工程教育軟件的論文

　　1基于CDIO工程教育模式的教學方法

　　基于CDIO工程教育模式的項目驅(qū)動“面向?qū)ο筌浖�工程”課程教學方法（下簡稱CDIO教學法），以培養(yǎng)學生的基本工程能力和工程綜合素質(zhì)為目標，將“面向?qū)ο筌浖�工程”知識體系中的相關(guān)知識點滲透到實踐的各個環(huán)節(jié)中，而這些環(huán)節(jié)和軟件工程生命周期完全一致，在各個環(huán)節(jié)中解決問題的方法則可以采用CDIO的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運行理念。我們參照CDIO能力大綱，提出通過“面向?qū)ο筌浖�工程”教學和課程項目實踐，培養(yǎng)學生如下方面能力：①通過基于案例/項目驅(qū)動來學習，要求學生能夠深入理解“面向?qū)ο筌浖�工程”的知識體系和該課程的基礎(chǔ)理論并能在實際項目中加以靈活應用�！懊嫦�?qū)ο筌浖�工程”的知識體系為學生理解和應用其基礎(chǔ)理論解決分析、設(shè)計、實現(xiàn)和運行中的實際問題打下基礎(chǔ)并提供有效工具；而“面向?qū)ο筌浖�工程”理論基礎(chǔ)為學生針對實際問題進行發(fā)明創(chuàng)造提供動力，為學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題提供理論支持。②通過“面向?qū)ο筌浖�工程”課程中項目的驅(qū)動，要求學生創(chuàng)建項目團隊，通過課程項目實踐各個環(huán)節(jié)（包括需求分析、設(shè)計和實現(xiàn)等環(huán)節(jié)及在此環(huán)節(jié)中的各項活動、溝通與協(xié)調(diào)、文檔撰寫），培養(yǎng)學生的良好職業(yè)素養(yǎng)，以及團隊合作、系統(tǒng)思維、工程實踐、項目管理和文檔寫作的能力。③通過“面向?qū)ο筌浖�工程”理論學習和課程實踐，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力，以開發(fā)出具有鮮明個性的軟件作品。

　　2CDIO教學法在“面向?qū)ο筌浖�工程”理論及其課程項目教學設(shè)計中的應用

　　2.1總體設(shè)計

　　目前，“面向?qū)ο筌浖�工程”課程教學安排共計54學時，我們將理論教學內(nèi)容與課程項目實踐教學內(nèi)容結(jié)合起來進行設(shè)計。在整個教學周期內(nèi)，按照軟件生命周期并結(jié)合CDIO、案例與項目驅(qū)動的教學法，設(shè)計理論課程案例教學過程中的相關(guān)活動，配合對應的課程項目實施活動加以有效組織與實踐，在整個教學環(huán)節(jié)結(jié)合項目開發(fā)活動的進展與深入，要求學生記錄自己團隊活動中的相關(guān)內(nèi)容，按照我們事先制定的規(guī)范撰寫并維護項目文檔。具體解決方案是：第一，正式課程教學的1~6周，設(shè)計項目描述和需求獲取與分析、系統(tǒng)設(shè)計中的具體活動，這些活動包括分別標識實體對象、邊界對象和控制對象；將用例映射成對象；建立對象之間的交互；標識關(guān)聯(lián)、聚集和屬性；對單一對象狀態(tài)依賴行為的建模；對對象之間的繼承關(guān)系建模；對本階段的分析對象模型進行評審；基于分析對象模型標識出設(shè)計目標，進行子系統(tǒng)分解和標識；將子系統(tǒng)映射到系統(tǒng)構(gòu)件元素上；標識并存儲持久性數(shù)據(jù)；設(shè)計訪問控制策略；設(shè)計全局控制流；標識服務；標識邊界條件；對系統(tǒng)設(shè)計進行評審。第二，7~14周，設(shè)計對象設(shè)計與實現(xiàn)中的活動，這些活動包括學習軟件復用和設(shè)計模式，并在詳細設(shè)計中加以應用；對對象之間的接口進行說明，涉及標識遺漏的屬性和操作、說明接口類型、簽名與可見性，說明接口中相關(guān)方法的前置條件、后置條件和不變式等。第三，15~16周，設(shè)計測試階段中的活動。第四，17周，進行相關(guān)的總結(jié)活動，包括項目文檔的靜態(tài)檢查和驗收，以及課程項目的動態(tài)演示與現(xiàn)場回答問題。

