基于CDIO-OBE模式的软件工程课程改革探索

马丽　高敬礼　周改云

摘要：针对目前软件工程课程教学中工程实例匮乏、课程评价单一等问题，论文基于CDlO-OBE工程教育模式，设计和重塑软件工程课程教学。在CDlO项目任务教学中，探索基于OBE的课程体系、教学模式、课程评价等的改革。构建以工程和创新性思维能力培养、学习成效为导向的新型教学方案，促进学生知识、能力一体化發展。

关键词：CDIO;OBE;教学设计;项目化;工程化

中图分类号：G434 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）09-0115-03

1 引言

随着高校课程改革的深入，软件工程课程（以下简称软工）引入项目任务驱动、案例等教学法，一定程度地提升了教学质量。但目前该课程教学中仍存在教学内容抽象、工程实例乏匮、案例选择不当、课程评价模式单一等问题，不能充分培养和挖掘学生的知识运用、自主探究、解决软件复杂工程问题等能力，难以满足IT从业人员日益增长的工程能力需求。因此，本文结合软工课程团队多年的教学经验，基于CDIO-OBE工程教育模式，改革软工教学，综合训练和系统提升学生工程实践能力，探索更加多样化、个性化、符合工程教育规律的人才培养模式。

2 CDIO-OBE工程教育模式内涵

CDIO它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，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。CDIO培养大纲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，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。

CDIO代表构思（C）、设计（D）、实现（I）和运作（0），它是“做中学”和“学中做”的集中概括。CDIO是行之有效的工程教育模式，关注学生工程实践能力的培养，代表了当代工程教育的发展趋势。CDIO强调将项目开发过程（产品）融入学习过程，有机整合学生工程实践和课程学习。工程实践中，构思即概念阶段。结合专业培养目标，引导、激励学生分析问题，把项目与生活、企业产品结合，解决实际需求。设计即技术阶段;围绕项目，分析需求，设计方案，解决具体问题。实现即制造阶段;围绕设计方案，编码测试，将设计方案转化为具体成果。运作即展示（服务）阶段;项目成果展示，师生评价成果，完善项目，了解项目应用环节，提供市场服务。

OBE（Outcome-based education）：成果导向教育的简称，1981年由Spady等人提出，亦称目标（能力、需求）导向教育，目前已成为美、欧等国教育改革的主流理念。2016年，《华盛顿协议》将OBE理念引入工程教育认证标准。学生的毕业要求为是成果导向或需求导向的，在我国，OBE模式主要应用于工程教育中。OBE模式中，学生的技能与能力可观察、可测量、可应用，适应社会、企业对人才的需求。OBE教育模式侧重学生对学习知识的理解、掌握和运用能力，教育范式从“内容导向”转变为“成果导向”，学生预期成果（教学目标）先于教学内容，课程内容设置、教学设计、教学方法与手段、课堂组织、课程评价等都围绕预期成果展开。

CDIO关注工科教育中的工程化、主动性和实践过程完整性，OBE则更加关注以学生中心、目标导向和持续改进。因此融合二者的核心思想，通过理实融合式的培养流程，采用CDIO的工程化教学过程实现OBE期望的高级工程人才，是当前工程教育改革的大势所趋。鉴于CDIO和OBE的关联性，汕头大学提出CDIO-OBE模式，以CDIO工程教育改革实践为基础，以预期学习产出（Outcomes-based Education，缩写为OBE）为中心来组织、实施和评价教育的结构模式。即用CDIO大纲和标准实现OBE理念的工程专业认证要求。

3 基于CDIO-OBE模式的软件工程课程改革

软工课程改革，强调培养与解决复杂工程问题相匹配的基础知识、综合素质和专业技能，将学生解决复杂工程问题的软件分析与设计能力的培养贯穿整个课程教学。该能力可细化为基础能力、专业能力和直接的软件工程能力，能力各层次的培养需依靠课程全面、系统地训练。因此，应以全新的教学理念和方法改革软工课程，该改革从课程体系、教学模式、考核评价等方面着手，加强学生软件分析与设计工程能力的培养。

