基于CDIO构建一体化工程实践教学体系

张 敏,王宝凤,沈连山

(大连大学 信息工程学院,辽宁大连 116622)

基于CDIO构建一体化工程实践教学体系

张 敏,王宝凤,沈连山

(大连大学 信息工程学院,辽宁大连 116622)

针对软件工程专业实践教学建设,提出基于CDIO工程教育模式构建一体化实践教学体系;详细论述实践教学体系的构建步骤,包括确定人才培养目标、设计一体化课程计划、构建实践教学体系;最后,从师资队伍建设、实践条件分析及管理-监控体系等个方面讨论实践教学体系支撑条件的构建内容.

工程教育模式;CDIO;实践教学体系;PDCA

实践教学作为教学过程的重要环节,是培养学生应用能力的重要手段,是实现人才培养目标的有效途径和重要保证[1].软件工程专业是一个迅速发展的工程化专业,也一直是社会需求最为旺盛的专业,但同时对从业人员的要求也越来越高,不仅要求具备专业知识,而且要具有较强的动手能力和知识综合运用能力,具有良好的职业道德和诚信,善于进行人际交流和团队协作,能够不断的自我学习、自我充实.然而以往传统理工科人才培养模式,是以基础理论知识和针对个人动手能力的实验构成了实践教学的主体,存在着实验机制死板,与实际应用结合不紧密;课程之间相关性和连续性差,使得学生只见树木,不见森林,没有整体的项目思路,不能理解软件工程技术的精髓;学生过于关注技能,反而对工程管理、项目规范、项目文档编制、团队协作和沟通等必备素质不够重视,因此难以满足企业对具备综合素质人才的要求,难以很快融入现代IT企业的运作等问题.为此,我们依据卓越工程师培养计划,提出基于CDIO一体化实践教学体系,着力提高学生实践创新能力,培养行业企业需要的高级工程人才,希望得到专家指正.

一、CDIO工程教育模式概述

CDIO工程教育模式是美国麻省理工大学等4所高校于2000年共同提出并倡导的一种全新工程教育理念,是国际工程教育改革的最研究成果.CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)、运作(Operate)四个英文单词的缩写,它是现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程,CDIO工程教育理念就是要以此全过程为载体,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,培养学生的工程能力,此能力不仅包括个人的学术知识,而且包括学生的终生学习能力、团队交流能力和大系统掌控能力[2].

CDIO理念不仅继承和发展了欧美20多年来的工程教育理念,更具有可操作性.CDIO提出一个愿景(vision),即培养有专业技能、有社会意识和有企业家敏锐性的工程师;以及将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面的培养大纲(详见表1),大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标,在注重培养学生扎实的工程基础理论和专业知识的同时,努力将教育过程放到工程领域的具体情境中,经过近似于实际工程场景的实践训练,造就新一代高水平工程师.

二、构建CDIO一体化工程实践教学体系

(一)科学合理地制定人才培养目标

CDIO认为,应用型工程教育有4个重要的利益相关者集团:学生、工业界、大学教师和社会[2].专业人才培养目标和培养方案的确定依赖于对所有利益相关者需求的全面分析和调查.IT业界是软件工程专业教育的主要利益相关者,与其深入合作探讨业界对毕业生职业资格要求,了解新技术和开发平台应用情况和未来几年区域经济或产业结构调整对毕业生需求的影响情况等,将其

表1 CDIO能力大纲

作为确定人才培养目标、培养方案制定的参考,加强人才培养目标、课程计划制定的科学性和合理性.

(二)构建一体化课程计划

严格按照教指委颁布的《软件工程专业规范》的要求设置专业学科核心课程,保证理论课教学的系统性和逻辑性,帮助学生构建完整的专业知识体系;同时,以IT行业实际需求为导向来设置培养体系标准,重视培养学生的工程实践和创新能力,促进学生的职业生涯发展.以能力培养为本位,以综合性的工程实践项目为骨干,将理论教学、实验教学与工程实践集于一体,完成个人能力、人际交往能力以及软件开发和系统构建能力的培养,构建一体化课程计划.

