论文部分内容阅读
摘要:针对“软件体系结构”课程的特点及教学中存在的问题,本文将CDIO工程教育模式引入到该课程的教学过程中,提出了以CDIO培养大纲为指南、以项目设计为导向、以工程能力培养为目标的教学模式。实践表明,该模式有利于调动学生的学习积极性,有利于培养学生的工程实践能力和团队协作能力。
关键词:CDIO;软件体系结构;工程教育
作者简介:郭威(1983-),男,湖北孝感人,盐城师范学院信息科学与技术学院,助教,工学硕士,主要研究方向:工作流、软件工程。(江苏 盐城 224002)
CDIO是当前国际高等工程教育的一种创新模式,它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体,通过项目设计将整个课程体系系统地、有机地结合起来,学生以主动的、实践的方式参与到课程的各个教学环节。CDIO倡导“做中学”和“基于项目的教育和学习”。[1]
“软件体系结构”课程是高等学校软件工程专业最重要的专业核心课程之一,该课程主要介绍软件体系结构的基本原理、方法和实践等方面的内容。针对“软件体系结构”课程的特点及目前教学中存在的问题,探讨面向CDIO工程教育模式的“软件体系结构”课程教学改革与实践,对培养学生的专业技能和工程能力都具有重要意义。
一、CDIO工程教育模式概述
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,是由瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、美国麻省理工学院、瑞典皇家技术学院于2001年合作开发的一个新型工程教育平台。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),强调课程学习与项目设计相联系,培养学生的工程实践能力。CDIO培养大纲要求工程毕业生需具备以下四方面的能力:技术知识与推理,个人与职业技能,团队协作与沟通能力,在企业和社会环境下构思、设计、实现和运作。[2]CDIO模式把培养目标融入到整个课程体系中,每一个能力点都要具体落实到课程和课外活动中。CDIO注重实践性教学和实际动手能力,主张课程实验教学应该从具体实际出发,然后上升至理论,最后再回到实际操作中来,以创作最终产品为教学目标。[3]
二、课程特点及存在的问题
1.软件体系结构课程的特点
(1)软件体系结构课程的基本原理和内容较为新颖。软件体系结构的研究始于上世纪90年代,它是植根于软件工程并已独立于软件工程的一门新兴学科,其基本原理和内容源于最近二十年来软件研发过程中形成的软件体系结构最新理论成果和实践经验的总结,具有新颖性和学术性的特点。
(2)软件体系结构的设计原则、技术、方法较为抽象。[4]软件体系结构的设计原则、技术、方法通常是以前软件系统设计过程中的经验总结,其目的是为了在给定的时间、经费等约束条件下快速而高效地设计出高质量的软件,它们位于所有具体项目之上,针对全体软件项目,具有一定的抽象性。
(3)软件体系结构的设计是一门艺术。没有绝对完美的体系结构,只有满足某个特定项目需求的体系结构。软件体系结构的设计要考虑功能需求、质量需求及其他的商业因素,并且一些质量属性之间经常是相互冲突的,因此在实际的设计过程中,必须根据项目的实际情况对各种要素进行权衡与折衷,从而得到总体上满足用户要求的软件。
2.教学中存在的问题
(1)理论抽象容易使学生感到空洞乏味。软件体系结构主要的是从整体架构的层面来考虑复杂软件系统的设计问题,而课程的授课对象却是缺乏实际项目开发经验的在校学生,他们一般情况下很难理解课程中的抽象理论并应用到实际的软件项目中,容易产生空洞乏味的感觉。
(2)学生缺乏必要的认知与体验。软件体系结构是一门理论与应用并存的学科,在实际的软件项目开发中,特别是大型复杂的软件系统,体系结构的设计甚至可以决定一个软件项目的成败;由于学生经历的限制,他们对软件架构分析与设计的方法和过程缺少深刻的感性认识,也不容易理解和把握各种质量属性之间以及与非技术因素的权衡与折衷。同时,由于软件体系结构设计的成果不易得到及时而明确的验证,学生很难形成深刻的体验。
三、CDIO模式在课程教学中的探究与实践
鉴于软件体系结构课程的特点及其在教学中存在的问题,传统的的教学方法难以达到理想的教学效果,在此情境下,我们将CDIO工程教育模式引入到软件体系结构课程中,确定了以CDIO培养大纲为指南、以项目设计为导向、以工程能力培养为目标的课程教学模式。
