基于CDIO的软件工程专业实践教学体系研究与构建

刘雪梅 邵秀风 李丹丹

摘要：本文基于创新型人才培养的目标，创新本科生实践教学体系，提出了12345模式的CDIO实践教学体系，在实践教学理念、实践教学主体、实践教学过程、实践教学层次、实践教学评价5个方面进行了改革，着重研究了实践教学过程、实践教学层次和实践教学评价的具体构建思路和方案。

关键词：实践教学;CDIO;12345模式;教学过程;教学层次;教学评价

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 传统工科教育与CDIO工程教育

中国的工科教育质量，企业的共同反映是：毕业生普遍缺乏对现代企业工作流程和文化的了解，上岗适应慢，缺乏团队工作经验，沟通能力、动手能力较差，缺乏创新精神和创新能力，职业道德、敬业精神等人文素质薄弱。综上，当前工程教育存在的问题表现如下：①工程教育定位不准;②高等教育改革滞后;③教师知识能力结构偏差;④忽视受教育者的变化。

为应对经济全球化形势下产业发展对创新性工程人才的需求，由美国麻省理工学院航空航天系首创的CDIO是一种先进的工程教学理念和方法，主要用来培养能够适应社会和行业环境的工程师。CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）四个英文单词的缩写，它是“做中学”和“基于项目教育和学习”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表达。CDIO是基于工程项目全过程的学习，是对以课堂讲课为主的教学模式、及传统的人才培养模式的历史性革命。而且提出了系统的能力培养、实施指导，以及实施过程和结果检验的12条标准，具有很强的可操作性。

CDIO标准中提出的要求是直接参照工业界的需求，以满足产业对工程人才质量的要求。传统工科教育模式与CDIO工程教育的比较见表1。

由此可见，软件工程教育国际化与工程化的发展，对软件工程人才的培养提出了新的要求，特别是在实践教学、培养大学生综合实践能力方面。而大学生综合实践能力是建立在专业实践能力基础之上、解决综合问题的能力，我国《高等教育法》明确了“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才”。教育部多次指出“实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用”。因此，基于创新型人才培养的目标，不断创新本科生实践教学体系，即是当前高等教育人才培养的需求，也是提高教育教学质量的核心问题。

因此，基于CDIO工程教育理念，我们详细研究了CDIO与软件工程实践教学体系的关系，提出了12345模式的CDIO实践教学体系模型，并着重研究了实践教学过程、实践教学层次和实践教学评价的具体构建思路和方案。

2 12345模式的CDIO实践教学体系的构思

2.1 CDIO實践教学体系建设的意义

工程化实践教学是培养学生实践、动手能力的主要途径，实践教学体系建设主要包括实践教学理念、实践教学主体、实践教学过程、实践教学层次、实践教学评价等5个方面，实践教学过程可以包括案例型教学、项目驱动型教学等环节，这样可以使学生能够更加深入地理解软件系统开发与管理的全过程。通过实践教学，可以培养学生分析问题和解决问题的综合能力，激发学生的创新意识和创新能力。通过案例型工程实践、工程项目型驱动教学，可以使学生真真正正地明白学以致用的深刻含义，可以大大激发学生学习软件工程的学习热情，取得良好的学习效果。

CDIO工程教育模式可以在课堂上有效建立互动的、启发式和探究式的学习方式、授课方式，能够引导学生自己提出问题，自己找到解决问题的方法。通过CDIO实践教学体系建设可以打破传统的以验证理论和演示为主的实验课程教学模式，开设多学科设计的综合性工程实践课程，创新实践教学理念，为学生提供系统连贯的实践机会和创新意识、能力的训练机会，在培养应用型软件工程专业人才培养方面具有很高的实用价值。

2.2 CDIO实践教学体系建设的思路

在构建CDIO实践教学体系的过程中，首先要进行社会需求调查，根据社会需求决定专业人才培养目标，之后对利益相关者进行调查（利益相关者指的是用人单位和学生，学生主要调查已经毕业、现在企业工作的毕业生），然后结合CDIO能力指标体系，把专业人才培养目标转化成切实可用的专业人才培养能力目标（专业人才培养能力目标除了通常强调的专业基础知识和能力之外，还包括将来工作过程中所需要的开放式思维和创新能力、沟通表达、团队合作能力、职业责任感以及实践构思、设计、实施和运作的能力）。最后把专业人才培养目标映射到理论课程体系、实践教学体系中，即具体的课程、课堂和项目模块中，具体建设思路如图1所示。

2.3 12345模式的CDIO实践教学体系

根据CDIO实践教学体系的建设思路以及关键要素的分析，为了使得软件工程专业学生的工程素质得到全面提升，我们提出了一种12345模式的CDIO实践教学体系，分别在实践教学理念、实践教学主体、实践教学过程、实践教学层次和实践教学评价5个方面展开了研究，如图2所示。

1个实践教学理念，就是指树立CDIO工程能力培養与基础知识理论教学、专业能力培养相结合的教学理念，把CDIO工程化实践教学作为软件工程专业人才培养的重中之重。根据CDIO的工程教育理念，我们全面改革了软件工程专业人才培养模式，调整了本科生课程体系，将CDIO工程教育理念、工程教学手段和方法充实到教学内容方法中，建立了工程化实践教学体系，全面体现了工程化能力和职业素养培养的思路，形成了融基础理论、实验教学、工程实践为一体的软件工程专业人才培养机制，让学生能力得到全面均衡发展，以适应现代IT企业、软件产业对于软件工程专业人才的需求。

