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結合CDIO理念的“做中學”——軟件工程課程教學方法的探討

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　　序言：
　　軟件生產(chǎn)工程化思想的提出為解決軟件危機帶來的軟件發(fā)展上的困擾提供了指導性原則。隨著軟件工程實踐的深入，相繼提出了許多技術、方法、原則等，豐富了軟件工程的理論基礎，使軟件生產(chǎn)擺脫了軟件危機的夢魘，走上了迅猛發(fā)展的道路。由于軟件工程在軟件行業(yè)發(fā)展所起到的作用，軟件工程作為一門學科被列為高等學校中計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)基礎性學科就是情理之中的事情了。
　　軟件工程課程設立的宗旨是使學生學會運用工程化的理念、技術和方法，合理而有效地設計出高質(zhì)量的軟件，并進行有效的軟件維護。軟件工程的教學效果的好壞將直接影響學生畢業(yè)之后是否能勝任其所從事的軟件開發(fā)崗位，是否能夠快速為企業(yè)創(chuàng)造價值。
　　然而，軟件工程在傳統(tǒng)的授課方式下，被大量的理論、原理與概念所包圍，，使得無論是老師還是學生在上課過程中都頗感枯燥和乏味。學生在這樣的氛圍下所學習到的知識只能是理論加理論，死記硬背，一到實際環(huán)境運用中，就不知該從何人手，無法應對眼前的問題，動手能力嚴重滯后于工作環(huán)境中的真實要求。長此以往，帶給人們的感覺仿佛軟件工程這門課程對實際軟件工程項目的指導意義不大，認為軟件工程這門課程類似于文科，考試時做兩道練習題、背一背理論概念就可以了。
　　至于工作以后，跟著公司項目組的要求做項目就可以了解整個軟件開發(fā)的過程，開發(fā)方法和技巧也可以在工作當中慢慢摸索和學習。但這是軟件開發(fā)公司所需要的人才嗎？公司喜歡啟用的是慢慢培養(yǎng)起來的新手呢，還是新人一到公司就能夠馬上融入到項目組為公司創(chuàng)造效益的新人呢？顯而易見，是后一種。
　　軟件公司所需要的人才應該是對項目有宏觀認識，不僅有基本的分析設計的技能，還要有遇到問題多層次、多角度、靈活地處理問題的能力。不僅需要在技術方面有扎實的基本功，還必須擁有良好的團隊協(xié)作精神、實踐能力和自學能力。軟件工程的現(xiàn)行教學模式顯然已經(jīng)落后于市場的實際需要了。
　　
　　一、先進教育理念的引入
　　
　�。ㄒ唬白鲋袑W”原則與建構主義
　　杜威是美國著名的哲學家、教育學家和心理學家，是美國“進步教育”運動的先驅(qū)。“教育即生活”、“教育即生長”、“教育即經(jīng)驗的改造”是杜威教育理論中的三個核心命題，提出了舉世聞名的“做中學（Leaming bydoing）”原則。杜威認為，“做中學”也就是“從活動中學”、“從經(jīng)驗中學”，“從做中學是比從聽中學更好的學習方法”。主張在教學中學生必須成為積極主動的參與者，而教師則是學生活動的協(xié)助者。
　　“做中學”是以“做項目”為主線來組織課程，以用導學。在做項目的過程中學習必要的知識，知識以必需、夠用為度，強調(diào)自學能力的培養(yǎng)。在知識運用的過程中，以學生為中心的自主學習理論，則體現(xiàn)出建構主義的思想。建構主義的主要觀點是給學生提供活動的時空（思維空間），讓學生主動建構自己的認知結構，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。它強調(diào)學生是信息的加工主體，是知識意義上的主動建構者；教師是建構活動的設計者、組織者和促進者。教師給學生設計的問題很多是學生現(xiàn)有知識經(jīng)驗不能解決，并能夠引起他們強烈認知沖突的問題。對于這些問題或疑難學習者須在他人幫助下經(jīng)過積極地回憶、探究、建構，才能加以解決。教師通過創(chuàng)建良好的學習環(huán)境，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，引導學生積極探索，主動發(fā)現(xiàn)，從而達到對所學知識意義建構的目的，為創(chuàng)新能力的提高奠定基礎。
　　
　�。ǘ〤DIO教育理念
　　CDIO是在2001年4所前沿的工程大學（瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院）合作開發(fā)的一個新興型的工程教育模型。它的目標就是將企業(yè)界的需求以工程學基本原理來表述。CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Im—plement）、運作（Operate）4個英文單詞的縮寫，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，從而培養(yǎng)學生的科學技術、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。它是“做中學”原則和基于項目的教育與學習的集中體現(xiàn)。CDIO的指導思想是以誠信、職業(yè)道德培養(yǎng)為基礎，以丁程設計任務為導向，以培養(yǎng)個人能力、團隊能力和系統(tǒng)的適應與調(diào)控能力為主要目標，讓學生以主動的、實踐的課程之間有聯(lián)系的方式學習工程。
　　CDIO的關聯(lián)原則強調(diào)了工程項目實踐全生命周期的教育，應著眼于能力、知識的教、學、做過程的關聯(lián)，而不是專注于具體工程項目的知識內(nèi)容。
　　
　�。ㄈ┤N教育理念的融合