3.1 基于CDIO-OBE模式构建软件工程课程体系

依据学院计算机科学与技术专业培养目标和毕业要求12条，确立软工课程目标，由此确立教学内容。该课程以IEEE发布的软件工程知识体系为基础，综合市场对IT行业人才的需求，采用CDIO将教学内容分为理论、应用、实践三部分。理论部分讲授软工的基础理论和软件项目管理等核心内容。应用部分基于软件开发典型工作过程，以传统的结构化方法学和面向对象方法学为核心，使学生系统掌握传统的和最新的软件工程方法与技术。实践部分要求学生分组、协作完成完整软件项目的开发分析。让学生从“可实践”软件工程的角度，学习和运用软件工程的思想和现代技术解决软件开发问题。基于CDIO的《软件工程》课程体系如图1所示。

3.2 基于CDIO-OBE模式的软件工程课程教学

3.2.1 教学内容项目化

软件工程课程教学“工程化”，有机融合理论教学与项目实践，让学生熟悉软件项目开发与维护过程流行的工程化方法和管理工具;区别传统方法和面向对象方法，软件项目开发与维护过程中应遵循的流程、规范和标准，建立工程化实践与理论相融合的教学体系。采用项目任务教学模式，模拟企业项目开发典型过程，见表1。

教师指定选题范围、项目考核规程及产物;学生组成若干项目组，完成市场调研、材料收集、方案设计、项目实施等任务。项目过程中，教师扮演项目经理，跟踪小组项目进度和评审过程产物。以项目过程和结果为导向考核，达到教学目标。具体分两阶段实施。

（1）项目技能阶段（在线开放课程+理论课）

该阶段主要培养学生软件开发与维护过程中不同方法学基础技能的掌握与运用，同时启动课程理论教学，讲授软件过程模型、需求获取与分析、体系结构设计、模块设计、界面设计等工程化的理论与方法，强化学生软件工程思想和方法的理解与应用，并掌握软件开发过程中各阶段文档的编写标准。

（2）实践阶段（课外大作业+讨论+课内实验）

該阶段重点培养学生分析解决实际问题、工程意识等项目管理能力。该阶段利用软件工程思想和方法指导真实项目的开发与管理，包括选择项目、分析设计、提交文档、评审产品等。实践过程分为学生分组、选题、可行性分析、需求分析、设计、实现等几个子阶段。每个阶段给出目标、活动、材料、成果以及考核方式和要求的具体说明。

3.2.2 教学模式多样化

鉴于学生面临考研、就业等情况，依托软件工程省级精品在线开放课程资源，将课程知识、技能点整合为适合传统教学、翻转教学、混合教学三类，采用“线上、线下课堂+项目”，以混合课堂为主、传统课堂为辅的混合教学模式。传统教学采用“课内讲授+课内讨论”，翻转教学采用“课前线上资源自学+课内讨论”，混合教学采用“课前线上资源自学+课内讲授+课内讨论”;再辅以课外讨论、课内练习、实验、大作业等手段。结合软工课程的特点及授课内容，教学模式包含“课前线上学习+课堂研讨+课后实践”三个环节，围绕课程知识点、技能点和实践项目开展。随着课程内容的推进，“课前一课中一课后”三环节顺序循环，项目实践过程逐渐深入，课程结束，项目实践完成。

3.2.3 实践教学工程化

工程化改造实践教学，从学生较熟悉的理论和实践问题出发，重组和优化教学内容，增加综合性、设计性实验项目。由项目引出知识点与技能，诱发学生积极参与项目的构思、分析、设计、实现和运行;分组展示、互评项目成果，激发学生学习动机，提升其分析、解决复杂工程问题和工程创新实践能力。

