基于CDIO理念的教學做一體化軟件工程課改構思和實踐

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1、基于CDIO理念的教學做一體化軟件工程課改構思和實踐摘 要：軟件工程課程的理論抽象性和工程應用性都比較強，本文將CDIO理念的全局意識融入到軟件工程課程的教學做一體化實踐中，采用了CDIO工程教學模式及融入建構主義教學方法進行教學，全面提高軟件工程課程的教學質量和學生的學習效果，并推廣到相關其它課程的教學和實踐之中。 關鍵字： CDIO模式和理念；軟件工程；課程改革；教學做一體化；建構主義；實踐 中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.07.056 本文著錄格式：1陳巧莉.基于CDIO理念的教學做一體化軟件工程課改構思和實踐J.

2、軟件，2313，34（7）：148-151 0 引言 CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是基于工程項目全過程的學習模式，是對以課堂講課為主的教學模式的一種創(chuàng)新改革，CDIO思想源于早期的建構主義思想。俗語說，“觀念更新通百變”，從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究機構，經過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。中國教育部也十分重視CDIO工程教育模式，并給予了一定經費支持。我院在C#程序設計和ASP.NET項目教學兩門課程中首先試行1，效果比較滿意，并推廣到軟件工程課程的教學和實踐之中。 1 CD

3、IO理念的全局意識 CDIO是英文Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現(xiàn)）、Operate（運作）首字母的縮寫，它是現(xiàn)代工業(yè)產品從構思研發(fā)到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程，CDIO工程教育理念就是要以這個全過程為載體培養(yǎng)學生的工程能力。所以我們在軟件工程課程教學中也嘗試引入并實踐了CDIO工程理念的實施，軟工課程作為軟件技術專業(yè)和計算機等專業(yè)的一門專業(yè)核心基礎課程，其工程性更加突出，引入CDIO模式和理念及教學做一體化的思想，對于培養(yǎng)學生采用不同的計算機語言進行各種類型的軟件開發(fā)均有著非常重要的指導意義。 CDIO的基本內容包括“1個愿景”，“1個大綱 ”和

4、“12條標準”?！?個愿景”是指CDIO教育在產品、過程或系統(tǒng)的構思、設計、實施、運行的背景環(huán)境下強調基礎知識的學習。這個愿景的突出特點是：教育是基于明確的、經利益相關者確認的專業(yè)目標和學習效果目標；學習效果目標通過一系列一體化的學習經驗來實現(xiàn)。“1個大綱 ”，是指對學生4個層面的能力要求，包括：一是技術知識和推理能力；二是個人能力、職業(yè)能力和態(tài)度；三是人際交往能力：團隊工作和交流能力；四是在企業(yè)和社會環(huán)境下構思、設計、實施、運行系統(tǒng)的能力?！?2條標準”是指對是否實踐CDIO教學理念的判定標準，對培養(yǎng)計劃、課程結構、教學方法、教學評估和學生考核等方面進行指導。 要達成CDIO理念的全局意識，

5、還要做到上下級想法一致，才能獲得成功。首先領導層要有CDIO的認識和規(guī)劃，其次，教師要拿出CDIO實施的方案和行動，第三，學生要主動參與CDIO的學習和實踐活動，并能提高對本課程學習的效果，從而對以后的就業(yè)活動產生積極良好的影響，并在全社會達成共識，形成良性支持CDIO學習和實踐活動的熱潮，并推廣到其它課程的學習和實踐活動之中。 2 一體化培養(yǎng)模式和實施計劃 一體化培養(yǎng)模式包括CDIO的全局一體化培養(yǎng)方案和教學做一體化培養(yǎng)方案兩種形式。CDIO的全局一體化培養(yǎng)方案包括的具體計劃內容有結構化的分析-設計-編碼實現(xiàn)-運行測試和維護的CDIO及面向對象的分析-設計-編碼實現(xiàn)-運行測試和維護的CDIO

