工程教育模式下的軟件工程課程體系教學改革與研究

摘 要：針對軟件工程課程體系的特點及教學中存在的問題，文章將CDIO工程教育模式引入到課程體系的教學過程中，在校企聯合的基礎上，提出案例驅動教學模式、項目驅動式實踐模式以及導師指導下的團隊模式等教學改革模式，全面培養CDIO大綱所要求的工程能力。實踐證明，CDIO現代工程教育模式下的軟件工程課程體系教學改革取得了良好的教學效果。

關鍵詞：工程教育 軟件工程 課程體系 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2012）02-143-02

一、概述

軟件工程專業本科教學包含一系列由軟件工程所衍生出來的專業課程：軟件體系結構、系統分析與設計、軟件項目管理、軟件測試技術、軟件可靠性分析、統一建模語言等。這些課程以軟件工程理論為核心，課程間關聯性較強，授課模式相似，這些課程構成了軟件工程課程體系。

目前我國高校軟件工程專業的本科生培養目標是培養具有創新意識和國際競爭力、符合市場需求的實用型軟件人才，強調學生的軟件開發能力和應用能力。一個優秀的軟件工程師除了要牢牢掌握既有的軟件理論和基本知識外，還必須具備對軟件行業和軟件項目的深刻理解與掌控能力，必須具備根據市場發展及用戶不斷變化的需求進行創新設計的能力，必須具備扎實的開發能力與良好的交流能力、團隊精神，還必須具備終生學習的能力，從而不斷的更新自己。

通過對近幾年軟件工程專業本科畢業生的調查發現，符合市場需求的實用型軟件人才所應具備的職業能力，主要是通過軟件工程課程體系的學習與實踐所培養的。由此可見，軟件工程課程體系的教學質量對于軟件工程專業本科生而言至關重要。

二、以CDIO為代表的現代工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院四所大學組成的跨國研究，獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。

CDIO代表構思、設計、實現和運作，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，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。第一，構思：概念階段。針對工程實踐，讓學生掌握專業知識的基本原理，確定未來發展方向。第二，設計：技術階段。以產品設計與規劃為核心，通過研發，擬解決某一具體的問題。第三，執行：制造階段。以制造、建造為核心，組織一體化的課程實踐。第四，運作：服務階段。產品應用的各個環節，學生必須了解清楚，并有能力提供市場服務。CDIO工程教育理念正是以此過程為載體培養學生的工程能力，提出了系統的能力培養教學大綱，包括4類一級能力、17組二級能力(如表1所示)、以及73種具體能力，它是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。

三、軟件工程課程體系教學現狀分析

1.課程體系的特點。軟件工程課程體系內課程都是由軟件工程理論衍生出來的，課程間關聯性強，課程特點相對統一，可歸納為以下幾點：（1）基本原理和內容較為新穎。這些課程的基本原理和內容源于最近20年來軟件研發過程中形成的軟件工程最新理論成果和實踐經驗的總結，具有新穎性和學術性的特點。在課程中除了講述經典的理論，還介紹軟件項目最新的技術發展特點。（2）實踐性強。在課堂教學過程中，要有具體案例貫穿始終，還要輔以大量實踐教學，使學生在實際操作過程中消化理解課上理論。同時，老師的一些實踐經驗對于學生理解課程幫助巨大。（3）軟件設計是一門藝術，沒有固定的評價標準。在實際的設計過程中，必須根據項目的實際情況對各種要素進行權衡與折衷，從而得到總體上滿足用戶要求的軟件。因此，學生成績評定體系難于量化，對于參與考核的教師的工程實踐能力要求偏高。

2.教學中存在的問題。針對課程體系的特點，傳統模式的教學過程中主要存在以下問題：（1）理論抽象容易使學生感到空洞乏味。課程的授課內容中往往涉及到較為復雜的軟件系統，而授課對象是缺乏實際項目開發經驗的在校學生，他們一般情況下很難理解課程中的抽象理論并應用到實際的軟件項目中，容易產生空洞乏味的感覺。（2）學生缺乏必要的認知與體驗。課程體系內大部分課程要求理論與應用并存，而且主要涉及到軟件的分析、設計、測試和項目管理等方面。由于學生經歷的限制，他們對所講解的方法和過程缺少深刻的感性認識，也不容易理解和把握各種非技術因素的權衡與折衷。同時，由于理論的成果不易得到及時而明確的驗證，學生很難形成深刻的體驗。（3）授課教師工程實踐能力欠缺。課程體系內課程的授課過程中要求全程案例授課，實踐教學中要求引入實際項目進行指導。從授課到考核，對于教師的工程實踐能力要求都很高，而目前專業教師中大部分不具備實際項目開發經驗。

傳統教學模式在“應用型”軟件人才培養方面的弊端越來越突出，亟需探索一條適合軟件工程專業培養方案的工程教育模式，由傳統教學模式向現代工程教育模式轉型的教學改革勢在必行。

