新工科背景下的軟件工程專業CDIO教學模式研究

吳海濤 邱棟 李福榮

摘要：本文以黃淮學院軟件工程專業為例，通過對CDIO教育模式和軟件工程實施過程的分析，提出了軟件工程能力培養過程模型，并以此為基礎開展人才培養方案、教學方法、教學理念、教材、考試形式、信息化教學等多個層次和全方位的教學改革，從而全面提升學生軟件領域的系統工程技術能力和職業素養，滿足社會需要，促進行業發展。

關鍵詞：新工科；軟件工程專業；CDIO教學模式

1.研究現狀和項目立項的意義

近年來我國經濟和社會發展進入新階段，為了應對這種變化，國家提出了“一帶一路”、“智能制造2025”等一系列重大戰略，這些戰略的實施對高素質應用型人才有大量的需求。我國高等教育在過去十幾年里實現了快速發展，為經濟社會發展做出了重大貢獻，但是由于人才培養模式不盡合理，不同區域和層次的高校人才培養目標總體上大致相同，專業培養要求差異性不大，高等教育的潛能被嚴重束縛。軟件產業是我國大力發展的戰略性新興產業之一，重視軟件工程教育，在促進我國科技發展，人才就業和信息化建設方面都有重要意義。然而軟件工程教育除了上述高等教育中普遍存在的問題外還存在以下問題：

（1）專業特色不夠突出。這體現在與計算機其它相關學科的課程體系區分度不夠，在教學中注重軟件技術而忽略了工程知識和技能的培養兩個方面。

（2）課程開設方向不清晰。軟件領域新技術、新方法層出不窮，在有限的課時內難以兼顧學生實用技能、工程能力、科研能力、創新能力等多種需求。

（3）校企對接程度偏低。在校企合作過程中從學校主導的極端走向了企業主導的極端，沒有充分發揮校企雙方的特長，實現深度的校企融合。

（4）應用型人才培養評價體系不明確。如何針對行業用人需求建立完善的人才評價體系，進而對教學工作起到指導作用是一個重要的問題。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，近年來國內眾多高校軟件工程專業都對其進行了研究和引進，然而大多研究都是由教學過程出發來開展產教融合教學改革的研究，而忽視了該模式對工程實施過程的影響。

在應用型人才培養改革持續深入的大背景下，黃淮學院國際教育學院軟件工程專業借鑒CDIO工程教育模式，立足本專業特色開展工程教育改革，經過近年的持續研究和探索，已經初步形成一套基于CDIO的人才培養模式。該模式以產品、生產流程和系統從研發到運行的生命周期為載體，通過系統的產品設計培養學生專業技術知識、個人能力、職業能力、團隊工作和交流能力。在該模式的指導下，學院建立了軟件工程CDIO實驗班，并成立了軟件工程CDIO實驗教學示范中心，為進一步深入開展的應用型軟件工程教學改革，建立基于CDIO理念的軟件工程專業人才培養體系提供了良好的基礎。

2.研究思路和研究目標

本研究從真實的軟件工程項目出發，對軟件工程實施過程與CDIO人才培養模式進行深入分析，將其成熟的思想和方法與我校實際情況相融合，結合軟件工程專業人才培養規律，建立一套立足地方高校面向新時代工程教育的應用型人才培養體系。因此本研究的主要改革內容有：