6、兩種實現(xiàn)類型，具體針對具體的項目案例來進行具體的分析和靈活選取。 而教學做一體化培養(yǎng)方案是在CDIO的全局一體化培養(yǎng)方案的基礎上進行的，所謂“教、學、做”一體化，是指“教、學、做合一”，即教中有學和做，學中有做，做中有學，學和做中有評價。我院正是籍于這樣的思想將軟件工程的教學與工作環(huán)境盡可能融為一體，宏觀上一體化實施基于CDIO的教學做一體化全過程，并遵循“講練結合、邊學邊做，融理論于實踐，從實踐中獲取知識”的原則，讓“教、學、做”盡可能一體化進行，這樣，學生不僅技術逐漸學會了，技能也得到了不斷加強。 教學做一體化培養(yǎng)計劃具體內容是指從軟件系統(tǒng)的立項、需求分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行到系

7、統(tǒng)維護的整個項目開發(fā)周期，經歷著構思、設計、實現(xiàn)、運作的全過程，正好和 CDIO的理念和主旨不謀而合2。項目的開發(fā)過程不僅培養(yǎng)了學生的軟件工程基礎知識和個人專業(yè)能力，而且培養(yǎng)了學生的人際交流和團隊能力及軟件工程系統(tǒng)綜合運用能力，而這四點正是CDIO大綱中的四條所要求的。具體：CDIO中的構思-設計-實現(xiàn)-運行的過程正好體現(xiàn)了CDIO 學中做的思想；復雜抽象的軟件工程系統(tǒng)中的原理、方法、技術的掌握則體現(xiàn)了教中有學和做及學中知的思想；基于軟件工程環(huán)境的團隊合作和交流則體現(xiàn)了學生共同學習。即學中做和做中學的思想；在企業(yè)和社會環(huán)境下C、D、I、O系統(tǒng)的能力，可以提高和評價一個人的綜合運用能力，即個人能

8、力。則體現(xiàn)了學和做中有評價的思想。 3 如何實施CDIO的理念和模式到軟工教學中 軟工課程教學改革是在案例項目教學的驅動下進行的，以案例項目的開發(fā)貫穿整個理論和實踐教學過程之中。并在案例項目的驅動教學中完成軟件工程的理論和實踐教學任務，教改成功的關鍵是在CDIO理念提出的12條標準（見表1所示）的指導下逐一進行的。為此，課改的方案和實施策略具體如下。 3.1軟工課程的定位目標要明確可行 軟件工程課程在軟件技術專業(yè)課程群中占具相當重要的地位，它屬于核心專業(yè)基礎課程，它的先行和同開基礎課程是計算機基礎、C語言、VB程序設計等；同樣，對其他專業(yè)課程（如C#程序設計、JAVA語言、ASP.NET程序設

9、計、J2EE等）及其課程設計、畢業(yè)設計的學習和開展均有指導作用。而且軟件工程課程對學生畢業(yè)后的工學結合就業(yè)崗位都有不同程度指導作用，也就是說這些崗位都有可能用到軟件工程的理念和模式指導相關實際工作的開展。 根據本課程的要求和學生畢業(yè)后可能從事的企業(yè)崗位要求：軟件公司所需要的人才應該是對項目有宏觀認識，不僅有基本的分析設計的技能，還要有遇到問題多層次、多角度、靈活地處理問題的能力；不僅需要在技術方面有扎實的基本功，還必須擁有良好的團隊協(xié)作精神、實踐能力和自學能力4。我們制訂了如下保障措施：一是教材的選取要合理合需：教材是課程的基本建設，是高職院校教師實施項目化教學的重要資源，我們早先選用過的教材

