基于CDIO的軟件工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究與構(gòu)建

劉雪梅 邵秀風(fēng) 李丹丹

摘要：本文基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，創(chuàng)新本科生實(shí)踐教學(xué)體系，提出了12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系，在實(shí)踐教學(xué)理念、實(shí)踐教學(xué)主體、實(shí)踐教學(xué)過程、實(shí)踐教學(xué)層次、實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)5個(gè)方面進(jìn)行了改革，著重研究了實(shí)踐教學(xué)過程、實(shí)踐教學(xué)層次和實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)的具體構(gòu)建思路和方案。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué);CDIO;12345模式;教學(xué)過程;教學(xué)層次;教學(xué)評(píng)價(jià)

Abstract： This thesis puts forward the 12345 mode of CDIO practical teaching system on the basis of the objectives of the cultivation of innovative talents and innovates the undergraduate practical teaching system. The reform has been made in five aspects， that is practice teaching ideas， practice teaching subject， practice teaching process， practice teaching level and practice teaching evaluation. It focuses on the specific construction idea and scheme of practice teaching process， practice teaching level and practice teaching evaluation.

Keywords： practice teaching; CDIO; 12345 mode; teaching process; teaching level; teaching evaluation

1 傳統(tǒng)工科教育與CDIO工程教育

中國的工科教育質(zhì)量，企業(yè)的共同反映是：畢業(yè)生普遍缺乏對(duì)現(xiàn)代企業(yè)工作流程和文化的了解，上崗適應(yīng)慢，缺乏團(tuán)隊(duì)工作經(jīng)驗(yàn)，溝通能力、動(dòng)手能力較差，缺乏創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，職業(yè)道德、敬業(yè)精神等人文素質(zhì)薄弱。綜上，當(dāng)前工程教育存在的問題表現(xiàn)如下：①工程教育定位不準(zhǔn);②高等教育改革滯后;③教師知識(shí)能力結(jié)構(gòu)偏差;④忽視受教育者的變化。

為應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化形勢(shì)下產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)創(chuàng)新性工程人才的需求，由美國麻省理工學(xué)院航空航天系首創(chuàng)的CDIO是一種先進(jìn)的工程教學(xué)理念和方法，主要用來培養(yǎng)能夠適應(yīng)社會(huì)和行業(yè)環(huán)境的工程師。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate）四個(gè)英文單詞的縮寫，它是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表達(dá)。CDIO是基于工程項(xiàng)目全過程的學(xué)習(xí)，是對(duì)以課堂講課為主的教學(xué)模式、及傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式的歷史性革命。而且提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、實(shí)施指導(dǎo)，以及實(shí)施過程和結(jié)果檢驗(yàn)的12條標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的可操作性。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)中提出的要求是直接參照工業(yè)界的需求，以滿足產(chǎn)業(yè)對(duì)工程人才質(zhì)量的要求。傳統(tǒng)工科教育模式與CDIO工程教育的比較見表1。

由此可見，軟件工程教育國際化與工程化的發(fā)展，對(duì)軟件工程人才的培養(yǎng)提出了新的要求，特別是在實(shí)踐教學(xué)、培養(yǎng)大學(xué)生綜合實(shí)踐能力方面。而大學(xué)生綜合實(shí)踐能力是建立在專業(yè)實(shí)踐能力基礎(chǔ)之上、解決綜合問題的能力，我國《高等教育法》明確了“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才”。教育部多次指出“實(shí)踐教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有特殊作用”。因此，基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，不斷創(chuàng)新本科生實(shí)踐教學(xué)體系，即是當(dāng)前高等教育人才培養(yǎng)的需求，也是提高教育教學(xué)質(zhì)量的核心問題。

因此，基于CDIO工程教育理念，我們?cè)敿?xì)研究了CDIO與軟件工程實(shí)踐教學(xué)體系的關(guān)系，提出了12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系模型，并著重研究了實(shí)踐教學(xué)過程、實(shí)踐教學(xué)層次和實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)的具體構(gòu)建思路和方案。

