基于CDIO模式的軟件工程專業課程教學改革

錢小紅+++羅瑜

【摘要】基于國家對軟件人才的需求和軟件產業自身發展的特點，針對軟件工程專業教學現狀，分析了軟件工程教學的問題以及軟件工程教育的目標，基于CDIO該文從教育理念、課程結構、培養模式、課程體系、教學方法、課程考核六個方面進行了研究和實踐，提出軟件工程專業課程相關的教學改革措施。

【關鍵詞】軟件工程專業 CDIO 應用型人才 工程教育

【Abstract】Based on the national demand for software talents and the characteristics of global software industry ， this paper analyses the problems of the teaching of software engineering and educational objective of software engineering in view of the present situation of software engineering teaching. According to the CDIO， this text puts forward relevant teaching reform measures from the study of the educational ideas， course structure， training mode， course system， teaching methods and course assessment based on research and practice.

【Keywords】software engineering major； CDIO； applied talents； engineering education

【基金項目】湖北省教育科學規劃課題資助項目，編號為2017GB088。

【中圖分類號】TP311.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）48-0210-02

1.引言（Introduction）

我國經濟要繼續保持高速增長勢頭，需要培養一大批適應市場、具備創新能力的新型的國際化工程師。蘋果公司高級主管詹姆斯提出：“IT企業要在競爭中生存就得在降低成本的同時快速研發出滿足市場需求而又靈活多變的產品和提供可靠性服務。而IT公司的傳統人才結構和創新模式也受到嚴峻的挑戰。人才結構和業務模式升級的需求亟待擴展。”支撐現代IT企業業務創新和技術革新最核心、最基礎的因素之一是培養具有工程意識的軟件人才。隨著軟件行業規模不斷地擴大、結構不斷升級調整，軟件行業對軟件工程專業人才的需求數量在不斷增加，對所需要人才的質量要求也更加嚴格，軟件產業要求軟件人員能適應新形勢下市場的不斷變化、適應產業發展帶來的高質量用人需求。這最起碼對學生提出了兩點要求：一方面，學生要具備較好的學科專業知識，另一方面，學生要擁有較好的工程系統開發與協調能力。而很多高校的軟件工程專業的教學基本還停留在傳統的理工科人才培養模式，以武漢華夏理工學院軟件工程專業為例，大量軟件畢業生不能滿足企業在專業和素質上的要求，在傳統的課堂教學模式下軟件工程專業課程過分強調理論知識、輕視實踐，基礎理論知識和課程實驗構成了教學的主體，部分學生存在對課程學習目標認知不明確，不愿動手，上機效果較差的問題，對知識和技能的掌握碎片化，缺乏系統思維訓練和工程思維訓練，專業綜合素質有待提高。

作為當今國際高等工程教育的一種創新模式，CDIO工程理念是歐美工業現代化和工程教育改革結合的產物，系統提出了實施培養具備工程能力人才的可行性和能力評測機制。這種模式注重培養學生掌握扎實的工程基礎理論和專業知識，在這個基礎上通過貫穿于整個人才培養過程的團隊設計和創新實踐環節的訓練，培養出既具有過硬的專業技能，又具有良好的職業道德的國際化工程師，系統提出了實施培養具備工程能力人才的可行性和能力評測機制。CDIO 代表著構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它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。CDIO作為當前高等教育的一種人才培養理念，關注系統的生命周期過程，以現代工業產品從構思研發到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程指導工程教學。CDIO高等工程教育模式以構思、設計、實施及運作全過程來培養學生的工程能力，該能力不僅包含個人的學術知識，還包含學生的終生學習能力、團隊交流能力和工程系統能力。CDIO提出了系統的能力培養教學大綱，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。

2.軟件工程專業培養目標（Educational objective of Software Engineering）

據報載，我國有幾百萬軟件工程師，中國軟件工程師的數量目前都排名世界第一。但在瑞士洛桑發布的《世界競爭力報告》中，中國的合格軟件工程師的數量以及總體質量，在參加排名的55個國家中卻排在了第48位。據美國《財富》雜志公布的最新數據，美國“適合全球化要求”的軟件工程師有63萬人，中國只有13萬人，還不到全國軟件工程師總數的1/10；而印度符合全球化需求的軟件工程師超過總數的70%。目前中國軟件工程師的規模排名世界第一。但是整體的工程教育創新、人才培養質量等指標與世界水平相差甚遠。據美國《財富》雜志公布的最新數據，只有10%的軟件工程師適合在外企工作；而印度符合全球化需求的軟件工程師超過總數的30%，比利時的數字在70%以上。

根本原因是軟件工程教育與社會發展及產業實際脫節。學生動手實踐能力差，系統工程構建能力弱，畢業后不能適應崗位需求，無法無縫對接企業，所以高校軟件工程教學急需進行改革。endprint