（1）按軟件開發過程的實際需要開設課程，積極引入CDIO工程教育模式，建立符合工程化軟件開發流程的課程體系。

（2）結合軟件工實施流程和應用型人才培養流程，利用新思想、新方法、新工具，突破課堂地點時間限制，逐步推進授課形式改革。

（3）逐步改革考試形式，選擇部分課程嘗試結合知識考核、崗位技能考核、項目實踐能力來評價學生成績。

（4）深化校企融合，統一軟件開發過程和人才培養過程，建立以學校為主導，以企業要求為標準的人才培養新模式。

（5）依托云平臺，利用大數據等技術手段，融合各課程知識，建立應用型軟件工程學科知識體系。

本專業的研究思路是培養過程結合行業特點，將軟件生命周期轉化為人才培養周期，以企業提供的實際項目為依托，建立若干條符合行業主流發展的軟件產品線（如：在線教育、電子商務、政企信息化、通用內容管理），產品線涉及可行性研究、需求分析、概要設計、詳細設計、測試、部署與維護、評審與反饋整個軟件開發階段，采用Java、.net等主流開發語言，覆蓋服務端、PC端、移動端，采用面向對象開發思想，引入統一軟件開發過程（RUP），按教學周期對軟件產品進行持續迭代升級。對軟件工程專業學生的運維能力、軟件測試能力、軟件開發能力，軟件編程思維、軟件設計能力、軟件分析能力、軟件工程能力及項目管理能力進行全方位的鍛煉。根據上述思路擬解決培養方案、課程體系、知識體系、授課形式、考試改革、5個方面的關鍵問題，以建立一套完整的符合CDIO理念的軟件工程人才培養體系。5個方面問題詳細描述如下：

（1）培養方案：以CDIO為標準，制定并不斷完善應用型軟件工程人才培養方案。

（2）課程體系：按軟件開發過程的實際需要開設課程，參照CDIO標準，建立符合工程化軟件開發流程的課程體系。

（3）知識體系：依托云平臺，利用大數據等技術手段，融合各課程知識，建立應用型軟件工程學科知識體系。

（4）授課形式：結合軟件工實施流程和應用型人才培養流程，利用新思想、新方法、新工具，突破課堂地點時間限制，逐步推進授課形式改革。

（5）考試改革：逐步改革考試形式，選擇部分課程嘗試結合知識考核、崗位技能考核、項目實踐能力來評價學生成績。

3.實施方案、方法

（1）實施方案、方法

①培養方案的建立

培養方案以實際軟件產品為依托，建立生產線，從產品開發、崗位技能、課程體系三個層次進行分析。企業導師和專業骨干教師先對產品開發過程進行立項和分析，再對軟件開過程中涉及的崗位能力進行分析，最后對所涉及的專業知識進行梳理，結合教學規律組織歸納成八個課程模塊，并根據專業需要和學科需要增加專業基礎課程體系和學科基礎課程體系，共10個課程體系，具體如表1軟件工程應用型教學課程體系三級分解表所示。

同時針對軟件產品涉及的專業知識點來開發教學資源，結合教學資源云平臺，形成完善的應用型教學體系，在教學方案實施中，使教學單元和產品生產單元緊密結合，學生融開發與學習為一體，產品開發過程即教學案例學習過程。產品開發過程中形成的代碼、文檔、音頻、視頻也可作為教學資源導入教學資源平臺。

②教學組織

整個教學環境為企業環境，學生按年級和能力不同混編成開發團隊，按能力不同分配開發任務，并明確任務所需技能，學習之后應立即完成開發任務，同時教師全程指導，教師和優秀學生組成質量保證組，確保軟件達到實用質量，開發出的產品將部署因特網開發使用。經用戶反饋和領導小組評審，形成新的開發需求，為下一個產學周期提供依據。師生實踐教學參與情況如表2軟件開發過程師生實踐參與表所示。

③教學過程

教學過程以真實項目為依托，將項目任務教學化，教學內容任務化，按照軟件開發實施過程組織實驗教學過程，主要涉及項目計劃立項、整個開發過程管理配置、項目評審反饋等工作。

每個實驗任務以任務驅動，有任務分配、知識鋪墊、組織實施、評價反饋四個步驟。成功實施課程教學的重點是教師由知識內容的傳授者，轉變為教學過程的組織者和生產實踐的參與者。如圖3單教學任務運行圖所示。

整個項目的內容分解為一系列的任務，每個任務對應一個實驗任務，所有任務的結果整合在一起完成整個項目的教學目標。比如我們要講軟件設計，那么可以根據項目需求，把整個設計任務分解成一系列的子任務，每個子任務完成設計的一個子方案，最后將這些子方案整合為一個完整的設計方案。如圖項目教學任務運行圖所示。

