融合CDIO-OBE的雙線程交互式教學(xué)模式探索與應(yīng)用

王 宏，于 曉，韓家新，衛(wèi)紅春，王武習(xí)

（1.西安石油大學(xué) 計算機學(xué)院，陜西 西安 710065；2. 西安石油大學(xué) 研究生院，陜西 西安710065）

0 引言

工科專業(yè)是應(yīng)用型本科院校的主體，擔負著培養(yǎng)高級應(yīng)用型工程人才的重大任務(wù)，但工科專業(yè)原有的人才培養(yǎng)方向、課程體系建設(shè)、實踐環(huán)節(jié)安排、授課團隊配置、教學(xué)過程管理和考核評價方式還難以適應(yīng)這一轉(zhuǎn)變，致使培養(yǎng)出的畢業(yè)生實踐動手能力差、市場競爭力不足，與經(jīng)濟社會發(fā)展對工程人才的質(zhì)量要求差距較大[1]。

1 現(xiàn)狀與問題

以軟件工程專業(yè)為例，人才培養(yǎng)中出現(xiàn)的主要問題有以下幾方面。

（1）理論講授時間多，實踐環(huán)節(jié)安排少，忽視專業(yè)本身特點。軟件工程是典型的工科專業(yè)，工程性和實踐性很強，特別強調(diào)動手能力的培養(yǎng)，而過少的實踐課時和過淺的內(nèi)容安排導(dǎo)致學(xué)生難以將理論應(yīng)用到實踐過程中，使能力培養(yǎng)效果大打折扣。

（2）教學(xué)體系流水化，培養(yǎng)過程無節(jié)奏，跟不上人才需求趨勢?；诠噍斒嚼碚撌谡n和被動式實驗?zāi)７碌慕虒W(xué)體系常常滯后于行業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)過程依序平推，缺乏以案例為紐帶、松緊有致的互動式設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，更難與企業(yè)中的軟件項目開發(fā)過程合拍。

（3）理論與實踐兩張皮，交互融合不充分，未體現(xiàn)理論指導(dǎo)作用。軟件工程專業(yè)不僅交叉課程多而且融合要求高，如果不進行多課程聯(lián)合施教和綜合實訓(xùn)，課堂上的理論講授就會流于表面，體現(xiàn)不出理論對軟件開發(fā)過程的指導(dǎo)作用。

（4）孤立授課少銜接，協(xié)作教學(xué)無抓手，難達到專業(yè)產(chǎn)出目標。軟件工程人才培養(yǎng)是一個多維度的知識傳授和能力形成過程，只有打破課程界限，整合教學(xué)資源，組建協(xié)作團隊，將多維度教學(xué)融會到統(tǒng)一的軟件項目開發(fā)過程中，才能達到專業(yè)人才產(chǎn)出目標。

2 雙線程交互式教學(xué)模式構(gòu)想

CDIO關(guān)注工科教育中的工程化主動性和實踐過程完整性，OBE則更加關(guān)注以學(xué)生中心、目標導(dǎo)向和持續(xù)改進[2-3]。兩者既有重疊部分，又有觀點差異[4]，但同時也存在著很大的互補空間，因此需要融合CDIO和OBE的核心思想，通過理論實踐融合式的培養(yǎng)流程，以CDIO的工程化教學(xué)形式實現(xiàn)OBE期望的高級工程人才。

具體到應(yīng)用型本科教育中，就必須要明確對畢業(yè)生的能力要求，對4年學(xué)習(xí)過程進行通盤考慮，將理論知識講授和實踐能力培養(yǎng)融合起來，不斷開辟理論教學(xué)與實驗訓(xùn)練的融合節(jié)點，促使學(xué)生學(xué)會使用所學(xué)知識分析和解決實際問題，激發(fā)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，大力提升其專業(yè)素質(zhì)和實踐能力，從而順利完成從理論學(xué)習(xí)到實踐能力的過渡。融合CDIO-OBE的雙線程交互式教學(xué)模式由6個聯(lián)系的核心部分組成，如圖1所示。