軟件工程專業教育是培養高素質的、系統化接受軟件工程教育理論的工程技術人才，強調以工程的觀點開展教學和科研工作，明確目標是培養社會和產業需要的各類IT工程師，其以工程實踐作為立足根本。軟件工程教育教學應當是科學理論和工程實踐進行結合的完整體系，在培養學生的工程能力與創新創業能力中發揮著重要作用。通過工程教育方法和思想創新軟件人才培養模式對實現軟件工程人才培養模式的跨越式發展，提高軟件技術的創新能力以及實現軟件產業的生態、可持續發展具有重要意義。

3.軟件工程專業教學改革的主要內容（Major elements of reform in education with Software Engineering）

如何借鑒CDIO的工程教育模式，學習各大高校在CDIO應用改革過程中取得的經驗，改革創新，找到適合軟件工程專業人才培養的新模式，需要進行全面的研究。在研究時，應該以學生畢業時是否具有一個合格的軟件工程專業人員素質，以及是否能快速適應企業的能力為切入點。我們教學研究小組在經過大量的調研和對改革經驗的總結之后，分別從教育理念、課程結構、培養模式、課程體系、教學方法、課程考核方面提出一系列改革措施。

3.1改變教育理念（Change the concept of education）

樹立綜合化、全周期工程教育“新理念”。借鑒CDIO工程教育理念，以產品“構思、設計、實現、運行”的全生命周期為載體，通過項目驅動教學進度，讓軟件工程項目貫穿啟動到項目的分析、設計、開發、測試等全生命周期的管理等，涉及領域除了技術外，還涉及進度、質量、成本等多個方面等英語知識，以軟件工程中的核心軟件開發生命周期來貫穿教學，可以讓學生完全理解、明白一個項目開發的全生命周期以及生命周期中各個階段的任務、技術和方法，培養學生具備軟件工程系統思維和軟件管理的實踐經驗，對軟件開發生命周期全過程有一個全面的認識。和企業的實際項目管理要求進行無縫對接，校內學的即是企業需要用的，學生理解掌握了就有在就業市場上尋找對應工作崗位的優勢，大大提升了學生的市場競爭力。

3.2調整課程結構（Adjusting curriculum structure）

調整軟件工程專業的課程結構以適應新的人才需求和未來發展方向。積極尋找綜合性課程、能多視角解決問題的課程，以社會發展需要以及產業和技術最新發展特點推動教學內容更新，將一些內容過時、輕松易過的“雞肋課”變成有深度、有難度、有挑戰度、有吸引力的“雞翅課”。增減一些課程，如增加大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、智能機器人、Web前端開發等課程并相應設置較強的實踐力度，縮減軟件開發工具、UML等課程。

3.3優化實踐環節培養模式（Optimization practice link training mode）

在總結CDIO工程教育人才培養模式改革經驗的基礎上，積極開展深化產教融合、校企合作的體制機制和促進人才培養模式改革研究和實踐。以產業發展需求為導向，把創新創業教育融入軟件工程專業教育的全過程，將創新創業教育的具體要求落實下去，推動學生深入企業工作模式，搭建科技創業實習基地，比如加深校企合作，企業進入學校，學校創造專門的環境供學生開發企業項目需要，這樣培養出來的學生因為經過了社會企業模式和環境的鍛煉畢業后就能為企業所用，能很快地融入社會。還可以導師班主任或核心專業課教師帶領學生利用課余時間在學校實習基地探討完成創新創業項目的開發，推動創新創業教育全方位貫穿、深層次融入軟件工程教育，加強培養學生工程實踐能力、創新創業意識、創新能力和溝通協作能力。

3.4完善課程體系（Perfect curriculum system）

構建實踐課程體系以適應社會發展的新需求。梳理課程知識點，開展學習成果導向的課程體系重構。軟件工程專業課程實踐操作內容隨軟件工程課程鏈展開，從淺到深，由學校到企業，分步驟分階段進行，構建“課程實驗、課程設計、畢業設計、畢業實習”四級實驗體系，這些層次由淺入深、由細到粗、從具體到綜合逐層加深，將軟件工程專業系列的核心實踐課程（包括JAVA/.NET/C++/Android實驗課→JAVA/.NET/C++/Android課程設計→數據結構實驗課→數據結構課程設計→數據庫實驗課→數據庫課程設計→軟件工程實驗→軟件工程課程設計→軟件測試→軟件測試工具→軟件測試綜合設計→軟件項目管理實驗課等）提升到工程項目訓練上來，在課程群中設置的項目應該具有一定的綜合性，能全方位地培養學生分析問題、解決問題的能力，使學生通過實際參與開發項目，將相關聯的課程知識點聯系起來融會貫通。實際軟件工程開發項目貫穿同步理論課的知識，理論指導實踐，實踐強化理論，建立從理論學習、動手實踐再到探索研究的教學鏈條，實現理論教學與實踐教學的交叉螺旋進行，讓學生能理論實踐相互轉行。實踐項目采用商業軟件開發模式，通過商業項目和企業正常運作時人員的分工配合來進行實踐操作，學生畢業后會無縫過渡到企業模式，提升學生競爭力和工作效率。

