CDIO模式的軟件人才培養探索

　　摘要：簡要概述CDIO工程教育理念的概念和基本內容；分析軟件人才的供求矛盾、現有高校軟件人才培養模式存在的問題；結合CDIO工程教育理論，設計應用CDIO理論的軟件人才培養方案；最后給出應用實例，說明該方案的可行性及有效性。
　　關鍵詞：軟件人才培養；CDIO；探索
　　
　　
　　1CDIO工程教育模式概述
　　近年來，CDIO工程教育模式成為國際工程教育改革的最新成果，它是由美國麻省理工學院聯合瑞典查爾姆斯技術大學、林克平大學以及皇家技術學院等4所高校，共同開發的一種全新工程教育理念和實施體系。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)，其中，“構思”包括顧客需求分析，技術、企業戰略和規章制度設計，發展理念、技術程序和商業計劃制訂；“設計”主要包括工程計劃、圖紙設計以及實施方案設計等；“實施”是指將設計方案轉化為產品的過程，包括制造、解碼、測試以及設計方案的確認；“運行”是通過投入實施的產品對前
　　期程序進行評估的過程，包括對系統的修訂、改進和淘汰等[1]。
　　構思—設計—實現—運作是現代工業產品從構思研發到運行乃至終結廢棄的全生命過程；其工程教育理念是要以此全過程為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，培養學生的工程能力，包括個人的工程科學和技術知識，學生的終生學習能力、團隊交流能力和大系統調控等方面的能力。其核心內容[2]為：1個愿景(Vision) ——為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思－設計－實現－運行(CDIO)過程的背景環境基礎上的工程教育；1個大綱(Syllabus) ——對學生4個層面的能力要求；12條標準(12 Standards)——對是否實踐CDIO教學理念的判定標準。
　　2軟件人才需求及高校培養模式分析
　Ap+RwGymNrhUVIZ1S/3SvTC5zIJ5oR3OO8aGCdqQMFw=　2.1軟件人才需求
　　我國高速發展的軟件產業需要大批高素質的研發人員和產業工人。然而，目前我國軟件人才的供給與需求嚴重不相適應。主要表現在：第一，一些高層次、復合型的“軟件金領”人才和熟練的“軟件藍領”人才十分短缺，難以滿足軟件企業的需要。第二，質量方面存在很大問題，動手能力不強，團隊精神差，缺少溝通與合作能力則制約著我國整體軟件從業人員的水平。第三，軟件人才結構不合理，缺少能夠緊跟世界前沿技術、掌握符合國際標準的軟件工程規范和技術規范、具有良好的團隊協作能力并能夠參與國際軟件發展與競爭的各個層次的“國際化軟件人才”。
　　2.2人才培養現狀及存在的問題
　　我國現行的軟件教育模式依然是以傳統的學科體系下的專業教育為主，這種模式培養的軟件人才重視知識學習，強調個人學術能力，重理論輕實踐，忽視團隊協作精神，輕視開拓創新。現階段國內軟件人才培養主要集中在開設計算機專業、軟件專業的普通高等院校或中高職學校，絕大部分大中專院校的計算機專業的課程設置大同小異。隨著軟件行業乃至整個IT 企業在用人方面的不斷成熟和理性，逐漸形成了對專業技能、項目經驗和職業素質三方面的綜合要求。需要具備現代軟件工程環境下賴以生存和成長的終生學習能力、團隊合作與溝通能力和多學科、大項目的運作能力。這就導致了教育培養和社會需求之間的脫節，不能夠很好地滿足市場的需要。當前，我國軟件人才培養主要存在以下幾個問題[4]。
　　1)重理論輕實踐。我國計算機軟件專業人才的培養模式和課程設置多年變化不大，只重視培養學生扎實的基礎知識和專業理論，忽視了實踐操作能力尤其是最新IT技術操作能力的培養。并且這些課程均為理論性課程，與IT企業的具體要求還有差距。即使是成績全部優秀的學生，如果沒有較強的實踐能力和具備一定的產品開發經驗，也無法滿足IT 企業的用人要求。
　　2)以“教師為中心”的模式。工程教育目標模糊、教師缺乏工程經歷、學生工程實踐能力不強。現有課程體系中，教師作為主體，在理論教學中占用所有時間講解理論知識，學生被動接受。在實驗課程中，教師規定題目，給出完成思路和編程結果，學生主要重復輸入代碼過程。在課后習題中，教師給出題目，并在課程教學時間專門以習題課解答，學生容易出現抄襲。
　　3)現有工程教育培養方案設置不合理，其不足之處主要表現在：培養方案設置的專業課程里，單科性課程太多，理論分析學時過多，過分注重單學科課程的理論性和知識的系統性。相反，培養學生工程綜合能力的課程少，訓練學生的直觀判斷力和工程經驗、工程意識的教學環節少，強調學科知識間交叉和綜合性的課程少。
