(懷化學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，湖南 懷化 418008)

軟件工程(Software Engineering)課程是大學(xué)本科軟件工程專業(yè)的核心課程，在軟件工程專業(yè)課程教學(xué)中占有重要地位.該課程教學(xué)不僅在于將學(xué)生培養(yǎng)成為具備較好工程技術(shù)能力和深厚基礎(chǔ)知識(shí)的工程師，而且能為其它專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及創(chuàng)新能力具有重要作用，其教學(xué)效果直接影響軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量.

國(guó)內(nèi)很多高校都開設(shè)了軟件工程專業(yè)，為社會(huì)培養(yǎng)軟件人才.但是從整體上看，軟件工程專業(yè)畢業(yè)生的結(jié)構(gòu)性就業(yè)矛盾依然很凸出:有很多軟件工程專業(yè)的畢業(yè)生就業(yè)困難，而軟件企業(yè)卻找不到所需人才.高校培養(yǎng)的畢業(yè)生質(zhì)量與企業(yè)對(duì)人才的需求不符是矛盾的直接原因.但是軟件工程專業(yè)的本科生是軟件企業(yè)未來(lái)的“主力軍”，因此，如何讓學(xué)生在本科階段打下堅(jiān)實(shí)的軟件工程理論基礎(chǔ)并具有一定的工程實(shí)踐能力，是軟件工程課程教學(xué)必須認(rèn)真思考的問題.

將CDIO (Conceive，Design，Implement，Operate)理念引入軟件工程課程教學(xué)，是一種全新的工程化教學(xué)模式.它以軟件生命周期為載體，集構(gòu)思(C)、設(shè)計(jì)(D)、實(shí)現(xiàn)(I)和應(yīng)用(O)于一體，讓學(xué)生主動(dòng)地、各階段緊密聯(lián)系地實(shí)踐與學(xué)習(xí)，貫穿從構(gòu)思到設(shè)計(jì)、從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)、從實(shí)現(xiàn)到應(yīng)用的全過程，力求解決傳統(tǒng)教學(xué)中重視理論和技術(shù)、輕視實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，或者過于強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)、忽視理論、輕視應(yīng)用等問題.軟件工程作為一門研究如何按工程化的原則和方法組織軟件開發(fā)的學(xué)科，理應(yīng)借鑒CDIO 原理，豐富軟件工程教學(xué)的內(nèi)涵與外延[1]，培養(yǎng)學(xué)生利用工程化的原則和方法去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力[2-4].CDIO 教學(xué)模式應(yīng)用于我國(guó)的一些高校，已經(jīng)取得了初步的成果[5-6].本文主要針對(duì)CDIO的首個(gè)環(huán)節(jié)——構(gòu)思在軟件工程教學(xué)過程的運(yùn)用進(jìn)行了探索與實(shí)踐.

1 軟件工程課程的特殊性

軟件工程課程所包含的原理、原則與方法都是實(shí)際項(xiàng)目中其它專業(yè)課程具體應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，掌握了這些原理、原則與方法對(duì)軟件項(xiàng)目的研發(fā)具有重要指導(dǎo)作用.這完全符合“理論來(lái)源于實(shí)踐，反過來(lái)又指導(dǎo)實(shí)踐”的基本哲學(xué)原則.在軟件工程課程教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映該課程內(nèi)容過于抽象，難以理解和消化，課程學(xué)完了，腦子里只殘留了一些模糊的概念，無(wú)法運(yùn)用它指導(dǎo)軟件項(xiàng)目的開發(fā)，做實(shí)際項(xiàng)目時(shí)總感覺頭緒不清、無(wú)從著手.這種現(xiàn)象其實(shí)不難理解，因?yàn)檐浖こ淌窃诮鉀Q軟件危機(jī)中產(chǎn)生，軟件危機(jī)是大型軟件系統(tǒng)的建設(shè)(即開發(fā)、運(yùn)行與維護(hù))過程中所面臨的各種影響軟件產(chǎn)品質(zhì)量及項(xiàng)目成敗的矛盾問題，而軟件工程課程重點(diǎn)關(guān)注的是抽象、建模、變更控制、過程管理、質(zhì)量保證、成本與進(jìn)度控制等.學(xué)生如果沒有在大型系統(tǒng)開發(fā)過程中體驗(yàn)過該課程的關(guān)鍵領(lǐng)域知識(shí)，則難以理解這些內(nèi)容.另外，如果授課教師也沒有大型系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)歷，同樣難以向?qū)W生講清楚這些內(nèi)容.軟件工程課程的特殊性表現(xiàn)如下:

