；（4）對于專業基礎課程如C++、數據結構與算法等的教學以微型項目為主，大多在學校的實驗室中完成。

2.CDIO項目化教學運行模式。CDIO項目化教學模式是CDIO的基礎上采用“項目驅動”的教學方法：（1）講授內容圍繞物聯網軟件工程以項目的方式引入有關知識點，根據講授完成項目需要的理論需要，教師預先準備多個微小的軟件開發項目；（2）模擬企業工作環境實施課堂微型項目，邊做項目邊講理論，讓學生真正在“學中干”中應用理論，課堂組織過程項目化，將學生作為主體，以軟件開發項目的研發過程為引導，采用學生小組團隊合作和個人獨立完成相結合的教學形式，組織學生討論，完成相應的實訓實踐性活動，老師對學生所完成的階段任務加以點評等；（3）學生以項目組為單位承擔項目開發，推行學生組長與項目組評審機制，項目開發結束后在課堂上展示自己的設計方案和實現方法。

3.CDIO項目化教學管理體系。物聯網軟件工程教學管理體系由教學信息管理和項目實訓管理組成。教學信息管理可以將物聯網軟件工程課程信息發布到網上，供師生隨時查閱，將相關數據自動上傳到平臺中心，建立起一個教師、信息和學生之間的通道。項目實訓管理是物聯網實現將人與機器連接實現工程教育的重要組成部分，通過實訓計劃、實訓過程記錄和監督、實訓成果等相關功能，項目化教學過程中學生所參與的實訓環節通過實訓設備將數據主動上報方式匯總，一個完整的實訓過程加上最終的審核評定就成為整個項目的完成過程。

4.CDIO項目化教學評價體系。物聯網軟件工程實訓考核方法更注重對學生“知識—能力—素質”的考核。根據物聯網軟件工程的特點，評價指標包括業務考核和綜合素質評定。業務考核主要評定一定時間內學生完成任務的情況，側重對學生工具的使用與實驗技能、工程設計與實現能力、面向領域的應用能力等方面的考核。綜合素質評定通過對學生實踐過程的學習工作表現評價學生的素質，包括專業素質、個人素質和團隊精神等，評價指標如圖3所示。

圖3 物聯網軟件工程實訓評價指標

物聯網軟件工程實訓的成績分成個人表現和個人項目績效兩方面，通過項目驗收評分進行考核：（1）個人表現主要考核指標如下：團結協作能力、態度主動性、解決問題能力、紀律得分、周報情況和考勤情況；（2）個人項目績效分為項目驗收成績和個人組內評定主要指標包括：功能（完整性準確符合應用需求）、界面（設計美觀符合規范）、技術（應用新難度高）、創新（是否有創新）、演示效果（講解清晰演示流暢重點突出）、文檔（符合規范）、規模（代碼數量數據庫記錄數量）、易用性（易于理解）、可靠性（出錯率低容錯性強）、可維護性（可適應不同場景）；（3）個人組內評定由開發組長、項目經理共同評定，主要指標包括：項目貢獻度、代碼和文檔數量、效率、質量、進度、流程等。

三、物聯網軟件工程CDIO項目化教學實施體系構建

（一）校企協同創新深度合作。校企協同創新深度合作是構建創新能力的重要模式。協同創新全過程貫穿了基礎研究、應用開發、產品設計、市場營銷等諸多環節，高校承擔基礎研究工作，其技術發明經過企業運作轉化為經濟價值，才能完成創新過程；企業需要集合高校來增強其自主創新的能力。物聯網軟件工程項目化教學實施體系圍繞項目展開來設定。與國內外知名軟件企業建立廣泛的合作伙伴關系，解決企業工程師進校講課和專職教師到企業實踐問題，提高專職教師工程實踐經驗；解決學生工程實踐的基礎訓練缺乏和實際解決工程問題能力的不足，打破高校封閉、孤立的人才培養方式，有效促使學校由教師本位學生本位的轉變。

