CDIO模式下軟件工程碩士培養(yǎng)過程的探索與實(shí)踐

李彤　代飛　沈勇

摘要：針對軟件工程碩士培養(yǎng)存在的問題，借鑒CDIO工程教育模式，結(jié)合國情和軟件工程碩士培養(yǎng)的要求，提出軟件工程碩士培養(yǎng)的SE-CDIO方法，從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作等4個(gè)階段闡述如何建立軟件工程碩士分階段的人才培養(yǎng)過程，實(shí)施軟件工程碩士培養(yǎng)的教學(xué)改革與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：軟件工程碩士；人才培養(yǎng)過程；CDIO；人才培養(yǎng)方法

0.引言

軟件產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)信息化的基礎(chǔ)，已經(jīng)涉足工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、金融、科教文衛(wèi)、國防和百姓生活等各個(gè)領(lǐng)域。由于軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和軟件在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，軟件工程師在規(guī)模上已大大超過了硬件工程師，人才需求日益旺盛且缺口較大。為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)軟件產(chǎn)業(yè)和軟件人才培養(yǎng)的跨越式發(fā)展，國務(wù)院國發(fā)[2011]4號文件《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》中，以三個(gè)條款的強(qiáng)度，明確要求“要加強(qiáng)軟件學(xué)院和軟件工程專業(yè)的建設(shè)”，進(jìn)一步要求軟件學(xué)院必須成為國家高層次軟件人才的培養(yǎng)基地，以培養(yǎng)出符合市場要求、面向產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程型國際化的軟件人才。

長期以來，由于培養(yǎng)目標(biāo)單一，高校軟件工程碩士培養(yǎng)不論在數(shù)量上還是在質(zhì)量上，都不能滿足產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的需要，無法為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大提供強(qiáng)有力的支持。軟件工程碩士來源龐雜，專業(yè)背景、工作背景千差萬別，培養(yǎng)過程中存在不規(guī)范的情況。及時(shí)轉(zhuǎn)變辦學(xué)觀念，以工程型、國際化軟件人才培養(yǎng)為目標(biāo)，從過程管理的角度，提出將CDIO工程教育模式引入到軟件工程碩士培養(yǎng)過程，從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作4個(gè)階段，對軟件工程碩士的培養(yǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范，以確保人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

1.CDIO工程教育模式與軟件工程碩士培養(yǎng)現(xiàn)狀

1.1CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是由麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)，自2000年起，經(jīng)過4年探索研究后創(chuàng)立的先進(jìn)工程教育理念。CDIO模式以構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)現(xiàn)（implement）、運(yùn)作（operate）為主線，以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，將基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與社會(huì)環(huán)境融合在一起，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合。CDIO教學(xué)模式應(yīng)用于我國的一些高校，已經(jīng)取得了初步成果。

1.2軟件工程碩士培養(yǎng)現(xiàn)狀

近年來，隨著我國軟件產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，軟件工程碩士培養(yǎng)也取得了長足的進(jìn)步。在取得進(jìn)步的同時(shí)，軟件工程碩士培養(yǎng)也存在巨大的挑戰(zhàn)：現(xiàn)有的軟件工程碩士培養(yǎng)過程存在著重視理論和技術(shù)、輕視實(shí)踐、忽視運(yùn)作（指推廣應(yīng)用和運(yùn)營）等問題。其特點(diǎn)是：①在辦學(xué)機(jī)制上，基本是以學(xué)校為中心，缺乏與產(chǎn)業(yè)和社會(huì)的溝通和互動(dòng)；②在教學(xué)方法上，以教師為中心，以課堂講授為主，以理論考試成績評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)；③在師資建設(shè)方面，片面強(qiáng)調(diào)高學(xué)歷、高學(xué)位，缺乏對教師產(chǎn)業(yè)背景和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的要求；④在課程設(shè)置上，以學(xué)科為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)知識的完備性和系統(tǒng)性；⑤在評價(jià)體系上，注重學(xué)生理論學(xué)習(xí)和考試成績，缺乏對實(shí)踐能力的考核。但為了解決上述問題，又走向了另外一個(gè)極端，出現(xiàn)了片面強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)、不重視理論基礎(chǔ)、忽視“運(yùn)作”的問題，從而造成理論和實(shí)踐之間的比重?fù)u擺不定、沒有一個(gè)既定的方針、按下葫蘆浮起瓢的局面。因此，探索一條新的符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求的新型軟件工程碩士培養(yǎng)模式，就必須從解決上述“脫節(jié)”著手。

