基于CDIO模式的軟件工程實踐教學課程建設的研究

陳澎 熊耀華 周慧

摘 要：CDIO模式是一種全新的工程教育理念和實施體系，注重培養學生獲得扎實的基本理論和工程專業知識，同時對教育過程和工程領域詳細情景進一步耦合。本文將CDIO模式運用到WebGIS實踐教學課程中，從教學組織、學習組織形式和師資管理等多個方面闡述了具體實施過程，并對考核方式和改革效果進行了分析和說明。

關鍵詞：CDIO；實踐教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

目前已是知識經濟的時代，企事業單位從事工程技術人員所學專業技術背景知識越來越多樣化，他們常會被要求具有創新進取的精神以對應大型綜合項目，同時要具備設計、開發、實施和調試的全方面能力[1]。但是，學生畢業后走向工作崗位后所欠缺的方面有如下幾點：

（1）理論與實踐結合能力較弱。其首要原因是高校目前的理論課教材存在一個撰寫和出版周期，導致內容不能與技術更新同步，且內容多為理論與習題結合，缺少真正的實踐和應用環節。教師一般從事科研項目居多，從事生產項目的少，多數實訓、實踐課程沒有觸碰到骨肉核心。

（2）綜合運用知識的能力欠缺。此點在做綜合項目顯得尤為突出，遇到綜合性項目不能將軟件工程思想與實施的項目有機結合，主要原因是高校的課程設置了較高的學科壁壘，知識傳播的系統性較欠缺。

（3）學習新內容的效率較低。當前的一些大學傾向單向填鴨式的教學，導致培養出了主動學習能力較弱的學生。當進入社會時，必須要有較快的知識更新速度以適應高新科技的不斷發展，但他們掌握新的知識仍使用的是傳統系統的學習方法，以專業教師灌輸為主，沒有選擇和有意識地學習，沒有將學習結合到整個項目實施過程，工作效率無法進一步提升。

事實證實，想要培養適合當前信息產業就業形勢的人才就不能單一依靠傳統教學方式，著重培養本科生創造性思維及創新能力，很好發展其綜合應用能力，為解決這個問題CDIO（設想、設計、執行、運轉）應運而生。CDIO工程教育理念是由美國麻省理工學院等名校提出，并在世界范圍進行實踐應用，指出由工程實踐背景代替工程教育背景：培養本科生的工程能力及解決問題能力、創新能力、自發學習能力、團隊合作能力、交流能力和大系統的掌控能力等[2]。

本文以WebGIS應用與實踐課程為例，分析CDIO模式下，該項目課程在教學、考核等方面的改革。

2 基于CDIO的實踐教學改革（Practical teaching

reform based on the CDIO）

2.1 現狀分析

WebGIS應用與實踐是一個WebGIS程序設計課程結束后的實踐課程。但以往的實踐課中使用的實例與實際運用結合不緊密，學生不知道如何將這些實例融會貫通以提高自己開發和應用能力，進而大大降低學生學習積極性。這樣就造成了實踐脫離教學目的，學生無法接觸實際項目，缺乏培養工程實踐能力的手段，導致學生創新能力明顯不足[3]。

另外，考核方式還需進一步革新，實踐教學的考核相對困難。筆試的方式在現階段顯然不合理，要得到高分僅需記住具體流程及形式規范，這在互聯網上很容易得到。這樣就會導致學生上網檢索能力提高了，而實際的實操及創新能力沒有得到鍛煉，對實際項目的開發運行沒有總體的了解，這有悖于我們實踐課程的初衷。如果采用提交大作業的方式，就會出現學生吃“大鍋飯”的局面，難以明確教學效果，所以基于CDIO的實踐教學考核方式的選擇是目前存在的一個重大問題[4]。

2.2 WebGIS實踐教學改革

CDIO的概念不僅秉承與發揚超過二十年的美國和歐洲工程教育改革經驗，還給出了涵蓋了學習環境、教學法、教師及學生考核方式、培養計劃等方面的全面實施培訓和指導系統，實施的具體步驟以及最終的檢驗標準，因此適合將此理念進一步推廣。

基于CDIO的實踐教學改革，有幾個是關鍵和基本點：

（1）教學大綱制定。在CDIO指導下，教學大綱的制定必須符合專業就業需求的基本能力。除了對專業技術知識的學習外，此類能力還包括了工作中所必須具備的團隊協作、自我學習、系統構建等能力。