圖1 雙線程交互教學(xué)模式的核心結(jié)構(gòu)

從圖1中可以看出，在CDIO-OBE工程教育理念指導(dǎo)下，設(shè)置優(yōu)化協(xié)作課程群，建設(shè)創(chuàng)新性實踐示范課程，構(gòu)建工程化教學(xué)案例平臺，借力契合行業(yè)需求的學(xué)科競賽，并通過雙線程交互式教學(xué)流程使這些教學(xué)方式交互聯(lián)動，形成一個橫跨理論教學(xué)與設(shè)計實踐、融合課堂講授與現(xiàn)場指導(dǎo)、貫穿專業(yè)教學(xué)所有環(huán)節(jié)的軟件工程應(yīng)用型人才全周期培養(yǎng)范型。圖1中的楔形區(qū)域是在雙線程交互式教學(xué)中選擇的融合交互節(jié)點，這些節(jié)點是理論實踐融合式教學(xué)的重要依托和發(fā)力點。

3 協(xié)作課程群設(shè)置與優(yōu)化

針對軟件工程專業(yè)理論知識體系和實踐能力要求，可以設(shè)置2類課程群。

1）側(cè)重理論的課程群。

基礎(chǔ)理論群，包括數(shù)字邏輯、離散數(shù)學(xué)、編譯原理、操作系統(tǒng)等課程；大類基礎(chǔ)群，包括計算機組成原理、計算機網(wǎng)絡(luò)等課程；專業(yè)理論群，包括軟件工程導(dǎo)論、信息系統(tǒng)分析與設(shè)計、軟件案例分析等課程。

2）實踐為主的課程群。

開發(fā)技術(shù)群，包括程序設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、工程軟件設(shè)計與實踐、軟件建模技術(shù)等課程；工程應(yīng)用群，包括數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用、軟件體系結(jié)構(gòu)等課程。

4 雙線程交互式教學(xué)流程設(shè)計

4.1 教學(xué)環(huán)節(jié)線程化

線程交互式教學(xué)模式中，借用計算機軟件中的線程概念，將理論傳授與設(shè)計實踐抽象成兩個側(cè)重點不同但貫穿整個專業(yè)教學(xué)的線程，通過對線程間交叉銜接與交互滲透的精心組織，在若干個階段性協(xié)作課程群支持下，采用融合交互節(jié)點的雙線程交互式教學(xué)流程，從而為構(gòu)建有機融合的CDIO一體化教學(xué)奠定堅實基礎(chǔ)。

融合CDIO-OBE的雙線程交互式教學(xué)模式如圖2所示。在圖2中，為實現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用型高級專門人才的培養(yǎng)目標，按照軟件工程的專業(yè)要求，分別設(shè)置理論傳授和實踐培養(yǎng)兩個線程，每個線程包含數(shù)個不同類型的課程群，為在雙線程推進中實現(xiàn)理論與實踐融合的目的，特別選擇一些教學(xué)環(huán)節(jié)作為融合交互節(jié)點，并針對各環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，組建相應(yīng)CDIO-OBE綜合教學(xué)團隊以保證融合交互節(jié)點的教學(xué)效果，同時構(gòu)建工程化教學(xué)案例平臺為理論實踐融合式培養(yǎng)提供支持。

從圖2中還可以看到，融合交互節(jié)點在4年教學(xué)過程中，重心不斷向?qū)嵺`線程遷移，在此過程中，理論知識對實踐活動的指導(dǎo)作用越來越深入，抽象的概念原則也一步一步融入具體的軟件開發(fā)實踐中，右上至左下的4個黑色粗箭頭體現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變過程。

