基于CDIO模式的軟件工程實(shí)踐教學(xué)課程建設(shè)的研究

陳澎 熊耀華 周慧

摘 要：CDIO模式是一種全新的工程教育理念和實(shí)施體系，注重培養(yǎng)學(xué)生獲得扎實(shí)的基本理論和工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)對(duì)教育過(guò)程和工程領(lǐng)域詳細(xì)情景進(jìn)一步耦合。本文將CDIO模式運(yùn)用到WebGIS實(shí)踐教學(xué)課程中，從教學(xué)組織、學(xué)習(xí)組織形式和師資管理等多個(gè)方面闡述了具體實(shí)施過(guò)程，并對(duì)考核方式和改革效果進(jìn)行了分析和說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：CDIO；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

目前已是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，企事業(yè)單位從事工程技術(shù)人員所學(xué)專(zhuān)業(yè)技術(shù)背景知識(shí)越來(lái)越多樣化，他們常會(huì)被要求具有創(chuàng)新進(jìn)取的精神以對(duì)應(yīng)大型綜合項(xiàng)目，同時(shí)要具備設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施和調(diào)試的全方面能力[1]。但是，學(xué)生畢業(yè)后走向工作崗位后所欠缺的方面有如下幾點(diǎn)：

（1）理論與實(shí)踐結(jié)合能力較弱。其首要原因是高校目前的理論課教材存在一個(gè)撰寫(xiě)和出版周期，導(dǎo)致內(nèi)容不能與技術(shù)更新同步，且內(nèi)容多為理論與習(xí)題結(jié)合，缺少真正的實(shí)踐和應(yīng)用環(huán)節(jié)。教師一般從事科研項(xiàng)目居多，從事生產(chǎn)項(xiàng)目的少，多數(shù)實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐課程沒(méi)有觸碰到骨肉核心。

（2）綜合運(yùn)用知識(shí)的能力欠缺。此點(diǎn)在做綜合項(xiàng)目顯得尤為突出，遇到綜合性項(xiàng)目不能將軟件工程思想與實(shí)施的項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，主要原因是高校的課程設(shè)置了較高的學(xué)科壁壘，知識(shí)傳播的系統(tǒng)性較欠缺。

（3）學(xué)習(xí)新內(nèi)容的效率較低。當(dāng)前的一些大學(xué)傾向單向填鴨式的教學(xué)，導(dǎo)致培養(yǎng)出了主動(dòng)學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生。當(dāng)進(jìn)入社會(huì)時(shí)，必須要有較快的知識(shí)更新速度以適應(yīng)高新科技的不斷發(fā)展，但他們掌握新的知識(shí)仍使用的是傳統(tǒng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，以專(zhuān)業(yè)教師灌輸為主，沒(méi)有選擇和有意識(shí)地學(xué)習(xí)，沒(méi)有將學(xué)習(xí)結(jié)合到整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，工作效率無(wú)法進(jìn)一步提升。

事實(shí)證實(shí)，想要培養(yǎng)適合當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)就業(yè)形勢(shì)的人才就不能單一依靠傳統(tǒng)教學(xué)方式，著重培養(yǎng)本科生創(chuàng)造性思維及創(chuàng)新能力，很好發(fā)展其綜合應(yīng)用能力，為解決這個(gè)問(wèn)題CDIO（設(shè)想、設(shè)計(jì)、執(zhí)行、運(yùn)轉(zhuǎn)）應(yīng)運(yùn)而生。CDIO工程教育理念是由美國(guó)麻省理工學(xué)院等名校提出，并在世界范圍進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，指出由工程實(shí)踐背景代替工程教育背景：培養(yǎng)本科生的工程能力及解決問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力、自發(fā)學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、交流能力和大系統(tǒng)的掌控能力等[2]。

本文以WebGIS應(yīng)用與實(shí)踐課程為例，分析CDIO模式下，該項(xiàng)目課程在教學(xué)、考核等方面的改革。

2 基于CDIO的實(shí)踐教學(xué)改革（Practical teaching

reform based on the CDIO）

2.1 現(xiàn)狀分析

WebGIS應(yīng)用與實(shí)踐是一個(gè)WebGIS程序設(shè)計(jì)課程結(jié)束后的實(shí)踐課程。但以往的實(shí)踐課中使用的實(shí)例與實(shí)際運(yùn)用結(jié)合不緊密，學(xué)生不知道如何將這些實(shí)例融會(huì)貫通以提高自己開(kāi)發(fā)和應(yīng)用能力，進(jìn)而大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。這樣就造成了實(shí)踐脫離教學(xué)目的，學(xué)生無(wú)法接觸實(shí)際項(xiàng)目，缺乏培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的手段，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新能力明顯不足[3]。

