工程教育軟件工程論文
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基于CDIO工程教育模式的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)“面向?qū)ο?a href="http://www.mug-factory.cn/lunwen/rjgclw/40766.html" target="_blank">軟件工程”課程教學(xué)方法（下簡(jiǎn)稱CDIO教學(xué)法），以培養(yǎng)學(xué)生的基本工程能力和工程綜合素質(zhì)為目標(biāo)，將“面向?qū)ο筌浖こ獭敝R(shí)體系中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)滲透到實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)中，而這些環(huán)節(jié)和軟件工程生命周期完全一致，在各個(gè)環(huán)節(jié)中解決問(wèn)題的方法則可以采用CDIO的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行理念。我們參照CDIO能力大綱，提出通過(guò)“面向?qū)ο筌浖こ獭苯虒W(xué)和課程項(xiàng)目實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生如下方面能力：①通過(guò)基于案例/項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠深入理解“面向?qū)ο筌浖こ獭钡闹R(shí)體系和該課程的基礎(chǔ)理論并能在實(shí)際項(xiàng)目中加以靈活應(yīng)用?！懊嫦?qū)ο筌浖こ獭钡闹R(shí)體系為學(xué)生理解和應(yīng)用其基礎(chǔ)理論解決分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行中的實(shí)際問(wèn)題打下基礎(chǔ)并提供有效工具；而“面向?qū)ο筌浖こ獭崩碚摶A(chǔ)為學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造提供動(dòng)力，為學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題提供理論支持。②通過(guò)“面向?qū)ο筌浖こ獭闭n程中項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)，要求學(xué)生創(chuàng)建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，通過(guò)課程項(xiàng)目實(shí)踐各個(gè)環(huán)節(jié)（包括需求分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)及在此環(huán)節(jié)中的各項(xiàng)活動(dòng)、溝通與協(xié)調(diào)、文檔撰寫(xiě)），培養(yǎng)學(xué)生的良好職業(yè)素養(yǎng)，以及團(tuán)隊(duì)合作、系統(tǒng)思維、工程實(shí)踐、項(xiàng)目管理和文檔寫(xiě)作的能力。③通過(guò)“面向?qū)ο筌浖こ獭崩碚搶W(xué)習(xí)和課程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，以開(kāi)發(fā)出具有鮮明個(gè)性的軟件作品。
2CDIO教學(xué)法在“面向?qū)ο筌浖こ獭崩碚摷捌湔n程項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2.1總體設(shè)計(jì)
目前，“面向?qū)ο筌浖こ獭闭n程教學(xué)安排共計(jì)54學(xué)時(shí)，我們將理論教學(xué)內(nèi)容與課程項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在整個(gè)教學(xué)周期內(nèi)，按照軟件生命周期并結(jié)合CDIO、案例與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)法，設(shè)計(jì)理論課程案例教學(xué)過(guò)程中的相關(guān)活動(dòng)，配合對(duì)應(yīng)的課程項(xiàng)目實(shí)施活動(dòng)加以有效組織與實(shí)踐，在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合項(xiàng)目開(kāi)發(fā)活動(dòng)的進(jìn)展與深入，要求學(xué)生記錄自己團(tuán)隊(duì)活動(dòng)中的相關(guān)內(nèi)容，按照我們事先制定的規(guī)范撰寫(xiě)并維護(hù)項(xiàng)目文檔。具體解決方案是：第一，正式課程教學(xué)的1~6周，設(shè)計(jì)項(xiàng)目描述和需求獲取與分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的具體活動(dòng)，這些活動(dòng)包括分別標(biāo)識(shí)實(shí)體對(duì)象、邊界對(duì)象和控制對(duì)象；將用例映射成對(duì)象；建立對(duì)象之間的交互；標(biāo)識(shí)關(guān)聯(lián)、聚集和屬性；對(duì)單一對(duì)象狀態(tài)依賴行為的建模；對(duì)對(duì)象之間的繼承關(guān)系建模；對(duì)本階段的分析對(duì)象模型進(jìn)行評(píng)審；基于分析對(duì)象模型標(biāo)識(shí)出設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行子系統(tǒng)分解和標(biāo)識(shí)；將子系統(tǒng)映射到系統(tǒng)構(gòu)件元素上；標(biāo)識(shí)并存儲(chǔ)持久性數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)訪問(wèn)控制策略；設(shè)計(jì)全局控制流；標(biāo)識(shí)服務(wù)；標(biāo)識(shí)邊界條件；對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審。第二，7~14周，設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的活動(dòng)，這些活動(dòng)包括學(xué)習(xí)軟件復(fù)用和設(shè)計(jì)模式，并在詳細(xì)設(shè)計(jì)中加以應(yīng)用；對(duì)對(duì)象之間的接口進(jìn)行說(shuō)明，涉及標(biāo)識(shí)遺漏的屬性和操作、說(shuō)明接口類型、簽名與可見(jiàn)性，說(shuō)明接口中相關(guān)方法的前置條件、后置條件和不變式等。第三，15~16周，設(shè)計(jì)測(cè)試階段中的活動(dòng)。第四，17周，進(jìn)行相關(guān)的總結(jié)活動(dòng)，包括項(xiàng)目文檔的靜態(tài)檢查和驗(yàn)收，以及課程項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)演示與現(xiàn)場(chǎng)回答問(wèn)題。
