对于软件工程借鉴CDIO理念软件工程实践教学系统研究设计

[摘要]CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、 实践的、 课程之间有机联系的方式学习工程。软件工程专业人才培养的定位是培养创新性、实践性、工程化、国际化的软件人才，该专业的实践教学体系是以一系列的实践活动为核心，并引导其积极参与竞赛活动和创新实验。目前，实践教学体系仍然缺乏一个成熟的教育模型作为理论上的指导，针对此问题，研究了CDIO模式对软件工程专业实践教学体系改革的指导作用，基于该模式，形成了一套实践特色突出，教学效果显著的实践教学体系，在实际的应用过程中取得了很好的效果。该体系的构建框架对于实践性较强的工程类专业的实践教学具有重要的指导意义。
[关键词]CDIO 实践教学 创新 软件工程 团队合作
[]B
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念。软件工程专业人才培养的定位是培养创新性、实践性、工程化、国际化的软件人才。目前，软件工程专业的实践教学体系是以一系列的实践活动为核心。这一系列的实践活动是不间断、多环节、高密度的。经过实践证明，这种方式已经取得了一定的成果。但是，目前的实践教学体系仍然缺乏一个成熟的教育模型作为理论上的指导，迫切需要一种成熟的理论来指导实践教学，并形成科学的实践教学体系。而CDIO理念工工程教育角度出发，对于实践教学的指导意义是十分重大的。

一、CDIO理念

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。该模型不仅继承和发展了欧美20多年以来的工程教育改革的理念，更重要的是系统提出了能力培养、实施过程、实施指导和结果检验的12条标准，具有很强的可操作性。
瑞典国家高教署2005年采用这12条标准对本国100个工程学位计划进行评估，结果表明，新标准比原标准适应面更宽，更利于提高质量，尤为重要的是新标准为工程教育的系统化发展提供了基础。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。
在国内，许多高校已经开始了对CDIO模式的研究和实践，2006年，汕头大学成为首个中国高校CDIO成员。2007年11月教育部组织召开了2007中国高等工程教育改革论坛和CDIO国际合作组织会议两个大型会议，包括香港大学、清华大学在内的40多所国内外高校的专家学者对当前高等工程教育存在的热点问题进行了热烈的讨论。2008年5月，由教育部高教司理工处和汕头大学联合主办的“2008年中国CDIO工程教育模式研讨会”在汕头举行。会议成立了《中国CDIO工程教育模式研究与实践》课题组，专门负责CDIO的研究、指导、组织交流等工作。此外，清华大学工业工程系顾学雍副教授在“数据结构”和“数据库技术”两门课中采用CDIO方法教学，取得突出成果。之后，大连东软信息学院在继承CDIO的基础上，构建了著名的TOPCARES-CDIO“八大能力”指标体系。南开大学的王庆人教授深入探讨了如何借鉴欧美的CDIO模式，走出适合中国国情的计算机教育之路。中南大学胡志刚教授在软件工程人才培养方面进行了系统的研究与实践，并重点构建了以CDIO能力培养为核心的一体化课程教学模式[3]。

二、CDIO对实践教学的指导意义

实践教学是培养软件工程专业的学生实践能力的主要途径[4]，CDIO注重实践性教学，其培养大纲在四个方面进行了详细的阐述，主要是：
技术知识和推理能力；
个人职业技能和职业道德；
人际交往技能：团队协作和交流；
企业和社会的构思，设计，实施和运行系统。
基于以上能力大纲，CDIO能够很好地培养学生的实际动手能力，改善理论知识传授与学生实际应用能力之间的关系。通过CDIO模式下的实践教学体系让全部学生实践能力得到强化，绝大部分学生具备基本的专业技能，大部分学生成为优秀的企业级人才，更多的学生具有创新意识。
此外，CDIO理念也综合的考虑了专业基础知识、个人的职业技能和团队协作沟通的人际技能三者之间的融合关系。按照这种工程教育理念培养软件工程专业的学生，是完全符合专业培养目标要求的。由于CDIO教育模型是面向工程类专业提出的，因此也完全适合于指导计算机相关的专业以及其他工程类专业的教育教学活动。能够让更多的学生得到真正的能力锻炼，掌握一项或多项技能，具备攻关能力，同时更加善于与他人合作，适应企业的工作环境，成为“零适应期”的高校毕业生[4]。

