软件工程CDIO“五位一体”实践教学体系

摘要：为更好地培养与企业要求相符的软件人才，解决软件人才培养中工程能力与创新能力较低等问题，本文通过分析软件人才培养的目标与方法，提出构建五位一体CDIO的实践教学体系。通过教学理念、实践主体、实践过程、实践层次以及实践培养评价机制五个方面的实践教学改革，着重研究了实践教学主体CDIO能力培养、工程化教学课程体系以及评价机制。

关键词：五位一体；实践教学；CDIO

软件工程教育国际化与工程化的发展，对软件工程人才的培养提出了新的要求。一方面，学生要具备良好的专业学科知识，另一方面，学生要拥有良好的工程系统构建与协调能力。因此，我校针对软件工程专业的实践教学体系进行了工程化改造，培养学生的工程化开发能力和职业素质，制定明确的实践目标和考核机制，形成一个融基础理论、实验教学、工程实践为一体的整体培养机制，让学生的基础知识、科学素养、专业知识、创新能力、工程能力和职业素质都得到全面均衡的发展。为达到这一目标，我们以CDIO为基础，在CDIO-CMM能力成熟度模型的指导下，提出了新的软件工程专业实践教学体系，以“一个教学理念、二个实践主体、三个实践过程、四个实践层次、五个评价机制”形成完善的五位一体的实践教学体系，进行了有益的研究与探索。

1　CDIO、CDIO-CMM与TC－CMM模型

CDIO为构思(conceive)、设计(Design)、实施(Implement)与运行(0perate)，以产品从研发到运行的生命周期过程为载体，使学生通过主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，以培养学生的工程能力，该理念是“做中学”和“基于项目教育和学习”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表达。

CDIO-CMM模型是将CDIO理念以及美国卡内基一梅隆大学所提出的能力成熟度模型(CapabilityMaturity Model，简称CMM)相结合所构建的，研究构建成为CDIO-CMM模型。该模型将学生CDIO能力划分为初始级、基础级、专业级和应用研究级四个等级，不同能力成熟度等级反映了学生在CDIO工程教育不同阶段的不同特征和学习内容需求。初始级是大学新生必须具备的，其CDIO能力是不可预测的；在基础级，学生基本适应了基于项目的学习过程，能够根据课程需要，在教师的指导下开展小规模项目的学习，由初始级过渡到基础级需要2年左右的学习时间；在专业级，学生已经熟悉了基于项目的学习过程，能够独立自主地选修专业课程，这一级大概需要1年左右的时间；处于应用研究级的学生能够依据项目的需要自发地学习新的理论知识，更新优化自己的知识体系。

TC-CMM(Capabil时Maturit)r Model for Teacher)是中南大学软件学院为了顺利实施CDIO工程教育模式，针对学院专职教师和外聘企业教师的特点研究建立的教师CDIO能力成熟度模型，同样由四个能力成熟度等级组成，即初始级、成长级、发展级和成熟级。初始级教师特指刚引进的青年教师(博士毕业生)，他们专业基础知识扎实，但没有授课经历；成长级教师具备教师基本素质，至少有1年以上的从教经历和一定的教学技能，得到学生的认可，教学水平和能力评估达到目标值，基本胜任教师的工作：发展级教师具备较好的教师综合素质，能将CDIO理念贯彻到教学中，采用“做中学”的教学模式，教学水平和能力评估优良；成熟级教师具备较高的教师综合素质，能熟练自如地驾驭整个教学过程，实施“做中学”效果显著，教学水平和能力评估优秀。

根据CDIO理念、CDIO-CMM能力成熟度模型以及TC-CMM模型，我们详细研究了CDIO与软件工程实践教学体系的基本关系，提出了CDIO“五位一体”的实践教学体系模型。

2　CDIO“五位一体”的实践教学体系

2.1　CDIO与实践教学体系要素间的关系

实践教学体系包含总体思想、教学内容、教学方法和效果评价机制。总体思想说明以什么样的理念指导整个实践教学体系的构建；教学内容涵盖实践课程的设置、实践环节的设定：教学方法说明实践过程的执行方式，而评价机制说明以什么样的方法来评估实践效果。

通过分析CDIO的基本内容，我们从多个环节出发，以构思环节形成实践教学体系总体指导思想，从设计环节改革实践教学内容，从实施、运作环节创新实践教学过程与层次，以CDIO-CMM为指导，实现实践效果评估机制，同时将评估结果作为实践教学体系修正和完善的依据，将CDIO工程设计理念贯穿到实践活动的各个环节。

在分析CDIO与实践教学体系要素基础上，我们加入实践主体要素，以CDIO、TC-CMM及CDIO-CMM为指导，形成集教学理念、实践主体、实践过程、实践层次、实践效果于一体的实践教学体系。图1说明了CDIO、CDIO-CMM、TC-CMM与实践教学体系的关系。

2.2　CDIO“五位一体”的实践教学体系

根据实践教学体系的关键要素，为使软件工程学生素质得到全面提升，我们提出了构建CDIO五位一体“12345”的实践教学体系模型，其中“12345”分别说明了实践教学的理念、主体、过程、层次和评价机制。

“1”是指一个教学理念，即树立CDIO工程化能力培养与基础理论教学、专业能力培养并重的教学理念，把CDIO工程化教学作为人才培养的核心任务之一。根据CDIO的基本理念，我校全面改革软件工程专业的人才培养模式，调整课程体系，充实教学内容，改进教学方法，建立工程化实践教学体系，全面体现工程化能力和职业素质培养的思路，形成一个融基础理论、实验教学、工程实践为一体的整体化培养机制，让学生能力得到全面均衡发展，以适应现代软件产业的需求。

