軟件工程CDIO“五位一體”實(shí)踐教學(xué)體系

　　摘要：為更好地培養(yǎng)與企業(yè)要求相符的軟件人才，解決軟件人才培養(yǎng)中工程能力與創(chuàng)新能力較低等問(wèn)題，本文通過(guò)分析軟件人才培養(yǎng)的目標(biāo)與方法，提出構(gòu)建五位一體CDIO的實(shí)踐教學(xué)體系。通過(guò)教學(xué)理念、實(shí)踐主體、實(shí)踐過(guò)程、實(shí)踐層次以及實(shí)踐培養(yǎng)評(píng)價(jià)機(jī)制五個(gè)方面的實(shí)踐教學(xué)改革，著重研究了實(shí)踐教學(xué)主體CDIO能力培養(yǎng)、工程化教學(xué)課程體系以及評(píng)價(jià)機(jī)制。
　　關(guān)鍵詞：五位一體；實(shí)踐教學(xué)；CDIO
　　
　　軟件工程教育國(guó)際化與工程化的發(fā)展，對(duì)軟件工程人才的培養(yǎng)提出了新的要求。一方面，學(xué)生要具備良好的專業(yè)學(xué)科知識(shí)，另一方面，學(xué)生要擁有良好的工程系統(tǒng)構(gòu)建與協(xié)調(diào)能力。因此，我校針對(duì)軟件工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行了工程化改造，培養(yǎng)學(xué)生的工程化開(kāi)發(fā)能力和職業(yè)素質(zhì)，制定明確的實(shí)踐目標(biāo)和考核機(jī)制，形成一個(gè)融基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐為一體的整體培養(yǎng)機(jī)制，讓學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、科學(xué)素養(yǎng)、專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新能力、工程能力和職業(yè)素質(zhì)都得到全面均衡的發(fā)展。為達(dá)到這一目標(biāo)，我們以CDIO為基礎(chǔ)，在CDIO-CMM能力成熟度模型的指導(dǎo)下，提出了新的軟件工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，以“一個(gè)教學(xué)理念、二個(gè)實(shí)踐主體、三個(gè)實(shí)踐過(guò)程、四個(gè)實(shí)踐層次、五個(gè)評(píng)價(jià)機(jī)制”形成完善的五位一體的實(shí)踐教學(xué)體系，進(jìn)行了有益的研究與探索。
　　
　　1　CDIO、CDIO-CMM與TC－CMM模型
　　CDIO為構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)與運(yùn)行(0perate)，以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期過(guò)程為載體，使學(xué)生通過(guò)主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，該理念是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表達(dá)。
　　CDIO-CMM模型是將CDIO理念以及美國(guó)卡內(nèi)基一梅隆大學(xué)所提出的能力成熟度模型(CapabilityMaturity Model，簡(jiǎn)稱CMM)相結(jié)合所構(gòu)建的，研究構(gòu)建成為CDIO-CMM模型。該模型將學(xué)生CDIO能力劃分為初始級(jí)、基礎(chǔ)級(jí)、專業(yè)級(jí)和應(yīng)用研究級(jí)四個(gè)等級(jí)，不同能力成熟度等級(jí)反映了學(xué)生在CDIO工程教育不同階段的不同特征和學(xué)習(xí)內(nèi)容需求。初始級(jí)是大學(xué)新生必須具備的，其CDIO能力是不可預(yù)測(cè)的；在基礎(chǔ)級(jí)，學(xué)生基本適應(yīng)了基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過(guò)程，能夠根據(jù)課程需要，在教師的指導(dǎo)下開(kāi)展小規(guī)模項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，由初始級(jí)過(guò)渡到基礎(chǔ)級(jí)需要2年左右的學(xué)習(xí)時(shí)間；在專業(yè)級(jí)，學(xué)生已經(jīng)熟悉了基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過(guò)程，能夠獨(dú)立自主地選修專業(yè)課程，這一級(jí)大概需要1年左右的時(shí)間；處于應(yīng)用研究級(jí)的學(xué)生能夠依據(jù)項(xiàng)目的需要自發(fā)地學(xué)習(xí)新的理論知識(shí)，更新優(yōu)化自己的知識(shí)體系。
　　
　　
　　TC-CMM(Capabil時(shí)Maturit)r Model for Teacher)是中南大學(xué)軟件學(xué)院為了順利實(shí)施CDIO工程教育模式，針對(duì)學(xué)院專職教師和外聘企業(yè)教師的特點(diǎn)研究建立的教師CDIO能力成熟度模型，同樣由四個(gè)能力成熟度等級(jí)組成，即初始級(jí)、成長(zhǎng)級(jí)、發(fā)展級(jí)和成熟級(jí)。初始級(jí)教師特指剛引進(jìn)的青年教師(博士畢業(yè)生)，他們專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，但沒(méi)有授課經(jīng)歷；成長(zhǎng)級(jí)教師具備教師基本素質(zhì)，至少有1年以上的從教經(jīng)歷和一定的教學(xué)技能，得到學(xué)生的認(rèn)可，教學(xué)水平和能力評(píng)估達(dá)到目標(biāo)值，基本勝任教師的工作：發(fā)展級(jí)教師具備較好的教師綜合素質(zhì)，能將CDIO理念貫徹到教學(xué)中，采用“做中學(xué)”的教學(xué)模式，教學(xué)水平和能力評(píng)估優(yōu)良；成熟級(jí)教師具備較高的教師綜合素質(zhì)，能熟練自如地駕馭整個(gè)教學(xué)過(guò)程，實(shí)施“做中學(xué)”效果顯著，教學(xué)水平和能力評(píng)估優(yōu)秀。
