以CDIO為導向培養軟件工程醫工專業實踐創新能力

楊誼，喻德曠

摘 要：文章以CDIO高等工程教育理論為指導，面向軟件產業，在課程體系、學習環境以及實施過程等方面進行深度的探索和實踐，創新性地開展專業課程的課堂教學綜合改革和實驗教學的多元實踐模式改革，以產品從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動地、實踐地、課程之間有機聯系地進行學習和實踐，實現醫工專業學生創新能力的培養。

關鍵詞：CDIO；醫工專業；創新能力培養

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）22-0049-03

Abstract： Guided by CDIO， the modern theory of the higher engineering education， aiming at the software industry， this paper made a thorough exploration and practice on the aspects of curriculum system， learning environment and implementation process， in which the comprehensive innovation of class teaching and multi-mode practice teaching mode is carried out. By the carrier of the life cycle of product from research and development to operation， we help the students to learn and practice in an active， practical and organic communication way to gain the innovation capability of biomedical engineering.

Keywords： CDIO； biomedical engineering； cultivation of innovation capabilities

一、CDIO工程教育模式

經濟全球化新形勢軟件產業對創新工程人才產生了大量需求，為了應對這一增長的局勢，聯合國教科文組織提出了工程教育改革的三個戰略：“做中學”“產學合作”“國際化”。CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）的縮寫，體現了近年來國際上工程教育改革的新理念，是“做中學”和“基于項目的教育和學習”的集中體現，系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的標準。

較長一段時間以來，我們的軟件人才教育模式以學科知識為中心，在創新能力、實踐動手能力、團隊協作能力的培養方面存在薄弱環節。在我校，軟件工程專業畢業生雖然初次就業率較高，但存在軟件專業對口率較低（約為25-30%），崗位勝任率不高的現象，畢業生的實踐創新能力和綜合素質有待大幅度提高。

二、軟件工程實踐創新能力培養設計思路

我們通過深入理解CDIO培養大綱的實質，將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際溝通能力和工程系統能力四個層面，以工程項目為載體，讓學生以主動實踐、課程之間有機聯系的方式學習工程，以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。

在教學過程中，以實踐課程平臺為基礎，將能力目標從低到高設置為培養興趣、學習技能、創新應用、創新能力四個不同層級，創新開展軟件專業課程教學，在專業和工程實踐的基礎上對學生進行多方面的能力訓練，分別實現實踐意識培養、創新實踐探索和創新項目制作，以職業生涯實踐、專業實踐培訓、創新訓練等系列舉措，循序漸進地提升創新能力。

三、課程體系設計

課程體系中的所有單門課程、課程群、專業實踐和實訓、畢業設計和全局性人才培養環節的教學過程均劃分為C、D、I、O四個階段。

構思性實踐（C）階段的任務是加深學生對軟件工程、軟件開發模型、軟件過程模型等基本概念的理解，構思待研發的項目。由教師提供學生多個實際軟件案例，每個學生團隊挑選一個案例進行分析、討論軟件生命周期、開發模型、軟件過程等概念如何體現，加深對軟件工程基本分析和設計方法的理解，并進行項目初步框架設計和可行性研究。

設計性實踐（D）階段的任務是指導學生團隊分工協作實現軟件項目的設計，包括技術路線的設計和項目設計方案的確定。通過項目的整體和詳細設計實踐，使學生掌握軟件工程的基本原理、方法、技術、工具，并能夠實際應用。

在實現性實踐（I）階段，學生團隊分工協作將設計方案轉化為軟件系統或模塊，并定期根據項目實施計劃進行項目檢查以及測試，培養學生務實精神、工程能力和團隊精神。

在運作性實踐（O）階段，每一個學生團隊對所開發出的系統進行實際應用，建立相應的應用、營銷和服務渠道，學生通過這個階段能夠深入了解技術應用和服務市場，培養務實精神和實際工作能力。