(1)課程較為抽象.軟件工程的理論是對(duì)實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的提煉和總結(jié)，導(dǎo)致很多理論過于抽象.學(xué)生沒有實(shí)際的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，更缺少大型項(xiàng)目的經(jīng)歷，因而難以理解.

(2)知識(shí)更新頻繁.軟件工程學(xué)科至今還只有40多年歷史，產(chǎn)學(xué)界在不斷提出最新理論和最佳實(shí)踐，知識(shí)更新快.要有效地結(jié)合課程大綱主線和前沿知識(shí)與技術(shù)，并運(yùn)用領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行授課，對(duì)主講教師提出了較高要求.

(3)內(nèi)容廣、信息量大、知識(shí)體系復(fù)雜.軟件工程發(fā)展至今，提出了許多過程、方法和工具，它的傳統(tǒng)理論與現(xiàn)代業(yè)界主流方法以及學(xué)術(shù)界提出的最新工程理論相互交織，涉及范圍廣、內(nèi)容比較龐雜.在有限的課時(shí)內(nèi)，能選擇主流的、適用的、適合本科生的內(nèi)容來(lái)組織教學(xué)，也是專業(yè)教師面臨的一個(gè)很大挑戰(zhàn).

因此，如果教師缺乏相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)，授課案例陳舊、缺少真實(shí)性、創(chuàng)新性不足，則難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、達(dá)到理想的教學(xué)效果，從而導(dǎo)致用人單位對(duì)高校培養(yǎng)的軟件人才不滿意.所以，探索軟件工程課程教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容的改革已然刻不容緩.

2 教學(xué)過程中構(gòu)思環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

2.1 訪談?wù){(diào)研，查明原因

現(xiàn)在學(xué)生普遍存在的困惑是:學(xué)校開設(shè)的某些課程到底有什么用，或者學(xué)它用來(lái)干什么?針對(duì)學(xué)生上述疑惑，筆者分別對(duì)我校2010～2012級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、軟件工程專業(yè)的3屆學(xué)生進(jìn)行了專題訪談?wù){(diào)查.整理、匯總了學(xué)生反饋的部分問題，如表1所示.

表1 軟件工程課程教學(xué)情況學(xué)生訪談部分問題反饋表

通過對(duì)表1中問題的認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)癥結(jié)在于學(xué)生“沒想過要用所學(xué)技術(shù)去做些什么”，不能夠?qū)W以致用.既沒有動(dòng)腦去思考過，又沒有動(dòng)手去實(shí)踐過，當(dāng)然難以理解學(xué)習(xí)這門課程的重要作用.因此，必須首先解決“想做什么”的問題，即想辦法引導(dǎo)學(xué)生去思考自己感興趣的東西，明確“做”的目標(biāo)，即在頭腦中構(gòu)思出要完成的項(xiàng)目.如果很好地解決了CDIO 教學(xué)模式的構(gòu)思環(huán)節(jié)，其后續(xù)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用各環(huán)節(jié)的實(shí)施自然就能水到渠成，CDIO 工程化教育模式就可以很好地貫徹到軟件工程的教學(xué)過程中以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高課程教學(xué)質(zhì)量.

