基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程改革探索

馬麗　高敬禮　周改云

摘要：針對目前軟件工程課程教學中工程實例匱乏、課程評價單一等問題，論文基于CDlO-OBE工程教育模式，設計和重塑軟件工程課程教學。在CDlO項目任務教學中，探索基于OBE的課程體系、教學模式、課程評價等的改革。構建以工程和創新性思維能力培養、學習成效為導向的新型教學方案，促進學生知識、能力一體化發展。

關鍵詞：CDIO;OBE;教學設計;項目化;工程化

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）09-0115-03

1 引言

隨著高校課程改革的深入，軟件工程課程（以下簡稱軟工）引入項目任務驅動、案例等教學法，一定程度地提升了教學質量。但目前該課程教學中仍存在教學內容抽象、工程實例乏匱、案例選擇不當、課程評價模式單一等問題，不能充分培養和挖掘學生的知識運用、自主探究、解決軟件復雜工程問題等能力，難以滿足IT從業人員日益增長的工程能力需求。因此，本文結合軟工課程團隊多年的教學經驗，基于CDIO-OBE工程教育模式，改革軟工教學，綜合訓練和系統提升學生工程實踐能力，探索更加多樣化、個性化、符合工程教育規律的人才培養模式。

2 CDIO-OBE工程教育模式內涵

CDIO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培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，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。

CDIO代表構思（C）、設計（D）、實現（I）和運作（0），它是“做中學”和“學中做”的集中概括。CDIO是行之有效的工程教育模式，關注學生工程實踐能力的培養，代表了當代工程教育的發展趨勢。CDIO強調將項目開發過程（產品）融入學習過程，有機整合學生工程實踐和課程學習。工程實踐中，構思即概念階段。結合專業培養目標，引導、激勵學生分析問題，把項目與生活、企業產品結合，解決實際需求。設計即技術階段;圍繞項目，分析需求，設計方案，解決具體問題。實現即制造階段;圍繞設計方案，編碼測試，將設計方案轉化為具體成果。運作即展示（服務）階段;項目成果展示，師生評價成果，完善項目，了解項目應用環節，提供市場服務。

OBE（Outcome-based education）：成果導向教育的簡稱，1981年由Spady等人提出，亦稱目標（能力、需求）導向教育，目前已成為美、歐等國教育改革的主流理念。2016年，《華盛頓協議》將OBE理念引入工程教育認證標準。學生的畢業要求為是成果導向或需求導向的，在我國，OBE模式主要應用于工程教育中。OBE模式中，學生的技能與能力可觀察、可測量、可應用，適應社會、企業對人才的需求。OBE教育模式側重學生對學習知識的理解、掌握和運用能力，教育范式從“內容導向”轉變為“成果導向”，學生預期成果（教學目標）先于教學內容，課程內容設置、教學設計、教學方法與手段、課堂組織、課程評價等都圍繞預期成果展開。

CDIO關注工科教育中的工程化、主動性和實踐過程完整性，OBE則更加關注以學生中心、目標導向和持續改進。因此融合二者的核心思想，通過理實融合式的培養流程，采用CDIO的工程化教學過程實現OBE期望的高級工程人才，是當前工程教育改革的大勢所趨。鑒于CDIO和OBE的關聯性，汕頭大學提出CDIO-OBE模式，以CDIO工程教育改革實踐為基礎，以預期學習產出（Outcomes-based Education，縮寫為OBE）為中心來組織、實施和評價教育的結構模式。即用CDIO大綱和標準實現OBE理念的工程專業認證要求。

3 基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程改革

軟工課程改革，強調培養與解決復雜工程問題相匹配的基礎知識、綜合素質和專業技能，將學生解決復雜工程問題的軟件分析與設計能力的培養貫穿整個課程教學。該能力可細化為基礎能力、專業能力和直接的軟件工程能力，能力各層次的培養需依靠課程全面、系統地訓練。因此，應以全新的教學理念和方法改革軟工課程，該改革從課程體系、教學模式、考核評價等方面著手，加強學生軟件分析與設計工程能力的培養。

