基于CDIO的软件工程实践教学体系及改革方法

　　CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得I}nut andAlice Wallenber基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。

　　“软件工程”作为计算机科学与技术及相关专业教学计划中一门重要的专业基础课，其主要目标是，培养学生运用软件工程的原则、开发方法和技术进行软件的开发和维护。软件工程实训课作为一门实践性课程，对理解和运用软件工程中的思想与方法起着重要的作用。其教学目的在于通过对软件项目的分析建模与设计开发，将软件工程中所涉及的理论、方法和技术综合应用于软件开发的各个阶段。

　　1 CDIO工程教育模式

　　CDIO代表构思(Conceive)、设计(Desior)、实现(Implement)和运作(Operate，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之问有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。

　　CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的新成果，它倡导“做中学”的教育理念，其先进可行性已被国内外工程教育改革实践所证明。该模式有利于解决当前工程教育实践中还存在重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新培养等诸多问题，特别适合国内工程教育教学过程中各个环节的改革。CDIO标准中提出的要求是直接参照工业界的需求，因而完全满足产业界对工程人才质量的要求。CDIO工程教育模式已经成为国际工程教育的通用模式。CDIO强调工程实践教学的重要性，强调培养学生主动学习和动手实践的能力，分析问题和解决问题的能力，以及培养学生职业技能和道德，团队协作和交流的能力。这些要求和能力的培养也充分体现在软件工程综合实验教学应用中。

　　2 软件工程专业存在的问题

　　人才培养是高等教育的永恒主题，而提高质量更是人才培养的关键。我国高等工科教育的迫切任务是尽快培养与国际接轨的中国工程师，然而我国工科的教育实践中还存在不少问题，如重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新的培养等问题。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。

　　软件人才短缺的主要根源是，软件教育体制调整的速度落后于软件产业发展的速度，关于软件人才C乏和软件专业毕业生对市场的不适应性问题。我国的计算机软件专业教育在国际化、标准化方面已经大大落后于先进的国家。经过十多年的发展，软件工程已经是信息科学领域中一个非常重要的独立学科，我国普通高校软件工程专业存在的问题也凸显出来.

　　2.1 教学内容陈旧

　　虽然目前出版有很多不同版本的教材，但是这些教材内容滞后，不能反映最新理论。教学内容无法跟上发展迅速的业界软件技术，学生学不到最新的专业技术知识。我国许多高校教材平均每5年才更新一次，许多计算机理论教材都是80386时代编写的，大大落后于国际软件业的发展。这也是大学生毕业后难以胜任软件企业要求的主要原因。与之相比，印度APTECH的教材每年更新一次。

　　2.2 实践环节薄弱

　　教学的实际情况是教师讲理论，学生学理论，最后考理论。软件工程专业理论知识难度较大，学生很难完全掌握吸收，成材率较低。软件工程专业的教学与实践脱离、实践与社会相脱离等是由来已久的老问题了，但至今依然是很多高校面临的最大问题。要迎接时代的机遇必须从根本上解决上述问题。实验内容陈旧，跟不上时代发展需要。虽然部分高校开设了综合性创新性实验，然而闭门造车，实践项目纸上谈兵，内容缺乏创新，与现实脱节。这些问题导致了软件工程专业毕业生创新能力不足，综合素质不高，缺少团队工作能力培养，无法适应社会实际需要。

　　2.3 考核方式单一

　　我们学校的软件工程教学大纲适用于54+18学时的授课与实验。成绩考核:(1)平时表现:包括上课，作业完成情况占10%。(2)实验成绩占20%。(3)期末考核卷面成绩占70%。考试的方式是笔试(闭卷)，因为主要是考理论知识为主，所以考试前学生就突击背理论，结果考试合格了，但是课程知识并没有得到较好的理解和掌握，考完试就忘得一干二净了。

