基于CDIO模式的軟件工程專業(yè)課程教學(xué)改革

錢小紅+++羅瑜

【摘要】基于國家對軟件人才的需求和軟件產(chǎn)業(yè)自身發(fā)展的特點，針對軟件工程專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀，分析了軟件工程教學(xué)的問題以及軟件工程教育的目標(biāo)，基于CDIO該文從教育理念、課程結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)模式、課程體系、教學(xué)方法、課程考核六個方面進行了研究和實踐，提出軟件工程專業(yè)課程相關(guān)的教學(xué)改革措施。

【關(guān)鍵詞】軟件工程專業(yè) CDIO 應(yīng)用型人才 工程教育

【Abstract】Based on the national demand for software talents and the characteristics of global software industry ， this paper analyses the problems of the teaching of software engineering and educational objective of software engineering in view of the present situation of software engineering teaching. According to the CDIO， this text puts forward relevant teaching reform measures from the study of the educational ideas， course structure， training mode， course system， teaching methods and course assessment based on research and practice.

【Keywords】software engineering major； CDIO； applied talents； engineering education

【基金項目】湖北省教育科學(xué)規(guī)劃課題資助項目，編號為2017GB088。

【中圖分類號】TP311.5 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）48-0210-02

1.引言（Introduction）

我國經(jīng)濟要繼續(xù)保持高速增長勢頭，需要培養(yǎng)一大批適應(yīng)市場、具備創(chuàng)新能力的新型的國際化工程師。蘋果公司高級主管詹姆斯提出：“IT企業(yè)要在競爭中生存就得在降低成本的同時快速研發(fā)出滿足市場需求而又靈活多變的產(chǎn)品和提供可靠性服務(wù)。而IT公司的傳統(tǒng)人才結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新模式也受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。人才結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)模式升級的需求亟待擴展?！敝维F(xiàn)代IT企業(yè)業(yè)務(wù)創(chuàng)新和技術(shù)革新最核心、最基礎(chǔ)的因素之一是培養(yǎng)具有工程意識的軟件人才。隨著軟件行業(yè)規(guī)模不斷地擴大、結(jié)構(gòu)不斷升級調(diào)整，軟件行業(yè)對軟件工程專業(yè)人才的需求數(shù)量在不斷增加，對所需要人才的質(zhì)量要求也更加嚴(yán)格，軟件產(chǎn)業(yè)要求軟件人員能適應(yīng)新形勢下市場的不斷變化、適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的高質(zhì)量用人需求。這最起碼對學(xué)生提出了兩點要求：一方面，學(xué)生要具備較好的學(xué)科專業(yè)知識，另一方面，學(xué)生要擁有較好的工程系統(tǒng)開發(fā)與協(xié)調(diào)能力。而很多高校的軟件工程專業(yè)的教學(xué)基本還停留在傳統(tǒng)的理工科人才培養(yǎng)模式，以武漢華夏理工學(xué)院軟件工程專業(yè)為例，大量軟件畢業(yè)生不能滿足企業(yè)在專業(yè)和素質(zhì)上的要求，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式下軟件工程專業(yè)課程過分強調(diào)理論知識、輕視實踐，基礎(chǔ)理論知識和課程實驗構(gòu)成了教學(xué)的主體，部分學(xué)生存在對課程學(xué)習(xí)目標(biāo)認知不明確，不愿動手，上機效果較差的問題，對知識和技能的掌握碎片化，缺乏系統(tǒng)思維訓(xùn)練和工程思維訓(xùn)練，專業(yè)綜合素質(zhì)有待提高。

作為當(dāng)今國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式，CDIO工程理念是歐美工業(yè)現(xiàn)代化和工程教育改革結(jié)合的產(chǎn)物，系統(tǒng)提出了實施培養(yǎng)具備工程能力人才的可行性和能力評測機制。這種模式注重培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實的工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，在這個基礎(chǔ)上通過貫穿于整個人才培養(yǎng)過程的團隊設(shè)計和創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，培養(yǎng)出既具有過硬的專業(yè)技能，又具有良好的職業(yè)道德的國際化工程師，系統(tǒng)提出了實施培養(yǎng)具備工程能力人才的可行性和能力評測機制。CDIO 代表著構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體 ，讓學(xué)生以主動的、 實踐的、 課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO作為當(dāng)前高等教育的一種人才培養(yǎng)理念，關(guān)注系統(tǒng)的生命周期過程，以現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運行改良乃至終結(jié)廢棄的生命全過程指導(dǎo)工程教學(xué)。CDIO高等工程教育模式以構(gòu)思、設(shè)計、實施及運作全過程來培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，該能力不僅包含個人的學(xué)術(shù)知識，還包含學(xué)生的終生學(xué)習(xí)能力、團隊交流能力和工程系統(tǒng)能力。CDIO提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)教學(xué)大綱，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標(biāo)。