　　2.2設(shè)計課程項目

　　在設(shè)計課程項目中，將考慮提供給學生一個貫穿整個學期的課程教學項目描述，為此我們將選擇開發(fā)一個基于Web的應用系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的實例很多，可以由教師設(shè)定或者由學生自選，如教師可根據(jù)教學中的需要設(shè)定一類基于Web的師生交流系統(tǒng)，以方便實現(xiàn)教師和學生之間關(guān)于做項目時的溝通。學生也可以根據(jù)個人興趣選擇網(wǎng)游軟件開發(fā)，或者選擇基于Web的電子商務網(wǎng)站系統(tǒng)等。總之，相關(guān)項目的設(shè)計需要教師事先準備好項目描述或問題定義。為了開發(fā)這類基于Web的應用系統(tǒng)，教師需要指定項目使用的環(huán)境和工具，主要包括兩類：一類是開發(fā)環(huán)境與工具、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、界面開發(fā)工具等，另一類是項目管理工具。這一階段設(shè)計的活動屬于CDIO中的構(gòu)思階段。

　　2.3設(shè)計理論課程教學過程

　　首先，在理論課程教學內(nèi)容設(shè)計中，我們主要依據(jù)的是第3版的SWEBOK標準（2013），在CDIO工程教育模式的指導下，完成相關(guān)知識體系教學設(shè)計。在SWEBOK2013版中的17個知識點中（其中2個為候補知識點），我們選擇了其中10個知識點，并將這些知識點融合到“面向?qū)ο筌浖�工程”的理論課程教學中。這些知識點可有效地體現(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)計體現(xiàn)了CDIO的設(shè)計，軟件構(gòu)造和軟件測試體現(xiàn)了CDIO的實現(xiàn)，軟件維護體現(xiàn)了CDIO的運作等。其次，在此基礎(chǔ)上設(shè)計理論教學過程。一方面，以案例/項目驅(qū)動教學方法為基礎(chǔ)，“面向?qū)ο筌浖�工程”課程中相關(guān)知識體系及理論學習，要求學生在學習和思考中掌握“面向?qū)ο筌浖�工程”的相關(guān)知識、術(shù)語、理論和技術(shù)基礎(chǔ)，并通過團隊方式共同學習、討論和完成作業(yè)，并以團隊形式參加全體同學的各種討論活動；另一方面，要求學生圍繞著項目描述或者待解決的問題描述，完成團隊組建、工具選擇、項目計劃制定，并開始執(zhí)行需求工程中的需求獲取和需求分析活動，以及在此基礎(chǔ)上的系統(tǒng)設(shè)計活動，這些階段的工作結(jié)論需要學生加以記錄，特別是需求獲取與分析的結(jié)論和總體設(shè)計結(jié)論更要以文檔形式加以記錄。第三，結(jié)合案例/項目驅(qū)動教學，進一步完成“面向?qū)ο筌浖�工程”理論課程。具體做法是一方面引入小型案例，另一方面引入面向應用領(lǐng)域的實際項目，并在項目描述、需求獲取和分析活動、系統(tǒng)設(shè)計和對象設(shè)計中，將該項目的具體情景或者可行的系統(tǒng)設(shè)計解決方案引入課堂，在課堂上組織學生參與討論、分析這些基于場景的案例，將需求階段和系統(tǒng)設(shè)計階段中涉及的重點知識、術(shù)語、過程與步驟等重點和難點融入到案例中來講解和學習，以便于學生真正理解相關(guān)的理論教學內(nèi)容。這一階段的活動設(shè)計對應著CDIO中的構(gòu)思階段。