（二）構建企業真實的教學生態環境。物聯網軟件工程項目校企“產學研用”真實教學生態環境，包括社會化需求環境、多實驗例程實訓環境等。以社會化需求為引導，將企業已完成的或正在進行的項目分解為實驗案例，構建多實驗例程庫，按照不同的崗位需求創造實訓環境，完成校企從“生產—學習—研發—應用”的良性循環教學創新機制。按照企業真實環境配置各種儀器，加大對教學資源的投入，創建一流的實訓條件，按照真實的實訓項目、項目角色、工作過程、工作條件、工作壓力， 真實的企業環境標準建設實驗、實訓教學生態環境。

（三）構建多樣化的教學模式。物聯網軟件工程采用多樣化的教學模式，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。微型項目培養階段，教師采用任務驅動教學模式，在課程教學過程中，把知識技能的傳授以完成教師安排的典型“任務”為主；在小型項目培養階段，教師使用情境創設教學模式，教師在教學過程中通過創設與當前學習主題吻合的真實情境，使學生有身臨其境的感覺；在中型項目培養階段，以CDIO教學模式，學生在校企協同創新平臺提供的校外實訓基地開展實訓，教師可以借助當地的工程和項目條件，優化學生的知識結構和情感態度；在大型項目培養階段，使用CDIO項目化教學模式，在教學過程中以項目為主線來展開，通過對問題的深化來拓寬知識的深度來達到培養職業能力的目的。

（四）培養開放式的師資隊伍。在物聯網軟件工程實踐教學中，建設一支具有精通物聯網軟件工程理論方法和新技術，具有企業化背景的專兼職并存的開放式師資隊伍，為學生去企業實習、畢業設計等實踐教學提供保障。學校采用“教師走出去，專家引進來”的方式，讓教師走出去到企業頂崗實踐鍛煉，到軟件產品的研發單位實地實習。邀請從事軟件設計開發的企業專家，給學生現場講解軟件設計開發經驗，軟件全生命周期中文檔如何規范撰寫。企業實習與畢業設計均采用專兼職結合的教師作為導師，并實行“雙導師制”，校內導師的職責是負責實習監管與畢業設計內容與論文寫作的指導審定工作；企業導師的職責是為學生提供物聯網軟件工程實踐環境、工程項目及其技術的指導工作。

物聯網軟件工程CDIO項目化教學模式提高了學生的實踐能力、創新創業能力、團隊協作能力、解決問題的能力與職業素養，按照反工藝路線的思想，設計項目體系與項目內容，圍繞項目的展開與實施設置課程建設體系、教學運行模式、教學管理和教學評價等。踐行CDIO工程教育理念，采取校企協同創新深度合作、企業真實教學生態環境構建、多樣化教學模式和培養開放式的師資隊伍等措施，推行教學實施體系促進教學質量的提高。

【參考文獻】

[1]林興志.物聯網軟件工程校企協同CBE 實訓分析[J].河池學院學報，2014（2）

[2]潘翔.基于物聯網的軟件設計課程實訓教學管理模式構建[J].廣西教育，2014（39）

[3]曾明星，周清平，王曉波，等. 軟件工程專業“項目化”教學實施體系的構建[J].實驗室研究與探索，2013（5）

[4]李春英，湯志康. CDIO模式下的軟件工程課程設計實踐[J].實驗技術與管理，2011（06）

[5]張德海， 柳青，黃光能.基于CDIO的軟件工程教學質量保障體系構建探索與實踐[J].計算機工程與科學，2011（S1）

[6]司春景，李向陽.基于多元教學模式的“軟件工程”課程改革研究[J].中國電力教育，2013（7）

[7]張培穎，等.CDIO工程教育模式在軟件工程核心課程教學中的應用[J].教育探索，2014（12）

【基金項目】廣西高等教育教學改革工程重點項目（2014JGZ154）；廣西高等教育教學改革工程項目 （2013JGB287）；廣西教育科學“十二五”規劃重點課題（2011B0023）

【作者簡介】楊元利（1980- ），男，重慶人，廣西經濟管理干部學院副教授，研究方向：物聯網與信息技術。

（責編 黎 原）