2.借鑒CDIO工程教育模式，提出SECDIO方法

鑒于傳統(tǒng)的軟件工程碩士培養(yǎng)過程存在從理論到技術(shù)、從技術(shù)到生產(chǎn)、從生產(chǎn)到運(yùn)行的脫節(jié)，CDIO工程教育模式強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運(yùn)行的生命全過程指導(dǎo)教學(xué)過程，這與軟件工程碩士培養(yǎng)需求非常吻合。為此，我們結(jié)合國情和軟件工程人才培養(yǎng)的要求，將CDIO工程教育模式與軟件工程相結(jié)合，提出了軟件工程碩士培養(yǎng)的SE-CDIO方法（SE是軟件工程的英文縮寫），實(shí)施軟件工程碩士培養(yǎng)的改革與創(chuàng)新。

SE-CDIO方法的內(nèi)涵是讓學(xué)生經(jīng)歷從理論到技術(shù)、從技術(shù)到生產(chǎn)、從生產(chǎn)到運(yùn)營的全過程。進(jìn)一步說，它是與軟件生命周期緊密結(jié)合而提出的軟件工程人才培養(yǎng)模式，以軟件生命周期為載體，集構(gòu)思（理論）、設(shè)計(jì)（技術(shù)）、實(shí)現(xiàn)（落實(shí)）和運(yùn)作（推廣應(yīng)用和運(yùn)營）于一體，讓學(xué)生主動(dòng)地、實(shí)踐地、各階段有機(jī)聯(lián)系地學(xué)習(xí)，經(jīng)歷從理論到技術(shù)、從技術(shù)到生產(chǎn)、從生產(chǎn)到運(yùn)營的全過程，讓理論、技術(shù)、實(shí)踐、運(yùn)營各部分按比例協(xié)調(diào)發(fā)展，并能根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。具體而言，各階段的要求如下：

（1）構(gòu)思階段（C）：運(yùn)用軟件工程原理，構(gòu)思學(xué)生畢業(yè)論文所需研發(fā)的項(xiàng)目。該項(xiàng)目要求與學(xué)生的實(shí)際工作背景相關(guān)，在分析、思考、討論和調(diào)研的基礎(chǔ)上，進(jìn)行可行性研究和需求分析，并按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范》（以下簡稱國標(biāo)）的要求完成《軟件需求規(guī)格說明》等相關(guān)文檔的編制。

（2）設(shè)計(jì)階段（D）：運(yùn)用軟件工程方法，完成軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步加深學(xué)生對軟件工程原理、方法和技術(shù)的理解和再認(rèn)識，并按照國標(biāo)完成《軟件設(shè)計(jì)說明》等相關(guān)文檔的編制。

（3）實(shí)現(xiàn)階段（I）：在計(jì)算機(jī)上完全實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)并完成所有測試。本階段培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)干精神、工程能力和團(tuán)隊(duì)精神，并按照國標(biāo)完成軟件測試報(bào)告軟件產(chǎn)品規(guī)格說明等相關(guān)文檔的編制，完成全部源代碼的編寫。

（4）運(yùn)作階段（O）：實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的運(yùn)營，包括建立應(yīng)用、營銷和服務(wù)渠道，讓系統(tǒng)投入實(shí)際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的市場能力和服務(wù)能力，最后完成軟件產(chǎn)品運(yùn)作總結(jié)（國標(biāo)沒有規(guī)定，由教師確定寫作大綱）及其他相關(guān)文檔。

3.軟件工程碩士培養(yǎng)過程

SE-CDIO為指導(dǎo)的軟件工程碩士人才培養(yǎng)過程由構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作4個(gè)活動(dòng)組成。需要說明的是，Petri網(wǎng)是1962年由德國科學(xué)家C.A.Petri在博士論文《用自動(dòng)機(jī)通信》中創(chuàng)立的一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，被稱為“Petri網(wǎng)”。

Petri網(wǎng)是一個(gè)四元組∑=（P，T，F(xiàn)，M），其中：①P∪T≠∮，習(xí)慣稱尸為庫所集，T為變遷集；②P∩T=∮；③F∈（P×T）∪（T×P），稱F為流關(guān)系；④映射M：P→{0，1，2，3…}稱為Petri網(wǎng)的一個(gè)標(biāo)識。通常用Mo表示Petri網(wǎng)的初始標(biāo)識。通常，為了圖形化的直觀表示接口Petri網(wǎng)，用圓圈表示P中的元素，用矩形框表示丁中的元素，用有向邊表示F中的元素，若（x，y）∈F，則從x到y(tǒng)畫一條有向邊。