　　4) 培養方向模糊。我國一些重點高等院校以及普通專科院校的計算機專業的教學計劃、課程設置、教學方式基本相同，培養目標類似，培養方向模糊，軟硬兩方面的能力兼顧，完全是“通才”教育，不能夠體現專業特長。
　　5) 教學內容落后。隨著IT 技術發展的日新月異，大批國際流行的軟件產業最新發展技術由于多種因素不能及時進入教學領域，教學內容落后，教材更新緩慢，致使學生在校學習的理論知識和實踐技術已經落后過時，畢業生須接受企業再培訓、再教育，才能夠勝任工作。
　　3建立CDIO模式下的軟件人才培養體系
　　為了在給定的學制內讓學生獲得更寬更深知識的同時獲得足夠的個人、人際交流能力和產品、系統和過程的建造能力——工程素質和能力，培養出成功的、符合相關利益方要求的、成功的軟件人才，必須對傳統的課程體系、教學理念和學習方法等做出重大變革。以貴州大學計算機科學與技術專業為例，我們在深入調研、分析的基礎上，結合CDIO模式的基本理論及內容，邀請了國內知名IT企業的管理人員及IT教育專家一起研究，形成了一整套的培養方案，并作了初步的實踐。
　　3.1統一思想，形成良好的CDIO工程教育氛圍
　　學院深入了解CDIO工程教育理念，參加CDIO工程教育模式的研討與交流活動。開展CDIO工教育培訓班，使用成功案例吸引興趣、激發動力，對先行者給予認同和支持，讓廣大教師廣泛的參與，形成很好的工程教育氛圍。
　　3.2國際化軟件人才培養目標
　　根據當前經濟全球化背景下社會和現代企業對軟件人才的需求，結合CDIO理念和計算機工程覆蓋的范圍[5]——從理論、原理，到軟件設計開發產品的實際應用，確定軟件人才培養目標——“培養具有高度社會責任感、健全人格、良好職業素質，掌握計算機基本技術、基本方法和基本理論，能綜合應用計算機軟硬件技術、知識進行集成開發，解決本專業實際問題，具備團隊協作和交流能力、系統分析能力及實際動手能力，能適應現代化工程團隊、新產品及新技術開發的需求，具備終生學習能力的、符合國際化標準的軟件技術人才”。
　　3.3軟件高技能人才的CDIO大綱和模塊化的課程體系設置
　　按照CDIO大綱的要求對現行軟件類課程大綱進行改革[6]，打破傳統學科體系下課程內容的序化，以培養能力為本位，明確學習該課程后要達到的能力層次及評價方法，大綱中，能力包含技術知識和推理能力、個人職業技能和職業道德、團隊協作和交流的人際交往技能、企業和社會的構思、設計、實施和運行(CDIO)系統。
　　結合培養國際化軟件人才的定位，以公共課程、專業基礎課程及專業核心課程組成相互關聯的、有機結合的模塊化課程體系。在課程體系中，公共基礎課程模塊包括通識科學課程與工學通識課程，包括高等數學、線性代數、概率統計、離散數學、電路原理、模擬電子技術、數字電子技術和通信原理概論；專業基礎課程模塊包括計算機與軟件專業的基礎課程，主要指計算機原理、接口技術及應用、計算機系統結構、計算機網絡、計算機專業英語和程序設計語言(包括高級語言程序設計、匯編語言語言程序設計、面向對象程序設計)等；專業核心課程模塊是對前兩個模塊內容的提升與擴展，包括數據結構、操作系統、編譯原理、數據庫原理、軟件工程、信號處理原理、計算機圖形學等，另外包括實踐環節，該模塊由很多的綜合項目組成，通常以設計、實施綜合項目為載體，結合專業基礎課程、核心課程的教學，讓學生帶著解決工程問題的追求進行課程的學習。
　　
　　3.4以設計為導向的CDIO項目培養模式
　　CDIO項目按規模和范圍可劃分為3級[7]，1級為包含本專業主要核心課程和能力要求的項目；2級為包含一組相關核心課程、能力要求的項目；3級為單門課程內為增強該門課程能力與理解而設的項目。以1 級項目為主線，完整的、有銜接的貫穿于整個本科教學階段，使學生系統地得到構思、設計、實現、運作(CDIO)的整體訓練，通過項目設計將整個課程體系有機的、系統的結合起來。以2 級項目為支撐，以3 級項目與核心課程為基礎，將核心課程教育與對專業的整體認識統一起來，并結合項目訓練對學生的自我更新知識的能力、人際和團體交流能力以及對大系統的掌握、運行和調控能力進行整體培養。
　　3.5探究式學習與經驗學習的主動學習方式
　　重點更新教學觀念，從過去的“以教師為中心，使學生知道什么”的傳統教育觀念，轉變成“以學生為中心，學生學到和用得怎樣”的新觀念，引導學生“主動學習”；在教學過程中，教師提出問題引導學生思考研討，增加主動學習和動手實踐，強調分析問題和解決問題的能力，增強概念學習。將所有實驗課全部并入相關的課程內，任課教師成為該課實驗課教師之一，并主導實驗內容、統籌安排課程內的實驗，針對現在的學生缺少實際動手能力，安排豐富的設計性和綜合性實驗，盡量讓學生親自動手和全身心投入進行；壓縮授課學時，部分課程采用邊講邊實驗邊討論的靈活方式，讓學生成為課堂上的“主動者”。