（2）真實項目的設計和實施過程。WebGIS應用與實踐設置了多次迭代“設計一實施”應用項目，全部以需求分析為初始階段，依次為概念設計、詳細設計和實現及測試階段，這樣每個學生都能夠提升系統設計和實現的才能。

（3）教學綜合過程。此項標準屬于教學法范疇，本科生可通過此過程綜合多種技能，從而提升各項能力。經過此標準教學實現能力提高和知識更新同時獲取的理想目標。

（4）增加教師的企業實習經驗。將企業的實踐項目和工作流程順利的引入到課堂，需要教師有較強的實踐能力。依靠教師的企業實習經驗，一方面可以適當裁剪和修改企業實踐項目，使其更適合教學需求；另一方面，可以對學生的開發過程進行有效的把控和專業的指導。

（5）評價學生工程實踐能力。學生CDIO教學方法的能力，對學生個人的CDIO評價是驗證其有效性的詳細措施，其中主要包括學生的專業技術能力和團隊溝通能力等。

由此模式設計WebGIS應用與實踐包含兩個綜合實訓項目，具有如下特點：

①強調專業技術知識的綜合應用。實踐項目內容囊括了本專業方向大部分知識點，也有一部分知識擴展，項目具一定復雜性，檢閱學生所學知識，并開闊其眼界。

②實踐性較強的項目訓練過程。以真實工程改編成實踐項目，設置模擬職場環境作為教學環境。學生在項目中對立自我根據開發流程要求完成開發，將所學知識與實際實踐完美結合。

3 實踐教學中的管理模式（Management mode in

the practical teaching）

3.1 學習組織形式

WebGIS應用與實踐包括兩個項目：智能應急系統和旅游地理信息平臺。依據CDIO的標準制訂教學大綱，要求學生完兩個項目的需求分析、系統設計、項目實現、系統測試。借由此兩個實訓項目，學生各項技能及溝通能力得到提升，最終發掘并增加了學生的創新創業意識。項目實施時間為實踐學期，集中開發一個月。項目組由4—5人構成，具體分組形式為每組設定組長1人，負責發起學習討論，分配任務。對于小組組長來說，其具體想法最終會得到實現，而對于分組成員將會逐步驗證自己想法。這期間小組成員之間必須通過各種形式的交流溝通，或以組會形式，或以匯報工作方式等，解決項目運行的問題或不同意見。學生必須學會如何表達思路，并說服其他人取得一致認同使項目良好運行。這樣最能提高學生交流與團隊合作能力，也是CDIO模式培養的其中一個目標。

3.2 教學組織

根據CDIO的要求，綜合實訓項目主要以如下多個階段進行：

（1）確定目標方案，提出需求分析和系統設計。先期到相關單位現場調研，與用戶進行交流，了解行業需求。根據用戶需求規格說明，進行需求分析，提交需求分析文檔。教師需對學生的需求分析審核，給出參考意見，以解決學生缺乏項目實際經驗的問題，學生根據教師的建議修改完善。需求完成后開始系統設計，明確系統各個功能點，進行任務細分，制訂工作進度。

（2）項目開發。這個階段主要任務是完成一個WebGIS的項目，要求學生采用敏捷開發模型，根據各自的分工完成相應的任務。敏捷開發模型強調的是高效和多溝通，故小組成員需要每周開例會總結上一階段存在的問題，尋找問題的有效解決途徑，同時規劃本階段的工作任務。與此同時，每天也需要尋找一個固定時間溝通小組成員的進展，盡量保證每位同學都不會成為項目的短板。同時，教師可以監控每個組的進度，同時鼓勵學生分享解決問題的方法或者使用的新技術。教師還具有引導責任，幫助學生解決問題，還將以講演或成立研討會、交流會成員，培養其創造能力，提高專業技能和溝通能力。

（3）運行測試。此階段是對WebGIS項目質量把控的過程。為了在測試過程中發現更多的問題，要求學生進行白盒測試和黑盒測試。小組內部白盒測試，提交測試用例，小組之間黑盒測試，發現問題并提交問題。

