物联网软件工程CDIO项目化教学实施体系设计

【摘 要】通过分析物联网软件工程和CDIO项目化教学的内涵，探讨项目化教学实施方案构建的总体思路与内容，从课程建设体系、教学模式、教学管理和教学评价体系等多方面进行项目化教学实施设计，构建校企协同创新深度合作、企业真实的教学生态环境、多样化的教学模式、培养开放式的师资队伍等教学实施方案，提高学生的实践能力、创新创业能力与职业素养能力。

【关键词】物联网 软件工程 CDIO 项目化教学

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）09C-0161-03

物联网软件工程是一门综合性、实践性很强的融合新一代信息技术的课程，设置依据是传统的软件工程设计、嵌入式系统与信息系统开发等课程，它将无线传感器网络、移动互联网、M2M、GPS、GIS和北斗卫星导航等物联网技术融合创新平台建设，提供系统交互式通信以及智能识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的应用开发。物联网软件工程课程深度融入校企协同创新平台，把仿真的实验实训平台建设成为真实的开发平台，它以一种全新的理念使课堂向社会延伸，在企业环境中融入实训大纲与教学内容，在教学模式上实现创新。

在信息化产业及软件产业不断发展的大环境下，社会对物联网软件工程人才的需求标准不断提高，要求物联网软件工程师必须具备扎实的基础。因此，要培养社会缺乏的高素质物联网软件工程人才，迫切需要对当前传统的软件工程教学实施体系进行改革与创新，以便更加适应未来社会的快速发展。

一、CDIO项目化教学内涵

CDIO（Conceive，构思；Design，设计；Implement，实施；Operate，运行），是近年来国际工程教育改革的新成果，提出了操作性强的职业能力培养、全面实施和检测测评的标准。它以产品从研发到运行的全生命周期为载体，让学生以主动的、实践的和课程之间相联系的方式学习工程。项目化教学是通过实施一个完整的项目来达到教学目标的方法，对课程进行改革，培养学生创造能力和解决问题的能力。CDIO项目化教学改变由传统“以课本为中心”为“以软件项目为中心”，CDIO工程教育提倡在工程实践能力、个人能力、团队协作能力和工程创造能力上进行综合培养。

二、CDIO项目化教学实施体系设计

（一）总体构思设计框架。以职业能力培养为目标，秉承CDIO工程教育理念，制定项目化教学实施体系，培养学生实践能力与创新创业能力。CDIO项目化教学实施体系从行业对人才的需求出发，遵循反工艺路线的思想，制定各阶段的培养目标，以项目实施为核心，设计框架如图1所示。

图1 CDIO项目化教学实施体系设计框架

CDIO项目化教学实施体系设计框架按反工艺路线分为四个阶段：首先，分析第四阶段大型项目，深入分析行业企业对物联网软件工程人才的需求，探讨学生在这一阶段应具备的软件工程能力和职业技能，制定物联网软件人才培养的总目标，确定软件专业的具体方向；其次，分析第三阶段中型项目，学生应掌握的专业选修知识、所需选修技能，满足第四阶段大型项目培养的总目标，反过来分析制定这一阶段的所要达到的具体培养目标；再次，分析第二阶段小型项目，学生应掌握的专业核心知识、所需核心技能，满足第三阶段中型项目培养的总目标；最后，分析第1阶段微型项目，从学生应具备的基础知识和基本技能，制定这一阶段的具体培养目标，以实现第二阶段小型项目的培养目标。

（二）CDIO项目化教学实施体系。具体如下：

1.CDIO项目化课程建设体系。在物联网软件工程教学中融入科学成果和工程案例，优化组合课程实验，增加与企业协同创新合作的工程实训课程比例，并贯穿CDIO项目化教学模式，培养学生的工程实训创新能力，按照校企协同创新，结合专业培养目标，优化重构以“实验→课程设计→工程实训→企业实习”为主线的实践教学环节，构建“软件编程能力→系统开发能力→工程应用能力→创新创业能力”的能力训练体系，实现学生物联网软件工程专业技能、工程实践能力与创新创业素养的渐进性阶梯式培养，如图2所示。

