基于CDIO教育模式的软件工程课程教学改革

宗欣露　徐慧

摘要：针对当前软件工程人才的培养过程中重理论、轻实践等问题，本文以CDIO的教育理念为指导，提出与CDIO四个能力要求应适应的四个教学模块，并在此基础上提出了基于CDIO的教学方案和教学改革方式，以及对案例教学、任务驱动、注重基础知识的传授、综合能力、协作能力和工程能力的培养，并取得了良好的教学效果。

关键词：CDIO；软件工程；教学改革；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）04-0096-02

一、引言

我国软件工程专业的迫切任务是尽快培养与国际接轨的软件工程师。然而长期以来，我国软件工程人才的培养还存在不少问题，如重理论而轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新的培养等问题。然而，片面地强调实践环节、不重视理论基础，又造成理论和实践之间的比例不平衡，没有形成稳定的培养体系。

CDIO[1]工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，代表构思（conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学合作开发的一整套工程教育理念和实施体系。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的标准。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际沟通能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，采用CDIO工程教育理念和教学大纲[2，3]，并取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业的欢迎。我国现在有39所高等院校加入了CDIO组织。国内外经验表明，CDIO是一种先进可行的教育模式，可以使学生以主动的、实践的、系统的方式学习软件工程知识，培养学生掌握基础工程技术知识，加强动手操作能力、综合应用能力和团队合作能力。这种模式不仅注重培养学生扎实的专业技术知识，更关注团队协作精神和创新精神的培养，通过“做中学”[4]和“基于项目的教育和学习”[5]的教学模式培养既有扎实的专业技能，又有良好的团队协作能力和创新能力的国际化工程师。

本文将CDIO的教育理念应用于软件工程专业的课程教学改革中，在深入理解CDIO理论的结构、运作方式的基础上，提出适合我国国情的基于CDIO的软件工程教学改革方案，该方案紧扣“构思、设计、实现和运作”这一思想，将软件工程整个知识体系的教学划分成四个阶段，同时在教学中采用以任务、案例和项目为驱动的启发式教学等多种方式，培养学生的基本能力、综合应用能力、协作能力以及工程能力。

二、基于CDIO的软件工程教学模式

1.四级能力培养目标。软件工程专业人才培养目标是培养具有合理知识结构、扎实专业基础、娴熟英语沟通能力，具备工程技术创新能力、项目组织管理实施能力以及国际竞争能力的高素质软件工程师。

具备良好的职业道德、职业素质，了解本专业的发展现状、趋势、技术标准、行业政策和法律，全面发展具有国际竞争能力的高素质软件工程技术及管理人才。

2.教学模块设置。工程化教学主要包括四个教学模块，对应CDIO工程教育模式所要求的四种能力：（1）基本知识教学模块：主要包括公共基础课程和专业基础课的实验。教学内容围绕每门课程的教学目标，增强学生的基本工程素质和实验技能，实现第一层次的工程基础能力培养。（2）专业基础教学模块：主要包括专业核心课程的教学和实践，主要针对专业核心课程的课程设计。教学内容在相关课程的实验基础上，完成设计型实验，强化学生对核心课程的原理和方法的理解以及应用能力，实现第二层次与第三层次的个人能力及团队能力培养。（3）专业综合教学模块：主要针对课程群项目实践，包括专业领域方向的综合设计。教学内容根据课程群的综合目标设置，培养学生面向行业领域的系统分析、应用、综合、设计与创新能力，实现第二层次与第三层次的个人及团队能力培养。（4）工程综合教学模块：主要包括面向企业实际应用的项目、毕业实习和毕业设计，使学生综合运用所学知识，采用团队协作方式完成项目的开发全过程，并撰写相应文档、技术报告等，实现CDIO第四层次的工程系统能力的培养。

3.教学实施方案。基于CDIO工程教育模式的软件工程教学方案依照软件生命周期中的软件分析、软件设计、软件实现、软件运行和维护这几个阶段，将CDIO中的构思、设计、实现和运作与软件生命周期结合于一体，通过学生主动的各阶段关联学习，经历从理论到技术、从技术到生产、从生产到运营的全过程，让理论、技术、实践、运营各部分按比例协调发展。