　　根據(jù)CDIO理念、CDIO-CMM能力成熟度模型以及TC-CMM模型，我們?cè)敿?xì)研究了CDIO與軟件工程實(shí)踐教學(xué)體系的基本關(guān)系，提出了CDIO“五位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系模型。
　　
　　2　CDIO“五位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系
　　
　　2.1　CDIO與實(shí)踐教學(xué)體系要素間的關(guān)系
　　實(shí)踐教學(xué)體系包含總體思想、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和效果評(píng)價(jià)機(jī)制。總體思想說(shuō)明以什么樣的理念指導(dǎo)整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建；教學(xué)內(nèi)容涵蓋實(shí)踐課程的設(shè)置、實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)定：教學(xué)方法說(shuō)明實(shí)踐過(guò)程的執(zhí)行方式，而評(píng)價(jià)機(jī)制說(shuō)明以什么樣的方法來(lái)評(píng)估實(shí)踐效果。
　　通過(guò)分析CDIO的基本內(nèi)容，我們從多個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，以構(gòu)思環(huán)節(jié)形成實(shí)踐教學(xué)體系總體指導(dǎo)思想，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，從實(shí)施、運(yùn)作環(huán)節(jié)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)過(guò)程與層次，以CDIO-CMM為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐效果評(píng)估機(jī)制，同時(shí)將評(píng)估結(jié)果作為實(shí)踐教學(xué)體系修正和完善的依據(jù)，將CDIO工程設(shè)計(jì)理念貫穿到實(shí)踐活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)。
　　在分析CDIO與實(shí)踐教學(xué)體系要素基礎(chǔ)上，我們加入實(shí)踐主體要素，以CDIO、TC-CMM及CDIO-CMM為指導(dǎo)，形成集教學(xué)理念、實(shí)踐主體、實(shí)踐過(guò)程、實(shí)踐層次、實(shí)踐效果于一體的實(shí)踐教學(xué)體系。圖1說(shuō)明了CDIO、CDIO-CMM、TC-CMM與實(shí)踐教學(xué)體系的關(guān)系。
　　
　　2.2　CDIO“五位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系
　　根據(jù)實(shí)踐教學(xué)體系的關(guān)鍵要素，為使軟件工程學(xué)生素質(zhì)得到全面提升，我們提出了構(gòu)建CDIO五位一體“12345”的實(shí)踐教學(xué)體系模型，其中“12345”分別說(shuō)明了實(shí)踐教學(xué)的理念、主體、過(guò)程、層次和評(píng)價(jià)機(jī)制。
　　“1”是指一個(gè)教學(xué)理念，即樹(shù)立CDIO工程化能力培養(yǎng)與基礎(chǔ)理論教學(xué)、專業(yè)能力培養(yǎng)并重的教學(xué)理念，把CDIO工程化教學(xué)作為人才培養(yǎng)的核心任務(wù)之一。根據(jù)CDIO的基本理念，我校全面改革軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，調(diào)整課程體系，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，建立工程化實(shí)踐教學(xué)體系，全面體現(xiàn)工程化能力和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的思路，形成一個(gè)融基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐為一體的整體化培養(yǎng)機(jī)制，讓學(xué)生能力得到全面均衡發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代軟件產(chǎn)業(yè)的需求。
　　“2”是指教學(xué)實(shí)踐中的兩個(gè)主體，即學(xué)生和老師。學(xué)生要獲取工程化的知識(shí)，則要求教師即要有扎實(shí)的理論知識(shí)，也要有良好的工程化知識(shí)。如何進(jìn)一步提高專職教師的工程化能力，保證企業(yè)教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)，將兩者有機(jī)結(jié)合，是這部分的重要研究?jī)?nèi)容。