三、基于CDIO理念的实践教学体系

根据CDIO的思想，提出了以“依托1个核心标准、专注2方面素质培养、重视3级项目技能、提升4层次实践能力、搞好5个实践教学环节、发展6个研究方向”为主要内容的具有软件工程特色的实践教学体系。
（1）依托1个核心标准
“1个核心标准”即CDIO标准，它主要包括12条内容：包括教学过程、学习目标、教学计划、设计-实现经验、工程实践场所、综合性学习经验、学生考核以及专业评估等。依据这样的标准，将源于：毕业论文理工www.618jyw.com
CDIO的理念作为工程教育的环境；明确每个实践环节的学习目标；经过各个阶段的学习，使学生能够达到“4级实践能力”中相应的能力级别的要求，并努力达到更高级别；在5个实践环节中，将基本个人能力、人际能力和对产品、过程和系统构建能力的培养融于其中。 （2）专注2方面的素质培养
①创新能力的培养
大学生不缺乏创新的能力，只是缺乏创新意识的培养。软件工程专业积极鼓励大学生参加创新性实验活动，并且为学生创造各种条件。让学生了解企业最新需求和技术方向，使学生确定学习发展方向，明确专业知识在企业的实际运用情况。
②团队合作意识的培养
Mc.KinseyGlobalInstitute在2005年10月发表的一份报告称，我国毕业的工程技术人才适合在国际化公司工作的不到10%，其中的原因，他认为“中源于：毕业设计论文网www.618jyw.com
国教育系统偏于理论，中国学生几乎没有受到project和团队工作的实际训练，相比之下欧洲和北美学生能够以团队方式解决实际问题。”依据CDIO标准，在课程设计、实验室实践、企业实训过程中都采取团队开发的模式。让学生得到实际的训练，逐渐形成团队合作意识，并更加善于与他人合作解决问题和冲突。这也是良好职业素质的重要体现。
（3）重视3级项目技能
在CDIO模式下的实践教学体系中，项目是活动开展的载体，参与项目能够真正意义上提高学生的个人职业技能、人际团队协作能力和工程系统能力，这是标准中规定的能力。借鉴CDIO理念，提出了“3级项目技能级别”，分别是“综合性技能”、“挑战性技能”和“企业级技能”。
①综合性技能
综合性技能级别项目的规模是属于中小型的模拟项目或真实项目，项目涉及的知识具有一定的综合性，同时有10%左右挑战性功能。该级别中的项目主要提供给“课程设计”实践环节，训练学生的综合实践技能，使得90%以上的学生具备“项目级”实践能力，并使部分优秀学生在完成基本功能的基础上有机会接触挑战性的实践内容。
②挑战性技能
该级别的项目规模属于中型及以上的模拟项目及真实项目，或具有一定创新性的中小型项目。其主要特点是具备一定的“挑战性”，主要提供给实验室实践、创新实验等环节使用。该类项目训练学生的攻关能力和创新精神。使一部分个人能力突出的学生脱颖而出，创新能力大大增强。
③企业级技能
该级别的项目规模一般都是中到大型的企业真实项目。这些项目规模大、难度高，需要团队合作并在合理的项目运营机制下完成。学生在项目中一般充当程序开发者的角色，分别在不同的项目小组中，如同真正的企业开发一样，需要按时完成开发任务，并解决疑难问题，每个工作日按照企业要求提交开发报告。整个过程完全是依据企业的标准进行的，能够培养学生的职业素质。
项目的3个级别分别需要软件工程专业的课程的支撑，其中一级项目对应专业基础课程、项目相关课程群和能力要求，这些课程一般安排在大二学年之前完成，如数据库、软件工程、C程序设计、Web开发技术等；二级项目对应专业核心课程、高级应用技术课程和能力培养要求，同时包含一些课外知识技能，如J2EE、操作系统、UML语言等；项目加强了专业课程的学习，同时包含一些前沿知识和技术，提出了更高的能力培养要求。
（4）提升4层次实践能力
分层次培养能保证大多数学生达到最佳的能力级别。基于CDIO标准的4级实践能力划分：面向基础知识和基本技能实践级别（基础级）、面向课程群实践级别（课程级）、面向项目开发实践级别（项目级）和面向企业任务实践级别（企业级）。
在基础级层次，学生刚刚入学，一般不具备软件项目实践的基本知识，学生只具备最基本的实践能力，能够独立自主地完成一些初步的编程问题。同时，行业接触基本为零；在课程级层次，学生已经学习了本科1-2年的课程，对软件工程领域有了基本认识。此时，学生接触软件工程基础核心课程群，对于行业的认识也有了一定了解；在项目级层次，学生已经不仅仅局限在实践课程内容上了，要慢慢开始接触各类中小型及更大的项目级别的实践活动，更深入的体会项目团队开发的流程；在企业级层次，学生已经学完了校内课程，专业知识、技能都得到良好锻炼，职业能力也有了一定提升。
（5）搞好5个实践教学环节
软件工程专业的实践教学主要包括5个环节：课内实验、课程设计、课外实践活动、企业实训、毕业设计，其中课外实践活动还包括创新实验、竞赛和研究室实践活动。这些环节并不是完全依照先后的次序开展的，而是交错并行的，学生可以在学习期间同时参与多个实践环节。在作用上各个环节则相互辅助，依托各种教学资源，以培养学生的实践能力为主，激发学生学习热情，提高创新意识，缩短学生毕业后进入企业的适应期，缩小软件人才培养与企业需求之间的距离，同时为学生就业开辟了道路。
（6）发展6个研究方向
目前软件工程专业的六个研究方向是：Web开发方向、Android手机软件开发方向、嵌入式技术方向、数字媒体方向、物联网方向和网络工程方向。学生会根据自己的兴趣在某方面投入更多的精力学习，一个有效的途径就是进入该方向的研究室进行深入的学习和实际项目的开发。
五、结论
将CDIO模式引入到高校实践教学中，既利于学生实践能力的培养，更利于学生的终身发展。本文提出并构建了一个基本完整的基于CDIO的实践教学体系，并对教学体系的各个环节提出了实施方案。为提高学生的实践能力，在现有教学基础上提出了能力层次划分的标准，并建立了项目库，按照项目的难度、知识点覆盖度对项目进行了科学的分类，同时提供了项目库管理系统供学生使用。目前，该软件工程专业的实践教学体系已经取得了初步的成果，学生在创新实验项目、挑战杯、软件大赛等各个活动中都有很好的表现。该教学模式也可以推广到其他院系，其他专业，对于实践教学的组织和实施具有一定的指导意义。
[参考文献]
吴雅娟等.CDIO教育模式在计算机基础教学中的应用研究[J].计算机教育，2010（07）：141-142.
郭威.CDIO模式在“软件体系结构”课程中的探究与实践[J].中国电力教育，2010（24）：121-123.
[3]顾佩华，包能胜等.CDIO在中国（上）[J].高等工程教育研究，2012（03）：139-142.
[4]赵楷等，基于CDIO的《软件工程》实践课程教学改革与探索[J]，现代计算机（专业版），2012（02）.
（作者单位：东北石油大学计算机与信息技术学院 黑龙江大庆）