2.軟件工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)（Educational objective of Software Engineering）

據(jù)報載，我國有幾百萬軟件工程師，中國軟件工程師的數(shù)量目前都排名世界第一。但在瑞士洛桑發(fā)布的《世界競爭力報告》中，中國的合格軟件工程師的數(shù)量以及總體質(zhì)量，在參加排名的55個國家中卻排在了第48位。據(jù)美國《財富》雜志公布的最新數(shù)據(jù)，美國“適合全球化要求”的軟件工程師有63萬人，中國只有13萬人，還不到全國軟件工程師總數(shù)的1/10；而印度符合全球化需求的軟件工程師超過總數(shù)的70%。目前中國軟件工程師的規(guī)模排名世界第一。但是整體的工程教育創(chuàng)新、人才培養(yǎng)質(zhì)量等指標(biāo)與世界水平相差甚遠。據(jù)美國《財富》雜志公布的最新數(shù)據(jù)，只有10%的軟件工程師適合在外企工作；而印度符合全球化需求的軟件工程師超過總數(shù)的30%，比利時的數(shù)字在70%以上。

根本原因是軟件工程教育與社會發(fā)展及產(chǎn)業(yè)實際脫節(jié)。學(xué)生動手實踐能力差，系統(tǒng)工程構(gòu)建能力弱，畢業(yè)后不能適應(yīng)崗位需求，無法無縫對接企業(yè)，所以高校軟件工程教學(xué)急需進行改革。endprint

軟件工程專業(yè)教育是培養(yǎng)高素質(zhì)的、系統(tǒng)化接受軟件工程教育理論的工程技術(shù)人才，強調(diào)以工程的觀點開展教學(xué)和科研工作，明確目標(biāo)是培養(yǎng)社會和產(chǎn)業(yè)需要的各類IT工程師，其以工程實踐作為立足根本。軟件工程教育教學(xué)應(yīng)當(dāng)是科學(xué)理論和工程實踐進行結(jié)合的完整體系，在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力中發(fā)揮著重要作用。通過工程教育方法和思想創(chuàng)新軟件人才培養(yǎng)模式對實現(xiàn)軟件工程人才培養(yǎng)模式的跨越式發(fā)展，提高軟件技術(shù)的創(chuàng)新能力以及實現(xiàn)軟件產(chǎn)業(yè)的生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3.軟件工程專業(yè)教學(xué)改革的主要內(nèi)容（Major elements of reform in education with Software Engineering）

如何借鑒CDIO的工程教育模式，學(xué)習(xí)各大高校在CDIO應(yīng)用改革過程中取得的經(jīng)驗，改革創(chuàng)新，找到適合軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)的新模式，需要進行全面的研究。在研究時，應(yīng)該以學(xué)生畢業(yè)時是否具有一個合格的軟件工程專業(yè)人員素質(zhì)，以及是否能快速適應(yīng)企業(yè)的能力為切入點。我們教學(xué)研究小組在經(jīng)過大量的調(diào)研和對改革經(jīng)驗的總結(jié)之后，分別從教育理念、課程結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)模式、課程體系、教學(xué)方法、課程考核方面提出一系列改革措施。