4.2 交互環(huán)節(jié)選擇

在雙線程交互式思想的指導(dǎo)下，先期選擇課程設(shè)計、實踐性課程、生產(chǎn)實習(xí)、校外實訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計作為融合教學(xué)節(jié)點，在實踐和理論兩個教學(xué)線程正常推進的情況下，通過設(shè)置協(xié)作課程群、組建CDIO綜合教學(xué)團隊、進行實踐項目針對性指導(dǎo)等創(chuàng)新方式，不斷強化學(xué)生運用專業(yè)知識解決實際問題的能力，從而使學(xué)生深切了解“學(xué)以致用”的工科專業(yè)價值取向，掌握主流軟件開發(fā)方法和工具，不斷積累開發(fā)經(jīng)驗，提高參加創(chuàng)新實踐活動的積極性。

圖2 融合CDIO-OBE的雙線程交互式教學(xué)模式

在上述常規(guī)的融合教學(xué)節(jié)點取得成效的情況下，學(xué)科競賽和科研項目也被納入學(xué)生知識與技能的融合教學(xué)中。

4.3 教學(xué)組織方式探索

為保證雙線程交互式教學(xué)流程正常推進，教學(xué)組織方式改變?nèi)缦隆?/p>

1）教學(xué)過程由流水式向波浪式轉(zhuǎn)變。

依序平推的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)難以對培養(yǎng)效果進行階段性的成果檢查和評估，也體現(xiàn)不出實際軟件開發(fā)中的進度要求和緊張節(jié)奏，致使教師和學(xué)生均認為實踐環(huán)節(jié)是相對放松的時段。實際上，卓有成效的實踐環(huán)節(jié)才是將理論應(yīng)用于實踐的最好場合，因此在這些環(huán)節(jié)上，必須讓教師和學(xué)生從思想上“緊”起來，從情緒上“熱”起來，從精力上“動”起來，形成具有波峰和浪涌的波浪式教學(xué)氛圍，最大限度地發(fā)揮實踐環(huán)節(jié)的作用。

2）課程資源由“各自相繼為戰(zhàn)”向“實踐教學(xué)會戰(zhàn)”轉(zhuǎn)變。

如何使各課程講授知識能更快地指導(dǎo)實踐？如何使學(xué)生充分了解各個課程知識是怎樣指導(dǎo)自己實踐活動的？會戰(zhàn)是一個可行的思路，“實踐教學(xué)會戰(zhàn)”則是會戰(zhàn)思路在工科專業(yè)實踐教學(xué)的一個創(chuàng)新應(yīng)用。

會戰(zhàn)前必須做好準備工作，包括選擇合適的實踐環(huán)節(jié)、確定教學(xué)會戰(zhàn)主題、協(xié)調(diào)相關(guān)課程師資、妥善安排實踐環(huán)境等。

3）評價重點由靜態(tài)知識測試向動態(tài)實踐能力轉(zhuǎn)變。

理論教學(xué)與能力培養(yǎng)脫節(jié)的重要原因是對教學(xué)效果的考核還停留在紙面答卷或靜態(tài)分析階段。對于工科專業(yè)來講，針對特定需求和現(xiàn)實情況，在理論的指導(dǎo)下拿出可行技術(shù)方案并使用專業(yè)技能實現(xiàn)它，才是最貼近產(chǎn)業(yè)人才需求的[5]，因此必須將對實踐成果的評價提高到一個顯著的高度，從而引導(dǎo)學(xué)生重視實踐鍛煉，培養(yǎng)自己動手解決問題的能力。

在軟件工程專業(yè)教改中，將教學(xué)成果評價體系分為3個層次：專業(yè)大類基礎(chǔ)課的試卷靜態(tài)考試、軟件工程理論課的主題分析考查和軟件設(shè)計實踐課（環(huán)節(jié)）的成果動態(tài)答辯。通過評價體系的漸次演進，不斷將學(xué)生的關(guān)注點從純粹的專業(yè)知識學(xué)習(xí)導(dǎo)向為用理論指導(dǎo)實踐。

4.4 創(chuàng)新性實踐示范課程建設(shè)

