以CDIO为导向培养软件工程医工专业实践创新能力

杨谊，喻德旷

摘 要：文章以CDIO高等工程教育理论为指导，面向软件产业，在课程体系、学习环境以及实施过程等方面进行深度的探索和实践，创新性地开展专业课程的课堂教学综合改革和实验教学的多元实践模式改革，以产品从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动地、实践地、课程之间有机联系地进行学习和实践，实现医工专业学生创新能力的培养。

关键词：CDIO；医工专业；创新能力培养

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）22-0049-03

Abstract： Guided by CDIO， the modern theory of the higher engineering education， aiming at the software industry， this paper made a thorough exploration and practice on the aspects of curriculum system， learning environment and implementation process， in which the comprehensive innovation of class teaching and multi-mode practice teaching mode is carried out. By the carrier of the life cycle of product from research and development to operation， we help the students to learn and practice in an active， practical and organic communication way to gain the innovation capability of biomedical engineering.

Keywords： CDIO； biomedical engineering； cultivation of innovation capabilities

一、CDIO工程教育模式

經济全球化新形势软件产业对创新工程人才产生了大量需求，为了应对这一增长的局势，联合国教科文组织提出了工程教育改革的三个战略：“做中学”“产学合作”“国际化”。CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）的缩写，体现了近年来国际上工程教育改革的新理念，是“做中学”和“基于项目的教育和学习”的集中体现，系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的标准。

较长一段时间以来，我们的软件人才教育模式以学科知识为中心，在创新能力、实践动手能力、团队协作能力的培养方面存在薄弱环节。在我校，软件工程专业毕业生虽然初次就业率较高，但存在软件专业对口率较低（约为25-30%），岗位胜任率不高的现象，毕业生的实践创新能力和综合素质有待大幅度提高。

二、软件工程实践创新能力培养设计思路

我们通过深入理解CDIO培养大纲的实质，将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际沟通能力和工程系统能力四个层面，以工程项目为载体，让学生以主动实践、课程之间有机联系的方式学习工程，以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。

在教学过程中，以实践课程平台为基础，将能力目标从低到高设置为培养兴趣、学习技能、创新应用、创新能力四个不同层级，创新开展软件专业课程教学，在专业和工程实践的基础上对学生进行多方面的能力训练，分别实现实践意识培养、创新实践探索和创新项目制作，以职业生涯实践、专业实践培训、创新训练等系列举措，循序渐进地提升创新能力。

三、课程体系设计

课程体系中的所有单门课程、课程群、专业实践和实训、毕业设计和全局性人才培养环节的教学过程均划分为C、D、I、O四个阶段。

构思性实践（C）阶段的任务是加深学生对软件工程、软件开发模型、软件过程模型等基本概念的理解，构思待研发的项目。由教师提供学生多个实际软件案例，每个学生团队挑选一个案例进行分析、讨论软件生命周期、开发模型、软件过程等概念如何体现，加深对软件工程基本分析和设计方法的理解，并进行项目初步框架设计和可行性研究。

设计性实践（D）阶段的任务是指导学生团队分工协作实现软件项目的设计，包括技术路线的设计和项目设计方案的确定。通过项目的整体和详细设计实践，使学生掌握软件工程的基本原理、方法、技术、工具，并能够实际应用。

在实现性实践（I）阶段，学生团队分工协作将设计方案转化为软件系统或模块，并定期根据项目实施计划进行项目检查以及测试，培养学生务实精神、工程能力和团队精神。

在运作性实践（O）阶段，每一个学生团队对所开发出的系统进行实际应用，建立相应的应用、营销和服务渠道，学生通过这个阶段能够深入了解技术应用和服务市场，培养务实精神和实际工作能力。