所有項目完成后由教師和相關利益方組織實施項目成果的評價、交流和總結，對于實際運用的項目實施項目跟蹤和維護。

四、課堂教學改革

為了踐行CDIO教育理念，我們充分開展了教學手段改革，將理論闡述與案例講解和應用分析相結合，有系統地將相關課程整合起來，逐步形成一套科學的多元化的教學方法體系。

教師綜合運用案例教學、項目教學、實驗平臺教學、信息化平臺實踐教學、網上課堂等多種教學方式和教學平臺，全方位提升教學效果。通過案例教學，提高學生分析問題解決問題的能力；通過項目教學，創建競爭與合作、教學與實訓相結合的教學環境；借助實驗平臺教學，鍛煉學生的實際動手能力；通過網上課堂，即時交流及時發現和解決問題。啟發式教學與案例式教學的綜合運用，可以避免教師的單純灌輸和學生的被動接受，同時也防止了課堂的過于發散，為學生提供了一定的參考范例。互動式學習、模擬體驗式教學、情景式教學與小組學習、網上課程相結合，既能夠讓教師及時掌握學生的情況，幫助其補足薄弱環節，給予其積極的鼓勵，又能提高時間利用率，避免簡單知識的重復學習，有效利用課內時間解決關鍵問題。

根據案例項目需求和課程特點，將講課分為三個階段：基礎知識培訓、項目開發階段、項目實戰運作階段。教師在課堂上邊講解邊操作，讓學生對新技術有一個全局的認識，在細節方面具有深刻的感性認識，注重知識點的實際操作和應用，降低學生學習新技術的門檻。上課的模式強調精講多練，由手把手教學，改為精講原理與體系，輔以案例的實際操作，每一節課講述的知識點數量是傳統教學數量的3倍左右。課程的重點是對學生學習路徑的引導，每節課的課后作業內容是實現課堂上講解的例子，體現了老師引路、學生自主學習的思想。

五、層次化交叉性實驗教學改革

開展合作型、復合型、職業化實驗教學。依托開放創新實驗室，將一些明顯開發性高、平臺性強設置為選學內容，鼓勵有潛力有興趣的學生參與，并鼓勵全體學生在理解自身與就業取向的基礎上，參加資質認證職業技能訓練。

實驗項目按照難度和綜合性，分為以下幾種不同層次：

1. 基于課程的項目，學生在學習了指定專業課程的基礎上，用2周的時間在專業實驗室對給定的課程項目進行設計和實施工作。

2. 面向團隊的項目，學生在完成所選方向的課程群后，進入專門安排的工程實踐場所，用1個月的時間完成一個小型項目。

3. 合作性項目，通過企業與學生的雙向選擇，學生進入企業實習基地，用1到2個月時間完成企業方提供的模擬或真實的中型項目。

4. 課外設計項目，對學有特長的學生開展培訓，完成大學生課外科研項目和創新創業項目，時間通常是1學年，鼓勵高年級同學傳幫帶低年級同學。

不同的課程之間的實驗和實訓建立緊密的關聯關系，體現了各門專業課程之間的“網絡交叉性”關系。以知識點“線性結構”的操作為例，我們在高級程序語言、數據結構、算法設計、數據庫、操作系統和基礎實訓、技能實訓、項目實訓中安排了如表1所示的前后關聯的實驗題目。

通過以上多元化實驗設置，學生從理論課學習掌握線性結構的基本組成、屬性和處理方案，到不同時間所開展的不同級別的實現，在反復多次實現和運用中充分掌握了線性結構的基本處理技能和代碼編寫，到能夠根據實際問題進行建模，靈活運用線性結構的各種處理方法和技能解決問題，并逐步養成代碼庫建設、代碼重用和代碼測試的工程素質，這種多元化、階段上升式的訓練對于學生將知識在不同課程中融會貫通很有幫助，扎實有效地實現了軟件應用能力的培養。

在實驗開展過程中和考核階段，教師和企業導師擔任評分者，同時扮演軟件用戶和客戶，對產品不斷提出需求變更，設置開發期限，讓學生既感受到壓力又受到鼓勵，體驗開發實景，通過與用戶合作和協商不斷消除誤解、克服困難，從而摸索出合適的開發設計思路和開發流程模式。所有實驗均以學生為主體，以項目為載體，不僅能夠有效地激發學生的創意，進而影響全體學生的學習效能，而且可以借此引導學生建立一個以創造產品、提供技術服務為目標的合理價值觀。教師在實驗環節的作用落在實踐課程的組織與引導上，注重其工程實踐性和探索研究性，以提高學生的獨立思考能力、工程實踐能力和創新能力。

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