　　2.4基于項目驅(qū)動的課程實驗教學設(shè)計

　　解決軟件項目中的問題或?qū)崿F(xiàn)軟件項目中的任務，要求學生以團隊方式進行活動，并在整個活動中的各個階段貫徹CDIO工程教育的理念，即讓學生能夠?qū)�軟件項目中的任務完成進行構(gòu)思，獲取與軟件項目相對應的軟件系統(tǒng)的功能性需求、非功能性需求和系統(tǒng)約束，并以文檔方式進行描述；接著，通過設(shè)計手段來完成項目任務，用系統(tǒng)來對應將來要完成的任務，并在該系統(tǒng)設(shè)計中落實項目的各項要求，這需要通過對系統(tǒng)的總體設(shè)計、詳細設(shè)計等環(huán)節(jié)來達到，并將設(shè)計結(jié)論記錄在軟件設(shè)計文檔中；在前面構(gòu)思和設(shè)計的基礎(chǔ)上，選擇合適的程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，用編程的方式實現(xiàn)該系統(tǒng)，并完成相應的測試任務，注意在實現(xiàn)過程中，同樣要將相關(guān)結(jié)論以文檔的形式加以記錄，以備維護之需；在系統(tǒng)實現(xiàn)后，通過部署和運行等方式，讓該軟件系統(tǒng)（可以看成是本項目的解決方案）呈現(xiàn)出價值。在這一完整過程中，讓學生通過項目驅(qū)動下的團隊活動過程，體驗到軟件產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)到運行（包括維護）所經(jīng)歷的全生命周期過程。這一階段的活動設(shè)計對應著CDIO中的設(shè)計、實現(xiàn)階段。

　　2.5項目總結(jié)與項目驗收過程教學設(shè)計

　　項目總結(jié)過程的教學設(shè)計是以團隊為單位進行自我總結(jié)并撰寫項目總結(jié)報告，以個人為單位撰寫學習心得，教師主要驗收和檢查相應的項目總結(jié)報告和學生學習心得。項目驗收過程的核心是開展兩階段驗收活動，即在學期的15~18周中，選擇第15周進行一次中期檢查，第18周再進行一次期終項目驗收。全體主講教師和輔導教師組成一個答辯小組（一般為4人），他們事先要做好各項準備工作，包括現(xiàn)場點名以確認學生的有效身份并結(jié)合點名宣布學生團隊的答辯順序，保證答辯的有效性和合理性；由答辯小組組長宣布評分標準細節(jié)和學生是否能夠通過本次驗收活動的標準。

　　3實踐活動

　　在“面向?qū)ο筌浖�工程”課程教學活動中，共有45位學生（組成了15個團隊）全程參與了我們的教學改革過程，現(xiàn)在僅就驗收答辯環(huán)節(jié)進行說明。整個答辯所耗時間共計7個多小時；答辯老師根據(jù)實際情況（最低底線是學生必須完成項目要求的最基本功能），充分肯定了學生到目前為止所完成的開發(fā)成果，同時建議相關(guān)學生利用即將到來的假期進一步完成或完善該應用軟件系統(tǒng)的開發(fā)，及時修改設(shè)計上的缺陷。在本次教改實驗過程中，我們充分認識到這一教學過程對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)教學上過硬，還需要具備軟件項目開發(fā)的經(jīng)驗，這樣才能夠做到既能站在理論的高度指導學生分析和解決問題，同時也能給出實實在在的課程項目開發(fā)活動中的技術(shù)指導。

　　4結(jié)語

　　傳統(tǒng)“面向?qū)ο筌浖�工程”課程的教學方法所帶來的弊端已經(jīng)日益顯現(xiàn)。我們結(jié)合案例教學法和項目驅(qū)動教學法，提出了一種基于CDIO工程教育模式理念的“面向?qū)ο筌浖�工程”的教學方法，這既滿足了CDIO能力大綱體系中的4個方面，也體現(xiàn)出了教師在教學中的主導地位及作用和以學生為主體的教學風格，符合“新三中心論”。實踐證明，該課程教學方法有利于學生在以案例/項目方式充分理解和掌握本課程知識體系的前提下，通過項目驅(qū)動下的實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的問題分析能力、用編程手段解決問題的能力和團隊合作精神。

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