第一阶段，构思阶段：对国内外关于CDIO的理论与实践进行调研，深入理解CDIO理论的结构、运作方式。运用软件工程原理，由浅入深地设计出学生需要掌握的知识体系，构思针对这些知识的经典案例。根据这些实际教学案例，学生进行分析、思考、讨论和调研，然后确定一个有实际应用价值的研发项目，进行可行性研究和需求分析。

第二阶段，设计阶段：运用软件工程方法，完成软件系统的设计，包括软件体系结构设计、构件设计、数据库设计和接口设计，从而进一步加深学生对软件工程原理、方法和技术的理解和再认识。

第三阶段，实现阶段：在计算机上完全实现软件系统，并完成所有测试。本阶段考查学生对计算机编程语言、软件设计、数据库、软件测试等多门课程的掌握情况，培养学生的钻研精神、编程能力、工程能力和团队精神。

第四阶段，运作阶段：实现软件系统的运营，包括建立应用、营销、售后和服务渠道，让系统投入实际应用，培养学生的市场能力和服务能力。

4.教学方法改革。教学方法单一、师生缺少交流和互动是现阶段导致学生学习乏味、教学效果不佳的直接原因。对于软件工程专业，应该从以教师为主角的“讲授知识”转变为以学生为主体的教学模式。运用CDIO教育理念，以实际软件项目为导向，以工程能力培养为目标，精心规划一系列适用于不同教学阶段的项目。在教学活动中，将学生需要掌握的内容与项目构思、设计、实现和运作有机联系，培养学生的工程技术创新能力和项目组织管理实施能力。（1）理论与实践相结合的方法。先充分理解CDIO的理念，然后根据该理念制定教学内容、实验内容、教学方法与教学手段，在实际应用过程中，根据学生的反映情况、学生的接受情况，调整相关内容、方法和手段。（2）在专业课程教学实践中引入“做中学”的教学模式。在课程教学中反对学生对课本知识的死记硬背，应以熟练运用为目标，指导学生自觉学习并掌握软件工程的本质和精髓，培养其参与和承担大型软件工程实践的基础能力。（3）采用分组讨论、团队实施的实验方法。根据项目模块将学生分成多个小组，采用项目组长负责的机制，小组内完成任务的分解、调研、设计、实现等一系列环节，教师全程监督指导，培养学生独立完成任务的能力和团队合作的能力。（4）以学生为中心，多种教学方式相结合的教学方法。采用课堂教学、案例教学、讨论式教学、任务驱动等多种教学方法，以学生为主、教师为辅的学习方式，培养学生主动学习、协同学习和终身学习的能力。

三、结论

我国每年培养出了大量的软件工程毕业生，但符合产业需求的高素质、工程化人才却不足，如何培养满足社会和产业需求的合格工程人才，是我们迫切需要考虑和解决的问题。这一问题产生的原因主要是我国高等教育重理论轻实践以及工程教育缺乏系统、理论的规划。随着CDIO这一先进教育理念引入中国，CDIO工程教育模式为当前我国高等教育面临的大学生实践能力欠缺提供了解决思路。国外知名高校的经验表明，CDIO工程教育模式所提倡的“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。

本文在分析了当前软件工程培养不足的基础上，依据CDIO的四个层次能力要求，提出了以培养工程化能力为最终目标的四个教学模块，该模块符合CDIO四种能力的逐级培养。在课程模块设置的基础上，提出了基于CDIO的教学方案和教学改革方式，该方案紧扣“构思、设计、实现和运作”这一理念，将软件工程整个知识体系按照这四个阶段贯穿其中，同时在教学中采用多种教学方式，以学生为主体，按照“做中学”的思路，采用任务、案例和项目为驱动的启发式教学方法，培养符合社会和产业需求的软件工程人才。

参考文献：

[1]Worldwide CDIO Initiative.CDIO Syllabus[EB/OL].2010-04-26.

http：//www.cdio.org/framework-benefits/cdiosyllabus.

[2]康雁，李彤.基于SE-CDIO 培养学生项目管理能力的新途径[J].计算机教育，2013，（13）：65-68.

[3]陶永芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006，（11）：81-83.

[4]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[5]张璇，李彤.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践[J].计算机教育，2008，（24）：155-157.endprint