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基于CDIO工程教育理念的軟件工程實踐教學改革
基于CDIO工程教育理念的軟件工程實踐教學改革
盧瑩，莊麗華
（常州大學信息科學與工程學院，江蘇常州213164）
摘要：本文分析了軟件工程實踐教學的現(xiàn)狀及亟待解決的問題，介紹了基于CDIO工程教育理念的軟件工程實踐教學體系的改進思路，提出了從基礎實驗到綜合實踐逐步過渡的軟件工程實踐教學二級模型。學生通過軟件工程綜合實踐環(huán)節(jié)的訓練，鞏固了軟件開發(fā)技能，提高了綜合分析問題能力，獲得了軟件開發(fā)經(jīng)歷，培養(yǎng)了團隊協(xié)作意識。
關鍵詞：CDIO工程教育；軟件工程；綜合實踐教學；二級模型
基金項目：常州大學教育教學研究基金項目（GJY11020019）
作者簡介：盧瑩（1962-），女，河南焦作人，碩士研究生，副研究員，研究方向：軟件工程與數(shù)據(jù)庫技術；莊麗華（1972-），女，江蘇常州人，碩士研究生，講師，研究方向：信息處理與數(shù)據(jù)庫技術。
軟件工程是一門伴隨軟件危機的出現(xiàn)而發(fā)展起來的課程，軟件工程課程的主旨在于學生能夠運用軟件工程的原理、方法和工具開發(fā)計算機應用軟件。理論與實踐并重是軟件工程教學的基本特點，軟件工程實踐教學更直接影響學生的軟件開發(fā)能力。
軟件工程課程內(nèi)容覆蓋面較寬，與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、程序設計語言、算法設計與分析等課程內(nèi)容交織，為了實現(xiàn)相關課程之間內(nèi)容的貫通、拓展學生的學科知識、提高學生綜合分析和解決問題的能力，我們將專題學習（Project-Based Learning）[1]、任務學習（Task-Based Learning）[2] 和基于問題的學習（Problem-Based Learning）[3，4] 等教學方法引入課程教學中，突出軟件工程課程的綜合性、實踐性特色。
在軟件工程實踐教學環(huán)節(jié)，我們從CDIO工程教育模式得到啟發(fā)，結(jié)合軟件工程課程特點，對軟件工程實踐教學體系進行了調(diào)整和改進，實現(xiàn)了從基礎實驗到綜合實踐的逐步過渡和合理銜接。
本文針對軟件工程實踐教學中存在的問題，給出了實踐教學體系和內(nèi)容的改進思路，討論了綜合實踐教學的實施細節(jié)。
一、軟件工程實踐教學體系的改進思路
我校軟件工程課程組從CDIO工程教育模式出發(fā)，根據(jù)軟件工程課程特點和教學內(nèi)容，對軟件工程實踐教學體系進行了改進，采取分層次、分步驟的方式安排實踐教學內(nèi)容，使學生在軟件開發(fā)技能、綜合分析問題能力、軟件系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)歷、團隊協(xié)作意識等方面得到系統(tǒng)訓練。
CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的成果，包括構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）四個環(huán)節(jié)[5]。CDIO提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)教學大綱，內(nèi)容涵蓋了學生對理論知識的掌握程度、個人素質(zhì)和發(fā)展能力、與人協(xié)作交流能力以及大系統(tǒng)適應和調(diào)控能力等多個方面；強調(diào)以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)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(lián)系的方式學習工程[6]。CDIO認為工科學生的能力應該體現(xiàn)在工程基礎知識能力、個人職業(yè)技能、團隊協(xié)作能力和工程系統(tǒng)開發(fā)能力四個層面[7]。