2 12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)思

2.1 CDIO實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)的意義

工程化實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐、動(dòng)手能力的主要途徑，實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)主要包括實(shí)踐教學(xué)理念、實(shí)踐教學(xué)主體、實(shí)踐教學(xué)過程、實(shí)踐教學(xué)層次、實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)等5個(gè)方面，實(shí)踐教學(xué)過程可以包括案例型教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型教學(xué)等環(huán)節(jié)，這樣可以使學(xué)生能夠更加深入地理解軟件系統(tǒng)開發(fā)與管理的全過程。通過實(shí)踐教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。通過案例型工程實(shí)踐、工程項(xiàng)目型驅(qū)動(dòng)教學(xué)，可以使學(xué)生真真正正地明白學(xué)以致用的深刻含義，可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件工程的學(xué)習(xí)熱情，取得良好的學(xué)習(xí)效果。

CDIO工程教育模式可以在課堂上有效建立互動(dòng)的、啟發(fā)式和探究式的學(xué)習(xí)方式、授課方式，能夠引導(dǎo)學(xué)生自己提出問題，自己找到解決問題的方法。通過CDIO實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)可以打破傳統(tǒng)的以驗(yàn)證理論和演示為主的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式，開設(shè)多學(xué)科設(shè)計(jì)的綜合性工程實(shí)踐課程，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)理念，為學(xué)生提供系統(tǒng)連貫的實(shí)踐機(jī)會(huì)和創(chuàng)新意識(shí)、能力的訓(xùn)練機(jī)會(huì)，在培養(yǎng)應(yīng)用型軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)方面具有很高的實(shí)用價(jià)值。

2.2 CDIO實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)的思路

在構(gòu)建CDIO實(shí)踐教學(xué)體系的過程中，首先要進(jìn)行社會(huì)需求調(diào)查，根據(jù)社會(huì)需求決定專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，之后對(duì)利益相關(guān)者進(jìn)行調(diào)查（利益相關(guān)者指的是用人單位和學(xué)生，學(xué)生主要調(diào)查已經(jīng)畢業(yè)、現(xiàn)在企業(yè)工作的畢業(yè)生），然后結(jié)合CDIO能力指標(biāo)體系，把專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)化成切實(shí)可用的專業(yè)人才培養(yǎng)能力目標(biāo)（專業(yè)人才培養(yǎng)能力目標(biāo)除了通常強(qiáng)調(diào)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和能力之外，還包括將來工作過程中所需要的開放式思維和創(chuàng)新能力、溝通表達(dá)、團(tuán)隊(duì)合作能力、職業(yè)責(zé)任感以及實(shí)踐構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作的能力）。最后把專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)映射到理論課程體系、實(shí)踐教學(xué)體系中，即具體的課程、課堂和項(xiàng)目模塊中，具體建設(shè)思路如圖1所示。

2.3 12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系

根據(jù)CDIO實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)思路以及關(guān)鍵要素的分析，為了使得軟件工程專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)得到全面提升，我們提出了一種12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系，分別在實(shí)踐教學(xué)理念、實(shí)踐教學(xué)主體、實(shí)踐教學(xué)過程、實(shí)踐教學(xué)層次和實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)5個(gè)方面展開了研究，如圖2所示。

1個(gè)實(shí)踐教學(xué)理念，就是指樹立CDIO工程能力培養(yǎng)與基礎(chǔ)知識(shí)理論教學(xué)、專業(yè)能力培養(yǎng)相結(jié)合的教學(xué)理念，把CDIO工程化實(shí)踐教學(xué)作為軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重中之重。根據(jù)CDIO的工程教育理念，我們?nèi)娓母锪塑浖こ虒I(yè)人才培養(yǎng)模式，調(diào)整了本科生課程體系，將CDIO工程教育理念、工程教學(xué)手段和方法充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容方法中，建立了工程化實(shí)踐教學(xué)體系，全面體現(xiàn)了工程化能力和職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)的思路，形成了融基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐為一體的軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)機(jī)制，讓學(xué)生能力得到全面均衡發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代IT企業(yè)、軟件產(chǎn)業(yè)對(duì)于軟件工程專業(yè)人才的需求。