10、有軟件工程實用技術、現(xiàn)代軟件工程等，這些教材要么太抽象不便于理解，要么缺少案例項目的指導，不便于驅動理論和實驗教學或實訓教學的開展，為此我們編寫并出版了基于CDIO理念和模式的項目化教材現(xiàn)代軟件工程技術，該教材圍繞一個真實的案例項目高校學生信息管理平臺展開教學，由淺入深地介紹了軟件工程課程所涵蓋的所有知識點，并將理論知識點介紹和建模實訓技能訓練進行了有機結合，融CDIO理念和“教-學-做”三者為一體，符合軟件藍領崗位能力的要求和學生的認知規(guī)律。二是項目教學的實施盡可能在多媒體一體化教室開展；三是要讓學生選擇一些配合項目教學需要的必要的軟件工程參考資料 3.2完善好課程標準及相關教學計劃 傳統(tǒng)軟

11、件工程教學的弊端是采用傳統(tǒng)的授課方式已不能滿足高職軟件技術專業(yè)學生教學的需要；學生缺乏自主學習、自主實踐的能力，與高職學生的喜歡操作性相悖，畢業(yè)生往往不能滿足社會和工業(yè)界的要求。另外，由于大部分工程師的學習都是從具體到抽象，例如：從操作ROSE軟件到理解ROSE理論概念；又如，對于剛上大學的高職學生缺乏動手能力，設計（I）-實現(xiàn)（O）活動及其它形式的體驗式學習可以為學生建立認知框架，對于學生學習軟件系統(tǒng)和過程的構建能力，及對加深技術知識的理解均有積極的作用，這樣的學習方式稱為“建構主義”。其含義是指：知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人（包括教師和學習伙

12、伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得，“情境”、“協(xié)作”、“交流”和“意義建構”是學習環(huán)境中的四大要素5。 其具體思想是：1）以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學知識意義的主動建構。即學習不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己主動建構知識的意旨的過程。以學生為中心，強調的是“學”；以教師為中心，強調的是“教”，這正是與傳統(tǒng)教學的教育思想、教學觀念最根本的分歧點。2）CDIO工程教育模式的理論基礎是經驗學習理論，正是植根于建構主義和認知發(fā)展理論的，建構主義知識觀、學習觀為CDIO教學模式提供了教育思想的理論基礎。3）建構主義教學觀認為CDIO教學

13、模式的建立提供了方法意義指導，建構主義者認為教學應該是激發(fā)學生原有的知識經驗，以其作為知識的生長點來促進學生知識的建構。4）建構主義教學模式和方法是CDIO 12條標準形成的基礎，CDIO教學設計的每個環(huán)節(jié)都滲透著建構主義教學設計的影子 6。按照以上指導思想，我們制定并完善了軟件工程課程的課程標準（其中創(chuàng)設了10個學習情景，激發(fā)學生的學習興趣），并參考課程組編寫的現(xiàn)代軟件工程技術教材，制訂和完善了軟件工程的理論教學計劃和實訓教學計劃，使學生學習過程的最終目的是為了促成對知識意義的建構。 3.3不斷提升教師的CDIO能力和教學能力 為了開展好軟件工程教學做一體化教學的要求，主講任課教師必須要進行

14、好CDIO的工程思想和教學模式的培訓才能承擔本課程的教學任務，其中也包含了建構主義理論和教學模式的培訓及相關教學能力方面的提升。除前已述及之外，在建構主義理論和教學模式中主要推介了三種教學方法值得任課教師的重視： 3.3.1“支架式”教學：支架原本指建筑行業(yè)中使用的腳手架，在這里用來形象地描述一種教學方式，其教學思想是以前蘇聯(lián)著名心理學家維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論為依據的。它由以下幾個環(huán)節(jié)組成：搭手腳架；進入情境； 獨自探索；協(xié)作學習；效果評價。本方法適于軟件工程理論和實驗教學。 3.3.2“拋錨式”教學：本教學思想要求建立在有感染力的真實事件（或問題）的基礎之上，確定這類真實事件或問題被形

