以CDIO為導(dǎo)向培養(yǎng)軟件工程醫(yī)工專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新能力

楊誼，喻德曠

摘 要：文章以CDIO高等工程教育理論為指導(dǎo)，面向軟件產(chǎn)業(yè)，在課程體系、學(xué)習(xí)環(huán)境以及實(shí)施過程等方面進(jìn)行深度的探索和實(shí)踐，創(chuàng)新性地開展專業(yè)課程的課堂教學(xué)綜合改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多元實(shí)踐模式改革，以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動地、實(shí)踐地、課程之間有機(jī)聯(lián)系地進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)醫(yī)工專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：CDIO；醫(yī)工專業(yè)；創(chuàng)新能力培養(yǎng)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）22-0049-03

Abstract： Guided by CDIO， the modern theory of the higher engineering education， aiming at the software industry， this paper made a thorough exploration and practice on the aspects of curriculum system， learning environment and implementation process， in which the comprehensive innovation of class teaching and multi-mode practice teaching mode is carried out. By the carrier of the life cycle of product from research and development to operation， we help the students to learn and practice in an active， practical and organic communication way to gain the innovation capability of biomedical engineering.

Keywords： CDIO； biomedical engineering； cultivation of innovation capabilities

一、CDIO工程教育模式

經(jīng)濟(jì)全球化新形勢軟件產(chǎn)業(yè)對創(chuàng)新工程人才產(chǎn)生了大量需求，為了應(yīng)對這一增長的局勢，聯(lián)合國教科文組織提出了工程教育改革的三個戰(zhàn)略：“做中學(xué)”“產(chǎn)學(xué)合作”“國際化”。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate）的縮寫，體現(xiàn)了近年來國際上工程教育改革的新理念，是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)，系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測評的標(biāo)準(zhǔn)。

較長一段時間以來，我們的軟件人才教育模式以學(xué)科知識為中心，在創(chuàng)新能力、實(shí)踐動手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)方面存在薄弱環(huán)節(jié)。在我校，軟件工程專業(yè)畢業(yè)生雖然初次就業(yè)率較高，但存在軟件專業(yè)對口率較低（約為25-30%），崗位勝任率不高的現(xiàn)象，畢業(yè)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)有待大幅度提高。

二、軟件工程實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)設(shè)計思路

我們通過深入理解CDIO培養(yǎng)大綱的實(shí)質(zhì)，將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際溝通能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，以工程項(xiàng)目為載體，讓學(xué)生以主動實(shí)踐、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

在教學(xué)過程中，以實(shí)踐課程平臺為基礎(chǔ)，將能力目標(biāo)從低到高設(shè)置為培養(yǎng)興趣、學(xué)習(xí)技能、創(chuàng)新應(yīng)用、創(chuàng)新能力四個不同層級，創(chuàng)新開展軟件專業(yè)課程教學(xué)，在專業(yè)和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上對學(xué)生進(jìn)行多方面的能力訓(xùn)練，分別實(shí)現(xiàn)實(shí)踐意識培養(yǎng)、創(chuàng)新實(shí)踐探索和創(chuàng)新項(xiàng)目制作，以職業(yè)生涯實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)、創(chuàng)新訓(xùn)練等系列舉措，循序漸進(jìn)地提升創(chuàng)新能力。

三、課程體系設(shè)計

課程體系中的所有單門課程、課程群、專業(yè)實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計和全局性人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的教學(xué)過程均劃分為C、D、I、O四個階段。

構(gòu)思性實(shí)踐（C）階段的任務(wù)是加深學(xué)生對軟件工程、軟件開發(fā)模型、軟件過程模型等基本概念的理解，構(gòu)思待研發(fā)的項(xiàng)目。由教師提供學(xué)生多個實(shí)際軟件案例，每個學(xué)生團(tuán)隊(duì)挑選一個案例進(jìn)行分析、討論軟件生命周期、開發(fā)模型、軟件過程等概念如何體現(xiàn)，加深對軟件工程基本分析和設(shè)計方法的理解，并進(jìn)行項(xiàng)目初步框架設(shè)計和可行性研究。