工程軟件設(shè)計與實踐課程是本次專業(yè)教改先導(dǎo)和融合CDIO-OBE的雙線程交互式教學(xué)模式的核心節(jié)點，在工程教育專業(yè)認證要求的“課程—能力”矩陣[6]中占有重要位置。

該課程是一門實踐性非常強的課程，需通過課堂講解和大量動手實踐才能取得實效，因此，在教學(xué)方法上應(yīng)大量使用多媒體手段為學(xué)生展示程序代碼和設(shè)計效果，在課時分配上也向?qū)嵺`環(huán)節(jié)傾斜，達到26/64，對于一些章節(jié)甚至直接放在實驗室進行教學(xué)。此外，該課程還需要大量的軟件工具和實踐案例，鑒于此，專業(yè)教學(xué)團隊已收集、篩選、整理總數(shù)超過800個的課程課件、綜合教程、項目案例、技術(shù)標準、軟件工具等資料，并在校內(nèi)BB平臺發(fā)布，成為學(xué)生動手實踐的有力幫手。在課程協(xié)作上，由于該課程與Java程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用、軟件建模技術(shù)、信息系統(tǒng)分析與設(shè)計等課程聯(lián)系密切，因此各授課教師要針對課程任務(wù)要求，結(jié)合所授課程知識給學(xué)生以針對性的指導(dǎo)。

考評方式改革是該課程建設(shè)的另一大特色。課程注重階段性的綜合考評，整個課程大體分為內(nèi)容銜接并逐次遞進的3個部分，每階段開始時先將本階段需要完成的設(shè)計任務(wù)告訴學(xué)生，讓學(xué)生帶著任務(wù)和進度要求自由組成團隊進行學(xué)習(xí)和實踐，每階段完成時進行結(jié)果考核，考核不采用書面答卷方式，而是通過設(shè)計結(jié)果展示與小組（個體）答辯相結(jié)合的方式進行，既能夠考查開發(fā)水平，又可以評價工程能力。課程考評整體流程如圖3所示。

從圖3可以看出，對學(xué)生實踐能力的考查貫穿于課程推進的全過程，學(xué)生邊學(xué)習(xí)專業(yè)知識，邊使用這些知識指導(dǎo)自己完成每個階段的個人或團隊任務(wù)，進而對CDIO的所有要素都有了解[7]；同時，也特別注意以O(shè)BE要求的指標點為重點[8]，在學(xué)生完成任務(wù)的過程中要求CDIO-OBE綜合教學(xué)團隊的教師給予針對性指導(dǎo)，大大提升教學(xué)效果。

課程教學(xué)中特別注重對學(xué)生綜合運用所學(xué)知識進行軟件項目設(shè)計能力的培養(yǎng)，從而促進學(xué)生軟件編碼和工程實踐能力的大幅提升，表現(xiàn)為以下幾方面。

（1）學(xué)生通過這門課程能將所學(xué)多個專業(yè)課程的知識點串聯(lián)起來，而不再感到只是支離破碎的枯燥概念，并將其融入實際軟件項目的需求分析、總體設(shè)計、團隊協(xié)作、編碼實現(xiàn)、軟件測試及文檔編寫的全過程中，進而深入了解現(xiàn)代軟件項目開發(fā)需要掌握的各種技能和職業(yè)素養(yǎng)，從而加深對軟件工程專業(yè)相關(guān)知識的理解。

（2）通過自由分組、共同完成考查題目的形式，不僅教會學(xué)生如何提高自己的實際編程能力，而且培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力，為學(xué)生融入現(xiàn)代軟件開發(fā)過程提供有益的嘗試。

圖3 課程考評整體流程

（3）通過項目完成過程中師生多次指導(dǎo)和交互，既能幫助學(xué)生完成一次工程意義上的完整編程實踐，又能讓各課程教師對如何指導(dǎo)學(xué)生將理論應(yīng)用于實踐有更深的領(lǐng)悟。