2个实践教学主体，就是指教师和学生。学生的目的是获取软件工程化的知识，这就要求教师即要有扎实的理论知识，也要有良好的工程化知识以及工程化素养。以往高校教学管理职能部门较多依赖教学质量评估评价教师的教学质量，该方法只注重结果，忽视了教师能力持续改进和提升的过程。而在学生培养过程汇总，多注重理论学习而忽略了工程化的培养，因此，为了打破此种现状，需要对学生和教师的持续改进能力进行评估，对于学生和教师工程化素养的建立过程进行合理的评价，即按照能力成熟度模型的理论进行分析。

3个实践教学过程，就是指基础理论、专业知识和工程化技能的学习过程。这三个实践教学过程强调把工程化素养培养作为学生全培养周期中的自始至终关注的主线。

4个实践教学层次，就是以能力成熟度模型的理论为指导，形成基础层、综合层、应用层、创新层实践教学层次。

5中实践教学评价，就是为学生和教师简历良好的评价机制和评价方案，并将实践教学评价贯穿于软件工程专业学生培养的全周期中。

3 12345模式的CDIO实践教学体系的构建

3.1 实践教学过程的构建

在基础理论实践过程中，一方面按照CDIO理念设置多门以培养学生工程和职业素养为主的选修课程，另一方面，对多门传统课程教学内容进行工程化改造，充实工程教学内容，强调“做中学”。在专业知识和工程化技能学习过程中，充分利用校内实践基地和校外实训基地的资源，设置了短期的语言实训、软件过程实训、软件项目实训以及定岗实习等环节，形成了图3和图4所示的软件工程专业CDIO本科生课程体和CDIO工程能力训练体系，目的是在真实的企业环境、真实的实训项目、真实的项目经理、真实的工作压力和真实的工作机会基础上，进一步培养能够学生的工程能力和职业素养。

在落实CDIO实践教学环节时，将以学生能力结果为目标来设计工程能力训练体系。该工程能力训练体系以校内实验室的实训环境为基础，以面向问题、案例驱动的教学模式为手段，完成课程内的个人和团队实验后，进入以软件工作室为核心的校内创新实践基地，通过设立开放性实验、学生创新小组等方式，进行模拟项目实践、参加各类学科竞赛。最后，借助产学协同互动平台及校外实习基地等资源，进入毕业前的最后一个环节——顶岗实习，为就业做好准备。

3.2 实践教学层次的构建

对CDIO培养大纲进行综合分析，可以软件工程专业毕业生的能力分解为四个层面：

层面一 技术（工程基础和知识）：掌握一整套个人与职业方面的能力和品质，核心内容就是实践能力;层面二 个人（个人和职业能力及职业道德）：为了开发复杂的软件产品或系统，学生必须掌握必要的技术知识和推理能力;层面三 人际交往（人际交往技能、团队协作和交流）：为了能够在现代团队的环境中开展工作，必须培养学生的团队工作和人际交通能力;层面四 CDIO（工程系统能力）：为了能够创建并运行产品、过程和系统，学生需要了解在社会和企业环境中进行系统的构思、设计、实现及运作等。

为了使得软件工程专业毕业生具备上述四个层面能力，必须结合产业界需求及CDIO教育理念，并在能力成熟度模型的指导下，建立符合CDIO工程教育理念的实践教学层次。实践教学层次分为四层，即基础层、综合层、应用层和创新层。基础层强调个人能力的培养，综合层强调技术知识和工程能力的培养，应用层强调过程与系统的构建能力，创新层强调创新意识和创新能力的培养。

为了体现上述四个层次的实践教学，在CDIO 工程实践教学中，需要将教与学的模式分为三类，即软件产品或系统的设计与实现、巩固学科知识及发现知识，三者之间形成层级递进的关系，如图5所示。

3.3 实践教学评价的研究

为了保证12345模式的CDIO实践教学体系的正常实施和良好运行，必须建立适合于该体系的易于操作的实践教学评价机制，对实践教学中涉及的各项能力进行有效评价。本文根据软件工程专业学生、教师、课程以及市场需求的实际情况，在评价思路、评价结构和评价内容上进行了深入的研究，建立了5种实践教学评价机制，即学生课程学习评价机制、学生实验学习评价机制、学生项目实训评价机制、企业定岗实习评价机制、教师工作评价机制。以软件项目管理课程为例，要求主讲教师建立课程基础知识评价表、课程项目实验评价表和项目调查表，以此来评价该课程的实验效果。表2给出了该课程的项目实验评价表的部分信息。

通过上述表格，可以对学生的项目开发、项目管理能力、团队合作能力、沟通能力、风险分析和控制能力、重点知识掌握能力等方面进行全方位评估，便于教师即时掌握信息，即时调整工程化教学实践过程。

4 结束语

通过将12345模式的CDIO实践教学体系在软件工程专业的探索和实践，改变了传统实践教学中存在的问题，通过体系建设，使得学生更好地理解和掌握如何将课程知识运用于实际应用开发中，便于建立良好的校企合作关系，开拓校企实习基地。实践表明，经过该体系培养的学生具备了较强了的工程实践能力，在大学生创新创业训练计划项目中获得了优秀的研究成果，同时也有效提升了软件工程专业学生的就业竞争力，实现了软件工程专业人才培养与企业实际用人需求的无缝对接。但该体系中的实践教学过程、实践教学评价还需进一步渗入研究，各实践环节的内容与规范也需要进一步加强和完善。

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