(1)打破传统,创新教学方式,培养学生技术知识与推理能力。掌握必需的专业技术基础知识,并具备严谨的推理能力是CDIO大纲的第一个方面,也是其他三种能力的基础。软件系统结构课程中的专业技术基础知识包括基本概念、原理和方法等,理论性比较强,传统的满堂灌的教学方式很难吸引学生的兴趣,只有创新教学理念,采用多种教学方式才能真正抓住学生。对于理论性的内容,我们综合运用了教师讲授、学生主讲教师点评、课堂讨论、学生自学提交报告等多种方式。例如对于软件体系结构风格这部分内容,我们采取学生主讲、全体讨论、教师点评的方式。主讲的学生在课前查阅相关资料认真准备,课上与其他同学分享对某种软件体系结构风格的理解,教师引导所有学生进行讨论并给出点评与总结。实践表明,多种教学方式的综合运用能较好地调动学生的积极性,使学生既掌握了专业知识,又提升了个人综合素质。
(2)案例导学,培养学生个人与职业技能。个人与职业技能是一个成熟工程师必备的核心素质,也是CDIO大纲要求的第二种能力,主要包括识别并形成问题、建模、分析与解决问题以及整个过程中的系统思维能力。这里,我们选择一些经典的成功案例作为素材,并与课程中的相关知识点相关联,引导学生正确识别用户的关键需求,对系统体系结构建模,设计出满足用户要求的软件体系结构以及对所设计的体系结构进行分析与评估,识别潜在的风险点、敏感点和平衡点等。通过案例导学,既训练了学生分析问题、解决问题的能力,也增强了他们在实际工程环境中的成本意识和风险意识。
(3)分组互学互助,提升团队协作与沟通能力。团队能力是CDIO大纲要求工程毕业生必备的一种能力,在实际教学过程中,我们将所有学生分为若干组,每组由一名组长和若干名组员构成,无论是课堂的小组讨论,还是项目实训,以及最后的课程考核,均以小组为单位完成。在组长的统筹安排下,组员之间分工协作,互学互助,事实证明,这种方式可以有效提升学生的团队意识和协作能力。
(4)项目驱动,全面实践CDIO。CDIO大纲的第四部分是企业与社会环境下的构思、设计、实现和运作系统,它展示了一个产品或系统完整的开发过程,也体现了“做中学”和“基于项目的教育和学习”的精髓。这里,我们以一个完整的实际科研项目为驱动,以基于体系结构的软性开发方法为指导,将构思、设计、实现和运作这四个阶段完全融入该项目中。在构思阶段,针对项目的实际背景和要求进行需求分析,提炼出系统的功能需求、质量需求以及其他约束条件,确定一种或多种相关的软件体系结构风格;在设计阶段,根据构思阶段的成果进行建模,设计出合适的软件体系结构并进行分析和评估;实现阶段主要是完成系统的构建与实现;运行阶段则主要是通过投入实施的产品对前期程序进行评估的过程,包括对系统的修订、改进或淘汰等。同时,我们给学生安排了另一个类似的实训项目作为练习,也作为对学生考核的依据,学生在课程学习的同时,各个小组同步地完成相应的实训阶段的任务,这样,当课程结束的时候,每个小组也完成了系统的创作。将教学过程放到工程项目的具体情境中,学生在每个阶段都有阶段性的成果,最后形成一个完整的作品,这种方式有效地激发了学生的学习热情,培养了学生的工程实践能力。
(5)综合考虑,注重能力考核。在课程的考核上,我们摒弃了一般的理论考试,而更注重工程能力的考核,考核主要依据为贯穿课程始终的实训项目,考核采取项目答辩的形式:在课程结束后,每个小组根据实训项目的完成情况进行汇报演讲,组长首先给出总结报告与系统演示,然后由每个组员就自己承担的工作进行讲解,最后教师根据汇报内容提问并由学生作答以评定学生成绩。另外,每个小组还需提供相应的技术资料,包括软件需求规格说明书、系统用例图、软件体系结构风格选择与说明、软件体系结构设计报告、软件体系结构分析与评估报告、系统构建与实现过程说明、软件使用说明书、系统源码、答辩PPT等。该考核方式注重平时项目实训过程中工程能力的训练和积累,避免了传统考试中学生考前死背理论的弊端,也不会给学生带来而额外的考试负担。
四、总结
CDIO工程教育模式是一种面向高等工程教育,以“做中学”和“基于项目的教育和学习”为精髓,以工程能力培养为目标的新模式,本文以“软件体系结构”课程为例对CDIO模式进行了探究。实践表明,该模式能较好地激发学生的学习热情,帮助学生在有限的学时内较好较快地掌握该门课程,迅速培养和提高学生实际的工程实践能力和团队协作能力。笔者认为CDIO模式值得在其他课程中作进一步的推广和研究。
参考文献:
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1-7.
[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——基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究,2009,(4):116-119.
[3]王志强,蔡平,杜文峰.基于CDIO理念的多媒体应用基础课程实践教学改革[J].计算机教育,2009,(12):137-138,143.