　　3 软件工程具体改革内容

　　软件工程专业是实践性很强的学科专业。借鉴CDIO大纲对工程师的培养目标，我们对软件工程专业人才培养也应该首先立足于加强专业基础性知识的学习和基本技能的掌握。并在此基础上开展实践教学环节改革，倡导产学研结合，在实践中培养学生的专业技能和合作沟通能力，为社会输送合格人才。

　　①以案例引导为主的启发式教学。

　　案例教学能够实现教学相长。师生之问平等的讨论、探究知识，能争强学生理解知识的印象。案例教学能充分调动学生学习的积极性和主动性，能提高学生学习软件工程课的浓厚兴趣。案例教学能使抽象的软件工程知识具体化、生动化、形象化、直观化，深入浅出，学生易于理解，有利于提高课堂教学效率。

　　我校软件工程的教学分为两个学期，第一学期主要采用理论和实验相结合的方式进行，以理论为主，实验为辅。第二学期纯粹是实验教学，培养学生综合开发软件的能力。第一学期的实验都是基础性实验，以一个个小小的案例为引导，激发学生掌握常用的软件开发工具的兴趣。如画DFD时以银行储蓄系统为例，画用例图时就以图书管理系统为例。第二学期的实验为综合性实验，也是采用案例教学，传统的软件开发方法以期刊管理系统为例，面向对象软件开发方法以研究生培养管理系统为例。案例贯穿从系统分析、系统设计、系统编码、软件测试、软件维护整个软件开发过程，极大的提高教学效果。

　　②以项目驱动为主的实践教学。

　　项目驱动式教学主要针对企业技术应用需求，以项目开发为主导，以理论知识和项目用例讲解为前提，即学即用，在编程中消化吸收所学知识，在解决项目开发的实际问题中使所学技术达到熟练应用。

　　依照CDIO工程教育理念，将实践环节与软件工程生命周期进行融合，按照构思、设计、实现和运作进行组织;CDIO实践分为:基础性实践、综合性设计性实践，开放性实验。第一学期主要完成基础性实验，第二学期主要完成综合性实验。在综合性实验中，将一个完整项目作为案例，通过该案例项目将该实践环节的主要内容贯穿起来，使得实践的内容成为一个有机的整体，提高学生的动手兴趣，改善实验效果。在具体的实施中，结合学生的基础，将案例项目进行分解，将这些分解后的项目模块部署到整个学习过程中，强调“做中学”的CDIO理念。

　　实训的项目模拟软件公司实际的开发流程，用14周时问完成一个选定的系统，每10人分成一组，其中根据白己的意向和教师的安排设置各种岗位，包括项目经理、技术总监、数据库管理员、编码人员、测试经理、测试人员、配置人员等。所有成员都要参与编码，兼任其他职务的同学可以减少一些编码量，具体模块由项目经理划分。测试经理要熟悉测试流程，从项目的设计阶段开设就划分测试任务，有两名或三名专职的测试人员，编写测试用例，对每个阶段的成果进行测试，及时反馈到开发人员那里，并对开发人员修改后的程序再次进行测试。项目制作过程中各种服务器的配置，以及完成之后项目的部署要由配置人员完成。教师在整个实训过程中担任顾问和评审员的角色，尽量让学生最大化参与真实项目。除非学生的工作特别不合理或者错误非常严重，否则不要打断其工作，允许学生走一定的弯路。只有学生真正通过白己的实践，才会留下深刻的印象，在今后的工作中吸取教训。

　　③转变实践环节的考核方法，加强团队合作精神的培养。

　　CDIO培养大纲既强调学生个人能力提高，同时更强调人际团队能力的培养。在CDIO实践课程体系中，我们坚持“做中学”和“基于项目的教育和学习”的原则，通过构建项目情景模式，培养学生应用能力、工程能力和素质，全方位地发展学生动手能力，培养学生创新意识，让学生建立团队协作精神。

　　主张不同的能力用不同的方式进行考核，建立多样化的考核方式。为了能够科学、合理地对学生的各种能力进行考核，针对不同类别的课程、结合的理念、设计考核与评价模型，通过不同的考核方式来实现对学生的白学能力、交流与沟通能力、解决问题能力、团队合作能力和创新能力等五种能力进行考核与评价。