2個(gè)實(shí)踐教學(xué)主體，就是指教師和學(xué)生。學(xué)生的目的是獲取軟件工程化的知識(shí)，這就要求教師即要有扎實(shí)的理論知識(shí)，也要有良好的工程化知識(shí)以及工程化素養(yǎng)。以往高校教學(xué)管理職能部門較多依賴教學(xué)質(zhì)量評(píng)估評(píng)價(jià)教師的教學(xué)質(zhì)量，該方法只注重結(jié)果，忽視了教師能力持續(xù)改進(jìn)和提升的過程。而在學(xué)生培養(yǎng)過程匯總，多注重理論學(xué)習(xí)而忽略了工程化的培養(yǎng)，因此，為了打破此種現(xiàn)狀，需要對(duì)學(xué)生和教師的持續(xù)改進(jìn)能力進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于學(xué)生和教師工程化素養(yǎng)的建立過程進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，即按照能力成熟度模型的理論進(jìn)行分析。

3個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程，就是指基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和工程化技能的學(xué)習(xí)過程。這三個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)把工程化素養(yǎng)培養(yǎng)作為學(xué)生全培養(yǎng)周期中的自始至終關(guān)注的主線。

4個(gè)實(shí)踐教學(xué)層次，就是以能力成熟度模型的理論為指導(dǎo)，形成基礎(chǔ)層、綜合層、應(yīng)用層、創(chuàng)新層實(shí)踐教學(xué)層次。

5中實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)，就是為學(xué)生和教師簡(jiǎn)歷良好的評(píng)價(jià)機(jī)制和評(píng)價(jià)方案，并將實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)貫穿于軟件工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的全周期中。

3 12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

3.1 實(shí)踐教學(xué)過程的構(gòu)建

在基礎(chǔ)理論實(shí)踐過程中，一方面按照CDIO理念設(shè)置多門以培養(yǎng)學(xué)生工程和職業(yè)素養(yǎng)為主的選修課程，另一方面，對(duì)多門傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行工程化改造，充實(shí)工程教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”。在專業(yè)知識(shí)和工程化技能學(xué)習(xí)過程中，充分利用校內(nèi)實(shí)踐基地和校外實(shí)訓(xùn)基地的資源，設(shè)置了短期的語言實(shí)訓(xùn)、軟件過程實(shí)訓(xùn)、軟件項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)以及定崗實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，形成了圖3和圖4所示的軟件工程專業(yè)CDIO本科生課程體和CDIO工程能力訓(xùn)練體系，目的是在真實(shí)的企業(yè)環(huán)境、真實(shí)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、真實(shí)的項(xiàng)目經(jīng)理、真實(shí)的工作壓力和真實(shí)的工作機(jī)會(huì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)能夠?qū)W生的工程能力和職業(yè)素養(yǎng)。

在落實(shí)CDIO實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，將以學(xué)生能力結(jié)果為目標(biāo)來設(shè)計(jì)工程能力訓(xùn)練體系。該工程能力訓(xùn)練體系以校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)訓(xùn)環(huán)境為基礎(chǔ)，以面向問題、案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式為手段，完成課程內(nèi)的個(gè)人和團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)入以軟件工作室為核心的校內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐基地，通過設(shè)立開放性實(shí)驗(yàn)、學(xué)生創(chuàng)新小組等方式，進(jìn)行模擬項(xiàng)目實(shí)踐、參加各類學(xué)科競(jìng)賽。最后，借助產(chǎn)學(xué)協(xié)同互動(dòng)平臺(tái)及校外實(shí)習(xí)基地等資源，進(jìn)入畢業(yè)前的最后一個(gè)環(huán)節(jié)——頂崗實(shí)習(xí)，為就業(yè)做好準(zhǔn)備。