軟件工程課程的培養(yǎng)目標是，學生掌握現(xiàn)代軟件開發(fā)理論和準則，具備對軟件行業(yè)和軟件項目的理解與掌控能力，擁有根據(jù)軟件需求進行創(chuàng)新設計的能力，并且在軟件開發(fā)團隊中能夠進行良好的團隊協(xié)作和人際溝通[8]。軟件工程課程的特點和培養(yǎng)目標與CDIO工程教育理念不謀而合。CDIO的12條標準為工程教育改革提供了具體化的、可操作、可測量的模板[9]。我們以此為依據(jù)并結(jié)合軟件工程課程的教學特點，對軟件工程實踐教學的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、實施細節(jié)進行了調(diào)整和改進。CDIO倡導主動學習，即教學活動中學生能夠基于自己的思考和實踐解決問題。我們提出了一種主動式、知識探究型的教學模式———問題式教學模式。問題式教學模式關注實踐教學活動中的問題設計，教師根據(jù)課程特點、設計富有挑戰(zhàn)性的非良構(gòu)問題；學生以學習團隊的形式參與問題式教學活動，通過解決緊密聯(lián)系實際的非良構(gòu)問題來探究問題背后隱含的學科概念和原理，拓展專業(yè)知識，培養(yǎng)團隊協(xié)作意識[10]。
CDIO工程教育模式強調(diào)在教學活動中將學科概念和學生能力逐步整合，學生在工程實踐過程中掌握知識、提高工程項目分析設計和實施能力。據(jù)此，我們將軟件工程實踐教學內(nèi)容分為基礎實驗和綜合實踐兩個相對獨立的環(huán)節(jié)�；A實驗與軟件工程理論教學同步進行，重點訓練學生對軟件生命周期組成階段的理解、對系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計工具的掌握。綜合實踐部分以實訓課程的形式單獨開課，教學內(nèi)容涵蓋軟件工程、程序設計、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理等多門軟件類課程，重點培養(yǎng)學生的軟件開發(fā)能力和團隊協(xié)作意識。
二、軟件工程實踐教學二級模型
從學生運用軟件工程基礎知識的能力、系統(tǒng)化的個人職業(yè)技能訓練、軟件項目的開發(fā)能力和團隊協(xié)作能力四個層面出發(fā)，將軟件工程實踐教學劃分為基礎實驗和綜合實踐兩級，圖1所示的軟件工程實踐教學二級模型概括了軟件工程實踐教學體系的框架和內(nèi)容。
基礎實驗模塊融合在軟件工程課程教學中，培養(yǎng)學生對軟件工程原理的理解、軟件開發(fā)技能和工具的掌握。
軟件工程綜合實踐模塊內(nèi)容涵蓋軟件項目開發(fā)的完整過程，以軟件實訓課程的形式獨立開設，側(cè)重學生軟件項目開發(fā)能力和團隊協(xié)作意識的培養(yǎng)。綜合實踐模塊依托軟件工程基礎實驗和其他相關的軟硬件支撐資源，是軟件工程基礎實驗的延伸和擴展。
1.基礎實驗模塊。軟件工程基礎實驗模塊涉及軟件生命周期的四個主要階段，內(nèi)容包括需求分析模型及建模工具、軟件結(jié)構(gòu)及接口設計、系統(tǒng)實現(xiàn)過程中所需的算法邏輯設計、與軟件單元測試和集成測試相關的測試用例設計等�；A實驗的主要目的在于學生領會軟件工程基本理論和準則、掌握軟件工程標準、學習使用軟件開發(fā)工具�；A實驗內(nèi)容偏重于設計型，具備一定的靈活性；但實驗形式屬于驗證型，是課堂教學中案例教學法的延伸和應用。教師通過教學案例闡述如何運用軟件工程理論、技能和工具，學生在實驗過程中模擬解決與教學案例類似的軟件問題，以實踐的方式體會和鞏固軟件工程知識。
2.綜合實踐模塊。軟件工程綜合實踐環(huán)節(jié)主要從培養(yǎng)學生團隊合作環(huán)境下的軟件項目研發(fā)能力出發(fā)，引導學生使用主流的軟件開發(fā)技能和工具，獲得較真實的軟件項目開發(fā)經(jīng)驗。學生在軟件工程基礎實驗階段所掌握的軟件開發(fā)技能和工具應用能力以及其他相關軟件類課程的知識，是完成綜合實踐任務的前提。