3.1 基于CDIO-OBE模式構建軟件工程課程體系

依據學院計算機科學與技術專業培養目標和畢業要求12條，確立軟工課程目標，由此確立教學內容。該課程以IEEE發布的軟件工程知識體系為基礎，綜合市場對IT行業人才的需求，采用CDIO將教學內容分為理論、應用、實踐三部分。理論部分講授軟工的基礎理論和軟件項目管理等核心內容。應用部分基于軟件開發典型工作過程，以傳統的結構化方法學和面向對象方法學為核心，使學生系統掌握傳統的和最新的軟件工程方法與技術。實踐部分要求學生分組、協作完成完整軟件項目的開發分析。讓學生從“可實踐”軟件工程的角度，學習和運用軟件工程的思想和現代技術解決軟件開發問題。基于CDIO的《軟件工程》課程體系如圖1所示。

3.2 基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程教學

3.2.1 教學內容項目化

軟件工程課程教學“工程化”，有機融合理論教學與項目實踐，讓學生熟悉軟件項目開發與維護過程流行的工程化方法和管理工具;區別傳統方法和面向對象方法，軟件項目開發與維護過程中應遵循的流程、規范和標準，建立工程化實踐與理論相融合的教學體系。采用項目任務教學模式，模擬企業項目開發典型過程，見表1。

教師指定選題范圍、項目考核規程及產物;學生組成若干項目組，完成市場調研、材料收集、方案設計、項目實施等任務。項目過程中，教師扮演項目經理，跟蹤小組項目進度和評審過程產物。以項目過程和結果為導向考核，達到教學目標。具體分兩階段實施。

（1）項目技能階段（在線開放課程+理論課）

該階段主要培養學生軟件開發與維護過程中不同方法學基礎技能的掌握與運用，同時啟動課程理論教學，講授軟件過程模型、需求獲取與分析、體系結構設計、模塊設計、界面設計等工程化的理論與方法，強化學生軟件工程思想和方法的理解與應用，并掌握軟件開發過程中各階段文檔的編寫標準。

（2）實踐階段（課外大作業+討論+課內實驗）

該階段重點培養學生分析解決實際問題、工程意識等項目管理能力。該階段利用軟件工程思想和方法指導真實項目的開發與管理，包括選擇項目、分析設計、提交文檔、評審產品等。實踐過程分為學生分組、選題、可行性分析、需求分析、設計、實現等幾個子階段。每個階段給出目標、活動、材料、成果以及考核方式和要求的具體說明。

3.2.2 教學模式多樣化

鑒于學生面臨考研、就業等情況，依托軟件工程省級精品在線開放課程資源，將課程知識、技能點整合為適合傳統教學、翻轉教學、混合教學三類，采用“線上、線下課堂+項目”，以混合課堂為主、傳統課堂為輔的混合教學模式。傳統教學采用“課內講授+課內討論”，翻轉教學采用“課前線上資源自學+課內討論”，混合教學采用“課前線上資源自學+課內講授+課內討論”;再輔以課外討論、課內練習、實驗、大作業等手段。結合軟工課程的特點及授課內容，教學模式包含“課前線上學習+課堂研討+課后實踐”三個環節，圍繞課程知識點、技能點和實踐項目開展。隨著課程內容的推進，“課前一課中一課后”三環節順序循環，項目實踐過程逐漸深入，課程結束，項目實踐完成。

3.2.3 實踐教學工程化

工程化改造實踐教學，從學生較熟悉的理論和實踐問題出發，重組和優化教學內容，增加綜合性、設計性實驗項目。由項目引出知識點與技能，誘發學生積極參與項目的構思、分析、設計、實現和運行;分組展示、互評項目成果，激發學生學習動機，提升其分析、解決復雜工程問題和工程創新實踐能力。