另外，考核方式還需進(jìn)一步革新，實(shí)踐教學(xué)的考核相對(duì)困難。筆試的方式在現(xiàn)階段顯然不合理，要得到高分僅需記住具體流程及形式規(guī)范，這在互聯(lián)網(wǎng)上很容易得到。這樣就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生上網(wǎng)檢索能力提高了，而實(shí)際的實(shí)操及創(chuàng)新能力沒(méi)有得到鍛煉，對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)運(yùn)行沒(méi)有總體的了解，這有悖于我們實(shí)踐課程的初衷。如果采用提交大作業(yè)的方式，就會(huì)出現(xiàn)學(xué)生吃“大鍋飯”的局面，難以明確教學(xué)效果，所以基于CDIO的實(shí)踐教學(xué)考核方式的選擇是目前存在的一個(gè)重大問(wèn)題[4]。

2.2 WebGIS實(shí)踐教學(xué)改革

CDIO的概念不僅秉承與發(fā)揚(yáng)超過(guò)二十年的美國(guó)和歐洲工程教育改革經(jīng)驗(yàn)，還給出了涵蓋了學(xué)習(xí)環(huán)境、教學(xué)法、教師及學(xué)生考核方式、培養(yǎng)計(jì)劃等方面的全面實(shí)施培訓(xùn)和指導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)施的具體步驟以及最終的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，因此適合將此理念進(jìn)一步推廣。

基于CDIO的實(shí)踐教學(xué)改革，有幾個(gè)是關(guān)鍵和基本點(diǎn)：

（1）教學(xué)大綱制定。在CDIO指導(dǎo)下，教學(xué)大綱的制定必須符合專(zhuān)業(yè)就業(yè)需求的基本能力。除了對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)外，此類(lèi)能力還包括了工作中所必須具備的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自我學(xué)習(xí)、系統(tǒng)構(gòu)建等能力。

（2）真實(shí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程。WebGIS應(yīng)用與實(shí)踐設(shè)置了多次迭代“設(shè)計(jì)一實(shí)施”應(yīng)用項(xiàng)目，全部以需求分析為初始階段，依次為概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)及測(cè)試階段，這樣每個(gè)學(xué)生都能夠提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的才能。

（3）教學(xué)綜合過(guò)程。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)屬于教學(xué)法范疇，本科生可通過(guò)此過(guò)程綜合多種技能，從而提升各項(xiàng)能力。經(jīng)過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)能力提高和知識(shí)更新同時(shí)獲取的理想目標(biāo)。

（4）增加教師的企業(yè)實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。將企業(yè)的實(shí)踐項(xiàng)目和工作流程順利的引入到課堂，需要教師有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。依靠教師的企業(yè)實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，一方面可以適當(dāng)裁剪和修改企業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目，使其更適合教學(xué)需求；另一方面，可以對(duì)學(xué)生的開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行有效的把控和專(zhuān)業(yè)的指導(dǎo)。

（5）評(píng)價(jià)學(xué)生工程實(shí)踐能力。學(xué)生CDIO教學(xué)方法的能力，對(duì)學(xué)生個(gè)人的CDIO評(píng)價(jià)是驗(yàn)證其有效性的詳細(xì)措施，其中主要包括學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力和團(tuán)隊(duì)溝通能力等。

由此模式設(shè)計(jì)WebGIS應(yīng)用與實(shí)踐包含兩個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，具有如下特點(diǎn)：

①?gòu)?qiáng)調(diào)專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)的綜合應(yīng)用。實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容囊括了本專(zhuān)業(yè)方向大部分知識(shí)點(diǎn)，也有一部分知識(shí)擴(kuò)展，項(xiàng)目具一定復(fù)雜性，檢閱學(xué)生所學(xué)知識(shí)，并開(kāi)闊其眼界。

②實(shí)踐性較強(qiáng)的項(xiàng)目訓(xùn)練過(guò)程。以真實(shí)工程改編成實(shí)踐項(xiàng)目，設(shè)置模擬職場(chǎng)環(huán)境作為教學(xué)環(huán)境。學(xué)生在項(xiàng)目中對(duì)立自我根據(jù)開(kāi)發(fā)流程要求完成開(kāi)發(fā)，將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際實(shí)踐完美結(jié)合。