3.綜合實踐模塊包括五部分內(nèi)容。軟件定義階段，要求學生通過一系列調(diào)研活動對系統(tǒng)目標進行準確定位，根據(jù)個人特長和軟件項目開發(fā)的需要合理組織項目開發(fā)團隊并進行工作分工，按照軟件工程規(guī)范制訂項目開發(fā)計劃。
具體的軟件項目開發(fā)工作集中在系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計和系統(tǒng)實現(xiàn)三個階段完成。系統(tǒng)分析階段主要解決軟件項目“做什么”的問題，并以功能模型、數(shù)據(jù)模型和動態(tài)模型的形式表達分析結(jié)果�！叭绾巫觥钡膯栴}將在系統(tǒng)設計階段解決，包括實現(xiàn)系統(tǒng)功能的物理方案、數(shù)據(jù)庫實施方案等內(nèi)容。系統(tǒng)實現(xiàn)就是通常意義上的編程階段，包括編程環(huán)境的配置、編寫代碼、進行軟件測試和系統(tǒng)集成等工作。
評價考核階段既是對學生綜合實踐成果的檢驗，也是對實踐教學環(huán)節(jié)的反思，是一個再提高的過程。
三、軟件工程綜合實踐教學的實施細節(jié)
軟件工程基礎實驗的內(nèi)容和形式已經(jīng)非常成熟，我們對軟件工程實踐教學體系進行改革的重點是綜合實踐教學。
軟件工程綜合實踐教學融合了計算機專業(yè)多門軟件類課程的內(nèi)容，并與軟件開發(fā)的新技術新工具緊密結(jié)合，是一項系統(tǒng)化的教學實踐活動。在具體的實踐教學實施過程中，教師提供的綜合實踐題目、學生組成的項目開發(fā)團隊以及實踐教學的評價考核方式都是影響實踐教學質(zhì)量的重要因素。
1.綜合實踐題目的特點。在軟件工程綜合實踐環(huán)節(jié)，教師要為學生提供實踐題目，即需要學生完成的軟件開發(fā)項目。實踐題目要兼顧普適性與創(chuàng)新性兩個方面。所謂普適性即實踐題目要具備明確的可操作性，學生通過綜合實踐活動能夠體驗軟件項目開發(fā)的基本規(guī)范，經(jīng)歷軟件開發(fā)的完整過程。因此，教師提供的綜合實踐題目應該與現(xiàn)實環(huán)境中的實際需求緊密相連，便于學生建立感性認識。普適性還體現(xiàn)在不同實踐題目的核心知識需求基本相同，但要保證應用背景不同，以保證學生獲得軟件開發(fā)基本技能方面的完整訓練。綜合實踐題目的創(chuàng)新性是指，對已經(jīng)滿足普適性要求的實踐題目進行適當?shù)男枨髷U展和功能延伸，并保留一定的不確定性和疑點，即保持適度的非良構(gòu)性，留給學生思考的空間。這樣可以在軟件開發(fā)技能方面引導學生溫故知新、舉一反三，也就是說，學生需要在問題的牽引下去適當學習專業(yè)以外的知識、搜集提煉信息、補充項目本身缺失的條件，最終制訂可行的軟件項目實現(xiàn)方案并解決軟件實施問題。
2.軟件項目開發(fā)團隊的組建。軟件工程綜合實踐環(huán)節(jié)是學生對軟件開發(fā)過程的模擬體驗，現(xiàn)代軟件開發(fā)工作多以團隊協(xié)作方式進行。所以對學生而言，綜合實踐環(huán)節(jié)的第一步工作就是組建軟件項目開發(fā)團隊并進行合理分工。
軟件開發(fā)團隊成員的角色分為項目經(jīng)理、軟件工程師、程序員、軟件測試工程師四類。為了使學生能夠模擬較真實的軟件開發(fā)過程及開發(fā)團隊成員的角色，一般建議5~6個學生組成一個項目開發(fā)團隊。組建項目團隊時要考慮學生的認知優(yōu)勢、學習習慣、學習興趣、動手能力、邏輯思維能力、性格特點等因素，引導學生按照既發(fā)揮個人特長，又優(yōu)勢互補的原則組織項目開發(fā)團隊并進行角色分配。