（1）應用、技能與知識相融合的實踐內容設計

根據《軟件工程》課程的特點，融合理論教學，選擇知識拓展強的項目，將相關知識分解于項目任務中，按工程問題、工程項目、工程任務組織實踐教學。通過任務的選擇、分析、設計、實現，引導學生由簡單到復雜逐步完成一個綜合項目，培養學生的工程實踐和綜合應用能力。根據《軟件工程》課程的特點，基于CDIO將實踐環節分為構思性、設計性、實現性、運作性。構思階段組建團隊，各團隊調研與分析選題，確定選題并制定項目計劃，構思項目方案。設計階段，運用掌握的原理、方法、工具，依據項目計劃收集、分析資料，完成項目的需求分析和設計以及相關文檔。實現階段，選擇合適的方法、工具，依據設計結果完成項目編碼、測試及相關文檔，著力培養學生的工程實踐和團隊協作能力。運作階段各組演示系統、交流、匯報，評委與組間評價，完成成果交流和項目評價。

（2）基于項目典型工作過程組織與實施實踐教學

以項目工作過程為導向，采取“創設問題情境，激發學習興趣;組織討論，培養分析設計能力;通過網絡教學平臺，關注課前課后學習過程;結合第二課堂，激勵學生自主學習。”等措施組織與實施實踐教學。實踐教學過程中，教師負責項目任務進程控制、技術點講解、答疑;學生完成項目實踐中各階段的工作任務。

3.3 基于CDIO-OBE模式的課程多元評價

基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程教學，始終圍繞學生的學習效果和工程能力和設計和實施[7]。故需建立一種基于該模式的多維度、系統化的課程評價，全面系統檢驗學生學習成效和工程能力。

課程相關基本概念、原理、方法等基礎部分，以期末考試筆試的形式為主考核;問題分析和溝通表達能力，以線上線下課堂問題討論、實驗和項目迭代匯報考核為主;需求、設計建模等個人技術能力的考核，以課程項目、實驗和大作業的形式考核為主。課程組依據課程考核目標，制定了如表2所示的考核方式，并制定了各部分的相應考核標準。

為能客觀反映學生真實學習效果和獲得能力，軟工課程評價體系有機結合知識、個體線上、下表現和團隊項目，突出項目工程實踐效果評價，細化項目可行性分析、需求建模、設計優化、測試評價等方面的考核項，具備考核知識和評價能力的雙重功效。依據評價結果，分析課程教學的目標達成和存在問題，持續改進軟件工程課程教學設計和實施方案，促進學生知識、能力一體化發展，不斷提升課程教學質量。

4 總結

基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程改革，強調以“學習產出”為目標，以工程和創新性思維能力培養為出發點進行課程教學。經過2年多的改革與探索，提升了教師業務能力和學生工程實踐能力，建立了符合工程認證的課程大綱和多層次、立體化、持續發展的、滿足學習者不同學習要求的軟件工程課程資源與考試改革與實施方案。取得的成果對培養軟件工程應用型人才及相關專業人才具有一定的指導作用。

參考文獻：

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[6]鄒一琴，朱錫芳.基于OBE的應用型創新人才冰山模型研究[J].電氣電子教學學報，2017，39（5）：100-102

[7]劉強.基于OBE理念的“軟件工程”課程重塑[J].中國大學教學，2018（10）：25-31.

【通聯編輯：朱寶貴】

收稿日期：2020-01-25

基金項目：平頂山學院2017年度新工科研究與實踐項目（2017-XGKlO）

作者簡介：馬麗（1968-），女，教授，研究方向為軟件需求建模、模式識別與智能控制;高敬禮（1981-），男，博士研究生，副教授，研究方向為圖形圖像處理;周改云（1980-），女，講師，研究方向為軟件工程與游戲開發。