2.2設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目
在設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目中，將考慮提供給學(xué)生一個(gè)貫穿整個(gè)學(xué)期的課程教學(xué)項(xiàng)目描述，為此我們將選擇開(kāi)發(fā)一個(gè)基于Web的應(yīng)用系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的實(shí)例很多，可以由教師設(shè)定或者由學(xué)生自選，如教師可根據(jù)教學(xué)中的需要設(shè)定一類基于Web的師生交流系統(tǒng)，以方便實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生之間關(guān)于做項(xiàng)目時(shí)的溝通。學(xué)生也可以根據(jù)個(gè)人興趣選擇網(wǎng)游軟件開(kāi)發(fā)，或者選擇基于Web的電子商務(wù)網(wǎng)站系統(tǒng)等?？傊?，相關(guān)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需要教師事先準(zhǔn)備好項(xiàng)目描述或問(wèn)題定義。為了開(kāi)發(fā)這類基于Web的應(yīng)用系統(tǒng)，教師需要指定項(xiàng)目使用的環(huán)境和工具，主要包括兩類：一類是開(kāi)發(fā)環(huán)境與工具、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、界面開(kāi)發(fā)工具等，另一類是項(xiàng)目管理工具。這一階段設(shè)計(jì)的活動(dòng)屬于CDIO中的構(gòu)思階段。
2.3設(shè)計(jì)理論課程教學(xué)過(guò)程
首先，在理論課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中，我們主要依據(jù)的是第3版的SWEBOK標(biāo)準(zhǔn)（2013），在CDIO工程教育模式的指導(dǎo)下，完成相關(guān)知識(shí)體系教學(xué)設(shè)計(jì)。在SWEBOK2013版中的17個(gè)知識(shí)點(diǎn)中（其中2個(gè)為候補(bǔ)知識(shí)點(diǎn)），我們選擇了其中10個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并將這些知識(shí)點(diǎn)融合到“面向?qū)ο筌浖こ獭钡睦碚撜n程教學(xué)中。這些知識(shí)點(diǎn)可有效地體現(xiàn)著CDIO的工程教育理念，如軟件需求體現(xiàn)了CDIO的構(gòu)思，軟件設(shè)計(jì)體現(xiàn)了CDIO的設(shè)計(jì)，軟件構(gòu)造和軟件測(cè)試體現(xiàn)了CDIO的實(shí)現(xiàn)，軟件維護(hù)體現(xiàn)了CDIO的運(yùn)作等。其次，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)理論教學(xué)過(guò)程。一方面，以案例/項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法為基礎(chǔ)，“面向?qū)ο筌浖こ獭闭n程中相關(guān)知識(shí)體系及理論學(xué)習(xí)，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)和思考中掌握“面向?qū)ο筌浖こ獭钡南嚓P(guān)知識(shí)、術(shù)語(yǔ)、理論和技術(shù)基礎(chǔ)，并通過(guò)團(tuán)隊(duì)方式共同學(xué)習(xí)、討論和完成作業(yè)，并以團(tuán)隊(duì)形式參加全體同學(xué)的各種討論活動(dòng)；另一方面，要求學(xué)生圍繞著項(xiàng)目描述或者待解決的問(wèn)題描述，完成團(tuán)隊(duì)組建、工具選擇、項(xiàng)目計(jì)劃制定，并開(kāi)始執(zhí)行需求工程中的需求獲取和需求分析活動(dòng)，以及在此基礎(chǔ)上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)，這些階段的工作結(jié)論需要學(xué)生加以記錄，特別是需求獲取與分析的結(jié)論和總體設(shè)計(jì)結(jié)論更要以文檔形式加以記錄。第三，結(jié)合案例/項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，進(jìn)一步完成“面向?qū)ο筌浖こ獭崩碚撜n程。具體做法是一方面引入小型案例，另一方面引入面向應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際項(xiàng)目，并在項(xiàng)目描述、需求獲取和分析活動(dòng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)象設(shè)計(jì)中，將該項(xiàng)目的具體情景或者可行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案引入課堂，在課堂上組織學(xué)生參與討論、分析這些基于場(chǎng)景的案例，將需求階段和系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段中涉及的重點(diǎn)知識(shí)、術(shù)語(yǔ)、過(guò)程與步驟等重點(diǎn)和難點(diǎn)融入到案例中來(lái)講解和學(xué)習(xí)，以便于學(xué)生真正理解相關(guān)的理論教學(xué)內(nèi)容。這一階段的活動(dòng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)著CDIO中的構(gòu)思階段。
2.4基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)