3.綜合實踐教學的評價。成績評定是實踐教學環(huán)節(jié)的重要工作之一，評價標準和考核方式會影響學生的學習態(tài)度和學習方向。我們采用實踐過程監(jiān)控和結(jié)業(yè)考核相結(jié)合的綜合評價形式。學生通過綜合實踐活動體驗軟件項目開發(fā)規(guī)范，經(jīng)歷軟件開發(fā)的完整過程，是軟件工程綜合實踐教學的基本目標，所以要將軟件開發(fā)過程的規(guī)范性、開發(fā)文檔的完整性、程序代碼的可理解性、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性作為基本的評價標準。軟件工程綜合實踐題目兼具普適性與創(chuàng)新性兩方面特征，要求學生完成的軟件項目與特定應用領域密切相關，題目本身具有一定的開放性和不確定性。同一軟件項目，往往會有若干技術實現(xiàn)方案，這些方案可能各有優(yōu)劣，因此應該遵循沒有最好、只有更好的評價標準，對學生進行的實際調(diào)研、提出的合理假設、創(chuàng)造性改進等工作予以肯定。
結(jié)業(yè)考核方式采用答辯會形式，每個參加考核的項目團隊都要進行工作陳述和系統(tǒng)演示，接受教師同學的提問并進行答辯。通過辯論和提問，引發(fā)了學生對相關問題更深層次的思考和探究欲望，這種開放性的交互辯論方式可以促使學生接觸更廣泛的實用性軟件項目，以換位思考的形式領略其他軟件開發(fā)團隊的工作成果。
四、結(jié)語
軟件工程課程的基本出發(fā)點是用工程化原理和手段指導軟件開發(fā)，軟件工程原理和準則只有通過軟件開發(fā)實踐才能充分體現(xiàn)。為了解決軟件工程教學中實踐環(huán)節(jié)薄弱的問題，我們將先進的CDIO工程教育理念應用在軟件工程教學改革中，提出了一種可行的軟件工程實踐教學框架———軟件工程實踐教學二級模型，實現(xiàn)了軟件工程基礎實驗到綜合實踐的平穩(wěn)過渡和合理銜接。學生通過軟件工程實踐教學活動，掌握了軟件開發(fā)基本技能，可以在軟件開發(fā)工具使用、軟件開發(fā)經(jīng)歷體驗、團隊協(xié)作意識培養(yǎng)等方面得到系統(tǒng)訓練。
參考文獻：
[1]Robert Michael Capraro，Scott W.Slough.Project-BasedLearning：An Integrated Science，Technology，Engineering，andMathematics（STEM）Approach[M].Rotterdam：Sense Publishers，2009：99-103.
[2]Simone B.R. New Media and Task-Based Teaching/Task-Based Learning：Web Quests[M].Munich：Grin Publishers，2010：54-59.
[3]Barrows H.S. Problem-based learning [M].Berlin：SpringerPublishers，1980：3-12.
[4]Boud D.，F(xiàn)eletti G.I. The Challenge of Problem-BasedLearning，2nd Ed[M].London：Kogan Page Ltd.，1997：34-38.
[5]顧佩華，陸小華。CDIO工作坊手冊[M].汕頭大學出版社，2008：12-17.
[6] 陶永芳，商存慧。CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新的啟示[J].中國高教研究，2006，（11）：81-83.
[7][美]克勞雷。重新認識工程教育：國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].顧佩華，等，譯。北京：高等教育出版社，2009：38-44.
[8]Roger S.Pressman.軟件工程：實踐者的研究方法[M].鄭人杰，等，譯。北京：機械工業(yè)出版社，2008：3-5.
[9]查建中。論“做中學”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.
[10]盧瑩，林蔭。問題式教學模式研究[J].計算機教育，2011，（14）：98-101.
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