图2物联网软件工程课程建设体系

各阶段项目设计要满足学生知识的掌握和能力培养的要求：（1）毕业设计、企业实习阶段专业领域方向实验课程：企业信息化、嵌入式技术和物联网信息安全等课程以大型项目开发为主，尽量让学生在企业实习基地完成，参与软件企业真实项目开发的全过程，培养学生创新创业能力；（2）对于专业选修课程，如JAVAEE应用开发、.NET开发框架和移动互联网开发技术等实训课程的设计以中型项目为主，让学生在模拟企业真实环境的工程实训中心完成；（3）对于专业核心课程，如物联网软件工程、数据库原理与设计、操作系统和计算网络等的实训课程设计以小型项目为主，尽量让学生学校的实训使中完成；（4）对于专业基础课程如C++、数据结构与算法等的教学以微型项目为主，大多在学校的实验室中完成。

2.CDIO项目化教学运行模式。CDIO项目化教学模式是CDIO的基础上采用“项目驱动”的教学方法：（1）讲授内容围绕物联网软件工程以项目的方式引入有关知识点，根据讲授完成项目需要的理论需要，教师预先准备多个微小的软件开发项目；（2）模拟企业工作环境实施课堂微型项目，边做项目边讲理论，让学生真正在“学中干”中应用理论，课堂组织过程项目化，将学生作为主体，以软件开发项目的研发过程为引导，采用学生小组团队合作和个人独立完成相结合的教学形式，组织学生讨论，完成相应的实训实践性活动，老师对学生所完成的阶段任务加以点评等；（3）学生以项目组为单位承担项目开发，推行学生组长与项目组评审机制，项目开发结束后在课堂上展示自己的设计方案和实现方法。

3.CDIO项目化教学管理体系。物联网软件工程教学管理体系由教学信息管理和项目实训管理组成。教学信息管理可以将物联网软件工程课程信息发布到网上，供师生随时查阅，将相关数据自动上传到平台中心，建立起一个教师、信息和学生之间的通道。项目实训管理是物联网实现将人与机器连接实现工程教育的重要组成部分，通过实训计划、实训过程记录和监督、实训成果等相关功能，项目化教学过程中学生所参与的实训环节通过实训设备将数据主动上报方式汇总，一个完整的实训过程加上最终的审核评定就成为整个项目的完成过程。

4.CDIO项目化教学评价体系。物联网软件工程实训考核方法更注重对学生“知识—能力—素质”的考核。根据物联网软件工程的特点，评价指标包括业务考核和综合素质评定。业务考核主要评定一定时间内学生完成任务的情况，侧重对学生工具的使用与实验技能、工程设计与实现能力、面向领域的应用能力等方面的考核。综合素质评定通过对学生实践过程的学习工作表现评价学生的素质，包括专业素质、个人素质和团队精神等，评价指标如图3所示。

图3 物联网软件工程实训评价指标

物联网软件工程实训的成绩分成个人表现和个人项目绩效两方面，通过项目验收评分进行考核：（1）个人表现主要考核指标如下：团结协作能力、态度主动性、解决问题能力、纪律得分、周报情况和考勤情况；（2）个人项目绩效分为项目验收成绩和个人组内评定主要指标包括：功能（完整性准确符合应用需求）、界面（设计美观符合规范）、技术（应用新难度高）、创新（是否有创新）、演示效果（讲解清晰演示流畅重点突出）、文档（符合规范）、规模（代码数量数据库记录数量）、易用性（易于理解）、可靠性（出错率低容错性强）、可维护性（可适应不同场景）；（3）个人组内评定由开发组长、项目经理共同评定，主要指标包括：项目贡献度、代码和文档数量、效率、质量、进度、流程等。