解決軟件項(xiàng)目中的問(wèn)題或?qū)崿F(xiàn)軟件項(xiàng)目中的任務(wù)，要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)方式進(jìn)行活動(dòng)，并在整個(gè)活動(dòng)中的各個(gè)階段貫徹CDIO工程教育的理念，即讓學(xué)生能夠?qū)浖?xiàng)目中的任務(wù)完成進(jìn)行構(gòu)思，獲取與軟件項(xiàng)目相對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)的功能性需求、非功能性需求和系統(tǒng)約束，并以文檔方式進(jìn)行描述；接著，通過(guò)設(shè)計(jì)手段來(lái)完成項(xiàng)目任務(wù)，用系統(tǒng)來(lái)對(duì)應(yīng)將來(lái)要完成的任務(wù)，并在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中落實(shí)項(xiàng)目的各項(xiàng)要求，這需要通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)到，并將設(shè)計(jì)結(jié)論記錄在軟件設(shè)計(jì)文檔中；在前面構(gòu)思和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，選擇合適的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，用編程的方式實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，并完成相應(yīng)的測(cè)試任務(wù)，注意在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，同樣要將相關(guān)結(jié)論以文檔的形式加以記錄，以備維護(hù)之需；在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后，通過(guò)部署和運(yùn)行等方式，讓該軟件系統(tǒng)（可以看成是本項(xiàng)目的解決方案）呈現(xiàn)出價(jià)值。在這一完整過(guò)程中，讓學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的團(tuán)隊(duì)活動(dòng)過(guò)程，體驗(yàn)到軟件產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)行（包括維護(hù)）所經(jīng)歷的全生命周期過(guò)程。這一階段的活動(dòng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)著CDIO中的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)階段。
2.5項(xiàng)目總結(jié)與項(xiàng)目驗(yàn)收過(guò)程教學(xué)設(shè)計(jì)
項(xiàng)目總結(jié)過(guò)程的教學(xué)設(shè)計(jì)是以團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行自我總結(jié)并撰寫(xiě)項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告，以個(gè)人為單位撰寫(xiě)學(xué)習(xí)心得，教師主要驗(yàn)收和檢查相應(yīng)的項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告和學(xué)生學(xué)習(xí)心得。項(xiàng)目驗(yàn)收過(guò)程的核心是開(kāi)展兩階段驗(yàn)收活動(dòng)，即在學(xué)期的15~18周中，選擇第15周進(jìn)行一次中期檢查，第18周再進(jìn)行一次期終項(xiàng)目驗(yàn)收。全體主講教師和輔導(dǎo)教師組成一個(gè)答辯小組（一般為4人），他們事先要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)名以確認(rèn)學(xué)生的有效身份并結(jié)合點(diǎn)名宣布學(xué)生團(tuán)隊(duì)的答辯順序，保證答辯的有效性和合理性；由答辯小組組長(zhǎng)宣布評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)和學(xué)生是否能夠通過(guò)本次驗(yàn)收活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。
3實(shí)踐活動(dòng)
在“面向?qū)ο筌浖こ獭闭n程教學(xué)活動(dòng)中，共有45位學(xué)生（組成了15個(gè)團(tuán)隊(duì)）全程參與了我們的教學(xué)改革過(guò)程，現(xiàn)在僅就驗(yàn)收答辯環(huán)節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。整個(gè)答辯所耗時(shí)間共計(jì)7個(gè)多小時(shí)；答辯老師根據(jù)實(shí)際情況（最低底線是學(xué)生必須完成項(xiàng)目要求的最基本功能），充分肯定了學(xué)生到目前為止所完成的開(kāi)發(fā)成果，同時(shí)建議相關(guān)學(xué)生利用即將到來(lái)的假期進(jìn)一步完成或完善該應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，及時(shí)修改設(shè)計(jì)上的缺陷。在本次教改實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們充分認(rèn)識(shí)到這一教學(xué)過(guò)程對(duì)教師也提出了更高的要求。教師不僅僅是需要在理論基礎(chǔ)教學(xué)上過(guò)硬，還需要具備軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，這樣才能夠做到既能站在理論的高度指導(dǎo)學(xué)生分析和解決問(wèn)題，同時(shí)也能給出實(shí)實(shí)在在的課程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)活動(dòng)中的技術(shù)指導(dǎo)。
4結(jié)語(yǔ)
傳統(tǒng)“面向?qū)ο筌浖こ獭闭n程的教學(xué)方法所帶來(lái)的弊端已經(jīng)日益顯現(xiàn)。我們結(jié)合案例教學(xué)法和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，提出了一種基于CDIO工程教育模式理念的“面向?qū)ο筌浖こ獭钡慕虒W(xué)方法，這既滿足了CDIO能力大綱體系中的4個(gè)方面，也體現(xiàn)出了教師在教學(xué)中的主導(dǎo)地位及作用和以學(xué)生為主體的教學(xué)風(fēng)格，符合“新三中心論”。實(shí)踐證明，該課程教學(xué)方法有利于學(xué)生在以案例/項(xiàng)目方式充分理解和掌握本課程知識(shí)體系的前提下，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下的實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題分析能力、用編程手段解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。
作者：葉俊民 王敬華 李蓉 周偉 陳曙 楊艷 單位：華中師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院
