基于CDIO的軟件工程專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐類(lèi)課程的改革與實(shí)施

彭輝+鐵菊紅+文立玉+岳希+葉振

摘 要：提出將CIDO教育模式應(yīng)用到軟件工程專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐類(lèi)課程教學(xué)中，詳細(xì)介紹基于CDIO的工程實(shí)踐類(lèi)課程培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂、課程體系的構(gòu)建、課程教學(xué)內(nèi)容和實(shí)施、考核方式，根據(jù)實(shí)踐結(jié)果說(shuō)明基于CDIO的工程實(shí)踐類(lèi)課程教學(xué)模式是可行的，畢業(yè)生的能力能夠達(dá)到CDIO培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：工程實(shí)踐；軟件工程；CDIO

文章編號(hào)：1672-5913（2017）05-0030-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

0 引 言

工程教育的目的是將學(xué)生培養(yǎng)成為“整裝待發(fā)”的工程師，也就是在其從事職業(yè)前具備較好的工程能力和深厚的技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，工程教育者的任務(wù)就是不斷地改進(jìn)本科工程教育的質(zhì)量和內(nèi)涵。CDIO教學(xué)模式改革了工程教育，教育學(xué)生理解如何在一個(gè)現(xiàn)代團(tuán)隊(duì)環(huán)境下構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行復(fù)雜的、具有高附加值的工程產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)[1]。隨著社會(huì)信息化的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)軟件的需求也越來(lái)越多，各種應(yīng)用軟件的復(fù)雜性和規(guī)模不斷增加，導(dǎo)致軟件企業(yè)亟需大量的能夠構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行復(fù)雜軟件系統(tǒng)的人才。軟件企業(yè)對(duì)所需人才的要求與CDIO的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)是相符合的。然而，目前一些高校的軟件工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生并不具備這種CDIO能力，因此目前軟件工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、培養(yǎng)方案和課程體系有必要根據(jù)CDIO的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整[2]。

工程性和實(shí)踐性是軟件工程專(zhuān)業(yè)的主要特點(diǎn)。 CDIO工程教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生工程實(shí)踐能力的重要性。軟件工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要分為3類(lèi)：第1類(lèi)是理論課程內(nèi)的實(shí)驗(yàn)或上機(jī)；第2類(lèi)是工程實(shí)踐類(lèi)課程（或稱(chēng)為課程設(shè)計(jì)類(lèi)課程）；第3類(lèi)是畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)。軟件工程專(zhuān)業(yè)的工程實(shí)踐類(lèi)課程沒(méi)有理論授課，全部都是實(shí)驗(yàn)或上機(jī)課，主要是培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力和工程實(shí)踐動(dòng)手能力，在整個(gè)軟件工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系中占據(jù)著非常重要的一個(gè)位置[3-4]。

1 基于CDIO的工程實(shí)踐類(lèi)課程培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂

根據(jù)CDIO教學(xué)大綱，CDIO培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)共分為三級(jí)，其中一級(jí)指標(biāo)4個(gè)，分別是技術(shù)知識(shí)和推理，個(gè)人能力、職業(yè)能力和態(tài)度，人際交往能力、團(tuán)隊(duì)工作和交流，在企業(yè)和社會(huì)環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行系統(tǒng)的能力。每個(gè)一級(jí)指標(biāo)又分為很多二級(jí)指標(biāo)，二級(jí)指標(biāo)又分為若干三級(jí)指標(biāo)[1-5]。結(jié)合CDIO培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和成都信息工程大學(xué)軟件工程學(xué)院軟件工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，我們制定了軟件工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中與工程實(shí)踐類(lèi)課程相關(guān)的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。工程實(shí)踐類(lèi)課程主要培養(yǎng)學(xué)生的以下幾方面的能力：①應(yīng)用核心軟件工程基礎(chǔ)知識(shí)的能力；②工程推理和解決問(wèn)題的能力；③進(jìn)行工程實(shí)踐所需的個(gè)人能力；④團(tuán)隊(duì)合作能力；⑤人際交流能力；⑥系統(tǒng)的構(gòu)思與工程化能力。

2 軟件工程實(shí)踐類(lèi)課程體系的構(gòu)建

基于CDIO的工程實(shí)踐類(lèi)課程培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)有的工程實(shí)踐類(lèi)課程進(jìn)行改革，重新構(gòu)建工程實(shí)踐課程群，總共包括4門(mén)課程：工程實(shí)踐I（編碼訓(xùn)練）、工程實(shí)踐II（軟件技術(shù)）、工程實(shí)踐III（軟件測(cè)試）和工程實(shí)踐IV（綜合訓(xùn)練）。這4門(mén)課程的學(xué)時(shí)、學(xué)分、執(zhí)行學(xué)期和培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。這4門(mén)課分別設(shè)置在不同的學(xué)期，每門(mén)課的學(xué)時(shí)都是32學(xué)時(shí)（2學(xué)分），每門(mén)課程的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)指標(biāo)都根據(jù)表1中的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。