2.2 針對(duì)問題，設(shè)計(jì)方案

軟件工程課程的內(nèi)容廣，而且相對(duì)抽象，該課程教學(xué)的課時(shí)安排只有48～52課時(shí)，內(nèi)容多課時(shí)少的矛盾非常凸出.所以，為了緩解這一矛盾，我們將CDIO構(gòu)思環(huán)節(jié)安排在課外完成，主要采用以下兩種形式:

(1)在課程開始階段，以課外作業(yè)的形式要求學(xué)生獨(dú)立思考，每人完成8～10個(gè)點(diǎn)子.

(2)以3～5人自由組合成小團(tuán)隊(duì)，通過課外集體交流、討論共同完成25～40個(gè)點(diǎn)子.

所有點(diǎn)子主要來(lái)源于學(xué)生所熟悉的、利用計(jì)算機(jī)軟件能夠?yàn)槿藗兲峁┍憬莘?wù)的各個(gè)領(lǐng)域，如人們?nèi)粘５纳a(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂、健康等方面.要求學(xué)生將自己思考的點(diǎn)子形成文檔在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提交，根據(jù)點(diǎn)子質(zhì)量的高低進(jìn)行評(píng)分，計(jì)入平時(shí)作業(yè)成績(jī).全部點(diǎn)子最后匯總形成點(diǎn)子庫(kù)，供所有學(xué)生共享.

接下來(lái)，再讓興趣相同或相近的學(xué)生自由組隊(duì)，2～3人一組，從點(diǎn)子庫(kù)中去整合與發(fā)掘創(chuàng)意，孵化出各組的自主創(chuàng)新項(xiàng)目，為后續(xù)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用環(huán)節(jié)的順利實(shí)施提供基礎(chǔ)，以解決“學(xué)生不知道為什么要學(xué)習(xí)這門課程”的問題.

2.3 設(shè)立目標(biāo)，保障效果

針對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維與能力素質(zhì)的培養(yǎng)，教學(xué)過程中構(gòu)思環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的目標(biāo)如下:

(1)有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，想自己喜歡的事情，從而調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，克服教師布置的題目學(xué)生不能完全理解或者沒有興趣的問題.

(2)以2～3人組隊(duì)完成項(xiàng)目需求分析的全過程，有效鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力.

(3)在項(xiàng)目需求分析過程中，提高學(xué)生主動(dòng)探索、尋找新的知識(shí)和技術(shù)解決遇到的實(shí)際問題的能力.

(4)通過項(xiàng)目實(shí)施過程中所需各種技術(shù)的運(yùn)用，帶動(dòng)學(xué)生對(duì)其它專業(yè)課程的學(xué)習(xí).

(5)通過“做中學(xué)”鍛煉能力，彌補(bǔ)學(xué)生項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的不足，在實(shí)踐中加深對(duì)軟件工程課程內(nèi)容的理解和掌握，為今后的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

(6)在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力與素質(zhì)，提升未來(lái)就業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力.

(7)通過課外反哺課內(nèi)，解決課時(shí)安排嚴(yán)重不足的問題.

(8)通過引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生課外完成項(xiàng)目，促進(jìn)教師工程能力的提高，改善教學(xué)質(zhì)量.

3 構(gòu)思環(huán)節(jié)的實(shí)施效果

按照構(gòu)思環(huán)節(jié)的上述設(shè)計(jì)方案與目標(biāo)，結(jié)合軟件工程課程教學(xué)計(jì)劃，在最近2 輪的教學(xué)過程中貫徹實(shí)施，取得了初步效果.在匯總的點(diǎn)子庫(kù)中共收集196名學(xué)生1640個(gè)點(diǎn)子，通過對(duì)點(diǎn)子的歸類統(tǒng)計(jì)形成如圖1所示的思維導(dǎo)圖，涉及醫(yī)療、電子、語(yǔ)音、圖像、軟件、物聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域的主題，每個(gè)主題又細(xì)分為子主題，對(duì)各級(jí)主題涉及的學(xué)生人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示.從圖1與表2中可以看出:

(1)學(xué)生課外構(gòu)思出的100 多個(gè)相關(guān)子主題，表明已有效調(diào)動(dòng)起了學(xué)生的主動(dòng)思維，為引導(dǎo)他們實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ).另外，對(duì)于這些主題涉及的領(lǐng)域內(nèi)容，教師在有限課時(shí)內(nèi)難以完成講授，甚至還不完全具備所有這些主題的領(lǐng)域知識(shí).