3 實(shí)踐教學(xué)中的管理模式（Management mode in

the practical teaching）

3.1 學(xué)習(xí)組織形式

WebGIS應(yīng)用與實(shí)踐包括兩個(gè)項(xiàng)目：智能應(yīng)急系統(tǒng)和旅游地理信息平臺(tái)。依據(jù)CDIO的標(biāo)準(zhǔn)制訂教學(xué)大綱，要求學(xué)生完兩個(gè)項(xiàng)目的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)測(cè)試。借由此兩個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生各項(xiàng)技能及溝通能力得到提升，最終發(fā)掘并增加了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間為實(shí)踐學(xué)期，集中開(kāi)發(fā)一個(gè)月。項(xiàng)目組由4—5人構(gòu)成，具體分組形式為每組設(shè)定組長(zhǎng)1人，負(fù)責(zé)發(fā)起學(xué)習(xí)討論，分配任務(wù)。對(duì)于小組組長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，其具體想法最終會(huì)得到實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于分組成員將會(huì)逐步驗(yàn)證自己想法。這期間小組成員之間必須通過(guò)各種形式的交流溝通，或以組會(huì)形式，或以匯報(bào)工作方式等，解決項(xiàng)目運(yùn)行的問(wèn)題或不同意見(jiàn)。學(xué)生必須學(xué)會(huì)如何表達(dá)思路，并說(shuō)服其他人取得一致認(rèn)同使項(xiàng)目良好運(yùn)行。這樣最能提高學(xué)生交流與團(tuán)隊(duì)合作能力，也是CDIO模式培養(yǎng)的其中一個(gè)目標(biāo)。

3.2 教學(xué)組織

根據(jù)CDIO的要求，綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要以如下多個(gè)階段進(jìn)行：

（1）確定目標(biāo)方案，提出需求分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。先期到相關(guān)單位現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，與用戶進(jìn)行交流，了解行業(yè)需求。根據(jù)用戶需求規(guī)格說(shuō)明，進(jìn)行需求分析，提交需求分析文檔。教師需對(duì)學(xué)生的需求分析審核，給出參考意見(jiàn)，以解決學(xué)生缺乏項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)教師的建議修改完善。需求完成后開(kāi)始系統(tǒng)設(shè)計(jì)，明確系統(tǒng)各個(gè)功能點(diǎn)，進(jìn)行任務(wù)細(xì)分，制訂工作進(jìn)度。

（2）項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。這個(gè)階段主要任務(wù)是完成一個(gè)WebGIS的項(xiàng)目，要求學(xué)生采用敏捷開(kāi)發(fā)模型，根據(jù)各自的分工完成相應(yīng)的任務(wù)。敏捷開(kāi)發(fā)模型強(qiáng)調(diào)的是高效和多溝通，故小組成員需要每周開(kāi)例會(huì)總結(jié)上一階段存在的問(wèn)題，尋找問(wèn)題的有效解決途徑，同時(shí)規(guī)劃本階段的工作任務(wù)。與此同時(shí)，每天也需要尋找一個(gè)固定時(shí)間溝通小組成員的進(jìn)展，盡量保證每位同學(xué)都不會(huì)成為項(xiàng)目的短板。同時(shí)，教師可以監(jiān)控每個(gè)組的進(jìn)度，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生分享解決問(wèn)題的方法或者使用的新技術(shù)。教師還具有引導(dǎo)責(zé)任，幫助學(xué)生解決問(wèn)題，還將以講演或成立研討會(huì)、交流會(huì)成員，培養(yǎng)其創(chuàng)造能力，提高專(zhuān)業(yè)技能和溝通能力。

（3）運(yùn)行測(cè)試。此階段是對(duì)WebGIS項(xiàng)目質(zhì)量把控的過(guò)程。為了在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題，要求學(xué)生進(jìn)行白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試。小組內(nèi)部白盒測(cè)試，提交測(cè)試用例，小組之間黑盒測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提交問(wèn)題。

（4）項(xiàng)目評(píng)估。項(xiàng)目完成后，項(xiàng)目組必須提供規(guī)范的需求分析文檔、系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔、項(xiàng)目源代碼、測(cè)試用例。每位學(xué)生的評(píng)分包括教師給出的小組得分乘以其本人在小組的開(kāi)發(fā)過(guò)程中的貢獻(xiàn)度。教師給出的評(píng)分需要依據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，盡量細(xì)化，用定量描述替代定性描述，保證小組得分的公平和公正性。學(xué)生的貢獻(xiàn)度則由小組組長(zhǎng)給出，這樣可以更加真實(shí)的反應(yīng)學(xué)生的參與度。

3.3 師資管理

目前，不少學(xué)校傾向于尋找企業(yè)中有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)程序員或者項(xiàng)目經(jīng)理來(lái)授課，認(rèn)為這樣能讓學(xué)生接觸到真正的項(xiàng)目，提高實(shí)戰(zhàn)能力[5]。但是這種方案不一定可取，主要因?yàn)槭牵旱谝?，由于講課經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在傳授知識(shí)的過(guò)程中，他們不如專(zhuān)業(yè)教師講解的深入淺出，注重條理；第二，每一位工程技術(shù)人員在企業(yè)中都是重點(diǎn)從事某一項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，在講解的過(guò)程中，技術(shù)人員可能會(huì)傳授片面的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于現(xiàn)階段需要均衡發(fā)展技術(shù)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這是弊大于利的。因此，可以采用的方案是注重加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)教師的實(shí)踐能力，給教師提供更多的研究、學(xué)習(xí)和實(shí)踐機(jī)會(huì)，讓他們直接參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目指導(dǎo)設(shè)計(jì)過(guò)程[6]。