3.2 實(shí)踐教學(xué)層次的構(gòu)建

對(duì)CDIO培養(yǎng)大綱進(jìn)行綜合分析，可以軟件工程專業(yè)畢業(yè)生的能力分解為四個(gè)層面：

層面一 技術(shù)（工程基礎(chǔ)和知識(shí)）：掌握一整套個(gè)人與職業(yè)方面的能力和品質(zhì)，核心內(nèi)容就是實(shí)踐能力;層面二 個(gè)人（個(gè)人和職業(yè)能力及職業(yè)道德）：為了開發(fā)復(fù)雜的軟件產(chǎn)品或系統(tǒng)，學(xué)生必須掌握必要的技術(shù)知識(shí)和推理能力;層面三 人際交往（人際交往技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流）：為了能夠在現(xiàn)代團(tuán)隊(duì)的環(huán)境中開展工作，必須培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)工作和人際交通能力;層面四 CDIO（工程系統(tǒng)能力）：為了能夠創(chuàng)建并運(yùn)行產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)，學(xué)生需要了解在社會(huì)和企業(yè)環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及運(yùn)作等。

為了使得軟件工程專業(yè)畢業(yè)生具備上述四個(gè)層面能力，必須結(jié)合產(chǎn)業(yè)界需求及CDIO教育理念，并在能力成熟度模型的指導(dǎo)下，建立符合CDIO工程教育理念的實(shí)踐教學(xué)層次。實(shí)踐教學(xué)層次分為四層，即基礎(chǔ)層、綜合層、應(yīng)用層和創(chuàng)新層。基礎(chǔ)層強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力的培養(yǎng)，綜合層強(qiáng)調(diào)技術(shù)知識(shí)和工程能力的培養(yǎng)，應(yīng)用層強(qiáng)調(diào)過程與系統(tǒng)的構(gòu)建能力，創(chuàng)新層強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

為了體現(xiàn)上述四個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)，在CDIO 工程實(shí)踐教學(xué)中，需要將教與學(xué)的模式分為三類，即軟件產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、鞏固學(xué)科知識(shí)及發(fā)現(xiàn)知識(shí)，三者之間形成層級(jí)遞進(jìn)的關(guān)系，如圖5所示。

3.3 實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)的研究

為了保證12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系的正常實(shí)施和良好運(yùn)行，必須建立適合于該體系的易于操作的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)實(shí)踐教學(xué)中涉及的各項(xiàng)能力進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。本文根據(jù)軟件工程專業(yè)學(xué)生、教師、課程以及市場(chǎng)需求的實(shí)際情況，在評(píng)價(jià)思路、評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)和評(píng)價(jià)內(nèi)容上進(jìn)行了深入的研究，建立了5種實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，即學(xué)生課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制、學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制、學(xué)生項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)機(jī)制、企業(yè)定崗實(shí)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制、教師工作評(píng)價(jià)機(jī)制。以軟件項(xiàng)目管理課程為例，要求主講教師建立課程基礎(chǔ)知識(shí)評(píng)價(jià)表、課程項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表和項(xiàng)目調(diào)查表，以此來評(píng)價(jià)該課程的實(shí)驗(yàn)效果。表2給出了該課程的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)表的部分信息。

通過上述表格，可以對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目開發(fā)、項(xiàng)目管理能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力、風(fēng)險(xiǎn)分析和控制能力、重點(diǎn)知識(shí)掌握能力等方面進(jìn)行全方位評(píng)估，便于教師即時(shí)掌握信息，即時(shí)調(diào)整工程化教學(xué)實(shí)踐過程。

4 結(jié)束語

通過將12345模式的CDIO實(shí)踐教學(xué)體系在軟件工程專業(yè)的探索和實(shí)踐，改變了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中存在的問題，通過體系建設(shè)，使得學(xué)生更好地理解和掌握如何將課程知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際應(yīng)用開發(fā)中，便于建立良好的校企合作關(guān)系，開拓校企實(shí)習(xí)基地。實(shí)踐表明，經(jīng)過該體系培養(yǎng)的學(xué)生具備了較強(qiáng)了的工程實(shí)踐能力，在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目中獲得了優(yōu)秀的研究成果，同時(shí)也有效提升了軟件工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)了軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)與企業(yè)實(shí)際用人需求的無縫對(duì)接。但該體系中的實(shí)踐教學(xué)過程、實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)還需進(jìn)一步滲入研究，各實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容與規(guī)范也需要進(jìn)一步加強(qiáng)和完善。

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