15、象地比喻為拋“錨”，所以有時也被稱為“實例式教學”或“情境性教學”或“基于問題的教學”。它由以下幾個環(huán)節(jié)組成：創(chuàng)設情境；確定問題（即“拋錨”）；自主學習；協(xié)作學習；效果評價。本方法適用于軟件工程案例項目教學、實驗和實訓教學。 3.3.3“隨機進入教學”：隨機進入教學思想源自建構主義學習理論的一個新分支“彈性認識理論”。這種理論的宗旨是要提高學習者的理解能力和其知識遷移能力。對同一教學內容在不同時間、不同情境下，為不同的目的，用不同方式加以呈現(xiàn)。它主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：呈現(xiàn)基本情境；隨機進入學習；思維發(fā)展訓練；小組協(xié)作學習；學習效果評價。本方法適于軟件工程實驗和實訓教學。 從上述三種教學方法中不

16、難看出建構主義教學模式和方法是CDIO 12條標準形成的基礎，CDIO教學設計的每個環(huán)節(jié)（C-D-I-O）都滲透著建構主義教學設計的背景。建構主義教學方法的意旨與CDIO大綱對學生的4個層面的能力要求是完全一致的。 3.4課程的重點難點明確，并有可行的解決辦法 3.4.1讓CDIO的理念走進課堂，課程的理論教學架構的確定 本課程在軟件技術專業(yè)每學年開設一次，課改為盡可能在一體化教室進行，課程教學主要采用邊教邊學邊建模的方式和基于案例項目的CDIO及問題情景導向學習（PBL）的教學模式，即主要采用的教學方法有“支架式”教學和“拋錨式”教學。其中，理論教學共計6478學時，每周6個學時，其中有22

17、個實驗（即崗位訓練）學時，可用于“做中學”和“學中做”訓練，其余4256個學時用于“教中學和做”（即理論融合實踐）的教學和訓練。課程的重點是軟件開發(fā)模型的正確選擇，Visio或ROSE建模方法 ，結構化的 （分析、設計 、編碼 ）方法，面向對象的 （分析、設計、編碼） 方法，軟件體系結構及軟件重用，軟件測試和維護，新型軟件開發(fā)方法，CDIO各實踐環(huán)節(jié)。課程的難點是課程豐富的工程經驗要求與學生缺乏工程體驗及行業(yè)背景知識之間的矛盾，具體表現(xiàn)在需求分析、軟件設計與建模、軟件項目管理和CDIO實踐環(huán)節(jié)等方面。解決方法是：一是通過項目案例教學 ，讓學生直觀地感受軟件開發(fā)和軟件工程的基本原理，讓學生具有感

18、性認識。二是通過啟發(fā)式和PBL教學模式，加強與學生的交流，建立互動精品課程學習網站和豐富生動的PPT，促進學生自主學習、主動地學習。三是軟工課程與C#及ASP.NET項目一體化教學的區(qū)別是前者理論抽象性較強，工程應用性較弱，需要在實踐中多具體化到案例項目和所用到的程序設計語言。四是通過 CDIO人才培養(yǎng)模式和“建構主義”教學方法的靈活運用，加強軟工實驗訓練環(huán)節(jié)，并進一步踐行“教-學-做”一體化過程。最后通過讓學生到企業(yè)調研和生產實習，促進對社會、市場和技術的真正理解，逐步解決學生缺乏工程體驗及行業(yè)背景知識的問題。 3.4.2 讓CDIO的理念走進項目實踐，課程的實踐教學架構的確定 高職軟件工程

19、課程實訓大約30多個學時，用于案例項目“教學做一體化”訓練和實踐訓練，基本采用邊教邊學邊做項目的實際訓練方法和基于案例項目的CDIO教學模式，即主要采用的教學方法有 “拋錨式”教學和“隨機進入教學”。實踐教學活動用于進一步強化學生對軟件工程基本概念及原理的理解，著力培養(yǎng)學生以下能力要求。 系統(tǒng)分析能力：通過案例項目實踐的分析過程，培養(yǎng)學生對現(xiàn)實世界的抽象描述和建模能力，使他們能夠系統(tǒng)地完成由現(xiàn)實到抽象，由抽象到設計，再由設計到實現(xiàn)環(huán)節(jié)的轉換。 工程實踐能力：推行CDIO工程教育的理念和模式及建構主義方法，讓學生實際經歷和實現(xiàn)軟件工程過程的各個環(huán)節(jié)，學習并掌握軟件工程理論、方法、原理、技術、工具