設(shè)計性實(shí)踐（D）階段的任務(wù)是指導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作實(shí)現(xiàn)軟件項(xiàng)目的設(shè)計，包括技術(shù)路線的設(shè)計和項(xiàng)目設(shè)計方案的確定。通過項(xiàng)目的整體和詳細(xì)設(shè)計實(shí)踐，使學(xué)生掌握軟件工程的基本原理、方法、技術(shù)、工具，并能夠?qū)嶋H應(yīng)用。

在實(shí)現(xiàn)性實(shí)踐（I）階段，學(xué)生團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)或模塊，并定期根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施計劃進(jìn)行項(xiàng)目檢查以及測試，培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實(shí)精神、工程能力和團(tuán)隊(duì)精神。

在運(yùn)作性實(shí)踐（O）階段，每一個學(xué)生團(tuán)隊(duì)對所開發(fā)出的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，建立相應(yīng)的應(yīng)用、營銷和服務(wù)渠道，學(xué)生通過這個階段能夠深入了解技術(shù)應(yīng)用和服務(wù)市場，培養(yǎng)務(wù)實(shí)精神和實(shí)際工作能力。

所有項(xiàng)目完成后由教師和相關(guān)利益方組織實(shí)施項(xiàng)目成果的評價、交流和總結(jié)，對于實(shí)際運(yùn)用的項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目跟蹤和維護(hù)。

四、課堂教學(xué)改革

為了踐行CDIO教育理念，我們充分開展了教學(xué)手段改革，將理論闡述與案例講解和應(yīng)用分析相結(jié)合，有系統(tǒng)地將相關(guān)課程整合起來，逐步形成一套科學(xué)的多元化的教學(xué)方法體系。

教師綜合運(yùn)用案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、實(shí)驗(yàn)平臺教學(xué)、信息化平臺實(shí)踐教學(xué)、網(wǎng)上課堂等多種教學(xué)方式和教學(xué)平臺，全方位提升教學(xué)效果。通過案例教學(xué)，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力；通過項(xiàng)目教學(xué)，創(chuàng)建競爭與合作、教學(xué)與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)環(huán)境；借助實(shí)驗(yàn)平臺教學(xué)，鍛煉學(xué)生的實(shí)際動手能力；通過網(wǎng)上課堂，即時交流及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。啟發(fā)式教學(xué)與案例式教學(xué)的綜合運(yùn)用，可以避免教師的單純灌輸和學(xué)生的被動接受，同時也防止了課堂的過于發(fā)散，為學(xué)生提供了一定的參考范例。互動式學(xué)習(xí)、模擬體驗(yàn)式教學(xué)、情景式教學(xué)與小組學(xué)習(xí)、網(wǎng)上課程相結(jié)合，既能夠讓教師及時掌握學(xué)生的情況，幫助其補(bǔ)足薄弱環(huán)節(jié)，給予其積極的鼓勵，又能提高時間利用率，避免簡單知識的重復(fù)學(xué)習(xí)，有效利用課內(nèi)時間解決關(guān)鍵問題。

根據(jù)案例項(xiàng)目需求和課程特點(diǎn)，將講課分為三個階段：基礎(chǔ)知識培訓(xùn)、項(xiàng)目開發(fā)階段、項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)運(yùn)作階段。教師在課堂上邊講解邊操作，讓學(xué)生對新技術(shù)有一個全局的認(rèn)識，在細(xì)節(jié)方面具有深刻的感性認(rèn)識，注重知識點(diǎn)的實(shí)際操作和應(yīng)用，降低學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)的門檻。上課的模式強(qiáng)調(diào)精講多練，由手把手教學(xué)，改為精講原理與體系，輔以案例的實(shí)際操作，每一節(jié)課講述的知識點(diǎn)數(shù)量是傳統(tǒng)教學(xué)數(shù)量的3倍左右。課程的重點(diǎn)是對學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的引導(dǎo)，每節(jié)課的課后作業(yè)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)課堂上講解的例子，體現(xiàn)了老師引路、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的思想。

五、層次化交叉性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

開展合作型、復(fù)合型、職業(yè)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。依托開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，將一些明顯開發(fā)性高、平臺性強(qiáng)設(shè)置為選學(xué)內(nèi)容，鼓勵有潛力有興趣的學(xué)生參與，并鼓勵全體學(xué)生在理解自身與就業(yè)取向的基礎(chǔ)上，參加資質(zhì)認(rèn)證職業(yè)技能訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照難度和綜合性，分為以下幾種不同層次：