(2)各個(gè)領(lǐng)域被關(guān)注的主題數(shù)與學(xué)生人數(shù)反映出軟件工程方向的學(xué)生跟蹤當(dāng)前主流技術(shù)的現(xiàn)狀，符合學(xué)生實(shí)際情況.比如，“軟件”領(lǐng)域三個(gè)主題中，編譯技術(shù)確實(shí)難度很大，只有2個(gè)子主題被2人關(guān)注;移動(dòng)APP是當(dāng)前熱門技術(shù)，有21名學(xué)生關(guān)注;Web 應(yīng)用受到32人關(guān)注，是因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用的廣泛使用，同時(shí)它們也是移動(dòng)APP的數(shù)據(jù)源.另外，關(guān)注“物聯(lián)網(wǎng)”、“語(yǔ)音”領(lǐng)域的學(xué)生人數(shù)明顯多于關(guān)注“電子”、“圖像”領(lǐng)域的人數(shù)，這也符合軟件專業(yè)學(xué)生能力層次的實(shí)際情況.

圖1 由點(diǎn)子形成的思維導(dǎo)圖

表2 主題-學(xué)生統(tǒng)計(jì)表

(3)軟件工程課程教學(xué)中CDIO構(gòu)思環(huán)節(jié)的實(shí)施產(chǎn)生了明顯效果，學(xué)生能主動(dòng)思考各領(lǐng)域中可能面臨的實(shí)際問題，選擇自己感興趣的內(nèi)容去實(shí)踐，充分調(diào)動(dòng)起了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

此外，CDIO的后續(xù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的效果也很明顯.通過共享點(diǎn)子庫(kù)，由2～3個(gè)興趣相同或相近的學(xué)生自由組成團(tuán)隊(duì)，整合多個(gè)小點(diǎn)子形成小組創(chuàng)意，孵化出團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新項(xiàng)目40余項(xiàng)，參與的學(xué)生100余人.其中被立項(xiàng)的項(xiàng)目有Google 大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目1項(xiàng)，湖南省大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目1項(xiàng)，懷化學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目10項(xiàng)，計(jì)算機(jī)系大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目6項(xiàng).從部分已完成項(xiàng)目情況來(lái)看，學(xué)生作品參加各種課外科技競(jìng)賽活動(dòng)獲省級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)20余項(xiàng)，其中國(guó)家級(jí)2、3 等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省級(jí)1、2、3 等獎(jiǎng)17項(xiàng)，獲獎(jiǎng)學(xué)生50余人.

實(shí)踐表明，CDIO構(gòu)思環(huán)節(jié)的實(shí)施在軟件工程課程教學(xué)中收到了預(yù)期效果，學(xué)生對(duì)軟件工程課程內(nèi)容的掌握與運(yùn)用效果較理想，軟件開發(fā)與組織能力顯著提高.

4 結(jié)束語(yǔ)

通過2年多的實(shí)踐探索，對(duì)軟件工程課程的教學(xué)改革積累了一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，尤其在CDIO 工程化教學(xué)模式、教學(xué)方法與運(yùn)用的探索方面，提出了融通課內(nèi)與課外教學(xué)、強(qiáng)化了課外實(shí)踐，通過“做中學(xué)”培養(yǎng)創(chuàng)新能力的立體化方法.在軟件工程課程教學(xué)過程中引入CDIO 方法具有重要意義，通過構(gòu)思環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，提升學(xué)生在軟件工程方面的學(xué)習(xí)興趣和積極性，為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力、提升學(xué)生未來(lái)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力打下了較好的基礎(chǔ).

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