CDIO模式在面向对象的软件开发技术课程中的应用

点赞:12371 浏览:48497 近期更新时间:2024-03-25 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:CDIO教学模式是一种倡导“基于项目的教育和学习”的教学模式.分析“面向对象的软件开发技术”课程教学中遇到问题的原因,并阐述在CDIO框架下“以案例为中心”教学方法的改革和“工程能力与理论知识相结合”的实践教学方法的改革.

关 键 词:CDIO模式;面向对象的软件开发技术;实践教学


中图分类号:G642.3文献标识码:A文章编号:1002-4107(2013)06-0054-02

CDIO是当今国际高等工程教育的一种创新模式[1].从2000年起,麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得近千万美元的资助,经过四年的探索研究,创立了CDIO工程教育理念.CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程.它注重扎实的工程基础理论和专业知识的培养,通过贯穿整个人才培养过程团队设计和创新实践环节的训练,培养既有过硬的专业技能,又有良好职业道德的国际化工程师[2].

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CDIO教学模式应用于我国的一些高校,已取得了初步成果[3-5].如清华大学工业工程系顾学雍副教授在

“数据结构”和“数据库技术”两门课中采用了CDIO教学方法,包含课堂讲授、个人作业、小组项目和进度报告等阶段性的知识内容,取得了满意的教学效果,增强了学生自学和解决实际问题的能力以及协调沟通和团队协作的能力.笔者在沈阳工业大学计算机专业“面向对象的软件开发技术”课程的建设过程中遵循CDIO原则,进行了一系列教学探索与实践.

一、基于CDIO模式“面向对象的软件开发技术”课程教学改革的原因

“面向对象的软件开发技术”课程是计算机专业本科课程中一门重要的专业课.课程的目标是使学生掌握面向对象系统分析和设计的基本技能,能够采用面向对象的思想和软件开发的技术构思、设计与实现一个软件产品(系统).课程工程实践性很强,理论内容较难讲授,学生感到知识点太多、内容抽象.虽然在讲授过程中使用建模工具进行实际项目的分析和设计,但是不够深入,较多的学生对本课程掌握的情况不太理想.经过分析,认为产生的问题主要由以下几方面引起.

(一)课程缺少实践环节

学生工程实践经验缺乏,动手能力不强.大多数学生没有开发项目的经验,缺少企业开发背景,很难在短时间内掌握项目开发的过程.

(二)学生学习的主动性不强

传统的教学模式多是以教师讲授为中心,学生在教师的指导和要求下进行机械的学习和上机操作.这不仅不能激发学生的求知欲和参与教学活动的热情,反而使学生的创造性难以发挥.

(三)学生不善于沟通

C语言,面向对象程序设计等基础课程培养了学生独立思考和解决问题的能力,但未重视学生之间的沟通与团队合作.

CDIO教学模式强调学生主动学习的能力、实践能力、思维能力,甚至团队合作与沟通能力等的培养,可以解决在“面向对象的软件开发技术”课程中遇到的一系列问题.

二、基于CDIO模式“以案例为中心”的教学方法改革

(一)以案例为中心开展课堂教学

课堂教学要改变传统教学模式,以案例为中心进行讲解.这就要求贯彻CDIO培养大纲,把“面向对象的软件开发技术”课程中所有的知识点、重点及难点设计到实际的软件工程项目中.在引用实际项目时,要引导学生体会产品从构思、设计、实施到运作的完整过程.

教师首先准备好一个案例,把案例进行分解,穿插到各堂课的授课内容中,让学生通过对实际案例的学习体会面向对象的分析与设计过程.案例的选择基本上是将实际项目整理成教学案例,再收集一些国外经典的教学案例作为辅助,在授课过程中就一两个具体项目作为课程主线,把案例的分析设计过程贯穿到整个课程的学习之中.目前教学采用学生选课系统和医院医疗监控系统作为主讲案例.通过对这两个案例进行事件分析、用例分析、域模型的设计、交互图的分析设计与类图的分析和设计等内容的分析与讲解,完成了本课程的欲讲授全部重点内容.

(二)以问题为中心开展课堂讨论

课堂讨论是课堂讲授教学内容的有效补充形式,可以激发学生学习的主动性.在讲授的过程中提出一个问题,或者在课堂上针对具体项目给出讨论内容,给学生3―5分钟进行思考和分组讨论,然后让学生自由发言.在讨论过程中,教师要对学生的发言加以引导和补充,对学生所提的方案加以鼓励,培养学生的创新意识.