4 考核方式（Assessment）

此教學(xué)體系要良好運(yùn)行需要一套嚴(yán)格的考核指標(biāo)[7]。傳統(tǒng)的課程一般采用理論考試的方式，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)，并沒(méi)有體現(xiàn)出實(shí)踐能力。后來(lái)實(shí)踐課程進(jìn)行了一定的改變，采用上機(jī)考試的方式。雖然能在一定程度上考查學(xué)生的編程能力，但是由于考試時(shí)間短，實(shí)踐考題一般比較簡(jiǎn)單，通過(guò)較短的集中復(fù)習(xí)即可取得高分。因此，也沒(méi)有達(dá)到很好的檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

CDIO本身的教學(xué)模式就是以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的，因此本課程通過(guò)兩個(gè)項(xiàng)目作為考核內(nèi)容，如表1所示。

表1 項(xiàng)目考核

Tab.1 Project examination

考核項(xiàng)目 考核能力指標(biāo) 考核方式 所占權(quán)重

項(xiàng)目設(shè)計(jì) 掌握軟件工程系統(tǒng)分析的方法，能夠通過(guò)分析獲取系統(tǒng)需求；

能夠利用面向?qū)ο笏枷雽?duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行抽象化 提交實(shí)現(xiàn)報(bào)告 30%

團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程 項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力 課堂展示 20%

項(xiàng)目答辯

（兩個(gè)項(xiàng)目） 熟悉Web編程基本規(guī)范，養(yǎng)成遵循工程規(guī)范的習(xí)慣和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)；

團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題能力、溝通能力 答辯 50%

教師方面，需要在平時(shí)的課堂中觀察學(xué)生的各方面能力；學(xué)生方面，不能夠僅僅依賴(lài)臨時(shí)抱佛腳就能通過(guò)，只能持續(xù)的參與項(xiàng)目，從而促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力提高[6]。因此新設(shè)計(jì)的考核方式對(duì)二者均有促進(jìn)提升的作用。

5 結(jié)論（Conclusion）

基于CDIO模式開(kāi)發(fā)的WebGIS應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目，能夠取得以下成果：

（1）學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。通過(guò)工程項(xiàng)目的參與，學(xué)生能夠主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，由被動(dòng)引導(dǎo)思考改變成主動(dòng)解決問(wèn)題，從而提高學(xué)習(xí)效果。

（2）學(xué)生工程實(shí)踐能力。通過(guò)該項(xiàng)目訓(xùn)練方式，學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能會(huì)得到極大的提高。同時(shí)，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中解決問(wèn)題的能力也會(huì)得打大幅提高。

（3）學(xué)生WebGIS工程師素質(zhì)。作為一個(gè)工程師，還需要具備良好的團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力、自我管理能力以及創(chuàng)新能力，通過(guò)本項(xiàng)目，學(xué)生能清晰的認(rèn)識(shí)到這些能力的重要性，并在真?zhèn)€開(kāi)發(fā)過(guò)程中得以提高。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 劉世昌，谷建春.高等教育分化與整合的歷史追溯與現(xiàn)實(shí)思考

[J].黑龍江高教研究，2005（01）：7-10.

[2] 萬(wàn)金華.基于CDIO模式的綜合訓(xùn)練項(xiàng)目的探索[J].現(xiàn)代企業(yè)

教育， 2009（04）：103-105.

[3] 黃鵬宇，等.創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中教學(xué)與科研工作實(shí)踐[J].軟件

工程師， 2014（08）：41-44.

[4] 溫濤.基于TOPCARES-CDIO的一體化人才培養(yǎng)模式探索

與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（11）：23-29.

[5] 董華麗.數(shù)控專(zhuān)業(yè)課程中的項(xiàng)目教學(xué)[J].成功（教育），2011（01）：

75.

[6] 嚴(yán)玥，劉建國(guó).CDIO模式在軟件服務(wù)外包人才教學(xué)中的探索

與實(shí)踐[J].中國(guó)教育信息化，2010（11）：59-62.

[7] 王錚.項(xiàng)目化教學(xué)在動(dòng)畫(huà)造型設(shè)計(jì)課程中的探索與應(yīng)用[J].現(xiàn)

代裝飾（理論），2011（11）：87-88.

作者簡(jiǎn)介：

陳 澎（1982-），男，博士，講師.研究領(lǐng)域：地理信息系統(tǒng).

熊耀華（1974-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：項(xiàng)目管理，軟

件工程.

周 慧（1983-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：軟件工程教育.