軟件工程CDIO“五位一體”實踐教學體系

　　摘要：為更好地培養與企業要求相符的軟件人才，解決軟件人才培養中工程能力與創新能力較低等問題，本文通過分析軟件人才培養的目標與方法，提出構建五位一體CDIO的實踐教學體系。通過教學理念、實踐主體、實踐過程、實踐層次以及實踐培養評價機制五個方面的實踐教學改革，著重研究了實踐教學主體CDIO能力培養、工程化教學課程體系以及評價機制。
　　關鍵詞：五位一體；實踐教學；CDIO
　　
　　軟件工程教育國際化與工程化的發展，對軟件工程人才的培養提出了新的要求。一方面，學生要具備良好的專業學科知識，另一方面，學生要擁有良好的工程系統構建與協調能力。因此，我校針對軟件工程專業的實踐教學體系進行了工程化改造，培養學生的工程化開發能力和職業素質，制定明確的實踐目標和考核機制，形成一個融基礎理論、實驗教學、工程實踐為一體的整體培養機制，讓學生的基礎知識、科學素養、專業知識、創新能力、工程能力和職業素質都得到全面均衡的發展。為達到這一目標，我們以CDIO為基礎，在CDIO-CMM能力成熟度模型的指導下，提出了新的軟件工程專業實踐教學體系，以“一個教學理念、二個實踐主體、三個實踐過程、四個實踐層次、五個評價機制”形成完善的五位一體的實踐教學體系，進行了有益的研究與探索。
　　
　　1　CDIO、CDIO-CMM與TC－CMM模型
　　CDIO為構思(conceive)、設計(Design)、實施(Implement)與運行(0perate)，以產品從研發到運行的生命周期過程為載體，使學生通過主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，以培養學生的工程能力，該理念是“做中學”和“基于項目教育和學習”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表達。
　　CDIO-CMM模型是將CDIO理念以及美國卡內基一梅隆大學所提出的能力成熟度模型(CapabilityMaturity Model，簡稱CMM)相結合所構建的，研究構建成為CDIO-CMM模型。該模型將學生CDIO能力劃分為初始級、基礎級、專業級和應用研究級四個等級，不同能力成熟度等級反映了學生在CDIO工程教育不同階段的不同特征和學習內容需求。初始級是大學新生必須具備的，其CDIO能力是不可預測的；在基礎級，學生基本適應了基于項目的學習過程，能夠根據課程需要，在教師的指導下開展小規模項目的學習，由初始級過渡到基礎級需要2年左右的學習時間；在專業級，學生已經熟悉了基于項目的學習過程，能夠獨立自主地選修專業課程，這一級大概需要1年左右的時間；處于應用研究級的學生能夠依據項目的需要自發地學習新的理論知識，更新優化自己的知識體系。
　　
　　
　　TC-CMM(Capabil時Maturit)r Model for Teacher)是中南大學軟件學院為了順利實施CDIO工程教育模式，針對學院專職教師和外聘企業教師的特點研究建立的教師CDIO能力成熟度模型，同樣由四個能力成熟度等級組成，即初始級、成長級、發展級和成熟級。初始級教師特指剛引進的青年教師(博士畢業生)，他們專業基礎知識扎實，但沒有授課經歷；成長級教師具備教師基本素質，至少有1年以上的從教經歷和一定的教學技能，得到學生的認可，教學水平和能力評估達到目標值，基本勝任教師的工作：發展級教師具備較好的教師綜合素質，能將CDIO理念貫徹到教學中，采用“做中學”的教學模式，教學水平和能力評估優良；成熟級教師具備較高的教師綜合素質，能熟練自如地駕馭整個教學過程，實施“做中學”效果顯著，教學水平和能力評估優秀。