　　在“软件工程综合实验”课程教学中，我们对传统的考核方式进行了改革和探索。根据软件工程教育的特点，考核内容注重团队成绩和个人贡献的兼顾，注重实践过程制品质量和项目最终作品的平衡。考核方式采用主讲教师、团队指导教师和项目经理一同给出各个阶段的评分。团队总评成绩通过对项目进度、成果质量、文档规范程度及质量和团队合作精神等儿方面加权计算获得。各团队的总评成绩占该团队成员个人总评成绩的50%;个人总评成绩的其余50%由个人在团队中的贡献大小和工作态度决定。按考核结果评选出一个优胜团队并给予奖励。详细的分配如表1所示:

　　④以程序设计竞赛为契机，加强校内实训中心建设。

　　仅仅依靠课堂教学和实践环节，显然是不能满足CDIO培养大纲的要求的。对于校内环节，我们以程序设计竞赛为契机，积极推进研究性创新性实验项目的开展。我校创建了“软件工程实验室”在培养学生实践动手能力方面发挥了十分巨大的作用。在2011年和2012年全国软件专业人才设计与开发大赛全国总决赛中均表现不俗。这些都充分体现了实践教学环节改革在专业人才培养上取得的成果。但仅有一个实验室显然是不够的，应积极推进“软件测试实验室”、“软件研发中心实验室”等的建设，为本专业学生创造一个良好的实践开发环境。

　　软件工程综合实验是一门理论性和工程性都很强的专业实践课，这对授课和实验教师提出了挑战，也对现有的教学模式和教学方法提出了挑战。为此，我们结合“案例教学”模式，对传统的“项目驱动”教学模式进行了重构，提出了“案例引导、项目驱动”的教学模式。

　　针对课程目标和特点，结合“案例教学”方法和“项目驱动”教学模式的优点，我们采用“案例引导、项目驱动”的教学模式，以学生为中心，在案例引导和团队指导教师的指导下，按照软件工程方法和过程，完成软件工程综合实验。

　　4 结束语

　　首次将CDIO理念应用于软件工程课程的教学，并将CDIO理念贯穿于实践教学始终，对探索先进教育教学模式、提高我院的教学质量和办学水平、强化教师的教育教学科研意识、培养具有创新精神的高素质应用型人才，实现特色办学的目标，具有重要的现实意义和创新意义，将对学院的教学改革工作起到良好的示范作用;CDIO改革的目标是为学生提供一种在实际系统和产品的构思一设计一实施一运行的背景环境下强调工程基础的工程教育，使学生能够掌握深厚的技术基础知识;领导新产品和新系统的开发与运行;理解工程技术的研究与发展对社会的重要性和战略影响。

　　将CDIO理念引入教学，针对软件工程课程目前存在的问题，通过加强实践环节、案例引导、项目驱动等改革措施，改变了以往课程理论过多，学生有枯燥感的局面，弥补了课堂教学与实际应。

　　用问的断层，提高了教学质量。学生对实验方式改革的评价:这种实践加讨论的方式，让我们很容易找到学习的动力与目标，在内在动力的推动下进行学习可以让我更快地进入学习的状态，更准确掌握相关的知识。

　　一种将知识应用的能力，一种获取知识的能力。一种为了设计产品而不是为了完成作业的能力。更重要的是，我们逐渐重视沟通及对比。倘若只是白己一个人做，很多的原理恐怕是难以弄清楚的，局限性及定势思维也会很严重地阻碍发展。通过交流比较?，发现白己忽略的地方，了解多种设计思路，比较优劣，探讨更好的方案，这些都对我们的学习有很大的帮助。通过CDIO我们学会了科学地分工，懂得了认真严谨态度对于团队的重要性，?也明白了要充分信任白己的组员。白己体验学来的知识总是最牢固和最生动的。每个能发明创造的人并非掌握了人类所有的知识才成功的，而是打破常规，把不可能变成了可能，利用有限的知识创新。

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