基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程改革探索

馬麗　高敬禮　周改云

摘要：針對目前軟件工程課程教學(xué)中工程實例匱乏、課程評價單一等問題，論文基于CDlO-OBE工程教育模式，設(shè)計和重塑軟件工程課程教學(xué)。在CDlO項目任務(wù)教學(xué)中，探索基于OBE的課程體系、教學(xué)模式、課程評價等的改革。構(gòu)建以工程和創(chuàng)新性思維能力培養(yǎng)、學(xué)習(xí)成效為導(dǎo)向的新型教學(xué)方案，促進(jìn)學(xué)生知識、能力一體化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CDIO;OBE;教學(xué)設(shè)計;項目化;工程化

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）09-0115-03

1 引言

隨著高校課程改革的深入，軟件工程課程（以下簡稱軟工）引入項目任務(wù)驅(qū)動、案例等教學(xué)法，一定程度地提升了教學(xué)質(zhì)量。但目前該課程教學(xué)中仍存在教學(xué)內(nèi)容抽象、工程實例乏匱、案例選擇不當(dāng)、課程評價模式單一等問題，不能充分培養(yǎng)和挖掘?qū)W生的知識運(yùn)用、自主探究、解決軟件復(fù)雜工程問題等能力，難以滿足IT從業(yè)人員日益增長的工程能力需求。因此，本文結(jié)合軟工課程團(tuán)隊多年的教學(xué)經(jīng)驗，基于CDIO-OBE工程教育模式，改革軟工教學(xué)，綜合訓(xùn)練和系統(tǒng)提升學(xué)生工程實踐能力，探索更加多樣化、個性化、符合工程教育規(guī)律的人才培養(yǎng)模式。

2 CDIO-OBE工程教育模式內(nèi)涵

CDIO它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)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(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

CDIO代表構(gòu)思（C）、設(shè)計（D）、實現(xiàn)（I）和運(yùn)作（0），它是“做中學(xué)”和“學(xué)中做”的集中概括。CDIO是行之有效的工程教育模式，關(guān)注學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢。CDIO強(qiáng)調(diào)將項目開發(fā)過程（產(chǎn)品）融入學(xué)習(xí)過程，有機(jī)整合學(xué)生工程實踐和課程學(xué)習(xí)。工程實踐中，構(gòu)思即概念階段。結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，引導(dǎo)、激勵學(xué)生分析問題，把項目與生活、企業(yè)產(chǎn)品結(jié)合，解決實際需求。設(shè)計即技術(shù)階段;圍繞項目，分析需求，設(shè)計方案，解決具體問題。實現(xiàn)即制造階段;圍繞設(shè)計方案，編碼測試，將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為具體成果。運(yùn)作即展示（服務(wù)）階段;項目成果展示，師生評價成果，完善項目，了解項目應(yīng)用環(huán)節(jié)，提供市場服務(wù)。

OBE（Outcome-based education）：成果導(dǎo)向教育的簡稱，1981年由Spady等人提出，亦稱目標(biāo)（能力、需求）導(dǎo)向教育，目前已成為美、歐等國教育改革的主流理念。2016年，《華盛頓協(xié)議》將OBE理念引入工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生的畢業(yè)要求為是成果導(dǎo)向或需求導(dǎo)向的，在我國，OBE模式主要應(yīng)用于工程教育中。OBE模式中，學(xué)生的技能與能力可觀察、可測量、可應(yīng)用，適應(yīng)社會、企業(yè)對人才的需求。OBE教育模式側(cè)重學(xué)生對學(xué)習(xí)知識的理解、掌握和運(yùn)用能力，教育范式從“內(nèi)容導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺晒麑?dǎo)向”，學(xué)生預(yù)期成果（教學(xué)目標(biāo)）先于教學(xué)內(nèi)容，課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)方法與手段、課堂組織、課程評價等都圍繞預(yù)期成果展開。

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(biāo)導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)。因此融合二者的核心思想，通過理實融合式的培養(yǎng)流程，采用CDIO的工程化教學(xué)過程實現(xiàn)OBE期望的高級工程人才，是當(dāng)前工程教育改革的大勢所趨。鑒于CDIO和OBE的關(guān)聯(lián)性，汕頭大學(xué)提出CDIO-OBE模式，以CDIO工程教育改革實踐為基礎(chǔ)，以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出（Outcomes-based Education，縮寫為OBE）為中心來組織、實施和評價教育的結(jié)構(gòu)模式。即用CDIO大綱和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)OBE理念的工程專業(yè)認(rèn)證要求。

3 基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程改革

軟工課程改革，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)與解決復(fù)雜工程問題相匹配的基礎(chǔ)知識、綜合素質(zhì)和專業(yè)技能，將學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的軟件分析與設(shè)計能力的培養(yǎng)貫穿整個課程教學(xué)。該能力可細(xì)化為基礎(chǔ)能力、專業(yè)能力和直接的軟件工程能力，能力各層次的培養(yǎng)需依靠課程全面、系統(tǒng)地訓(xùn)練。因此，應(yīng)以全新的教學(xué)理念和方法改革軟工課程，該改革從課程體系、教學(xué)模式、考核評價等方面著手，加強(qiáng)學(xué)生軟件分析與設(shè)計工程能力的培養(yǎng)。