工程實(shí)踐類(lèi)課程群的構(gòu)建思想：①學(xué)生通過(guò)工程實(shí)踐類(lèi)課程的學(xué)習(xí)，能夠達(dá)到表1中的能力要求，因此所有工程實(shí)踐課程的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)加起來(lái)能夠完全覆蓋表1中的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)指標(biāo)；②按照軟件工程由底向上、循序漸進(jìn)的模式，構(gòu)建工程實(shí)踐課程群。

在第3學(xué)期，首先開(kāi)設(shè)的是工程實(shí)踐I（編碼訓(xùn)練）課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的基本編程功能， 培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（C#或Java）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和動(dòng)手編程能力。工程實(shí)踐I課程為后續(xù)的3門(mén)工程實(shí)踐課程打下實(shí)踐基礎(chǔ)。

在第4學(xué)期，開(kāi)設(shè)的是工程實(shí)踐II（軟件技術(shù)）課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生使用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（JSP、ASP.NET等語(yǔ)言）和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)（Oracle、SQL Server等）進(jìn)行Web編程的能力和初步軟件設(shè)計(jì)能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)已有軟件的需求分析能力以及對(duì)設(shè)計(jì)文檔的閱讀和理解能力。

在第5學(xué)期，開(kāi)設(shè)的是工程實(shí)踐III（軟件測(cè)試）課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生制訂測(cè)試計(jì)劃、設(shè)計(jì)測(cè)試用例、實(shí)施測(cè)試方案等基本的測(cè)試技能，為學(xué)生進(jìn)入企業(yè)從事軟件測(cè)試工作奠定堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

在第6學(xué)期，開(kāi)設(shè)的是工程實(shí)踐IV（綜合訓(xùn)練）課程，通過(guò)一個(gè)中型軟件工程項(xiàng)目的完整開(kāi)發(fā)，學(xué)生經(jīng)歷需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、程序編碼、程序測(cè)試及集成運(yùn)行全過(guò)程，培養(yǎng)軟件項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行系統(tǒng)的基本能力，在企業(yè)和社會(huì)環(huán)境下，能夠參與或組織一個(gè)完整軟件項(xiàng)目的全生命周期工作，包括軟件的需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、維護(hù)等工作[4]。

3 工程實(shí)踐類(lèi)課程的教學(xué)主要內(nèi)容和實(shí)施

所有的工程實(shí)踐課程都圍繞該課程的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和實(shí)施，課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該完全覆蓋該課程培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)指標(biāo)，使學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，能力能夠達(dá)到培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)所要求的水平。所有的工程實(shí)踐課程都是以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型教學(xué)方法為主，教師以一套項(xiàng)目案例展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生參考案例模板，按軟件工程流程完成自己的項(xiàng)目。除了工程實(shí)踐課程I，其他的工程實(shí)踐課程都以小組為單位（4～6人組成一個(gè)小組）完成課程作業(yè)。每個(gè)工程實(shí)踐課程都要求項(xiàng)目答辯，一人一辯。通過(guò)項(xiàng)目答辯可以考查和評(píng)估學(xué)生所做系統(tǒng)的效果以及學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、集成等能力，還可以鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力和交流能力。每個(gè)課程項(xiàng)目答辯在課程最后階段進(jìn)行，一般需要8～12學(xué)時(shí)完成。

工程實(shí)踐I （編碼訓(xùn)練）課程的主要教學(xué)內(nèi)容：①每名學(xué)生選擇一個(gè)小型軟件項(xiàng)目（或者老師指定一個(gè)項(xiàng)目），制訂項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃；②對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行初步分析和設(shè)計(jì)，完成程序模塊劃分和設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)程序設(shè)計(jì)文檔；③學(xué)習(xí)程序編碼規(guī)范，編寫(xiě)符合編碼規(guī)范的程序代碼；④程序調(diào)試和測(cè)試；⑤完成項(xiàng)目答辯；⑥編寫(xiě)課程總結(jié)報(bào)告，提交項(xiàng)目成果。