所有项目完成后由教师和相关利益方组织实施项目成果的评价、交流和总结，对于实际运用的项目实施项目跟踪和维护。

四、课堂教学改革

为了践行CDIO教育理念，我们充分开展了教学手段改革，将理论阐述与案例讲解和应用分析相结合，有系统地将相关课程整合起来，逐步形成一套科学的多元化的教学方法体系。

教师综合运用案例教学、项目教学、实验平台教学、信息化平台实践教学、网上课堂等多种教学方式和教学平台，全方位提升教学效果。通过案例教学，提高学生分析问题解决问题的能力；通过项目教学，创建竞争与合作、教学与实训相结合的教学环境；借助实验平台教学，锻炼学生的实际动手能力；通过网上课堂，即时交流及时发现和解决问题。启发式教学与案例式教学的综合运用，可以避免教师的单纯灌输和学生的被动接受，同时也防止了课堂的过于发散，为学生提供了一定的参考范例。互动式学习、模拟体验式教学、情景式教学与小组学习、网上课程相结合，既能够让教师及时掌握学生的情况，帮助其补足薄弱环节，给予其积极的鼓励，又能提高时间利用率，避免简单知识的重复学习，有效利用课内时间解决关键问题。

根据案例项目需求和课程特点，将讲课分为三个阶段：基础知识培训、项目开发阶段、项目实战运作阶段。教师在课堂上边讲解边操作，让学生对新技术有一个全局的认识，在细节方面具有深刻的感性认识，注重知识点的实际操作和应用，降低学生学习新技术的门槛。上课的模式强调精讲多练，由手把手教学，改为精讲原理与体系，辅以案例的实际操作，每一节课讲述的知识点数量是传统教学数量的3倍左右。课程的重点是对学生学习路径的引导，每节课的课后作业内容是实现课堂上讲解的例子，体现了老师引路、学生自主学习的思想。

五、层次化交叉性实验教学改革

开展合作型、复合型、职业化实验教学。依托开放创新实验室，将一些明显开发性高、平台性强设置为选学内容，鼓励有潜力有兴趣的学生参与，并鼓励全体学生在理解自身与就业取向的基础上，参加资质认证职业技能训练。

实验项目按照难度和综合性，分为以下几种不同层次：

1. 基于课程的项目，学生在学习了指定专业课程的基础上，用2周的时间在专业实验室对给定的课程项目进行设计和实施工作。

2. 面向团队的项目，学生在完成所选方向的课程群后，进入专门安排的工程实践场所，用1个月的时间完成一个小型项目。

3. 合作性项目，通过企业与学生的双向选择，学生进入企业实习基地，用1到2个月时间完成企业方提供的模拟或真实的中型项目。

4. 课外设计项目，对学有特长的学生开展培训，完成大学生课外科研项目和创新创业项目，时间通常是1学年，鼓励高年级同学传帮带低年级同学。

不同的课程之间的实验和实训建立紧密的关联关系，体现了各门专业课程之间的“网络交叉性”关系。以知识点“线性结构”的操作为例，我们在高级程序语言、数据结构、算法设计、数据库、操作系统和基础实训、技能实训、项目实训中安排了如表1所示的前后关联的实验题目。

通过以上多元化实验设置，学生从理论课学习掌握线性结构的基本组成、属性和处理方案，到不同时间所开展的不同级别的实现，在反复多次实现和运用中充分掌握了线性结构的基本处理技能和代码编写，到能够根据实际问题进行建模，灵活运用线性结构的各种处理方法和技能解决问题，并逐步养成代码库建设、代码重用和代码测试的工程素质，这种多元化、阶段上升式的训练对于学生将知识在不同课程中融会贯通很有帮助，扎实有效地实现了软件应用能力的培养。

在实验开展过程中和考核阶段，教师和企业导师担任评分者，同时扮演软件用户和客户，对产品不断提出需求变更，设置开发期限，让学生既感受到压力又受到鼓励，体验开发实景，通过与用户合作和协商不断消除误解、克服困难，从而摸索出合适的开发设计思路和开发流程模式。所有实验均以学生为主体，以项目为载体，不仅能够有效地激发学生的创意，进而影响全体学生的学习效能，而且可以借此引导学生建立一个以创造产品、提供技术服务为目标的合理价值观。教师在实验环节的作用落在实践课程的组织与引导上，注重其工程实践性和探索研究性，以提高学生的独立思考能力、工程实践能力和创新能力。

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