（4）項目評估。項目完成后，項目組必須提供規范的需求分析文檔、系統設計文檔、項目源代碼、測試用例。每位學生的評分包括教師給出的小組得分乘以其本人在小組的開發過程中的貢獻度。教師給出的評分需要依據評分標準，盡量細化，用定量描述替代定性描述，保證小組得分的公平和公正性。學生的貢獻度則由小組組長給出，這樣可以更加真實的反應學生的參與度。

3.3 師資管理

目前，不少學校傾向于尋找企業中有實踐經驗的高級程序員或者項目經理來授課，認為這樣能讓學生接觸到真正的項目，提高實戰能力[5]。但是這種方案不一定可取，主要因為是：第一，由于講課經驗的缺乏，在傳授知識的過程中，他們不如專業教師講解的深入淺出，注重條理；第二，每一位工程技術人員在企業中都是重點從事某一項技術的開發，在講解的過程中，技術人員可能會傳授片面的經驗。對于現階段需要均衡發展技術的學生來說，這是弊大于利的。因此，可以采用的方案是注重加強專業教師的實踐能力，給教師提供更多的研究、學習和實踐機會，讓他們直接參與企業實際項目指導設計過程[6]。

4 考核方式（Assessment）

此教學體系要良好運行需要一套嚴格的考核指標[7]。傳統的課程一般采用理論考試的方式，這樣會導致學生為了考試而學習，并沒有體現出實踐能力。后來實踐課程進行了一定的改變，采用上機考試的方式。雖然能在一定程度上考查學生的編程能力，但是由于考試時間短，實踐考題一般比較簡單，通過較短的集中復習即可取得高分。因此，也沒有達到很好的檢驗學生實踐能力的目的。

CDIO本身的教學模式就是以項目驅動的，因此本課程通過兩個項目作為考核內容，如表1所示。

表1 項目考核

Tab.1 Project examination

考核項目 考核能力指標 考核方式 所占權重

項目設計 掌握軟件工程系統分析的方法，能夠通過分析獲取系統需求；

能夠利用面向對象思想對現實問題進行抽象化 提交實現報告 30%

團隊設計過程 項目規劃、設計、實施和團隊協作能力 課堂展示 20%

項目答辯

（兩個項目） 熟悉Web編程基本規范，養成遵循工程規范的習慣和專業素養；

團隊協作能力、運用知識解決問題能力、溝通能力 答辯 50%

教師方面，需要在平時的課堂中觀察學生的各方面能力；學生方面，不能夠僅僅依賴臨時抱佛腳就能通過，只能持續的參與項目，從而促進學生主動學習能力提高[6]。因此新設計的考核方式對二者均有促進提升的作用。

5 結論（Conclusion）

基于CDIO模式開發的WebGIS應用實踐項目，能夠取得以下成果：

（1）學生主動學習能力。通過工程項目的參與，學生能夠主動進行學習，由被動引導思考改變成主動解決問題，從而提高學習效果。

（2）學生工程實踐能力。通過該項目訓練方式，學生的專業技能會得到極大的提高。同時，在項目實施過程中解決問題的能力也會得打大幅提高。

（3）學生WebGIS工程師素質。作為一個工程師，還需要具備良好的團隊合作能力、溝通能力、自我管理能力以及創新能力，通過本項目，學生能清晰的認識到這些能力的重要性，并在真個開發過程中得以提高。

參考文獻（References）

[1] 劉世昌，谷建春.高等教育分化與整合的歷史追溯與現實思考

[J].黑龍江高教研究，2005（01）：7-10.

[2] 萬金華.基于CDIO模式的綜合訓練項目的探索[J].現代企業

教育， 2009（04）：103-105.

[3] 黃鵬宇，等.創新型人才培養中教學與科研工作實踐[J].軟件

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與實踐[J].計算機教育，2010（11）：23-29.

[5] 董華麗.數控專業課程中的項目教學[J].成功（教育），2011（01）：

75.

[6] 嚴玥，劉建國.CDIO模式在軟件服務外包人才教學中的探索

與實踐[J].中國教育信息化，2010（11）：59-62.

[7] 王錚.項目化教學在動畫造型設計課程中的探索與應用[J].現

代裝飾（理論），2011（11）：87-88.

作者簡介：

陳 澎（1982-），男，博士，講師.研究領域：地理信息系統.

熊耀華（1974-），男，碩士，副教授.研究領域：項目管理，軟

件工程.

周 慧（1983-），女，碩士，講師.研究領域：軟件工程教育.