三、物联网软件工程CDIO项目化教学实施体系构建

（一）校企协同创新深度合作。校企协同创新深度合作是构建创新能力的重要模式。协同创新全过程贯穿了基础研究、应用开发、产品设计、市场营销等诸多环节，高校承担基础研究工作，其技术发明经过企业运作转化为经济价值，才能完成创新过程；企业需要集合高校来增强其自主创新的能力。物联网软件工程项目化教学实施体系围绕项目展开来设定。与国内外知名软件企业建立广泛的合作伙伴关系，解决企业工程师进校讲课和专职教师到企业实践问题，提高专职教师工程实践经验；解决学生工程实践的基础训练缺乏和实际解决工程问题能力的不足，打破高校封闭、孤立的人才培养方式，有效促使学校由教师本位学生本位的转变。

（二）构建企业真实的教学生态环境。物联网软件工程项目校企“产学研用”真实教学生态环境，包括社会化需求环境、多实验例程实训环境等。以社会化需求为引导，将企业已完成的或正在进行的项目分解为实验案例，构建多实验例程库，按照不同的岗位需求创造实训环境，完成校企从“生产—学习—研发—应用”的良性循环教学创新机制。按照企业真实环境配置各种仪器，加大对教学资源的投入，创建一流的实训条件，按照真实的实训项目、项目角色、工作过程、工作条件、工作压力， 真实的企业环境标准建设实验、实训教学生态环境。

（三）构建多样化的教学模式。物联网软件工程采用多样化的教学模式，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。微型项目培养阶段，教师采用任务驱动教学模式，在课程教学过程中，把知识技能的传授以完成教师安排的典型“任务”为主；在小型项目培养阶段，教师使用情境创设教学模式，教师在教学过程中通过创设与当前学习主题吻合的真实情境，使学生有身临其境的感觉；在中型项目培养阶段，以CDIO教学模式，学生在校企协同创新平台提供的校外实训基地开展实训，教师可以借助当地的工程和项目条件，优化学生的知识结构和情感态度；在大型项目培养阶段，使用CDIO项目化教学模式，在教学过程中以项目为主线来展开，通过对问题的深化来拓宽知识的深度来达到培养职业能力的目的。

（四）培养开放式的师资队伍。在物联网软件工程实践教学中，建设一支具有精通物联网软件工程理论方法和新技术，具有企业化背景的专兼职并存的开放式师资队伍，为学生去企业实习、毕业设计等实践教学提供保障。学校采用“教师走出去，专家引进来”的方式，让教师走出去到企业顶岗实践锻炼，到软件产品的研发单位实地实习。邀请从事软件设计开发的企业专家，给学生现场讲解软件设计开发经验，软件全生命周期中文档如何规范撰写。企业实习与毕业设计均采用专兼职结合的教师作为导师，并实行“双导师制”，校内导师的职责是负责实习监管与毕业设计内容与论文写作的指导审定工作；企业导师的职责是为学生提供物联网软件工程实践环境、工程项目及其技术的指导工作。

物联网软件工程CDIO项目化教学模式提高了学生的实践能力、创新创业能力、团队协作能力、解决问题的能力与职业素养，按照反工艺路线的思想，设计项目体系与项目内容，围绕项目的展开与实施设置课程建设体系、教学运行模式、教学管理和教学评价等。践行CDIO工程教育理念，采取校企协同创新深度合作、企业真实教学生态环境构建、多样化教学模式和培养开放式的师资队伍等措施，推行教学实施体系促进教学质量的提高。

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【基金项目】广西高等教育教学改革工程重点项目（2014JGZ154）；广西高等教育教学改革工程项目 （2013JGB287）；广西教育科学“十二五”规划重点课题（2011B0023）

【作者简介】杨元利（1980- ），男，重庆人，广西经济管理干部学院副教授，研究方向：物联网与信息技术。

（责编 黎 原）