“2”是指教学实践中的两个主体，即学生和老师。学生要获取工程化的知识，则要求教师即要有扎实的理论知识，也要有良好的工程化知识。如何进一步提高专职教师的工程化能力，保证企业教师的知识结构，将两者有机结合，是这部分的重要研究内容。

“3”是指三个学习过程，即基础理论、专业知识和工程化技能学习，这三个实践过程强调把工程化素质培养作为学生全培养期中自始至终关注的主线。在基础理论实践过程中，一方面按照CDIO理念设置多门以培养学生工程能力和职业素质为主的学分课程：另一方面，对多门传统课程教学内容进行工程化改造，充实工程教学内容，强调“做中学”。在专业知识和工程技能实训过程中，利用我校与著名软件企业合作建立的多个实习基地，设置2周的语言实训、3周的软件过程实训和4周的软件项目实训及半年的企业实习，通过真实的企业环境、真实的实训项目、真实的项目经理、真实的工作压力和真实的工作机会，进一步培养学生的工程能力和职业素质。

“4”是指在CDIO-CMM能力成熟度模型的指导下形成的基础层、综合层、应用层、创新层四个实践层次，基础层强调个人能力的培养，综合层强调技术知识和工程能力的培养，应用层强调过程与系统的构建能力，而创新层强调创新能力的培养。

“5”是指五个评价机制。良好的培养模式必须具备完善的评价机制，软件工程学生的评价机制贯穿整个学习过程，包括学生课程学习评价机制、学生实验学习评价机制、学生实训评价机制、企业实习评价机制及教师工作评价机制。

3　“五位一体”CDIO实践教学体系的构建

为形成完善的“五位一体”校企合作实践教学体系，我们从实践主体、实践教学内容、工程化实践教学课程体系、培养评价机制等方面进行了研究。

3.1　实践教学中两个主体CDIO能力培养

实践教学中两个主体分别为学生和教师，根据CDIO教学理念，学生必须具备工程化能力，教师也要有工程化知识及背景。

以往高校教学管理职能部门较多依赖教学质量评估评价教师的教学质量，该方法注重结果，忽略了教师能力持续改进和提升的过程。而在学生培养过程中，学校多注重理论学习而忽略工程化能力培养。我们根据这两个主体各自的特征，分别建立了CDIO-CMM学生能力成熟度模型及TC-CMM教师能力成熟度模型。

CDIO-CMM学生能力成熟度模型分为四个层次，对应四个层次，我们分别以不同策略培养相应的CDIO能力。同样，TC-CMM也分为四个层次，利用PDCA循环，持续构建教师的CDIO能力。

3.2　工程化实践课程体系及实践过程的构建

为构建良好的实践环节，需要在CDIO教学理念指导下，根据工程化实践教学的需求，全面调整实践课程与教学模式，实现工程化教学模式。同时将实践课程分为基础理论实践课程体系及企业实训课程体系，基础理论实践课程体系调整为程序设计课程实践、专业基础理论课程实践、专业课程实践，旨在培养学生的专业基础实践能力；实训课程体系根据我校和中软公司的合作要求，按照“六艺、二技、二专”设计。“六艺”就是软件工程学生需要掌握的基本技能，“二技”是工程师进阶的重要技能，“二专”是指软件工程及软件架构方面的知识以及从技术(主要是架构、项目管理方面)咨询走向业务咨询的能力。通过“六艺、二技、二专”规划，形成软件语言程序实践、软件工程实践、软件平台实践以及软件信息系统实践的实训课程体系。

3.3　实践层次的构建

按照CDIO对能力的划分，我们对学生的考核要点包括基本个人能力、人际能力、过程与系统的构建能力、创新能力。相应的学生实践培养分为四个层次，即基础层、综合层、应用层、创新层。基础层主要通过专业课程实践和C++程序设计实践完成：综合层强调技术知识和工程能力的培养，由面向对象技能训练(Java和基础项目实训)、软件工程工具与环境、科研训练完成：应用层强调过程与系统的构建能力，通过参与企业项目开发，培养项目开发能力完成，该层强调培养创业、就业、人际能力；创新层强调创新能力的培养，主要通过企业实习和毕业设计完成。

3.4　培养评价机制的研究

要保证软件工程实践教学体系的良性运行，必须建立起一套易于操作的评价机制，对实践教学中涉及的各项能力进行有效评价。根据评价主体及评价项目的不同确定评价思路、评价结构和评价内容。软件工程学生的评价机制贯穿整个学习过程，包括学生课程学习评价机制、学生实验学习评价机制、学生实训评价机制、企业实习评价机制及教师工作评价机制。以软件工程课程为例，主讲教师分别制定了课程评价表、课程项目实验评价表和项目调查表，以此来评估软件工程课程实验效果，表1是课程项目实验评价表部分信息。

通过上述调查表，我们可以对学生的项目开发能力、团队合作能力、掌握知识点能力等进行评估，使老师及时掌握信息，进一步调整工程化教学实践。

4　结语

软件工程CDIO“五位一体”实践教学体系的研究应用于中南大学软件学院实践教学体系的建设，构建了完善的实践教学体系，建立了良好的校企合作关系，成立了多个校企实习基地，成果得到不断完善和修正。实践结果表明，经过该实践教学体系培养的学生具有较强的工程实践能力，深受企业欢迎，多名学生已成功申报省级、国家级大学生创新性实践项目等。但本项目的评价机制尚需进一步研究，各实践环节的内容与规范需进一步完善。