4.5 工程化教學(xué)案例平臺構(gòu)建

為保證雙線程交互式教學(xué)流程的順利推進，使學(xué)生充分掌握現(xiàn)代軟件工程的方法、工具和過程，我們搜集、篩選和整理近百個適合進行理論聯(lián)系實際教學(xué)的軟件開發(fā)案例并部署到服務(wù)器上，構(gòu)建工程化教學(xué)案例平臺，有力配合相關(guān)課程的教學(xué)，如軟件開發(fā)類的課程在教學(xué)案例平臺的支持下，已經(jīng)實現(xiàn)項目驅(qū)動下的多課程協(xié)作教學(xué)，針對特定的軟件系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)：信息系統(tǒng)分析與設(shè)計，指導(dǎo)學(xué)生進行需求分析和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計； 軟件建模技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生將需求分析和軟件設(shè)計通過建模的方式展示出來以便交流；數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用，幫助學(xué)生在需求分析基礎(chǔ)上設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)； Java程序設(shè)計，為實現(xiàn)軟件系統(tǒng)提供具體編碼手段；工程軟件設(shè)計與實踐作為融合節(jié)點，指導(dǎo)學(xué)生如何使用已掌握的編程技術(shù)實現(xiàn)一個完整的軟件系統(tǒng)，它既是軟件開發(fā)課程組群的終結(jié)點，又是學(xué)生進入專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)的起點。

4.6 契合行業(yè)需求的學(xué)科競賽組織

學(xué)科競賽是提高學(xué)生實踐能力的一個重要途徑?？紤]到軟件工程的專業(yè)特點，選擇和組織學(xué)科競賽時應(yīng)依照以下3個原則進行。

（1）優(yōu)先選擇能體現(xiàn)工程化的綜合性競賽項目。通過參加這類項目，學(xué)生會獲得完整的項目構(gòu)思、系統(tǒng)設(shè)計、編碼實現(xiàn)與項目運營經(jīng)驗[9]。

（2）盡量參與學(xué)科競賽中的企業(yè)命題項目。通過參與這些競賽項目，一方面能夠開闊學(xué)生的技術(shù)視野，另一方面也可以檢驗專業(yè)課程實踐的成果，還能面對面地建立校企合作項目。

（3）選擇能體現(xiàn)團隊協(xié)作的項目。教改中有意組織學(xué)生通過自由組合參加一些團隊協(xié)作的競賽項目，并安排富有責任心、性格開朗的青年教師融入開發(fā)團隊中，通過實際競賽項目增加學(xué)生對軟件項目中團隊協(xié)作重要性的理解。

5 結(jié)語

融合CDIO-OBE的雙線程交互式教學(xué)模式，是一套課程內(nèi)容銜接合理、能力培養(yǎng)環(huán)環(huán)相扣、教學(xué)形式豐富多樣的軟件工程專業(yè)培養(yǎng)方案與模式，是提高學(xué)生工程實踐能力的有力推手，激發(fā)了學(xué)生對專業(yè)基本理論的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生參與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的積極性，也使學(xué)生對軟件工程專業(yè)價值取向有了進一步了解；同時，經(jīng)過較長磨合之后形成的雙線程協(xié)同交互教學(xué)機制，不僅教會了學(xué)生將這些知識應(yīng)用到實際軟件開發(fā)中的方法與過程，也使得專業(yè)教學(xué)團隊的實踐教學(xué)能力走上一個新臺階。

目前，工程教育專業(yè)認證倡導(dǎo)的以學(xué)生為中心、目標導(dǎo)向、持續(xù)改進等理念反映了OBE的本質(zhì)特性，給工科類專業(yè)的教學(xué)改革帶來新的機遇和思路。后續(xù)，我們將圍繞工程教育專業(yè)認證要求，繼續(xù)完善融合CDIO-OBE的雙線程交互式教學(xué)模式，為實現(xiàn)應(yīng)用型高級專門人才的培養(yǎng)目標提供有力保障。