四、現代工程教育模式下的軟件工程課程體系教學改革

教學改革過程中，以企業實際項目為驅動，以全面培養CDIO大綱中四方面能力為目標，我們主要從以下幾個方面展開改革與實踐。

1.轉變傳統教育觀念，變革教學計劃。掌握必需的專業技術基礎知識，并具備嚴謹的推理能力是CDIO大綱的第一個方面，也是其他三種能力的基礎。我們在思想政治基礎課平臺及公共基礎課平臺的基礎上，把軟件工程專業課劃分為三大課程群：計算機程序設計基礎課程群、計算機程序設計高級課程群、軟件工程課程群。其中，軟件工程課程體系囊括了軟件工程課程群的課程，主要在第5、6、7學期進行授課。在教學計劃中，我們打破傳統，一改以前每門課程獨立授課的傳統，把課程體系內各門課程按授課學期進行分組。對于每門課程，將教學活動劃分為課堂教學和項目實踐兩大環節。每學期課程結束后，安排工程實訓，通過企業實際項目將幾門課程關聯起來，使學生能夠將課上所學內容融會貫通。

2.教師能力的提升。師資隊伍是人才培養質量的保證，要提高學生的工程實踐能力和創新能力，首先要有一只結構合理的雙師型隊伍。幾年來，在與企業資深工程技術人員合作完成實踐環節指導工作的同時，為了強化專業教師特別是青年教師的工程背景，學校與企業聯姻，每年輸送多名青年教師進入企業、參與企業實際項目研發，目前已有近20名教師學成歸來，形成了一支理論基礎與實踐能力并重的教師隊伍。

3.案例驅動教學，培養個人能力及職業素質。個人專業能力與職業素質是一個成熟工程師必備的核心素質，也是CDIO大綱要求的第二種能力。在理論授課過程中，我們選擇企業實際項目或企業成熟項目實例作為案例，引導學生進行理論知識的學習。實踐證明，案例驅動的教學模式能更好的激發學生的學習熱情，促進知識的掌握及動手能力的培養。

4.項目驅動，加強實踐比重。除了增加單獨課程實驗課及課程設計比例，還安排對于課程體系內幾門課程共同進行的工程實訓，由企業資深工程技術人員或在企業中參與過實際項目的教師進行指導，以企業實際項目為題，學生采取分組模式完成實踐任務。通過實踐，軟件工程專業的學生對于理論知識的掌握程度及動手能力的提升速度大幅提高。

5.推行導師制結合團隊模式，加強協作與溝通能力培養。實踐教學環節中，在項目驅動的基礎上，引入導師制及分組制。從第5學期起直至畢業，采用師生雙向選擇的方式，為每名學生確定導師，導師完成對學生實踐環節及畢業設計的指導工作。每名導師所指導的學生自動分為一組，每組5~8人，與企業項目團隊人數基本吻合，在實踐環節中，以小組的形式共同完成，每名學生擔任不同的團隊角色。通過近2年較為固定的團隊培養，學生能夠全面培養不同類型項目中的團隊協作與溝通能力，很好地完成了CDIO大綱要求的第三種能力的培養。

6.校企聯合，全面實踐CDIO。通過和企業聯姻，將企業實際項目引入了教學環節，使學生能夠更好的接觸企業和社會的工作環境，通過構思、設計、實現和運作系統，展示了一個產品或系統完整的開發過程，也體現了“做中學”和“基于項目的教育和學習”的精髓。

7.全面考慮，注重能力考核。在各門課程的考核上，我們摒棄了一般的理論考試，更注重多元化、全方位地考核學生的工程能力。每門課的考核一般分為理論知識考試、實踐能力測試、項目文檔撰寫及項目小組答辯等幾方面，通過幾個環節的考察，全面考慮，綜合評定學生成績。該考核方式注重學生項目實訓過程中工程能力的訓練和積累，對學生素質的考核更為全面。

五、結語

適應經濟發展與社會需要，不斷提高軟件工程專業人才培養質量是一項艱苦的系統工程。作為一種現代工程教育教學模式，CDIO理念在強調學生理論基礎知識的同時，注重培養學生理論應用能力、團隊合作能力及工程系統掌控能力。將CDIO理念引入教學，針對軟件工程課程體系目前存在的問題，通過加強實踐環節、案例驅動教學、校企聯合等改革措施，改變了以往課程理論過多，學生有枯燥感的局面，彌補了課堂教學與實際應用間的斷層，提高了教學質量。實踐證明，CDIO工程教育理念對于軟件工程課程體系教學是適合的，學生通過“做中學”和“基于項目的教育和學習”，在有限的學時內較好較快地掌握所學課程，迅速培養和提高學生實際的工程實踐能力和團隊協作能力，它為探討軟件工程專業課程的教學找到了新的方向。同時，CDIO理念也為其他課程的教學打開了一扇窗，筆者認為CDIO模式值得在其他課程中作進一步的推廣和研究。

[本文為基金項目：黑龍江省高等教育協會高等教育科學研究“十一五”規劃課題（115C-955）；黑龍江科技學院校內科研啟動基金項目]

參考文獻：

1.Chunting Yang， Yang Liu， Jun Zhan， “Software Engineering talent cultivation in the CDIO Learning Cycle”，2009 Second International Conference on Education Technology and Training，2009，pp:305-308.

2.Chen Ke-li， Huang Xiang-nian， Pen Hong，“Research of Embedded Teaching Reform Based on CDIO”，20102nd International Conference on Education Technology and Computer(ICETC)，2010，pp:V4-30-V4-33.

3.Jianzhong Zha，“CDIO-The Subversive Reform of Engineering Education Model”，Distance Education in China，vol.325，July 2008.

4.Worldwide CDIO Initiative.CDIO Syllabus[EB/OL]. [2010-4-26].http://www.cdio.

（作者單位：黑龍江科技學院 黑龍江哈爾濱 150027）

（責編：呂尚）