3.5優化教學方法（Optimize teaching methods）

教學時將傳統的以教師為主體的課堂教學變成以學生為中心的教學方式方法的變革，以學生為主體，以“項目驅動、邊講邊練”的方式組織教學，采用項目貫穿授課的方式，使用業界流行的企業級的開發環境和工具，通過“做中教、做中學、做中求進步”。推進以學生為中心的教學方式方法的變革，提升教學質量。在教學中讓學生成為學習的主體，學生在項目中按照企業軟件開發的實際模式（團隊開發模式），4至5名學生組成一個小組，每個小組有一個組長承擔項目經理的角色，每個小組選擇并完成一個具體的項目，組長和組員溝通交流，對系統進行分析設計，將任務進行細分，每個組員都會經歷從項目的需求分析、系統總體設計、詳細設計、編碼、測試直到運作過程，經歷一個構思、設計、實現和運行的過程。訓練學生團隊協作能力、溝通能力和協調組織能力。尊重學生自主選擇課題，豐富教學方法，加強師生互動，增強學生的“向學力”。學生利用軟件工程的原理和方法對軟件分析技術、軟件設計技術、軟件編程技術、軟件測試技術、數據庫管理技術、質量等進行綜合運用。經過這樣的鍛煉，學生會對軟件類相關崗位都有所了解，如軟件需求分析師、軟件設計師、軟件工程師、軟件測試工程師、軟件維護等職業崗位，從而更好地確定今后的職業定位。如果采用傳統課堂教學來講授，對學生來說是空洞而抽象的，知識點也是零散而立的，達不到培養學生工程思維、綜合運用和提高實踐動手能力的教學效果。endprint

3.6改進課程考核方式（Improve the course assessment methods）

強化實踐能力的考核力度。學院確定每個學期的課程實驗、課程設計、企業項目實踐、畢業實習和畢業設計的教學和考核內容，由專門的實踐教學團隊對學生進行階段性地、有針對性地考核。學生在企業進行社會實踐教學活動時，遵照規定嚴格按照企業的制度，進行考勤、寫日志、總結匯報等實際工作環節，推廣使用統一開發平臺，讓學生能夠規范化、有序地進行社會實踐活動。教師在對學生進行考核時，除了要考核個人能力，也要考慮個人在整個小組中發揮的作用，根據答辯表現和作品質量給予每個學生一個綜合成績。同時學生對每個課程的教師和每個實踐環節進行實時評價。推進學生實踐能力提高的同時也促進高校教師對自我實踐能力培養的重視。

4.結論（Conclusion）

從軟件工程教育存在的問題、軟件工程教育的目的和特點進行剖析出發，作者在經過幾年軟件工程核心專業課程教學的思考和總結后，并且調研了一些其它同類院校軟件工程專業課程設置，提出了軟件工程教學改革的必要性，本文基于CDIO工程教育模式從教育理念、課程結構、培養模式、課程體系、教學方法和課程考核方式六個方面提出了軟件工程專業教學中切實可行的改革方法，這些方法也可為其它專業課程改革提供有意義的借鑒。

參考文獻（References）：

[1]陳蕓.基于CDIO理念的軟件人才培養模式的探索與實踐 [J].金華職業技術學院學報.2013，13（3）：25-28.

[2]汪軍，強俊.基于CDIO理念的軟件工程專業人才培養模式的研究[J].重慶工商大學學報（自然科學版）.2015（6）：70-74.

[3]Roger S.Pressman.軟件工程：實踐者的研究方法[M].機械工業出版社.2011，8：32-68.

[4]熊凡；李偉波.項目驅動的軟件工程實驗教學探討[J].中國電力教育.2012，2：77-79.

[5]盧瑩，林蔭.軟件工程課程教學改革與實踐[J].常州大學信息科學與工程學院.2014，2：42-43.

[6]劉敏娜，張晉平.基于CDIO理念的軟件工程專業改革探索[J].陜西教育報刊社.2013，9：61-63.

作者簡介：

錢小紅（1980-），女，漢族，湖北省赤壁人，講師，碩士，研究領域：軟件工程。

羅瑜（1979-），女，碩士，中級工程師，研究領域：計算機網絡。endprint