　　4試點運行
　　根據擬定的CDIO模式下的軟件人才培養方案，進行了試點運行。以貴州大學計算機學院計算機科學與技術專業2006級(1)班作為試點班，以學院電子實驗室、軟件開發實驗室和學院院辦企業——貴大華圣信息產業發民有限公司作為創新實踐平臺，以操作系統中的作為案例輔助教學，以信產部電子發展基金項目“MCS-1可視心律失常治療儀”作為綜合項目設計，使學生得到構思、設計、實現、運作(CDIO)的整體訓練。
　　4.1案例輔助教學
　　在進行軟件工程教學過程中，通過選擇恰當的案例，并對軟件設計過程中復雜和抽象的原理、技術、方法進行講解，激發學生的學習熱情，提高學生分析解決問題的能力。在進行軟件工程中的需求分析教學時，可以引入高校科研管理系統案例進行教學，分析需求分析的具體任務，包括系統功能需求、性能要求、環境需求和未來需求。高校科研管理系統的功能要求是科研項目的規劃、組織和實施；科技成果的推廣、轉化和管理；科技檔案、申報材料管理；科技人員信息管理；科研經費管理等事務。性能要求是可用性、先進性、可靠性、可擴展性、可維護性、使用方便性、容錯能力、安全保密性。環境需求是硬件要求：CPU:400HZ pentium處理器、內存：256M、硬盤：800M自由空間、顯示器分辨率：不低于800*600、光驅、網卡和顯卡等。軟件要求：以Microsoft的產品作為平臺軟件，Apache2.2作為WEB服務器、J2EE作為開發平臺、與Weblogic兼容的Borland公司的Jbuilder 9企業版作為開發工具。未來需求是目前不屬于系統開發的范圍，但將來隨著外界環境的變化以及系統的發展可能會提出的要求。
　　4.2項目設計
　　綜合項目來自信產部電子發展基金項目“MCS-1可視心律失常治療儀”，使學生理解項目需要具備的功能。系統具備心電監護功能：實時采集病人心電圖，在LCD上進行顯示，聲光指示和報警，心率顯示，心電圖顯示凍結。系統具備臨時心臟起搏功能：心內臨時起搏和食道起搏，LCD上顯示起搏心電圖。上位機數據管理功能：系統上位機主要用來接收與分析上傳的心電圖數據，并將它保存在數據庫中。為患者建立病歷、病人詳細資料等數據。可以查詢、增加、修改，刪除病人的基本信息。當醫生選擇患者
　　心電圖數據后，可以查看、打印心電圖(ECG)，然后根據這些資料進行制定最終的臨床診斷書。
　　對項目的構思與剖析，使學生了解了系統的構成原理與設計思路，學生能以整個產品系統的概念去思考未來的學習與實踐，在開始專業學習之前就以一個工程師的角度去面對即將開始的專業課學習，同時增加必要的感性認識。提出系統的功能要求后，組織學生對系統進行詳細的分析，通過分析發現，系統前端心電圖A/D采集部分的原理與設計、心電信號的放大等涉及電路原理、模擬電子技術、數字電路等課程；計算機控制、模/數轉換、采樣控制等部分涉及微機原理與接口相關課程；軟件部分涉及程序設計語言、數據結構、操作系統、編譯原理、數據庫原理、軟件工程、信號處理原理等課程。
　　在課程的教學過程中，根據項目的構思，結合具體課程，將全班學生分為若干個小組，每組6～10人，確定設計任務后，在任
　　課教師及項目工程師的指導下，完成設計，最后進行評價反饋。例如：在進行電路原理、模擬電子技術和數字電子技術的教學時，可以將項目中的心電前置放大電路作為一子任務進行設計，要求為：心電信號實際幅度為0.01～5mv，為了使信號能置于A/D能采集的范圍內，需將信號放大500倍。提出具體要求后，讓各小組進行分析設計，最后進行統一評估，并作出總結。
　　5結語
　　對于在課堂上進行案例分析及綜合項目設計，教師、學生的反映都很好。學院CDIO的培養模式極大地激發了學生的學習熱情，開闊了學生的創新思路，鍛煉了學生解決問題的專業能力、合作能力和毅力，切實解決了實踐問題，培養了自信心和責任感，同時，也促進了教師的教學研究和團隊建設，推動了專業整體教學質量的大幅度提高。
　　
　　參考文獻：
　　[1] The CDIOTMStandards.2[EB/OL].(2008-06-30)[2009-04-13]. http://www.cdio.org/tools/ cdio_standards.html
　　[2] Edward Crawley. 重新認識工程教育:國際CDIO培養模式與方法[M].