　　根據CDIO理念、CDIO-CMM能力成熟度模型以及TC-CMM模型，我們詳細研究了CDIO與軟件工程實踐教學體系的基本關系，提出了CDIO“五位一體”的實踐教學體系模型。
　　
　　2　CDIO“五位一體”的實踐教學體系
　　
　　2.1　CDIO與實踐教學體系要素間的關系
　　實踐教學體系包含總體思想、教學內容、教學方法和效果評價機制。總體思想說明以什么樣的理念指導整個實踐教學體系的構建；教學內容涵蓋實踐課程的設置、實踐環節的設定：教學方法說明實踐過程的執行方式，而評價機制說明以什么樣的方法來評估實踐效果。
　　通過分析CDIO的基本內容，我們從多個環節出發，以構思環節形成實踐教學體系總體指導思想，從設計環節改革實踐教學內容，從實施、運作環節創新實踐教學過程與層次，以CDIO-CMM為指導，實現實踐效果評估機制，同時將評估結果作為實踐教學體系修正和完善的依據，將CDIO工程設計理念貫穿到實踐活動的各個環節。
　　在分析CDIO與實踐教學體系要素基礎上，我們加入實踐主體要素，以CDIO、TC-CMM及CDIO-CMM為指導，形成集教學理念、實踐主體、實踐過程、實踐層次、實踐效果于一體的實踐教學體系。圖1說明了CDIO、CDIO-CMM、TC-CMM與實踐教學體系的關系。
　　
　　2.2　CDIO“五位一體”的實踐教學體系
　　根據實踐教學體系的關鍵要素，為使軟件工程學生素質得到全面提升，我們提出了構建CDIO五位一體“12345”的實踐教學體系模型，其中“12345”分別說明了實踐教學的理念、主體、過程、層次和評價機制。
　　“1”是指一個教學理念，即樹立CDIO工程化能力培養與基礎理論教學、專業能力培養并重的教學理念，把CDIO工程化教學作為人才培養的核心任務之一。根據CDIO的基本理念，我校全面改革軟件工程專業的人才培養模式，調整課程體系，充實教學內容，改進教學方法，建立工程化實踐教學體系，全面體現工程化能力和職業素質培養的思路，形成一個融基礎理論、實驗教學、工程實踐為一體的整體化培養機制，讓學生能力得到全面均衡發展，以適應現代軟件產業的需求。
　　“2”是指教學實踐中的兩個主體，即學生和老師。學生要獲取工程化的知識，則要求教師即要有扎實的理論知識，也要有良好的工程化知識。如何進一步提高專職教師的工程化能力，保證企業教師的知識結構，將兩者有機結合，是這部分的重要研究內容。
　　“3”是指三個學習過程，即基礎理論、專業知識和工程化技能學習，這三個實踐過程強調把工程化素質培養作為學生全培養期中自始至終關注的主線。在基礎理論實踐過程中，一方面按照CDIO理念設置多門以培養學生工程能力和職業素質為主的學分課程：另一方面，對多門傳統課程教學內容進行工程化改造，充實工程教學內容，強調“做中學”。在專業知識和工程技能實訓過程中，利用我校與著名軟件企業合作建立的多個實習基地，設置2周的語言實訓、3周的軟件過程實訓和4周的軟件項目實訓及半年的企業實習，通過真實的企業環境、真實的實訓項目、真實的項目經理、真實的工作壓力和真實的工作機會，進一步培養學生的工程能力和職業素質。
　　“4”是指在CDIO-CMM能力成熟度模型的指導下形成的基礎層、綜合層、應用層、創新層四個實踐層次，基礎層強調個人能力的培養，綜合層強調技術知識和工程能力的培養，應用層強調過程與系統的構建能力，而創新層強調創新能力的培養。
　　“5”是指五個評價機制。良好的培養模式必須具備完善的評價機制，軟件工程學生的評價機制貫穿整個學習過程，包括學生課程學習評價機制、學生實驗學習評價機制、學生實訓評價機制、企業實習評價機制及教師工作評價機制。
　　
　　3　“五位一體”CDIO實踐教學體系的構建
　　