(三)全面构建工程实践教学体系

CDIO工程教育模式旨在通过学生参与从设计、实施到运行、维护整个生命周期的具体工程项目研发,加深对知识的理解,体会知识的实践作用,以得到通用的能力,进而能够处理解决一般的工程项目全生命周期中产生的各种问题.为此,软件工程专业工程实践教学体系以三级项目为架构,统筹安排配置各项教学实践活动,将基础课程、专业课程、实践课程等内容及应达到能力目标融于项目之中,使整个课程体系以项目为主线,通过整体规划课程项目、学期项目、毕业设计、综合项目和课外科技活动等循序渐进地提高学生综合实践应用能力.

1.三级项目架构

一级项目:包含本专业主要课程和能力要求的实训项目,要求能够贯穿于整个学习过程,使学生能够得到构思、设计、实施、运作的系统训练.为此,设计二类一级项目实训,其中一类为初级导引项目,一类为高级设计项目(如:企业实践、毕业设计).设置一级初级导引项目是为了使学生能够通过对一个简单的项目的开发,了解本工程专业的核心内容与实际工作的关系,激发学生的学习兴趣,进行初步的工程技术训练以及构思与设计的训练,初步建立起软件工程专业的整体概念.设置一级高级设计项目是要求学生采用当前企业流行的新技术,对一个软件项目进行完整的构思、设计、实施和运作,从而完成一个系统的工程项目实践.在这项实践中,可以培养学生的综合知识运用能力、团队合作能力、职业素养和职业道德、人际交流能力等诸多方面的能力,该项目的实训安排在校外实习实训基地进行,由企业中有丰富经验的开发人员承担实训工作,学生在这里是以企业员工的身份参与到企业项目设计中去,从中可以了解到国内最新技术的运用、体验到企业的文化、感受到企业工作的氛围并获得实际工作的经验.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.

二级项目:包含相关课程群能力要求的实训项目,以作为对一级实训项目的支撑.既是对相关课程群的综合,也是对整个教学体系的补充.主要培养学生综合运用数门相关主要课程的知识解决问题,学生可以从中获得如何熟练运用多门课程学到的知识的能力,不再面对孤立的一门门课程,避免以往课程模块分割,知识点不成体系,使学生无法形成系统认识,更无法建成工程化思想的弊端,对于创新思维能力和终生学习能力的培养有重要作用.

三级项目:是单门课程内容的实训项目,属于小规模的实训,主要以掌握本课程知识的运用为目的.在三级项目的实验教学中,要减少验证性实验,有计划地开设设计型、综合性、创新性实验项目,增加课程设计环节,使学生初步体会构思、设计、实施、运作的全过程,充分调动学生的自主性,开发他们的思维潜能.

2.各实践环节在三级项目架构中的地位和作用

根据软件工程专业培养标准体系及三级项目架构,全面系统地安排各项实践教学环节.把实验、实习、课程设计、实训和课外活动等各个实践环节有效地配合和衔接起来,为学生提供系统连贯的实践机会和创新能力的训练机会,通过整体设计其内容,形成一个有梯度、有层次、有阶段性的一体化工程实践教学体系.在每个学期均安排有不同的实践教学环节,保证工程实践训练四年不间断.一体化工程实践教学体系框架详见表2,其中由课内主要完成:三级项目中的课程实验,二级项目的课程群设计及部分一级项目,如:初级导引项目.由课外完成:创新项目、教师项目、社团活动;参加各级各类大赛等一级项目.由企业完成:对低年级的认识实习和高年级的企业实训.

三、支撑条件构建

(一)校企联合建设实践教学基地

为切实落实应用型工程人才培养方案,确保学生工程实践能力的提高,校企联合实践教学基地的建设是必不可少的.目前,本专业校企联合培养已逐步由"3+1"的初步合作模式向"三明治"式的多层次深化合作方向发展.将合作时间由大四一年扩展到整个大学四年,将合作内容由毕业实践延展到整个培养过程的各个实践环节,让学生在一年级到企业见习,近距离接触企业,了解行业现状,增进感性认识,确定学习目标;二、三年级利用小学期进入企业进行短期实训,完成综合项目的设计与开发;四年级利用一年的时间进入企业实训,完成企业级项目研发和毕业设计,体验企业文化,培养团队合作意识,强化企业工程实践能力.校企联合实践基地的建设为基于CDIO的工程人才培养提供良好保障.

