基于工程能力培养的软件工程专业实践体系构建

林 芳，陈庆强，杨荣华

（福建工程学院信息科学与工程学院，福建福州350108）

摘要：分析软件工程专业学生应当具备的工程能力，提出基于CDIO理念实施工程教育，说明如何建立以培养工程能力为目标的、多元化的、多层次的软件工程专业实践体系，并阐述教师在CDIO中的作用。

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关键词 ：软件工程；工程能力；CDIO；实践体系

文章编号：1672-5913(2015)15-0062-04 中图分类号：G642

基金项目：福建工程学院精品课程建设基金项目( E0700035)。

第一作者简介：林芳，女，副教授，研究方向为软件工程、计算机教育，linf@fjut．edu．cn。

0 引 言

现代社会注重信息化和智能化，软件在信息化和智能化建设中起着非常重要的作用，社会对软件工程人才的需求很大。学生应该具备怎样的的工程能力？软件工程专业的工程教育应该如何开展？

1 学生应该具备的工程能力

软件工程专业学生将来的职业目标是软件工程师。为了解企业界要求工程师所需具备的知识、能力和态度，我们从4个方面进行了调研。首先，我们查阅了国内外相关资料。过去几十年，国内外许多大学和企业一直在努力，希望尽快缩小工程教育与工程实践之间的距离。特别是从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学等4所前沿工程大学组成的跨国研究队伍获得了Knutand Alice Wallenberg（纳特·瓦伦堡）基金会近2 000万美元巨额资助，经过4年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织，这个组织的目标就是将企业界的需求以工程学基本原理来表述。接着，我们走访了同类高校，包括省外的哈尔滨工程大学、东北林业大学、哈尔滨学院等，省内的龙岩学院、厦门理工学院、莆田学院等学校。然后，我们又走访了省内的软件企业（我们的毕业生大多就职于省内软件企业），包括厦门中软公司、福州新大陆科技集团、星网锐捷网络有限公司、福建实达系统集成有限公司、福建榕基软件开发有限公司等。最后，我们收集了已毕业学生的信息。

经过多方调研，我们逐渐明晰了本专业学生应该具备的工程能力。实际上，许多大型现代企业对年轻工程师所需具备的知识、能力和态度等方面要求是相似的，主要包括：了解工程基础、工程设计和工程制造过程；具有工程实践的背景；具有批判性思维和创造性思维以及沟通能力与团队工作能力。

2 基于CDIO理念实施工程教育

在明晰了学生所应具备的工程能力之后，我们也意识到传统教育模式的不足。

传统教育模式是教师讲授、演示，学生以听和看为主。这种教学模式中学生处于被动状态，重理论轻实践，强调个人学术能力而忽视团队协作精神，重视知识学习而轻视开拓创新能力的提升，培养出来的学生在工程能力方面与企业的要求有很大差距。

CDIO的“做中学”工程教育模式提供了一种新的教育方法，有助于解决这些问题。“做中学(learning by doing)”是美国著名的哲学家、教育学家和心理学家杜威提出的，他是美国“进步教育”运动的先驱。他认为，“从做中学是比从听中学更好的学习方法”。所谓“做中学”也就是：“从活动中学”“从经验中学”。经验是从学生做的过程中慢慢积累起来的，他主张在教学中学生必须成为积极主动的参与者，而教师则是学生活动的协助者，以“做项目”为主线来组织课程，以用导学，学生在做项目的过程中学习必要的知识并获取经验。

CDIO的指导思想是以诚信、职业道德培养为基础，以工程设计任务为导向，以培养个人能力、团队能力和系统的适应与调控能力为主要目标，让学生以主动的、实践的、课程之间有联系的方式学习工程。CDIO代表构思(Conceive)、设计( Design)、实现(Implement)和运作(Oper-ate)，它是产品研发到产品运行的生命周期。CDIO的关联原则强调工程项目要实践全生命周期的教育，应着眼于能力和知识的教、学、做过程的关联，而不是专注于具体工程项目的知识内容。它是“做中学”原则和基于项目的教育与学习的集中体现。

国内外经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，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，适合工科教育教学过程各个环节的改革。在这种思想指导下，我们探索建立了福建工程学院软件工程专业的实践体系。

3 多元化的实践体系结构

学生工程能力的培养当然不是某一门课程能完成的。CDIO其中一个标准是“一体化教学计划”，培养计划不仅强调课程之间知识点的相互联系，而且要包含对学生基本个人能力、人际能力和对产品、过程和系统构建能力的培养。

为了培养出具备扎实理论基础、较强实践能力、综合运用所学知识分析问题和解决问题能力的软件工程专业人才，我们设置多元化的实践教学体系，包括多层次课程实验体系、课程设计体系和实习体系，并通过竞赛促进学生的学习积极性，系统地提高学生工程能力，从实践技能层、能力提高层、综合创新层等层面建设和完善实践体系。