其中任務1-N可以是一個項目中分解出的一系列任務，也可以是不同項目中的任務，若是不同項目中的任務需要提前將任務的前導和后續任務合理安排。

（2）實施過程

本專業長期開展應用型人才培養模式探索，不斷嘗試將真實項目引入教學，與企業結合開展產教融合項目，成立師生實踐團隊承接軟件開發、嵌入式、物聯網、系統集成等信息技術產業項目。2014年，經學院批準成立了軟件工程CDIO實驗班，實踐班以真實項目驅動教學，系統探索的產教融合人才培養模式，同年成立軟件工程CDIO實驗教學中心。在此基礎上本專業開展人才培養方案修訂、應用型課程建設、教學教法改革、人才評價方式等多項教學改革。

教學團隊成員長期從事軟件等相關領域實踐教學改革，發表《軟件工程專業應用型人才培養模式的探索與實踐》《CDIO工程教育模式下的軟件工程應用型人才培養體系研究與實踐》等教改論文。課題組成員通過對軟件工程相關課程的教學實踐，在學校應用型辦學的指導思想下，進行了一系列的課程建設，如已建設C++程序設計、軟件項目管理、軟件框架整合開發技術、網頁設計、計算機導論、Web程序設計、軟件測試技術、系統分析與建模、數據庫應用技術、軟件工程、面向對象程序設計、數據庫系統原理與應用、數據結構（雙語課程）等十多門校級應用型課程；開發教學資源庫和云教學資源平臺。

本專業不但在校內成立了CDIO試驗教學中心等平臺，而且和有關企事業單位建立了密切合作的關系，如建立了中興學院、華為學院等實訓平臺，與北京完美動力、北京傳智播客、深圳艾之緣、四川華迪、蘇州科技園等企業共同建立了教學實踐基地，為進一步產教融合教學改革奠定了基礎。

4.研究成果

作為人才培養體系的研究，需要各個方面的支撐，包括課程建設、教學資源建設、教學團隊建設、教學平臺建設等內容。具體建設成果如下：

（1）制定完善的軟件工程CDIO人才培養方案，確定課程體系、教學方法、考核形式等相關內容，并形成完整細致的研究報告，該方案應具有通用性和推廣價值。

（2）編寫符合人才培養方案要求的講義，應覆蓋本專業方向的主干課程，并注重教材的專業性、實踐性、可讀性、系統性。

（3）采用CDIO人才培養體系的畢業生，專業對口就業率應逐年上升，就業質量應逐年提高。

（4）建立完善的教學質量評價體系，形成教學質量評價標準和質量控制等相關文件，相關標準和管理規定應具有可操作性，形成良性反饋機制，通過質量評價和控制逐年提升教學質量。

（5）開發完善的軟件工程CDIO教學信息化平臺，通過平臺實現教學資源、項目計劃、教學計劃、項目過程、教學過程、過程評價、結果評價統一管理。平臺應具有實用性、適用性、易用性，可以推廣到其它院校，并嘗試推廣到其它專業。

總之，在教學改革的過程中應充分認識到其復雜性，深入研究其規律，總結其特點，特別是產教融合需要對產業和教育都有足夠的了解。

注釋：

[1]王剛. CDIO工程教育模式的解讀與思考.中國高教研究， 2009 （5） ：86-87

[2]顧佩華，李界平，沈民奮，等.以設計為導向的EIP—CDIO創新型工程人才培養模式.中國高等教育， 2009 （3） ：47-49

[3]“高等學校本科計算機類專業應用型人才培養研究”項目軟件工程專業工作組.高等學校本科軟件工程專業應用型人才培養指導意見（2016版）.高等教育出版社，2016，48.

作者簡介：一作：吳海濤，男，駐馬店，博士，教授。

二作：邱棟，男，駐馬店，本科，講師。

三作：李福榮，女，遼寧義縣，碩士，講師。

1.河南省教育科學“十三五”規劃一般課題新工科背景下的軟件工程專業CDIO教學模式研究[2018]-JKGHYB-0236。

2.本文系黃淮學院2018年校級教改課題《基于專業認證的畢業設計（論文）過程保障與質量監控系統》階段性研究成果（編號：2018XJGLX0221）。