3.1改變教育理念（Change the concept of education）

樹立綜合化、全周期工程教育“新理念”。借鑒CDIO工程教育理念，以產(chǎn)品“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行”的全生命周期為載體，通過項目驅(qū)動教學(xué)進度，讓軟件工程項目貫穿啟動到項目的分析、設(shè)計、開發(fā)、測試等全生命周期的管理等，涉及領(lǐng)域除了技術(shù)外，還涉及進度、質(zhì)量、成本等多個方面等英語知識，以軟件工程中的核心軟件開發(fā)生命周期來貫穿教學(xué)，可以讓學(xué)生完全理解、明白一個項目開發(fā)的全生命周期以及生命周期中各個階段的任務(wù)、技術(shù)和方法，培養(yǎng)學(xué)生具備軟件工程系統(tǒng)思維和軟件管理的實踐經(jīng)驗，對軟件開發(fā)生命周期全過程有一個全面的認識。和企業(yè)的實際項目管理要求進行無縫對接，校內(nèi)學(xué)的即是企業(yè)需要用的，學(xué)生理解掌握了就有在就業(yè)市場上尋找對應(yīng)工作崗位的優(yōu)勢，大大提升了學(xué)生的市場競爭力。

3.2調(diào)整課程結(jié)構(gòu)（Adjusting curriculum structure）

調(diào)整軟件工程專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)以適應(yīng)新的人才需求和未來發(fā)展方向。積極尋找綜合性課程、能多視角解決問題的課程，以社會發(fā)展需要以及產(chǎn)業(yè)和技術(shù)最新發(fā)展特點推動教學(xué)內(nèi)容更新，將一些內(nèi)容過時、輕松易過的“雞肋課”變成有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度、有吸引力的“雞翅課”。增減一些課程，如增加大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智能機器人、Web前端開發(fā)等課程并相應(yīng)設(shè)置較強的實踐力度，縮減軟件開發(fā)工具、UML等課程。

3.3優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)模式（Optimization practice link training mode）

在總結(jié)CDIO工程教育人才培養(yǎng)模式改革經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，積極開展深化產(chǎn)教融合、校企合作的體制機制和促進人才培養(yǎng)模式改革研究和實踐。以產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入軟件工程專業(yè)教育的全過程，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的具體要求落實下去，推動學(xué)生深入企業(yè)工作模式，搭建科技創(chuàng)業(yè)實習(xí)基地，比如加深校企合作，企業(yè)進入學(xué)校，學(xué)校創(chuàng)造專門的環(huán)境供學(xué)生開發(fā)企業(yè)項目需要，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生因為經(jīng)過了社會企業(yè)模式和環(huán)境的鍛煉畢業(yè)后就能為企業(yè)所用，能很快地融入社會。還可以導(dǎo)師班主任或核心專業(yè)課教師帶領(lǐng)學(xué)生利用課余時間在學(xué)校實習(xí)基地探討完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的開發(fā)，推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育全方位貫穿、深層次融入軟件工程教育，加強培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、創(chuàng)新能力和溝通協(xié)作能力。

3.4完善課程體系（Perfect curriculum system）

構(gòu)建實踐課程體系以適應(yīng)社會發(fā)展的新需求。梳理課程知識點，開展學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的課程體系重構(gòu)。軟件工程專業(yè)課程實踐操作內(nèi)容隨軟件工程課程鏈展開，從淺到深，由學(xué)校到企業(yè)，分步驟分階段進行，構(gòu)建“課程實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)”四級實驗體系，這些層次由淺入深、由細到粗、從具體到綜合逐層加深，將軟件工程專業(yè)系列的核心實踐課程（包括JAVA/.NET/C++/Android實驗課→JAVA/.NET/C++/Android課程設(shè)計→數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課→數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計→數(shù)據(jù)庫實驗課→數(shù)據(jù)庫課程設(shè)計→軟件工程實驗→軟件工程課程設(shè)計→軟件測試→軟件測試工具→軟件測試綜合設(shè)計→軟件項目管理實驗課等）提升到工程項目訓(xùn)練上來，在課程群中設(shè)置的項目應(yīng)該具有一定的綜合性，能全方位地培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生通過實際參與開發(fā)項目，將相關(guān)聯(lián)的課程知識點聯(lián)系起來融會貫通。實際軟件工程開發(fā)項目貫穿同步理論課的知識，理論指導(dǎo)實踐，實踐強化理論，建立從理論學(xué)習(xí)、動手實踐再到探索研究的教學(xué)鏈條，實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)的交叉螺旋進行，讓學(xué)生能理論實踐相互轉(zhuǎn)行。實踐項目采用商業(yè)軟件開發(fā)模式，通過商業(yè)項目和企業(yè)正常運作時人員的分工配合來進行實踐操作，學(xué)生畢業(yè)后會無縫過渡到企業(yè)模式，提升學(xué)生競爭力和工作效率。

