工程教育软件工程论文

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1基于CDIO工程教育模式的教学方法

基于CDIO工程教育模式的项目驱动“面向对象软件工程”课程教学方法（下简称CDIO教学法），以培养学生的基本工程能力和工程综合素质为目标，将“面向对象软件工程”知识体系中的相关知识点渗透到实践的各个环节中，而这些环节和软件工程生命周期完全一致，在各个环节中解决问题的方法则可以采用CDIO的构思、设计、实现和运行理念。我们参照CDIO能力大纲，提出通过“面向对象软件工程”教学和课程项目实践，培养学生如下方面能力：①通过基于案例/项目驱动来学习，要求学生能够深入理解“面向对象软件工程”的知识体系和该课程的基础理论并能在实际项目中加以灵活应用。“面向对象软件工程”的知识体系为学生理解和应用其基础理论解决分析、设计、实现和运行中的实际问题打下基础并提供有效工具；而“面向对象软件工程”理论基础为学生针对实际问题进行发明创造提供动力，为学生发现问题、分析问题和解决问题提供理论支持。②通过“面向对象软件工程”课程中项目的驱动，要求学生创建项目团队，通过课程项目实践各个环节（包括需求分析、设计和实现等环节及在此环节中的各项活动、沟通与协调、文档撰写），培养学生的良好职业素养，以及团队合作、系统思维、工程实践、项目管理和文档写作的能力。③通过“面向对象软件工程”理论学习和课程实践，培养学生的创新意识和能力，以开发出具有鲜明个性的软件作品。

2CDIO教学法在“面向对象软件工程”理论及其课程项目教学设计中的应用

2.1总体设计

目前，“面向对象软件工程”课程教学安排共计54学时，我们将理论教学内容与课程项目实践教学内容结合起来进行设计。在整个教学周期内，按照软件生命周期并结合CDIO、案例与项目驱动的教学法，设计理论课程案例教学过程中的相关活动，配合对应的课程项目实施活动加以有效组织与实践，在整个教学环节结合项目开发活动的进展与深入，要求学生记录自己团队活动中的相关内容，按照我们事先制定的规范撰写并维护项目文档。具体解决方案是：第一，正式课程教学的1~6周，设计项目描述和需求获取与分析、系统设计中的具体活动，这些活动包括分别标识实体对象、边界对象和控制对象；将用例映射成对象；建立对象之间的交互；标识关联、聚集和属性；对单一对象状态依赖行为的建模；对对象之间的继承关系建模；对本阶段的分析对象模型进行评审；基于分析对象模型标识出设计目标，进行子系统分解和标识；将子系统映射到系统构件元素上；标识并存储持久性数据；设计访问控制策略；设计全局控制流；标识服务；标识边界条件；对系统设计进行评审。第二，7~14周，设计对象设计与实现中的活动，这些活动包括学习软件复用和设计模式，并在详细设计中加以应用；对对象之间的接口进行说明，涉及标识遗漏的属性和操作、说明接口类型、签名与可见性，说明接口中相关方法的前置条件、后置条件和不变式等。第三，15~16周，设计测试阶段中的活动。第四，17周，进行相关的总结活动，包括项目文档的静态检查和验收，以及课程项目的动态演示与现场回答问题。

2.2设计课程项目

在设计课程项目中，将考虑提供给学生一个贯穿整个学期的课程教学项目描述，为此我们将选择开发一个基于Web的应用系统。这类系统的实例很多，可以由教师设定或者由学生自选，如教师可根据教学中的需要设定一类基于Web的师生交流系统，以方便实现教师和学生之间关于做项目时的沟通。学生也可以根据个人兴趣选择网游软件开发，或者选择基于Web的电子商务网站系统等。总之，相关项目的设计需要教师事先准备好项目描述或问题定义。为了开发这类基于Web的应用系统，教师需要指定项目使用的环境和工具，主要包括两类：一类是开发环境与工具、数据库管理系统、界面开发工具等，另一类是项目管理工具。这一阶段设计的活动属于CDIO中的构思阶段。