（1）应用、技能与知识相融合的实践内容设计

根据《软件工程》课程的特点，融合理论教学，选择知识拓展强的项目，将相关知识分解于项目任务中，按工程问题、工程项目、工程任务组织实践教学。通过任务的选择、分析、设计、实现，引导学生由简单到复杂逐步完成一个综合项目，培养学生的工程实践和综合应用能力。根据《软件工程》课程的特点，基于CDIO将实践环节分为构思性、设计性、实现性、运作性。构思阶段组建团队，各团队调研与分析选题，确定选题并制定项目计划，构思项目方案。设计阶段，运用掌握的原理、方法、工具，依据项目计划收集、分析资料，完成项目的需求分析和设计以及相关文档。实现阶段，选择合适的方法、工具，依据设计结果完成项目编码、测试及相关文档，着力培养学生的工程实践和团队协作能力。运作阶段各组演示系统、交流、汇报，评委与组间评价，完成成果交流和项目评价。

（2）基于项目典型工作过程组织与实施实践教学

以项目工作过程为导向，采取“创设问题情境，激发学习兴趣;组织讨论，培养分析设计能力;通过网络教学平台，关注课前课后学习过程;结合第二课堂，激励学生自主学习。”等措施组织与实施实践教学。实践教学过程中，教师负责项目任务进程控制、技术点讲解、答疑;学生完成项目实践中各阶段的工作任务。

3.3 基于CDIO-OBE模式的课程多元评价

基于CDIO-OBE模式的软件工程课程教学，始终围绕学生的学习效果和工程能力和设计和实施[7]。故需建立一种基于该模式的多维度、系统化的课程评价，全面系统检验学生学习成效和工程能力。

课程相关基本概念、原理、方法等基础部分，以期末考试笔试的形式为主考核;问题分析和沟通表达能力，以线上线下课堂问题讨论、实验和项目迭代汇报考核为主;需求、设计建模等个人技术能力的考核，以课程项目、实验和大作业的形式考核为主。课程组依据课程考核目标，制定了如表2所示的考核方式，并制定了各部分的相应考核标准。

为能客观反映学生真实学习效果和获得能力，软工课程评价体系有机结合知识、个体线上、下表现和团队项目，突出项目工程实践效果评价，细化项目可行性分析、需求建模、设计优化、测试评价等方面的考核项，具备考核知识和评价能力的双重功效。依据评价结果，分析课程教学的目标达成和存在问题，持续改进软件工程课程教学设计和实施方案，促进学生知识、能力一体化发展，不断提升课程教学质量。

4 总结

基于CDIO-OBE模式的软件工程课程改革，强调以“学习产出”为目标，以工程和创新性思维能力培养为出发点进行课程教学。经过2年多的改革与探索，提升了教师业务能力和学生工程实践能力，建立了符合工程认证的课程大纲和多层次、立体化、持续发展的、满足学习者不同学习要求的软件工程课程资源与考试改革与实施方案。取得的成果对培养软件工程应用型人才及相关专业人才具有一定的指导作用。

参考文献：

[1]崔颖安，王学通.基于CDIO软件工程教学改革的探索与实践[J].教育现代化，2018，5（15）：53-55.

[2]王宏祥，曾红.基于CDIO模式强化课程实践教学探索与实践[Jl-实验室研究与探索，2016（10）：196-199.

[3]王骏美，吴吉红.基于OBE和CDlO的软件测试课程混合式教学探究[J].软件工程，2019，22（10）：54-56.

[4]海莺.基于OBE模式的地方工科院校课程改革探析[J].当代教育理论与实践，2015，7（4）：37-39.

[5]付晓琳，汤淼.成果导向（OBE）下软件工程专业实验课程教学改革研究[J]。软件导刊，2018，17（10）：216-219.

[6]邹一琴，朱锡芳.基于OBE的应用型创新人才冰山模型研究[J].电气电子教学学报，2017，39（5）：100-102

[7]刘强.基于OBE理念的“软件工程”课程重塑[J].中国大学教学，2018（10）：25-31.

【通联编辑：朱宝贵】

收稿日期：2020-01-25

基金项目：平顶山学院2017年度新工科研究与实践项目（2017-XGKlO）

作者简介：马丽（1968-），女，教授，研究方向为软件需求建模、模式识别与智能控制;高敬礼（1981-），男，博士研究生，副教授，研究方向为图形图像处理;周改云（1980-），女，讲师，研究方向为软件工程与游戏开发。