工程實(shí)踐II（軟件技術(shù)）課程的主要教學(xué)內(nèi)容：①任課教師提供多個(gè)信息管理系統(tǒng)軟件的需求分析、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等資料供學(xué)生選擇，以選擇好的項(xiàng)目作為后期功能實(shí)現(xiàn)及評(píng)價(jià)的依據(jù)；②學(xué)生小組根據(jù)項(xiàng)目資料，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成軟件項(xiàng)目的原型設(shè)計(jì)，提交中間成果（功能設(shè)計(jì)文檔和系統(tǒng)原型）；③根據(jù)系統(tǒng)項(xiàng)目文檔及前期做的原型，完成對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的編碼及具體實(shí)現(xiàn)，小組成員分工合作，由小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)，要求每個(gè)學(xué)生至少完成一個(gè)相對(duì)完整的功能模塊設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)；④每名學(xué)生分別講述自己完成項(xiàng)目的工作情況和實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)行項(xiàng)目答辯。

工程實(shí)踐III（軟件測(cè)試）課程的主要教學(xué)內(nèi)容：①教師給定一個(gè)待測(cè)試軟件系統(tǒng)的需求、設(shè)計(jì)文檔以及源代碼，學(xué)生分組閱讀理解該系統(tǒng)的文檔和源代碼，按規(guī)范格式編寫(xiě)軟件測(cè)試計(jì)劃書(shū)；②學(xué)生根據(jù)軟件測(cè)試計(jì)劃書(shū)進(jìn)行測(cè)試用例設(shè)計(jì)；③學(xué)生根據(jù)測(cè)試用例設(shè)計(jì)書(shū)，按步驟執(zhí)行測(cè)試用例，記錄測(cè)試結(jié)果；④學(xué)生分析軟件缺陷分布狀況和測(cè)試結(jié)果，按軟件測(cè)試總結(jié)報(bào)告要求編寫(xiě)軟件測(cè)試總結(jié)報(bào)告，提交相關(guān)文檔；⑤每名學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目答辯。

工程實(shí)踐IV（綜合訓(xùn)練）課程的主要教學(xué)內(nèi)容：①學(xué)生以小組為單位，自選一個(gè)中型軟件項(xiàng)目系統(tǒng)題目（或老師指定一個(gè)題目），進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、資料查詢(xún)，按規(guī)范格式編寫(xiě)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)；②根據(jù)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)，按規(guī)范格式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和模塊功能設(shè)計(jì)，小組共同完成概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；③每名學(xué)生根據(jù)概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，按規(guī)范格式完成所分配模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；④每名學(xué)生根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，按照編碼規(guī)范完成自己所分配模塊的代碼編寫(xiě)；⑤每名學(xué)生按標(biāo)準(zhǔn)文檔格式記錄測(cè)試結(jié)果，提交測(cè)試文檔；⑥學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為單位，完成項(xiàng)目集成，提交源代碼；⑦每名學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)演示及項(xiàng)目答辯。

4 考核方式

所有的工程實(shí)踐課程均采用過(guò)程化考核方式，除了平時(shí)表現(xiàn)（包括考勤、課堂表現(xiàn)和小組討論）之外，每門(mén)課程都設(shè)置很多中間過(guò)程考核環(huán)節(jié)。每個(gè)中間過(guò)程考核環(huán)節(jié)要求學(xué)生提交至少一個(gè)成果物（文檔或程序），每門(mén)課程最后都要進(jìn)行項(xiàng)目答辯，一人一辯，因此一名學(xué)生的課程最終成績(jī)由平時(shí)表現(xiàn)成績(jī)+中間成果物成績(jī)+項(xiàng)目答辯成績(jī)構(gòu)成。中間成果物要求至少有3項(xiàng)，不同課程的中間成果物不一樣，以工程實(shí)踐IV課程為例，其中間成果物包括需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)、概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、單元測(cè)試、代碼編寫(xiě)和項(xiàng)目集成。每個(gè)課程的考核環(huán)節(jié)都要覆蓋該課程的培養(yǎng)指標(biāo)，表3是工程實(shí)踐IV課程考核環(huán)節(jié)與考核指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所有考核環(huán)節(jié)覆蓋的三級(jí)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)加起來(lái)要能夠完全覆蓋該門(mén)課程的三級(jí)培養(yǎng)指標(biāo)，項(xiàng)目答辯的成績(jī)不低于15%。

5 結(jié) 語(yǔ)

從4年的教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，課程改革的效果良好。經(jīng)過(guò)調(diào)研，很多學(xué)生反映通過(guò)工程實(shí)踐類(lèi)課程學(xué)習(xí)，他們的需求分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、集成等能力增強(qiáng)；很多企業(yè)雇主也非常認(rèn)可這種工程實(shí)踐類(lèi)課程的教學(xué)模式，認(rèn)為對(duì)提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力有很大幫助。當(dāng)然，這種基于CDIO的工程實(shí)踐類(lèi)課程教學(xué)模式還需要根據(jù)畢業(yè)生、企業(yè)雇主、第三方教育評(píng)估機(jī)構(gòu)的追蹤調(diào)查反饋信息不斷完善，這也是我們下一步的研究工作。

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（編輯：宋文婷）