[4]陈长清.软件体系结构课程教学探讨[J].计算机教育,2008,(22):134-135,127.
(责任编辑:郝魁府)
关键词:CDIO;软件体系结构;工程教育
作者简介:郭威(1983-),男,湖北孝感人,盐城师范学院信息科学与技术学院,助教,工学硕士,主要研究方向:工作流、软件工程。(江苏 盐城 224002)
CDIO是当前国际高等工程教育的一种创新模式,它以工程项目从研发到运行的生命周期为载体,通过项目设计将整个课程体系系统地、有机地结合起来,学生以主动的、实践的方式参与到课程的各个教学环节。CDIO倡导“做中学”和“基于项目的教育和学习”。[1]
“软件体系结构”课程是高等学校软件工程专业最重要的专业核心课程之一,该课程主要介绍软件体系结构的基本原理、方法和实践等方面的内容。针对“软件体系结构”课程的特点及目前教学中存在的问题,探讨面向CDIO工程教育模式的“软件体系结构”课程教学改革与实践,对培养学生的专业技能和工程能力都具有重要意义。
一、CDIO工程教育模式概述
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,是由瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、美国麻省理工学院、瑞典皇家技术学院于2001年合作开发的一个新型工程教育平台。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),强调课程学习与项目设计相联系,培养学生的工程实践能力。CDIO培养大纲要求工程毕业生需具备以下四方面的能力:技术知识与推理,个人与职业技能,团队协作与沟通能力,在企业和社会环境下构思、设计、实现和运作。[2]CDIO模式把培养目标融入到整个课程体系中,每一个能力点都要具体落实到课程和课外活动中。CDIO注重实践性教学和实际动手能力,主张课程实验教学应该从具体实际出发,然后上升至理论,最后再回到实际操作中来,以创作最终产品为教学目标。[3]
二、课程特点及存在的问题
1.软件体系结构课程的特点
(1)软件体系结构课程的基本原理和内容较为新颖。软件体系结构的研究始于上世纪90年代,它是植根于软件工程并已独立于软件工程的一门新兴学科,其基本原理和内容源于最近二十年来软件研发过程中形成的软件体系结构最新理论成果和实践经验的总结,具有新颖性和学术性的特点。
(2)软件体系结构的设计原则、技术、方法较为抽象。[4]软件体系结构的设计原则、技术、方法通常是以前软件系统设计过程中的经验总结,其目的是为了在给定的时间、经费等约束条件下快速而高效地设计出高质量的软件,它们位于所有具体项目之上,针对全体软件项目,具有一定的抽象性。
(3)软件体系结构的设计是一门艺术。没有绝对完美的体系结构,只有满足某个特定项目需求的体系结构。软件体系结构的设计要考虑功能需求、质量需求及其他的商业因素,并且一些质量属性之间经常是相互冲突的,因此在实际的设计过程中,必须根据项目的实际情况对各种要素进行权衡与折衷,从而得到总体上满足用户要求的软件。
2.教学中存在的问题
(1)理论抽象容易使学生感到空洞乏味。软件体系结构主要的是从整体架构的层面来考虑复杂软件系统的设计问题,而课程的授课对象却是缺乏实际项目开发经验的在校学生,他们一般情况下很难理解课程中的抽象理论并应用到实际的软件项目中,容易产生空洞乏味的感觉。
(2)学生缺乏必要的认知与体验。软件体系结构是一门理论与应用并存的学科,在实际的软件项目开发中,特别是大型复杂的软件系统,体系结构的设计甚至可以决定一个软件项目的成败;由于学生经历的限制,他们对软件架构分析与设计的方法和过程缺少深刻的感性认识,也不容易理解和把握各种质量属性之间以及与非技术因素的权衡与折衷。同时,由于软件体系结构设计的成果不易得到及时而明确的验证,学生很难形成深刻的体验。
三、CDIO模式在课程教学中的探究与实践
鉴于软件体系结构课程的特点及其在教学中存在的问题,传统的的教学方法难以达到理想的教学效果,在此情境下,我们将CDIO工程教育模式引入到软件体系结构课程中,确定了以CDIO培养大纲为指南、以项目设计为导向、以工程能力培养为目标的课程教学模式。
(1)打破传统,创新教学方式,培养学生技术知识与推理能力。掌握必需的专业技术基础知识,并具备严谨的推理能力是CDIO大纲的第一个方面,也是其他三种能力的基础。软件系统结构课程中的专业技术基础知识包括基本概念、原理和方法等,理论性比较强,传统的满堂灌的教学方式很难吸引学生的兴趣,只有创新教学理念,采用多种教学方式才能真正抓住学生。对于理论性的内容,我们综合运用了教师讲授、学生主讲教师点评、课堂讨论、学生自学提交报告等多种方式。例如对于软件体系结构风格这部分内容,我们采取学生主讲、全体讨论、教师点评的方式。主讲的学生在课前查阅相关资料认真准备,课上与其他同学分享对某种软件体系结构风格的理解,教师引导所有学生进行讨论并给出点评与总结。实践表明,多种教学方式的综合运用能较好地调动学生的积极性,使学生既掌握了专业知识,又提升了个人综合素质。