1. 基于課程的項(xiàng)目，學(xué)生在學(xué)習(xí)了指定專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，用2周的時間在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室對給定的課程項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計和實(shí)施工作。

2. 面向團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目，學(xué)生在完成所選方向的課程群后，進(jìn)入專門安排的工程實(shí)踐場所，用1個月的時間完成一個小型項(xiàng)目。

3. 合作性項(xiàng)目，通過企業(yè)與學(xué)生的雙向選擇，學(xué)生進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)基地，用1到2個月時間完成企業(yè)方提供的模擬或真實(shí)的中型項(xiàng)目。

4. 課外設(shè)計項(xiàng)目，對學(xué)有特長的學(xué)生開展培訓(xùn)，完成大學(xué)生課外科研項(xiàng)目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，時間通常是1學(xué)年，鼓勵高年級同學(xué)傳幫帶低年級同學(xué)。

不同的課程之間的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)建立緊密的關(guān)聯(lián)關(guān)系，體現(xiàn)了各門專業(yè)課程之間的“網(wǎng)絡(luò)交叉性”關(guān)系。以知識點(diǎn)“線性結(jié)構(gòu)”的操作為例，我們在高級程序語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)、技能實(shí)訓(xùn)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中安排了如表1所示的前后關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)題目。

通過以上多元化實(shí)驗(yàn)設(shè)置，學(xué)生從理論課學(xué)習(xí)掌握線性結(jié)構(gòu)的基本組成、屬性和處理方案，到不同時間所開展的不同級別的實(shí)現(xiàn)，在反復(fù)多次實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用中充分掌握了線性結(jié)構(gòu)的基本處理技能和代碼編寫，到能夠根據(jù)實(shí)際問題進(jìn)行建模，靈活運(yùn)用線性結(jié)構(gòu)的各種處理方法和技能解決問題，并逐步養(yǎng)成代碼庫建設(shè)、代碼重用和代碼測試的工程素質(zhì)，這種多元化、階段上升式的訓(xùn)練對于學(xué)生將知識在不同課程中融會貫通很有幫助，扎實(shí)有效地實(shí)現(xiàn)了軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

在實(shí)驗(yàn)開展過程中和考核階段，教師和企業(yè)導(dǎo)師擔(dān)任評分者，同時扮演軟件用戶和客戶，對產(chǎn)品不斷提出需求變更，設(shè)置開發(fā)期限，讓學(xué)生既感受到壓力又受到鼓勵，體驗(yàn)開發(fā)實(shí)景，通過與用戶合作和協(xié)商不斷消除誤解、克服困難，從而摸索出合適的開發(fā)設(shè)計思路和開發(fā)流程模式。所有實(shí)驗(yàn)均以學(xué)生為主體，以項(xiàng)目為載體，不僅能夠有效地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意，進(jìn)而影響全體學(xué)生的學(xué)習(xí)效能，而且可以借此引導(dǎo)學(xué)生建立一個以創(chuàng)造產(chǎn)品、提供技術(shù)服務(wù)為目標(biāo)的合理價值觀。教師在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的作用落在實(shí)踐課程的組織與引導(dǎo)上，注重其工程實(shí)踐性和探索研究性，以提高學(xué)生的獨(dú)立思考能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]周建儒.“課程融合，工學(xué)交替”教學(xué)模式創(chuàng)新研究——以《軟件工程》課程教學(xué)改革為例[J].軟件導(dǎo)刊，2013，12（11）：200-201.

[2]孫琦龍.創(chuàng)新型軟件工程人才培養(yǎng)體系研究與實(shí)踐[J].軟件工程師，2015，31（10）：63-65.

[3]李輝.地方院?！白吭焦こ處煛本C合能力培養(yǎng)探索與實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，35（9）：83-85.

[4]唐光義，李繼革，張宏國.基于“卓越計劃”的課程整合教學(xué)方法探索[J].大學(xué)教育，2015，11：11-13.

[5]趙慧敏，李雪梅，徐克圣.基于CDIO模式的數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革方法研究[J].高教學(xué)刊，2016（23）：132-133.

[6]孫陽光.民族院校軟件工程專業(yè)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2016（23）：22-24.

[7]朱亞玲，張睿敏.基于CDIO模式的軟件技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革[J].高教學(xué)刊，2016（02）：117-118.