3.1 基于CDIO-OBE模式構(gòu)建軟件工程課程體系

依據(jù)學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求12條，確立軟工課程目標(biāo)，由此確立教學(xué)內(nèi)容。該課程以IEEE發(fā)布的軟件工程知識體系為基礎(chǔ)，綜合市場對IT行業(yè)人才的需求，采用CDIO將教學(xué)內(nèi)容分為理論、應(yīng)用、實踐三部分。理論部分講授軟工的基礎(chǔ)理論和軟件項目管理等核心內(nèi)容。應(yīng)用部分基于軟件開發(fā)典型工作過程，以傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法學(xué)和面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)為核心，使學(xué)生系統(tǒng)掌握傳統(tǒng)的和最新的軟件工程方法與技術(shù)。實踐部分要求學(xué)生分組、協(xié)作完成完整軟件項目的開發(fā)分析。讓學(xué)生從“可實踐”軟件工程的角度，學(xué)習(xí)和運(yùn)用軟件工程的思想和現(xiàn)代技術(shù)解決軟件開發(fā)問題?；贑DIO的《軟件工程》課程體系如圖1所示。

3.2 基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程教學(xué)

3.2.1 教學(xué)內(nèi)容項目化

軟件工程課程教學(xué)“工程化”，有機(jī)融合理論教學(xué)與項目實踐，讓學(xué)生熟悉軟件項目開發(fā)與維護(hù)過程流行的工程化方法和管理工具;區(qū)別傳統(tǒng)方法和面向?qū)ο蠓椒?，軟件項目開發(fā)與維護(hù)過程中應(yīng)遵循的流程、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，建立工程化實踐與理論相融合的教學(xué)體系。采用項目任務(wù)教學(xué)模式，模擬企業(yè)項目開發(fā)典型過程，見表1。

教師指定選題范圍、項目考核規(guī)程及產(chǎn)物;學(xué)生組成若干項目組，完成市場調(diào)研、材料收集、方案設(shè)計、項目實施等任務(wù)。項目過程中，教師扮演項目經(jīng)理，跟蹤小組項目進(jìn)度和評審過程產(chǎn)物。以項目過程和結(jié)果為導(dǎo)向考核，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。具體分兩階段實施。

（1）項目技能階段（在線開放課程+理論課）

該階段主要培養(yǎng)學(xué)生軟件開發(fā)與維護(hù)過程中不同方法學(xué)基礎(chǔ)技能的掌握與運(yùn)用，同時啟動課程理論教學(xué)，講授軟件過程模型、需求獲取與分析、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊設(shè)計、界面設(shè)計等工程化的理論與方法，強(qiáng)化學(xué)生軟件工程思想和方法的理解與應(yīng)用，并掌握軟件開發(fā)過程中各階段文檔的編寫標(biāo)準(zhǔn)。

（2）實踐階段（課外大作業(yè)+討論+課內(nèi)實驗）

該階段重點培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題、工程意識等項目管理能力。該階段利用軟件工程思想和方法指導(dǎo)真實項目的開發(fā)與管理，包括選擇項目、分析設(shè)計、提交文檔、評審產(chǎn)品等。實踐過程分為學(xué)生分組、選題、可行性分析、需求分析、設(shè)計、實現(xiàn)等幾個子階段。每個階段給出目標(biāo)、活動、材料、成果以及考核方式和要求的具體說明。

3.2.2 教學(xué)模式多樣化

鑒于學(xué)生面臨考研、就業(yè)等情況，依托軟件工程省級精品在線開放課程資源，將課程知識、技能點整合為適合傳統(tǒng)教學(xué)、翻轉(zhuǎn)教學(xué)、混合教學(xué)三類，采用“線上、線下課堂+項目”，以混合課堂為主、傳統(tǒng)課堂為輔的混合教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)采用“課內(nèi)講授+課內(nèi)討論”，翻轉(zhuǎn)教學(xué)采用“課前線上資源自學(xué)+課內(nèi)討論”，混合教學(xué)采用“課前線上資源自學(xué)+課內(nèi)講授+課內(nèi)討論”;再輔以課外討論、課內(nèi)練習(xí)、實驗、大作業(yè)等手段。結(jié)合軟工課程的特點及授課內(nèi)容，教學(xué)模式包含“課前線上學(xué)習(xí)+課堂研討+課后實踐”三個環(huán)節(jié)，圍繞課程知識點、技能點和實踐項目開展。隨著課程內(nèi)容的推進(jìn)，“課前一課中一課后”三環(huán)節(jié)順序循環(huán)，項目實踐過程逐漸深入，課程結(jié)束，項目實踐完成。