　　為形成完善的“五位一體”校企合作實踐教學體系，我們從實踐主體、實踐教學內容、工程化實踐教學課程體系、培養評價機制等方面進行了研究。
　　
　　3.1　實踐教學中兩個主體CDIO能力培養
　　實踐教學中兩個主體分別為學生和教師，根據CDIO教學理念，學生必須具備工程化能力，教師也要有工程化知識及背景。
　　以往高校教學管理職能部門較多依賴教學質量評估評價教師的教學質量，該方法注重結果，忽略了教師能力持續改進和提升的過程。而在學生培養過程中，學校多注重理論學習而忽略工程化能力培養。我們根據這兩個主體各自的特征，分別建立了CDIO-CMM學生能力成熟度模型及TC-CMM教師能力成熟度模型。
　　CDIO-CMM學生能力成熟度模型分為四個層次，對應四個層次，我們分別以不同策略培養相應的CDIO能力。同樣，TC-CMM也分為四個層次，利用PDCA循環，持續構建教師的CDIO能力。
　　
　　3.2　工程化實踐課程體系及實踐過程的構建
　　為構建良好的實踐環節，需要在CDIO教學理念指導下，根據工程化實踐教學的需求，全面調整實踐課程與教學模式，實現工程化教學模式。同時將實踐課程分為基礎理論實踐課程體系及企業實訓課程體系，基礎理論實踐課程體系調整為程序設計課程實踐、專業基礎理論課程實踐、專業課程實踐，旨在培養學生的專業基礎實踐能力；實訓課程體系根據我校和中軟公司的合作要求，按照“六藝、二技、二專”設計。“六藝”就是軟件工程學生需要掌握的基本技能，“二技”是工程師進階的重要技能，“二專”是指軟件工程及軟件架構方面的知識以及從技術(主要是架構、項目管理方面)咨詢走向業務咨詢的能力。通過“六藝、二技、二專”規劃，形成軟件語言程序實踐、軟件工程實踐、軟件平臺實踐以及軟件信息系統實踐的實訓課程體系。
　　
　　3.3　實踐層次的構建
　　按照CDIO對能力的劃分，我們對學生的考核要點包括基本個人能力、人際能力、過程與系統的構建能力、創新能力。相應的學生實踐培養分為四個層次，即基礎層、綜合層、應用層、創新層。基礎層主要通過專業課程實踐和C++程序設計實踐完成：綜合層強調技術知識和工程能力的培養，由面向對象技能訓練(Java和基礎項目實訓)、軟件工程工具與環境、科研訓練完成：應用層強調過程與系統的構建能力，通過參與企業項目開發，培養項目開發能力完成，該層強調培養創業、就業、人際能力；創新層強調創新能力的培養，主要通過企業實習和畢業設計完成。
　　
　　3.4　培養評價機制的研究
　　要保證軟件工程實踐教學體系的良性運行，必須建立起一套易于操作的評價機制，對實踐教學中涉及的各項能力進行有效評價。根據評價主體及評價項目的不同確定評價思路、評價結構和評價內容。軟件工程學生的評價機制貫穿整個學習過程，包括學生課程學習評價機制、學生實驗學習評價機制、學生實訓評價機制、企業實習評價機制及教師工作評價機制。以軟件工程課程為例，主講教師分別制定了課程評價表、課程項目實驗評價表和項目調查表，以此來評估軟件工程課程實驗效果，表1是課程項目實驗評價表部分信息。
　　通過上述調查表，我們可以對學生的項目開發能力、團隊合作能力、掌握知識點能力等進行評估，使老師及時掌握信息，進一步調整工程化教學實踐。
　　
　　4　結語
　　
　　軟件工程CDIO“五位一體”實踐教學體系的研究應用于中南大學軟件學院實踐教學體系的建設，構建了完善的實踐教學體系，建立了良好的校企合作關系，成立了多個校企實習基地，成果得到不斷完善和修正。實踐結果表明，經過該實踐教學體系培養的學生具有較強的工程實踐能力，深受企業歡迎，多名學生已成功申報省級、國家級大學生創新性實踐項目等。但本項目的評價機制尚需進一步研究，各實踐環節的內容與規范需進一步完