　　“3”是指三個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，即基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和工程化技能學(xué)習(xí)，這三個(gè)實(shí)踐過(guò)程強(qiáng)調(diào)把工程化素質(zhì)培養(yǎng)作為學(xué)生全培養(yǎng)期中自始至終關(guān)注的主線。在基礎(chǔ)理論實(shí)踐過(guò)程中，一方面按照CDIO理念設(shè)置多門(mén)以培養(yǎng)學(xué)生工程能力和職業(yè)素質(zhì)為主的學(xué)分課程：另一方面，對(duì)多門(mén)傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行工程化改造，充實(shí)工程教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”。在專業(yè)知識(shí)和工程技能實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，利用我校與著名軟件企業(yè)合作建立的多個(gè)實(shí)習(xí)基地，設(shè)置2周的語(yǔ)言實(shí)訓(xùn)、3周的軟件過(guò)程實(shí)訓(xùn)和4周的軟件項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)及半年的企業(yè)實(shí)習(xí)，通過(guò)真實(shí)的企業(yè)環(huán)境、真實(shí)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、真實(shí)的項(xiàng)目經(jīng)理、真實(shí)的工作壓力和真實(shí)的工作機(jī)會(huì)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和職業(yè)素質(zhì)。
　　“4”是指在CDIO-CMM能力成熟度模型的指導(dǎo)下形成的基礎(chǔ)層、綜合層、應(yīng)用層、創(chuàng)新層四個(gè)實(shí)踐層次，基礎(chǔ)層強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力的培養(yǎng)，綜合層強(qiáng)調(diào)技術(shù)知識(shí)和工程能力的培養(yǎng)，應(yīng)用層強(qiáng)調(diào)過(guò)程與系統(tǒng)的構(gòu)建能力，而創(chuàng)新層強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
　　“5”是指五個(gè)評(píng)價(jià)機(jī)制。良好的培養(yǎng)模式必須具備完善的評(píng)價(jià)機(jī)制，軟件工程學(xué)生的評(píng)價(jià)機(jī)制貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，包括學(xué)生課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制、學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制、學(xué)生實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)機(jī)制、企業(yè)實(shí)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制及教師工作評(píng)價(jià)機(jī)制。
　　
　　3　“五位一體”CDIO實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建
　　
　　為形成完善的“五位一體”校企合作實(shí)踐教學(xué)體系，我們從實(shí)踐主體、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、工程化實(shí)踐教學(xué)課程體系、培養(yǎng)評(píng)價(jià)機(jī)制等方面進(jìn)行了研究。
　　
　　3.1　實(shí)踐教學(xué)中兩個(gè)主體CDIO能力培養(yǎng)
　　實(shí)踐教學(xué)中兩個(gè)主體分別為學(xué)生和教師，根據(jù)CDIO教學(xué)理念，學(xué)生必須具備工程化能力，教師也要有工程化知識(shí)及背景。
　　以往高校教學(xué)管理職能部門(mén)較多依賴教學(xué)質(zhì)量評(píng)估評(píng)價(jià)教師的教學(xué)質(zhì)量，該方法注重結(jié)果，忽略了教師能力持續(xù)改進(jìn)和提升的過(guò)程。而在學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中，學(xué)校多注重理論學(xué)習(xí)而忽略工程化能力培養(yǎng)。我們根據(jù)這兩個(gè)主體各自的特征，分別建立了CDIO-CMM學(xué)生能力成熟度模型及TC-CMM教師能力成熟度模型。
　　CDIO-CMM學(xué)生能力成熟度模型分為四個(gè)層次，對(duì)應(yīng)四個(gè)層次，我們分別以不同策略培養(yǎng)相應(yīng)的CDIO能力。同樣，TC-CMM也分為四個(gè)層次，利用PDCA循環(huán)，持續(xù)構(gòu)建教師的CDIO能力。
　　
　　3.2　工程化實(shí)踐課程體系及實(shí)踐過(guò)程的構(gòu)建
　　為構(gòu)建良好的實(shí)踐環(huán)節(jié)，需要在CDIO教學(xué)理念指導(dǎo)下，根據(jù)工程化實(shí)踐教學(xué)的需求，全面調(diào)整實(shí)踐課程與教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)工程化教學(xué)模式。同時(shí)將實(shí)踐課程分為基礎(chǔ)理論實(shí)踐課程體系及企業(yè)實(shí)訓(xùn)課程體系，基礎(chǔ)理論實(shí)踐課程體系調(diào)整為程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐、專業(yè)基礎(chǔ)理論課程實(shí)踐、專業(yè)課程實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐能力；實(shí)訓(xùn)課程體系根據(jù)我校和中軟公司的合作要求，按照“六藝、二技、二?！痹O(shè)計(jì)。“六藝”就是軟件工程學(xué)生需要掌握的基本技能，“二技”是工程師進(jìn)階的重要技能，“二?！笔侵杠浖こ碳败浖軜?gòu)方面的知識(shí)以及從技術(shù)(主要是架構(gòu)、項(xiàng)目管理方面)咨詢走向業(yè)務(wù)咨詢的能力。通過(guò)“六藝、二技、二專”規(guī)劃，形成軟件語(yǔ)言程序?qū)嵺`、軟件工程實(shí)踐、軟件平臺(tái)實(shí)踐以及軟件信息系統(tǒng)實(shí)踐的實(shí)訓(xùn)課程體系。