2.3设计理论课程教学过程

首先，在理论课程教学内容设计中，我们主要依据的是第3版的SWEBOK标准（2013），在CDIO工程教育模式的指导下，完成相关知识体系教学设计。在SWEBOK2013版中的17个知识点中（其中2个为候补知识点），我们选择了其中10个知识点，并将这些知识点融合到“面向对象软件工程”的理论课程教学中。这些知识点可有效地体现着CDIO的工程教育理念，如软件需求体现了CDIO的构思，软件设计体现了CDIO的设计，软件构造和软件测试体现了CDIO的实现，软件维护体现了CDIO的运作等。其次，在此基础上设计理论教学过程。一方面，以案例/项目驱动教学方法为基础，“面向对象软件工程”课程中相关知识体系及理论学习，要求学生在学习和思考中掌握“面向对象软件工程”的相关知识、术语、理论和技术基础，并通过团队方式共同学习、讨论和完成作业，并以团队形式参加全体同学的各种讨论活动；另一方面，要求学生围绕着项目描述或者待解决的问题描述，完成团队组建、工具选择、项目计划制定，并开始执行需求工程中的需求获取和需求分析活动，以及在此基础上的系统设计活动，这些阶段的工作结论需要学生加以记录，特别是需求获取与分析的结论和总体设计结论更要以文档形式加以记录。第三，结合案例/项目驱动教学，进一步完成“面向对象软件工程”理论课程。具体做法是一方面引入小型案例，另一方面引入面向应用领域的实际项目，并在项目描述、需求获取和分析活动、系统设计和对象设计中，将该项目的具体情景或者可行的系统设计解决方案引入课堂，在课堂上组织学生参与讨论、分析这些基于场景的案例，将需求阶段和系统设计阶段中涉及的重点知识、术语、过程与步骤等重点和难点融入到案例中来讲解和学习，以便于学生真正理解相关的理论教学内容。这一阶段的活动设计对应着CDIO中的构思阶段。

2.4基于项目驱动的课程实验教学设计

解决软件项目中的问题或实现软件项目中的任务，要求学生以团队方式进行活动，并在整个活动中的各个阶段贯彻CDIO工程教育的理念，即让学生能够对软件项目中的任务完成进行构思，获取与软件项目相对应的软件系统的功能性需求、非功能性需求和系统约束，并以文档方式进行描述；接着，通过设计手段来完成项目任务，用系统来对应将来要完成的任务，并在该系统设计中落实项目的各项要求，这需要通过对系统的总体设计、详细设计等环节来达到，并将设计结论记录在软件设计文档中；在前面构思和设计的基础上，选择合适的程序设计语言、数据库管理系统等基础设施，用编程的方式实现该系统，并完成相应的测试任务，注意在实现过程中，同样要将相关结论以文档的形式加以记录，以备维护之需；在系统实现后，通过部署和运行等方式，让该软件系统（可以看成是本项目的解决方案）呈现出价值。在这一完整过程中，让学生通过项目驱动下的团队活动过程，体验到软件产品从构思、设计、实现到运行（包括维护）所经历的全生命周期过程。这一阶段的活动设计对应着CDIO中的设计、实现阶段。

2.5项目总结与项目验收过程教学设计

项目总结过程的教学设计是以团队为单位进行自我总结并撰写项目总结报告，以个人为单位撰写学习心得，教师主要验收和检查相应的项目总结报告和学生学习心得。项目验收过程的核心是开展两阶段验收活动，即在学期的15~18周中，选择第15周进行一次中期检查，第18周再进行一次期终项目验收。全体主讲教师和辅导教师组成一个答辩小组（一般为4人），他们事先要做好各项准备工作，包括现场点名以确认学生的有效身份并结合点名宣布学生团队的答辩顺序，保证答辩的有效性和合理性；由答辩小组组长宣布评分标准细节和学生是否能够通过本次验收活动的标准。

3实践活动

在“面向对象软件工程”课程教学活动中，共有45位学生（组成了15个团队）全程参与了我们的教学改革过程，现在仅就验收答辩环节进行说明。整个答辩所耗时间共计7个多小时；答辩老师根据实际情况（最低底线是学生必须完成项目要求的最基本功能），充分肯定了学生到目前为止所完成的开发成果，同时建议相关学生利用即将到来的假期进一步完成或完善该应用软件系统的开发，及时修改设计上的缺陷。在本次教改实验过程中，我们充分认识到这一教学过程对教师也提出了更高的要求。教师不仅仅是需要在理论基础教学上过硬，还需要具备软件项目开发的经验，这样才能够做到既能站在理论的高度指导学生分析和解决问题，同时也能给出实实在在的课程项目开发活动中的技术指导。

4结语

传统“面向对象软件工程”课程的教学方法所带来的弊端已经日益显现。我们结合案例教学法和项目驱动教学法，提出了一种基于CDIO工程教育模式理念的“面向对象软件工程”的教学方法，这既满足了CDIO能力大纲体系中的4个方面，也体现出了教师在教学中的主导地位及作用和以学生为主体的教学风格，符合“新三中心论”。实践证明，该课程教学方法有利于学生在以案例/项目方式充分理解和掌握本课程知识体系的前提下，通过项目驱动下的实践环节，培养学生的问题分析能力、用编程手段解决问题的能力和团队合作精神。

作者：叶俊民 王敬华 李蓉 周伟 陈曙 杨艳 单位：华中师范大学计算机学院