3.2.3 實踐教學(xué)工程化

工程化改造實踐教學(xué)，從學(xué)生較熟悉的理論和實踐問題出發(fā)，重組和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增加綜合性、設(shè)計性實驗項目。由項目引出知識點與技能，誘發(fā)學(xué)生積極參與項目的構(gòu)思、分析、設(shè)計、實現(xiàn)和運(yùn)行;分組展示、互評項目成果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)，提升其分析、解決復(fù)雜工程問題和工程創(chuàng)新實踐能力。

（1）應(yīng)用、技能與知識相融合的實踐內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)《軟件工程》課程的特點，融合理論教學(xué)，選擇知識拓展強(qiáng)的項目，將相關(guān)知識分解于項目任務(wù)中，按工程問題、工程項目、工程任務(wù)組織實踐教學(xué)。通過任務(wù)的選擇、分析、設(shè)計、實現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生由簡單到復(fù)雜逐步完成一個綜合項目，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐和綜合應(yīng)用能力。根據(jù)《軟件工程》課程的特點，基于CDIO將實踐環(huán)節(jié)分為構(gòu)思性、設(shè)計性、實現(xiàn)性、運(yùn)作性。構(gòu)思階段組建團(tuán)隊，各團(tuán)隊調(diào)研與分析選題，確定選題并制定項目計劃，構(gòu)思項目方案。設(shè)計階段，運(yùn)用掌握的原理、方法、工具，依據(jù)項目計劃收集、分析資料，完成項目的需求分析和設(shè)計以及相關(guān)文檔。實現(xiàn)階段，選擇合適的方法、工具，依據(jù)設(shè)計結(jié)果完成項目編碼、測試及相關(guān)文檔，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐和團(tuán)隊協(xié)作能力。運(yùn)作階段各組演示系統(tǒng)、交流、匯報，評委與組間評價，完成成果交流和項目評價。

（2）基于項目典型工作過程組織與實施實踐教學(xué)

以項目工作過程為導(dǎo)向，采取“創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;組織討論，培養(yǎng)分析設(shè)計能力;通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，關(guān)注課前課后學(xué)習(xí)過程;結(jié)合第二課堂，激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)。”等措施組織與實施實踐教學(xué)。實踐教學(xué)過程中，教師負(fù)責(zé)項目任務(wù)進(jìn)程控制、技術(shù)點講解、答疑;學(xué)生完成項目實踐中各階段的工作任務(wù)。

3.3 基于CDIO-OBE模式的課程多元評價

基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程教學(xué)，始終圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和工程能力和設(shè)計和實施[7]。故需建立一種基于該模式的多維度、系統(tǒng)化的課程評價，全面系統(tǒng)檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)成效和工程能力。

課程相關(guān)基本概念、原理、方法等基礎(chǔ)部分，以期末考試筆試的形式為主考核;問題分析和溝通表達(dá)能力，以線上線下課堂問題討論、實驗和項目迭代匯報考核為主;需求、設(shè)計建模等個人技術(shù)能力的考核，以課程項目、實驗和大作業(yè)的形式考核為主。課程組依據(jù)課程考核目標(biāo)，制定了如表2所示的考核方式，并制定了各部分的相應(yīng)考核標(biāo)準(zhǔn)。

為能客觀反映學(xué)生真實學(xué)習(xí)效果和獲得能力，軟工課程評價體系有機(jī)結(jié)合知識、個體線上、下表現(xiàn)和團(tuán)隊項目，突出項目工程實踐效果評價，細(xì)化項目可行性分析、需求建模、設(shè)計優(yōu)化、測試評價等方面的考核項，具備考核知識和評價能力的雙重功效。依據(jù)評價結(jié)果，分析課程教學(xué)的目標(biāo)達(dá)成和存在問題，持續(xù)改進(jìn)軟件工程課程教學(xué)設(shè)計和實施方案，促進(jìn)學(xué)生知識、能力一體化發(fā)展，不斷提升課程教學(xué)質(zhì)量。

4 總結(jié)

基于CDIO-OBE模式的軟件工程課程改革，強(qiáng)調(diào)以“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”為目標(biāo)，以工程和創(chuàng)新性思維能力培養(yǎng)為出發(fā)點進(jìn)行課程教學(xué)。經(jīng)過2年多的改革與探索，提升了教師業(yè)務(wù)能力和學(xué)生工程實踐能力，建立了符合工程認(rèn)證的課程大綱和多層次、立體化、持續(xù)發(fā)展的、滿足學(xué)習(xí)者不同學(xué)習(xí)要求的軟件工程課程資源與考試改革與實施方案。取得的成果對培養(yǎng)軟件工程應(yīng)用型人才及相關(guān)專業(yè)人才具有一定的指導(dǎo)作用。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】

收稿日期：2020-01-25

基金項目：平頂山學(xué)院2017年度新工科研究與實踐項目（2017-XGKlO）

作者簡介：馬麗（1968-），女，教授，研究方向為軟件需求建模、模式識別與智能控制;高敬禮（1981-），男，博士研究生，副教授，研究方向為圖形圖像處理;周改云（1980-），女，講師，研究方向為軟件工程與游戲開發(fā)。