CDIO理念下軟件工程課程的教學改革與創新

景 雯 張 杰 傅文博

山西大同大學計算機與網絡工程學院 山西大同 037009

軟件工程課程教學內容具有較強的理論性和抽象性，并注重專業知識的時效性和軟件的研發實踐性[1,2]。合格的計算機方向的畢業生需要具有較強的軟件研發能力和創新意識，符合市場需求，在專業的軟件專業理論基礎上，深刻把握軟件行業和軟件項目的內涵；此外，還應具有較強的溝通交流能力、團隊協作精神等。傳統教學存在重視理論和技術、輕視實踐、忽視運作等問題，基礎知識教學存在偏重理論、各內容知識整合難度較大，以及教材知識時效性不強的問題。

CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)由構思、設計、實現和運作構成，強調產品的全過程指導工程教學。本文將根據CDIO理念對軟件工程課程的教學改革與創新進行探討，采用問卷調查的方式對某校CDIO教學模式實踐情況進行調查，并分析實施CDIO教學模式前后的學生滿意度，以及影響軟件工程課程教學質量和效率的關鍵因素。實踐證明，CDIO教學模式改變了傳統的以教師主導“填鴨式”的教學模式，培養學生的主動性學習能力，豐富教學內容，優化教學體系，提升了軟件工程教學質量與效率。

1 軟件工程課程教學內容特點及存在問題

1.1 軟件工程課程教學內容

國內許多高校都開設計算機科學與技術專業或其他涉及軟件開發類的專業，這些專業的課程體系基本上都具有“一體化、分階段、多層次”的特征，既培養專業基礎知識，又注重實踐的專業實踐層次能力[3]。軟件工程課程將計算機知識、技術和工程管理方法等進行有效融合，并將其運用在軟件開發過程中[4,5]。該課程的教學目的是提高軟件研發的質量和效率，實現產學研的工業化生產。通過本課程的學習，熟悉并掌握項目確定、項目需求分析、概要詳細設計、代碼設計和軟件測試等軟件研發工作中的各個環節；學生能夠考慮研發成本和項目進度，研發出具有可修改性、可靠運行、可維護且滿足用戶需求的軟件工具，并進行全過程管理的能力，進一步提高軟件的研發質量與效率，實現軟件的社會化生產。

1.2 軟件工程課程教學特點

軟件工程課程教學內容具有較強的理論性和抽象性，并注重專業知識的時效性和軟件的研發實踐性。因此教學過程中，不僅要深入學習軟件算法相關概念、原理和方法等專業知識，還要注重軟件研發實踐，學以致用，參透軟件工程的原理和方法[6]。軟件工程學科的理論性較強，并強調實踐。注重“點”與“面”的結合，強調基本概念和專業知識的理解與掌握，要求具備軟件項目需求分析、研發、實現和維護等技能。

1.3 軟件工程課程教學存在的問題

在軟件工程課程學習過程中，需要明確課程內容、原理及特點，提高學生的學習積極性和主動性；培養學生善于協作、善于研究、善于主動學習的能力，培養其創新和開拓意識及能力，提升軟件工程師分析問題、解決問題的能力。然而現階段軟件工程課程教學以教師課堂授課為主導，學生主動性不突出，聽課方式較為被動，教學內容重理論而輕實踐，即傳統教學模式存在問題主要體現在基礎知識教學偏理論、各內容知識整合難度較大、知識時效性不強以及工程實踐較弱等方面，如圖1所示。

圖1 傳統教學模式存在的問題

現階段軟件工程教學，專業實踐不夠，使得專業知識聯系實際工作不夠緊密[7]。因此，學生感覺軟件工程的原理課程和教學內容方法較為空洞、枯燥。教學過程缺乏典型實例支撐，知識和技能不易掌握導致較難在實踐中應用。軟件工程教學內容涉及需求分析、框架設計、算法實現和軟件測試維護等多個環節，各內容自成體系，學生對上述知識的有效整合存在困難。在軟件構思與設計能力、團隊協作、溝通交流等方面培養不足。以教師講授為主的傳統的填鴨式教學方法，不夠重視學生的主觀能動性和互動參與性；實踐教學中，學生被動按照作業模式進行練習，強調背誦記憶、應付考試，使得學生的分析問題、解決問題的能力不足，缺乏必要的軟件工程實訓。