　　上述三種教育理念都重視從實際問題人手引發(fā)學生的學習動力，強調(diào)學習的主動性與積極性，著重培養(yǎng)學生實際問題的解決能力和個人工程素質(zhì)。三者之間也各有側重點。CDIO更強調(diào)整個學科乃至專業(yè)上的統(tǒng)一協(xié)作關系，強調(diào)知識的關聯(lián)性。它是一種較為宏觀、全局性的教育策略，為整個工程教育搭建了一個骨架；在具體實踐過程中，“做中學”則體現(xiàn)為一種實施策略。
　　它強調(diào)在基于項目的反復學習訓練中，形成各種能力。
　　學生在此過程中學到一些必要的知識，但不是所有知識，更重要的是獲得自學、應用的能力；在獲得知識的過程中引用建構主義思想則強調(diào)知識的構建過程，培養(yǎng)學生知識的自我獲取能力和創(chuàng)新能力。
　　這些能力的獲取正是學生終身取之不盡用之不竭的寶貴財富。在有限的學制中任何專業(yè)教育都不可能將今后工作中所需的知識完全教給學生，而只能教給學生在產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，如何去“做中學”，如何運用已有知識去構建新的知識體系，這正符合軟件工程人才培養(yǎng)的目標。圖1表述了在軟件工程課程背景下如何將這三種思想有機地融合在一起。魚骨的骨架以軟件開發(fā)基本流程中的需求分析、系統(tǒng)設計、軟件實現(xiàn)與測試和軟件維護，分別對應CDIO的構思、設計、實現(xiàn)和操作，作為貫穿始終的主線，最終完成一個產(chǎn)品的生命周期過程；在此基礎上每一個階段都采用“做中學”的方式從引導人手，根據(jù)不斷提出的問題和任務，分析問題，解決問題，完成各個階段中的任務。在引導的過程中需要教師應用建構思想搭建相應的學習環(huán)境，引發(fā)學生的學習熱情和積極性。
　　
　　二、融合模式下的課程設計
　　
　　一個軟件項目的生命周期是從用戶的問題定義開始的。因此在課程一開始，首先拋 一個項目背景，同時給出相應的任務，讓學生根據(jù)已有的知識體系構建和完成任務，在完成任務的過程中學生會發(fā)現(xiàn)問題和知識的不足。此時的教師扮演著加油站的角色，從“用”的角度為學生梳理要學習的知識點，并著重對這些知識點進行講解，使學生在“做中學”，并在學習的過程中深化對規(guī)約問題的認識和知識的理解。在課程設計中對整個需求分析階段設置了5個任務。引導任務的作用是將學生引入到當前階段的環(huán)境中，后續(xù)的四個任務則是一步步引導學生在不斷進行的知識補充過程中逐步完成階段性目標。圖2需求分析階段課程設計魚骨示意圖詳細描述了此階段課程設計的細節(jié)。下面結合軟件工程中需求部分中需求定義部分（任務2）內(nèi)容，探討一下在融合模式下的實施過程。
　　
　�。ㄒ唬└鶕�(jù)一個項目的實際背景提出問題，引發(fā)學生的思考
　　在講述完需求工程概述，對于需求階段的任務有了一個總體上的認知之后，向?qū)W生拋出一個問題：“你認為為了促成軟件的實現(xiàn)，需求規(guī)格說明書中需要提供哪些方面的內(nèi)容？”學生可能會根據(jù)目前已經(jīng)掌握的知識和已有的項目經(jīng)驗，通過查閱資料進行自主學習，提出“系統(tǒng)功能描述”、“系統(tǒng)運行環(huán)境”、“用戶界面要求”等多項內(nèi)容，同時以書面的方式進行提交。
　　
　�。ǘ┏槿№椖啃〗M進行需求描述評審
　　以抽簽的方式選派項目小組代表陳述小組的成果，同時其他項目小組的學生扮演評審委員會的角色，對陳述內(nèi)容進行評價，指出不足。學生在爭辯的過程巾，很有可能自己就會提出疑問，發(fā)現(xiàn)問題。通過評審，學生可以各抒己見，不僅鍛煉了語言表達能力，還可以培養(yǎng)學生質(zhì)疑探究的能力。教師最后作一下總結，指出遺漏的內(nèi)容和其中存在的問題，引出需求規(guī)格說明書中需要寫明的內(nèi)容及其原因。對比和強調(diào)需求規(guī)格說明書與用戶需求說明書之間的區(qū)別，指出構建需求模型對于后續(xù)軟件開發(fā)工作的重要性，并解釋需求模型的組成內(nèi)容及其關系。
　　
　�。ㄈ┙處煂χR點進行梳理，引入需求模型知識點
　　學生在經(jīng)過了自己的思考之后，會對新引入的知識點產(chǎn)生濃厚的興趣。教師在此基礎之上對需求模型中的各部分內(nèi)容進行講解，例如比較難掌握的功能模型～數(shù)據(jù)流圖，學生將會以前面的知識需求為背景，在聽取老師的講解過程中找到相應的答案，從而達到知識的理解和領悟能力的改善。
　　
　　（四）運用新知識到自己的項目中
　　雖然對知識進行了重新的構建，在實際的運用過程中肯定還會存在這樣那樣的問題。因此，知識的及時運用非常關鍵。在老師講授完新的知識內(nèi)容之后，要求學生根據(jù)自己的項目背景重新修改、完善先前提交的項目需求文檔，強化學生的知識的實際運用能力。到此，該階段的教學內(nèi)容告一段落。
　　
　　三、總結
　　
　　針對軟件工程課程存在的一些困惑，本文提出了一種結合CDIO理念“做中學”的軟件工程課程新的教學模式，強化了學生T程應用能力的培養(yǎng)。目前這種教學模式仍處在一個摸索的階段，雖然通過實踐取得了一些有益的成果，但是在一些細節(jié)上仍然需要在繼續(xù)深入領會融合模式精髓的基礎之上做好進一步實踐、完善和探索。
　　

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　　參考文獻：
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