3.5優(yōu)化教學(xué)方法（Optimize teaching methods）

教學(xué)時將傳統(tǒng)的以教師為主體的課堂教學(xué)變成以學(xué)生為中心的教學(xué)方式方法的變革，以學(xué)生為主體，以“項目驅(qū)動、邊講邊練”的方式組織教學(xué)，采用項目貫穿授課的方式，使用業(yè)界流行的企業(yè)級的開發(fā)環(huán)境和工具，通過“做中教、做中學(xué)、做中求進步”。推進以學(xué)生為中心的教學(xué)方式方法的變革，提升教學(xué)質(zhì)量。在教學(xué)中讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生在項目中按照企業(yè)軟件開發(fā)的實際模式（團隊開發(fā)模式），4至5名學(xué)生組成一個小組，每個小組有一個組長承擔(dān)項目經(jīng)理的角色，每個小組選擇并完成一個具體的項目，組長和組員溝通交流，對系統(tǒng)進行分析設(shè)計，將任務(wù)進行細分，每個組員都會經(jīng)歷從項目的需求分析、系統(tǒng)總體設(shè)計、詳細設(shè)計、編碼、測試直到運作過程，經(jīng)歷一個構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運行的過程。訓(xùn)練學(xué)生團隊協(xié)作能力、溝通能力和協(xié)調(diào)組織能力。尊重學(xué)生自主選擇課題，豐富教學(xué)方法，加強師生互動，增強學(xué)生的“向?qū)W力”。學(xué)生利用軟件工程的原理和方法對軟件分析技術(shù)、軟件設(shè)計技術(shù)、軟件編程技術(shù)、軟件測試技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、質(zhì)量等進行綜合運用。經(jīng)過這樣的鍛煉，學(xué)生會對軟件類相關(guān)崗位都有所了解，如軟件需求分析師、軟件設(shè)計師、軟件工程師、軟件測試工程師、軟件維護等職業(yè)崗位，從而更好地確定今后的職業(yè)定位。如果采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)來講授，對學(xué)生來說是空洞而抽象的，知識點也是零散而立的，達不到培養(yǎng)學(xué)生工程思維、綜合運用和提高實踐動手能力的教學(xué)效果。endprint

3.6改進課程考核方式（Improve the course assessment methods）

強化實踐能力的考核力度。學(xué)院確定每個學(xué)期的課程實驗、課程設(shè)計、企業(yè)項目實踐、畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)和考核內(nèi)容，由專門的實踐教學(xué)團隊對學(xué)生進行階段性地、有針對性地考核。學(xué)生在企業(yè)進行社會實踐教學(xué)活動時，遵照規(guī)定嚴(yán)格按照企業(yè)的制度，進行考勤、寫日志、總結(jié)匯報等實際工作環(huán)節(jié)，推廣使用統(tǒng)一開發(fā)平臺，讓學(xué)生能夠規(guī)范化、有序地進行社會實踐活動。教師在對學(xué)生進行考核時，除了要考核個人能力，也要考慮個人在整個小組中發(fā)揮的作用，根據(jù)答辯表現(xiàn)和作品質(zhì)量給予每個學(xué)生一個綜合成績。同時學(xué)生對每個課程的教師和每個實踐環(huán)節(jié)進行實時評價。推進學(xué)生實踐能力提高的同時也促進高校教師對自我實踐能力培養(yǎng)的重視。

4.結(jié)論（Conclusion）

從軟件工程教育存在的問題、軟件工程教育的目的和特點進行剖析出發(fā)，作者在經(jīng)過幾年軟件工程核心專業(yè)課程教學(xué)的思考和總結(jié)后，并且調(diào)研了一些其它同類院校軟件工程專業(yè)課程設(shè)置，提出了軟件工程教學(xué)改革的必要性，本文基于CDIO工程教育模式從教育理念、課程結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)模式、課程體系、教學(xué)方法和課程考核方式六個方面提出了軟件工程專業(yè)教學(xué)中切實可行的改革方法，這些方法也可為其它專業(yè)課程改革提供有意義的借鑒。

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作者簡介：

錢小紅（1980-），女，漢族，湖北省赤壁人，講師，碩士，研究領(lǐng)域：軟件工程。

羅瑜（1979-），女，碩士，中級工程師，研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)。endprint