　　
　　3.3　實(shí)踐層次的構(gòu)建
　　按照CDIO對(duì)能力的劃分，我們對(duì)學(xué)生的考核要點(diǎn)包括基本個(gè)人能力、人際能力、過(guò)程與系統(tǒng)的構(gòu)建能力、創(chuàng)新能力。相應(yīng)的學(xué)生實(shí)踐培養(yǎng)分為四個(gè)層次，即基礎(chǔ)層、綜合層、應(yīng)用層、創(chuàng)新層?；A(chǔ)層主要通過(guò)專業(yè)課程實(shí)踐和C++程序設(shè)計(jì)實(shí)踐完成：綜合層強(qiáng)調(diào)技術(shù)知識(shí)和工程能力的培養(yǎng)，由面向?qū)ο蠹寄苡?xùn)練(Java和基礎(chǔ)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn))、軟件工程工具與環(huán)境、科研訓(xùn)練完成：應(yīng)用層強(qiáng)調(diào)過(guò)程與系統(tǒng)的構(gòu)建能力，通過(guò)參與企業(yè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力完成，該層強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)、就業(yè)、人際能力；創(chuàng)新層強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主要通過(guò)企業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)完成。
　　
　　3.4　培養(yǎng)評(píng)價(jià)機(jī)制的研究
　　要保證軟件工程實(shí)踐教學(xué)體系的良性運(yùn)行，必須建立起一套易于操作的評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)實(shí)踐教學(xué)中涉及的各項(xiàng)能力進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)主體及評(píng)價(jià)項(xiàng)目的不同確定評(píng)價(jià)思路、評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)和評(píng)價(jià)內(nèi)容。軟件工程學(xué)生的評(píng)價(jià)機(jī)制貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，包括學(xué)生課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制、學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制、學(xué)生實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)機(jī)制、企業(yè)實(shí)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制及教師工作評(píng)價(jià)機(jī)制。以軟件工程課程為例，主講教師分別制定了課程評(píng)價(jià)表、課程項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表和項(xiàng)目調(diào)查表，以此來(lái)評(píng)估軟件工程課程實(shí)驗(yàn)效果，表1是課程項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表部分信息。
　　通過(guò)上述調(diào)查表，我們可以對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、掌握知識(shí)點(diǎn)能力等進(jìn)行評(píng)估，使老師及時(shí)掌握信息，進(jìn)一步調(diào)整工程化教學(xué)實(shí)踐。
　　
　　4　結(jié)語(yǔ)
　　
　　軟件工程CDIO“五位一體”實(shí)踐教學(xué)體系的研究應(yīng)用于中南大學(xué)軟件學(xué)院實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)，構(gòu)建了完善的實(shí)踐教學(xué)體系，建立了良好的校企合作關(guān)系，成立了多個(gè)校企實(shí)習(xí)基地，成果得到不斷完善和修正。實(shí)踐結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)該實(shí)踐教學(xué)體系培養(yǎng)的學(xué)生具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，深受企業(yè)歡迎，多名學(xué)生已成功申報(bào)省級(jí)、國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目等。但本項(xiàng)目的評(píng)價(jià)機(jī)制尚需進(jìn)一步研究，各實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容與規(guī)范需進(jìn)一步完