(二)加强师资队伍建设提高中青年教师的工程实践能力

师资队伍是人才培养质量的保证,要培养具有工程实践能力和创新能力的软件工程专业人才,首先要有一只结构合理的教师队伍,因此需要进一步提高中青年教师的工程实践能力.一方面教师自身必须不断学习、不断实践;另一方面,有计划地安排中青年教师到企业参加实践培训,培养一批理论知识深厚、经验丰富、实践能力强、德才兼备、勇于奉献、训练有素的师资队伍.

(三)建立实践培养评价机制构建工程实践教学质量管理-监控机制

良好的培养模式必须具备完善的评价机制, CDIO工程人才培养模式的考核评价以"过程"为基础,关注知识、技能的学习过程,关注实践环节及工程应用能力,力求知识与能力的协调统一.为确保工程实践教学质量,实现可持续性发展,借鉴现代企业全面质量管理模型--PDCA循环管理模型,即按计划(Plan)、实施(Do)、检查(Check)和处置(Act)的顺序实施实践教学体系的构建与管理,针对软件工程专业CDIO一体化工程实践教学体系构建实践教学质量管理-监控机制.采取过程考核为主,学生自评、互评和教师评价相结合的方法;采用分组讲解,成果展示等形式;对学生小组合作学习过程的效果、在项目开发过程中的参与程度、掌握新知识和新技能的能力以及综合运用知识解决问题的能力等方面进行全方位评价,完成实践成绩的综合评定.

(四)构建一体化工程实践教学平台

将专业培养方案、一体化课程计划、教学大纲、项目资源、考核机制、质量管理-监控机制等整合在一起,构建一体化工程实践教学平台.使学生在四年学习过程中做到:(1)明确学习内容和目标;(2)清楚相关体系和机制;(3)可以充分利用充足的工程实践教学项目资源,为学生自主学习提供网络平台.

四、结束语

为了适应国家"十二五"发展规划和社会需求,提高软件工程专业工程人才质量,本专业采用国际先进工程人才教育培养模式CDIO对软件工程专业人才培养方案进行改革,完成一体化课程计划设计、构建一体化实践教学体系、完善师资队伍建设,构建理论与实践相结合,技术与市场相结合的软件工程应用型人才培养体系,以为国家、社会培养高质量的工程专业人才.

表2 软件工程专业一体化工程实践教学体系框架

[1]王志英,蒋宗礼,杨波,等.计算机科学与技术专业实践教学体系与规范研究[J].中国大学教学,2009(2):42-44.

[2]Edward Crawley.重新认识工程教育:国际CDIO培养模式与方法[M].侯佩华,沈民奋,陆小华,译.北京:高等教育出版社,2009

[3]查建中.工程教育改革战略"CDIO"与产学合作和国际化[J].中国大学教育,2008(5):16-19.

[4]顾学雍.联结理论与实践的CDIO–清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究,2009(1):11-23.

The Construction of Integrated Engineering Practical Teaching System based on CDIO

ZHANG Min,WANG Bao-feng,SHEN Lian-shan

(College of Information Engineering,Dalian University,Dalian 116622,China)

This paper makes a proposal for the teaching practice of Computer Science program with an integrated engineering practical teaching system based on CDIO.It elaborates the steps to develop the system including training objectives,plans for integrated curriculum and teaching practice;discusses conditions to be created for backing up the system from the aspects of faculty team building,analysis of practice conditions and the management-control system.

Engineering education mode;CDIO;Practical teaching system;PDCA

book=4,ebook=140

G642

A

1008-2395(2012)04-0093-04

2012-05-03

基金课题:辽宁省教育厅资助项目(GZ201245)"省普通高校本科工程人才培养模式改革试点专业"成果;辽宁省教学模式改革创新实验区"改革人才培养模式建设特色专业群为大连重点工业产业集群服务"成果;大连大学教学改革基金资助项目"软件工程专业CDIO一体化工程实践教学体系研究与实践"成果

张敏(1966-),女,大连大学信息工程学院副教授,博士,硕士生导师,主要从事数据挖掘,计算机教育研究;王宝凤(1980-),女,大连大学信息工程学院讲师,博士,主要从事互联网技术研究;沈连山(1955-),男,大连大学信息工程学院教授,硕士生导师,主要从事计算数学研究.