(2)案例导学,培养学生个人与职业技能。个人与职业技能是一个成熟工程师必备的核心素质,也是CDIO大纲要求的第二种能力,主要包括识别并形成问题、建模、分析与解决问题以及整个过程中的系统思维能力。这里,我们选择一些经典的成功案例作为素材,并与课程中的相关知识点相关联,引导学生正确识别用户的关键需求,对系统体系结构建模,设计出满足用户要求的软件体系结构以及对所设计的体系结构进行分析与评估,识别潜在的风险点、敏感点和平衡点等。通过案例导学,既训练了学生分析问题、解决问题的能力,也增强了他们在实际工程环境中的成本意识和风险意识。
(3)分组互学互助,提升团队协作与沟通能力。团队能力是CDIO大纲要求工程毕业生必备的一种能力,在实际教学过程中,我们将所有学生分为若干组,每组由一名组长和若干名组员构成,无论是课堂的小组讨论,还是项目实训,以及最后的课程考核,均以小组为单位完成。在组长的统筹安排下,组员之间分工协作,互学互助,事实证明,这种方式可以有效提升学生的团队意识和协作能力。
(4)项目驱动,全面实践CDIO。CDIO大纲的第四部分是企业与社会环境下的构思、设计、实现和运作系统,它展示了一个产品或系统完整的开发过程,也体现了“做中学”和“基于项目的教育和学习”的精髓。这里,我们以一个完整的实际科研项目为驱动,以基于体系结构的软性开发方法为指导,将构思、设计、实现和运作这四个阶段完全融入该项目中。在构思阶段,针对项目的实际背景和要求进行需求分析,提炼出系统的功能需求、质量需求以及其他约束条件,确定一种或多种相关的软件体系结构风格;在设计阶段,根据构思阶段的成果进行建模,设计出合适的软件体系结构并进行分析和评估;实现阶段主要是完成系统的构建与实现;运行阶段则主要是通过投入实施的产品对前期程序进行评估的过程,包括对系统的修订、改进或淘汰等。同时,我们给学生安排了另一个类似的实训项目作为练习,也作为对学生考核的依据,学生在课程学习的同时,各个小组同步地完成相应的实训阶段的任务,这样,当课程结束的时候,每个小组也完成了系统的创作。将教学过程放到工程项目的具体情境中,学生在每个阶段都有阶段性的成果,最后形成一个完整的作品,这种方式有效地激发了学生的学习热情,培养了学生的工程实践能力。
(5)综合考虑,注重能力考核。在课程的考核上,我们摒弃了一般的理论考试,而更注重工程能力的考核,考核主要依据为贯穿课程始终的实训项目,考核采取项目答辩的形式:在课程结束后,每个小组根据实训项目的完成情况进行汇报演讲,组长首先给出总结报告与系统演示,然后由每个组员就自己承担的工作进行讲解,最后教师根据汇报内容提问并由学生作答以评定学生成绩。另外,每个小组还需提供相应的技术资料,包括软件需求规格说明书、系统用例图、软件体系结构风格选择与说明、软件体系结构设计报告、软件体系结构分析与评估报告、系统构建与实现过程说明、软件使用说明书、系统源码、答辩PPT等。该考核方式注重平时项目实训过程中工程能力的训练和积累,避免了传统考试中学生考前死背理论的弊端,也不会给学生带来而额外的考试负担。
四、总结
CDIO工程教育模式是一种面向高等工程教育,以“做中学”和“基于项目的教育和学习”为精髓,以工程能力培养为目标的新模式,本文以“软件体系结构”课程为例对CDIO模式进行了探究。实践表明,该模式能较好地激发学生的学习热情,帮助学生在有限的学时内较好较快地掌握该门课程,迅速培养和提高学生实际的工程实践能力和团队协作能力。笔者认为CDIO模式值得在其他课程中作进一步的推广和研究。
参考文献:
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1-7.
[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——基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究,2009,(4):116-119.
[3]王志强,蔡平,杜文峰.基于CDIO理念的多媒体应用基础课程实践教学改革[J].计算机教育,2009,(12):137-138,143.
[4]陈长清.软件体系结构课程教学探讨[J].计算机教育,2008,(22):134-135,127.
(责任编辑:郝魁府)