2 CDIO主要內容及軟件工程教學中的作用分析

2.1 CDIO主要內容

CDIO教育理念突出培養學生的工程能力，包括專業基礎知識、專業能力、項目團隊協作和企業-社會環境下的構思運作四個方面[8]。CDIO培養大綱如圖2所示。CDIO通過綜合培養方式使學生掌握扎實的專業理論知識和技術技能，培養軟件研發全過程管控能力和軟件系統建造與運行能力。

圖2 CDIO培養大綱

2.2 CDIO在軟件工程課程教學的作用

CDIO繼承和發展了發達國家的工程教育理念，提出了軟件工程師的能力培養、實施指引以及實踐過程和結果檢驗等標準。CDIO以軟件運行的全過程為載體，鼓勵學生主動進行學習。CDIO教學模式突出學生主體，強調理論聯系實際，調動學生學習積極性和主動性。通過技能培養、操作實訓，促進并鞏固其專業知識的學習。團隊合作，鍛煉其團隊協作能力和個人交際能力。CDIO教學模式從培養方案、教學目標、課程體系等方面，培養軟件工程人才的專業基礎知識的學習能力和工程實踐能力，強調個人專業技能與交流溝通技能。

CDIO教學模式能夠改變傳統的以教師主導“填鴨式”的教學模式，突出學生的主動性學習，讓學生在“做中學”和“基于項目的教育和學習”，同時讓每個學生都參與到班內組建的軟件項目組中，模擬完成若干在教學周期內可控和具有操作性的軟件項目。

3 CDIO理念下軟件工程課程的教學改革與創新

以CDIO的理念組織教學過程，豐富教學內容，優化教學體系，提升軟件工程教學質量與效率。

第一，加強基礎知識教學。要結合學生特點和軟件工程課程特點設計教學內容。通過增加工程案例教學內容、“互聯網+”等手段，教授軟件工程重點基礎知識內容，采用發散式方法，激發學生的主動性和參與性。根據軟件工程課程培養目標，重點教授該學科的相關概念、原則、方法和實現工具，適當剔除不必要的內容，保留基礎部分，簡化學生較難理解的深奧內容；完善與補充相關技術研究，跟進最新技術方法動態。

第二，要加強工程能力培養。轉變應試教育的理念，突出工程能力的培養，使得學有所用，而不是僅僅為了畢業。著重培養學生的工程價值觀，激發學生的學習動力，培養學生軟件研發邏輯思維，提高其團隊協同合作能力，加深所學知識的實際運用，激發學習積極性。分析現階段教學的薄弱環節，找準切入點；結合自身情況建立合適的工程能力培養方案，提高教學質量和效率。

第三，充分利用多媒體教學、“互聯網+”、移動客戶端微課堂等，搭建全方位、立體的教學環境，加強培養學生挖掘信息、分析、應用及處理信息的能力，促進其自我探究和知識建構。將企業軟件成功或失敗研發的典型工程案例引入課程教學，豐富內容，激發興趣；學生小組內部互動，分析討論典型案例，教師側重指導學生需要關注的關鍵點和問題；根據CDIO模式組織課堂形式，播放學習視頻、挑戰賽和綜合討論等環節，鍛煉學生的分析問題能力和交流溝通能力。

4 CDIO教學模式實踐效果

將CDIO教學模式實踐應用于某校。在實踐前，采用問卷調查方式摸底學生需求，深入分析影響軟件工程課程教學質量和效率的關鍵因素。調查結果顯示，師生間的互動程度、課程內容和授課條件對軟件工程課程教學的影響程度分別為40%、34%和26%，結果如圖3所示。

圖3 學生需求分析調研(教學效果因素)

結合我校軟件工程課程特點和學校資源情況，將CDIO教學模式引入本校軟件工程教學工作中，有效促進了學生間互動、師生互動，提高學生的綜合能力，提高人才培養質量。如圖4所示，學生對課堂效果的滿意度從實施前的75%提升至98%，課程內容滿意度從實施前的67%提升至94%，實踐質量滿意度從實施前的45%提升至90%。

圖4 CDIO教學模式的學生滿意度

基于CDIO理念的軟件工程課程組織教學，能夠很好地激發學生的自主學習能力、創新能力和思維能力，提高學生的綜合研發能力，提升軟件工程師分析問題、解決問題的能力。

5 結語

基于CDIO理念的軟件工程課程改革，能夠讓學生經歷理論、技術、研發和應用的全過程，提高其理論專業水平、技術能力、軟件實現能力和工程運作能力等，激發學生的學習興趣，提高學生的綜合研發能力。CDIO通過綜合培養方式使學生掌握扎實的專業理論知識和技術技能，培養軟件研發全過程管控能力和軟件系統建造與運行能力。