20、和過程。 交流、表達與文檔撰寫能力：學生要善于與團隊成員及客戶進行溝通，并能正確而恰當?shù)乇磉_自己的思想，同時能規(guī)范地完成相關文檔的撰寫，利用業(yè)界主流的建模工具來進行表達。 自我學習能力：案例項目的實訓教學也培養(yǎng)了學生不斷學習、終身學習的能力，尤其是在項目開發(fā)實踐中自我學習的能力和師徒傳幫帶的關系，能為今后工作奠定良性基礎。 團隊精神和組織能力：通過團隊合作完成實現(xiàn)項目，培養(yǎng)學生的團隊精神和合作意識；通過設立項目經理培養(yǎng)學生的組織能力和協(xié)調能力，為今后實施大型軟件工程項目奠定基礎。 不斷創(chuàng)新能力和應對挑戰(zhàn)的能力：通過案例項目實訓教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維，并能應用到所開發(fā)的項目中，從而加以實現(xiàn)。

21、工程實踐總會有需求與條件變更，市場運作必定要面對許多困難與風險。通過設置障礙、變更需求等方式，培養(yǎng)學生建立正確的心態(tài)，以便應對危機化解難題3。 3.5對學生進行正確的考核和評價 本課程考核內容包括平時考核、實訓項目考核及期末考試，其中平時成績占總評成績的20%，項目實踐占30%，期未考試占50%，項目實踐要求學生按小組完成一個比較完整的項目模擬，并以書面報告的形式上交。 教學效果評價方式采用教師過程評價、組員之間相互評價及學生自我評價結合的方式進行。其中評價內容主要圍繞三個方面：學生的自主學習能力、團隊合作學習中做出的貢獻及是否達到案例項目建構的要求，側重考查學生的思維過程。 采用前面考核方法

22、和教學評價結合的方式，軟件工程教學必能取得較為理想的教學效果，學生普遍能夠完成所選定項目的基本任務和基本要求，期末考核能夠達到預期的要求，課程考核評價方法合理，考核目標與培養(yǎng)目標也能取得一致的要求。 4 結語 總之，CDIO在我國的高職高專教學中的試點是成功的，在軟工課程教學中，其中的C代表構思（即系統(tǒng)分析），D代表設計（即概要設計和詳細設計），I代表實現(xiàn)（若不能實現(xiàn)，要測試到系統(tǒng)實現(xiàn)為止），O代表運作（若系統(tǒng)運作不正常，維護到系統(tǒng)正常運作為止）。C-D-I-O的每一個環(huán)節(jié)對于教師和學生同等重要，但對于教師和學生的強調各有側重：CDIO思想對于學生更強調I和O；而對于教師則更強調C和D，及部分

23、I和O。希望本文能起到拋磚引的作用，能為更多的高職院校的軟件工程及其它課程的教改提供幫助作用。 參考文獻 1陳巧莉，宮護震等.基于CDIO的教學做一體化ASP.NET課改和實踐J，軟件，2012，33（12） 2李瑩瑩，孫全玲.CDIO理念下項目驅動的軟件工程教學改革方案的探討J，福建電腦，2011，（12） 3李彤，趙娜.基于CDIO的軟件工程國家精品課程建設J.計算機教育，2012，（1） 4石冬凌.結合CDIO理念的“做中學”軟件工程課程教學方法的探討J，教育教學論壇，2010，（3） 5鐘志賢，徐洪.建構主義教學思想攬要J，中國電化教育，2000，（2） 6于佐東，黨承華等.以建構主義的學習理論認識CDIO工程教育模式J，中國電力教育，2012，（4）13