3.1 课程实验体系

如图1所示，我们创建了4个层次的课程实验体系。福建工程学院的软件工程专业隶属于“计算机科学与技术”学科下，学科基础课程主要对原理和一般性方法进行研究，以打好学生的学科基础为主，辅之以一定的工程训练。在本科4年培养计划不超过180个学分的前提下，由于课时有限，所以在专业基础课程实验体系中，我们适当删减原理性的实验项目，以目前企业流行的软硬件平台作为实践环境，帮助学生尽量缩小与企业需求之间的差距。专业方向课程实验教学体系中，我们设置了“企业计算”和“嵌入式系统”2个专业方向。系级选修课程实验体系则帮助学生拓展专业能力。

3.2 实习体系

CDIO强调工程实践的背景，实习体系也是多层次的，包括电子工艺实习、生产实习、专业实习、毕业实习等环节。其中电子工艺实习在校内工艺车间进行；生产实习和专业实习安排学生到企业实习；毕业实习是学生分散到各个实习单位，在实际工作环境中提高学生的基本技能和综合素质。另外，我们还鼓励学生利用假期到企业进行社会实践，以开阔眼界，提高综合能力。

3.3 设计体系

课程设计实践环节以专周形式进行，在该周中学生暂停理论课，按照图2所示的软件工程生命周期的步骤进行一个较完整项目的分析、设计与实现，并进行测试，最后通过答辩获得成绩。

课程设计实践环节贯穿4个学年，从一年级下学期开始，随着专业课程教学的深入，我们分学期开设了下列课程设计实践环节：高级语言程序课程设计、算法与数据结构课程设计、电路与电子技术课程设计、数据库应用课程设计、面向对象程序课程设计、计算机网络工程实践、毕业设计等，通过一系列循序渐进的课程设计实践环节来强化学生的设计实践能力。特别是毕业设计环节，它是学生4年学习综合能力的体现，毕业设计的题目大部分来自企业的实际项目、教师的科研项目等，极大地锻炼了学生的工程能力。

3.4 竞赛

我们积极引导学生参加学科竞赛，提高学生工程实践能力和创新能力。从低年级开始，我们就鼓励学生参加各类课外科技实践活动，通过系、校科技节、各类学科竞赛、学生创新性实验立项等平台，培养学生科技创新意识，提高其科研和创新能力、拓宽学生知识面。我们还积极开展课外科技活动，通过数学建模、软件设计竞赛等进行基本的科研训练，提高学生参加研究与开发的技术开发能力。

4 CDIO中教师的作用

在这些多元化的实践体系中，依照CDIO的理念，学生是主动的，强调“做中学”。教师在整个过程的作用不是传统教学模式中的“讲授知识”，担任的也不是仅仅回答学生问题的辅导老师角色，而是要通过“设计”和“管理”来培养及提高学生的工程意识和能力。工程能力也不仅仅是个人专业技能，还应该包括团队协作和交流能力、企业和商业环境适应能力等。

在各个实践体系中，教师要有一系列的“设计”：设计合适的项目给学生；设计合适的案例；设计合适的答辩方式等。学生的层次、能力各不相同，教师通过“设计”，针对不同层次的学生因材施教。在项目的设计中，教师要根据实践环节的要求和学生能力的情况提供多个题目，每个题目应有多个层次的要求。当然“做中学”，“做”的开始阶段学生是迷茫的，所以教师的一个重要任务是收集和设计良好的案例，案例的设计要注意留下可拓展的空间，让学生提高创新能力。我们特别注重答辩的环节，项目根据课程特点可能以个人或团队的形式完成，但是每个学生都必须通过答辩，以此锻炼学生的表达和沟通能力。答辩的形式可以多样：教师答辩、小组相互阅读、相互调试、相互答辩等。通过一系列“设计”尽量让不同层次学生都有兴趣和能力完成项目。

学生在软件项目的实践过程中往往存在一个问题：重编程结果，轻设计过程。按照规范的过程进行开发是保证工程质量的前提。这就需要教师在实践过程中实施“管理”，无论是简单还是复杂的项目，不能仅仅要求学生能够编程实现，而要要求学生按照软件工程生命周期分阶段进行，小项目可能只有100～200百行的代码量，但是也要求学生按照规范的工程分阶段提交分析、设计的文档，编程要强调规范的格式（包括缩进格式、命名、注释等），以此打好工程规范化的基础，为其将来毕业设计以及工作岗位开发高质量的产品做准备。

5 结语

经过几年的探索，我们按照CDIO的理念改变传统的教学模式，构建了多层次、立体化的实践教学内容体系——从简单到复杂，从验证性实验到“三性”实验，从课内到课外，从校内到校外，从单一课程知识的课内课程实验到综合多课程知识的课程设计直至大综合的毕业设计，并强调教师在CDIO中的作用，全面培养学生的工程意识和工程能力。在企业的走访调研中，我们也了解到本校软件工程专业学生的工程能力得到企业的认可，在企业比较受欢迎。

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参考文献：

[1]单中惠，现代教育的探索：社威与实用主义教育思想[M]．北京：人民教育出版社，2002: 328-331，341-342．

[2]王硕旺，洪成文．CDIO:美国麻省理工学院工程教育的经典模式：CDIO课程大纲的解读[J]．理工高教研究，2009(4): 116-119.

[3]张海藩．软件工程导论[M]．6版，北京：清华大学出版社，2013: 15.

（编辑：杨涛）