三、基于CDIO原则的“工程能力与理论知识相结合”的实践教学改革

实践教学与理论教学互为补充,课程的实践效果如何,直接关系到学生对理论知识的掌握情况,影响到学生培养的质量和效果.由于大多数学生没有开发项目的经验,遇到具体项目分析和设计的时候,无从下手.针对这种情况,本课程力争用实践环节加深学生对理论知识的理解.CDIO中“工程能力与理论知识相结合”的原则,让学生在实际动手的过程中不断增强解决实际问题的能力,将CDIO思想引入本课程实践教学,其目的是培养学生的团队合作意识及工程项目研发能力,让学生在团队环境下使用软件开发工具,对项目进行实际开发,获得较真实的软件开发经验,提高学生在项目计划、队伍组织、工作分配、成员沟通等多方面的能力,培养学生积极向上的团队合作精神.

(一)项目的选择

项目最好来自企业,或者是一些具有实际意义的题目.比如,对“酒店管理系统”进行模拟,从客人对酒店的房间进行预约、入住、计费、结账、付款等问题进行考虑.此项目来源于实际问题,学生很容易理解题目的需求.项目分析与设计的全部过程始终遵循CDIO中工程能力与理论知识的结合的原则,让学生在实际动手的过程中不断增强解决实际问题的能力.(二)实践教学的方案设计

CDIO强调的项目具有完整性和综合性,整个软件项目的开发过程庞大,一个学生很难在短时间内完成,因此要建立开发小组,每个小组由3―4名学生组成,由组长作为项目经理负责安排整个项目的进度.整个过程强调分工和协作,要求学生在学习理论的基础上,能应用基本知识对项目作出分析、设计,鼓励并帮助学生查询相关资料,让学生在这个过程中去讨论、合作完成该项目.在设计的过程中,学习相关的理论知识,培养学生的综合能力,让学生学会横向思考、学会理论联系实际地学习、学会对各部分内容进行综合、学会处理好一些不确定性因素、学会团队合作工作的配合等.CDIO模式就是要让学生在不断的碰撞和沟通中学会相互支持,共同讨论,共同进步.

项目开发分为四个阶段.

1.构思阶段:各小组成员对教师布置下来的题目进行市场调研,在课堂下甚至课堂上进行方案论证,讨论项目的基本需求,以及对照所学的基本原理对项目进行构思.

2.设计阶段:各小组成员对项目进行面向对象的分析和设计,其中包括业务事件的分析、基本用例的描述、系统的时序图、域模型、系统操作约定等部分,还包括对交互图的设计、类图的设计、数据库接口的设计、用户界面的设计等内容.这部分内容是工作的重点,需要在对理论知识融会贯通的基础上,对实际项目进行面向对象的分析和设计.例如设计模式等概念较难理解,必须在对设计模式真正理解的基础上,才能正确地画出系统的交互图.交互图是类图的基础,因此基础概念必须清晰,不然无法进行后续面向对象的软件设计工作.

3.实现阶段:对项目实施、测试、对整个过程进行管理.大部分学生能完成对软件的设计,少部分学生能够在设计的基础上完成项目的具体编码.但是所有学生都需要对项目进行模拟,至少做成可交互的人机界面,并且了解测试的基本过程.

4.运作阶段:对项目的后期维护过程进行简单模

拟.在整个实践教学过程中,课内教学涉及“运作”管理的内容相对较少,学生在教师指导下参与的实际项目中会接触到更多的工程运作管理的内容,从而了解工程项目的运作过程,有利于促进学生对工程项目整个生命周期的了解.

通过实践,学生加深了对基本理论的理解,通过对RationalRose等建模工具的使用,建立起在软件企业中进行开发的感性认识,学生学到实践知识,体验市场和社会的需求,为今后的工作奠定良好的基础.

实践表明,“面向对象的软件开发技术”课程在贯彻CDIO能力培养大纲的过程中,强调“以案例为中心”的教学方法和“工程能力和理论知识相结合”的实践教学改革,是一个有益的探索.通过CDIO的构思、设计、实现和运作四个过程,使学生在积极参与实践的基础上不仅巩固了理论知识,又激发了学生的学习兴趣,加强了学生的动手能力;培养了学生的竞争意识与团队合作精神;提升了学生的工程实践能力、创新能力、自我学习能力,为学生毕业设计甚至就业应聘打下了良好基础.但项目的评价机制尚须进一步研究,各实践环节的内容与规范需要进一步完善.