3.1構(gòu)思活動(dòng)的細(xì)化過程

構(gòu)思活動(dòng)輸入“研發(fā)項(xiàng)目的想法”，輸出“軟件需求規(guī)格說明”，其細(xì)化過程如圖1所示。

具體而言，選擇需求分析方法是指學(xué)生可以選擇采用面向?qū)ο蠓治龇椒ǎ蚪Y(jié)構(gòu)化分析方法，對研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行需求分析。若采用面向?qū)ο蟮男枨蠓治龇椒?，則業(yè)務(wù)需求描述需采用活動(dòng)圖，給出具體的業(yè)務(wù)流程；功能需求分析需采用用例圖和用例說明，給出具體的功能需求描述；數(shù)據(jù)需求分析需采用概念類圖，給出具體的數(shù)據(jù)需求描述；非功能性需求分析需采用文本方式，給出具體的非功能需求描述。若采用結(jié)構(gòu)化的需求分析方法，則業(yè)務(wù)需求描述需采用流程圖，給出具體的業(yè)務(wù)流程；功能需求分析需采用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典，給出具體的功能需求描述；數(shù)據(jù)需求分析需采用IPO（input process output）圖，給出具體的數(shù)據(jù)需求描述；非功能性需求分析需采用文本方式，給出具體的非功能需求描述。

3.2設(shè)計(jì)活動(dòng)的細(xì)化過程

設(shè)計(jì)活動(dòng)輸入“軟件需求規(guī)格說明”，輸出“軟件設(shè)計(jì)說明”，其細(xì)化過程如圖2所示。具體而言，選擇設(shè)計(jì)方法是指學(xué)生可以選擇采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，或結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，對研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)。若采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，則總體設(shè)計(jì)需采用包圖給出系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；功能模塊設(shè)計(jì)包含兩個(gè)子活動(dòng)：功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，其中，功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需采用包圖給出具體模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。功能設(shè)計(jì)包含3個(gè)任務(wù)：類圖設(shè)計(jì)、時(shí)序圖設(shè)計(jì)、核心處理流程設(shè)計(jì)（活動(dòng)圖給出）。若采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，則需采用層次結(jié)構(gòu)圖（即H圖）給出系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；功能模塊設(shè)計(jì)包含兩個(gè)子活動(dòng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，其中，功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需采用層次結(jié)構(gòu)圖給出具體模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；功能設(shè)計(jì)包含3個(gè)任務(wù)：輸入數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、輸出數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、處理數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，并給出處理流程圖。

需要說明的是，學(xué)生選擇的需要分析方法必須與選擇的設(shè)計(jì)方法保持一致。也就是說，不允許在構(gòu)思階段選擇結(jié)構(gòu)化需求分析方法，但在設(shè)計(jì)階段選擇面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法。

3.3實(shí)現(xiàn)活動(dòng)的細(xì)化過程

實(shí)現(xiàn)活動(dòng)輸入“軟件設(shè)計(jì)說明”，輸出“軟件產(chǎn)品”，其細(xì)化過程如圖3所示。首先，依據(jù)“軟件設(shè)計(jì)說明”，選擇合適的程序設(shè)計(jì)語言。隨后，對各功能模塊進(jìn)行并行編碼實(shí)現(xiàn)。再經(jīng)過單元測試、功能測試、系統(tǒng)測試和驗(yàn)證測試，以最終完成軟件產(chǎn)品的開發(fā)。

3.4運(yùn)作活動(dòng)的細(xì)化過程

運(yùn)作活動(dòng)輸入“軟件產(chǎn)品”，輸出“軟件變更記錄”“用戶手冊”“客戶滿意度測試報(bào)告”。其細(xì)化的過程如圖4所示。具體而言，變更管理和版本管理是指學(xué)生就試運(yùn)行階段和產(chǎn)品維護(hù)階段產(chǎn)生的問題，對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化及編碼改進(jìn)。為方便對整個(gè)項(xiàng)目的監(jiān)控，在改進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行變更控制及版本控制，并產(chǎn)生“軟件變更記錄”。用戶培訓(xùn)要求學(xué)生編寫“用戶手冊”輔助產(chǎn)品使用者了解產(chǎn)品。試運(yùn)行階段是指學(xué)生將產(chǎn)品移植到用戶使用環(huán)境中進(jìn)行測試。若測試結(jié)果表明存在問題，學(xué)生需進(jìn)入設(shè)計(jì)優(yōu)化階段對產(chǎn)品進(jìn)行變更，為了使開發(fā)過程高效且可控，學(xué)生需進(jìn)行變更控制。若測試結(jié)果良好，產(chǎn)品進(jìn)入發(fā)布階段。發(fā)布后用戶將產(chǎn)品使用中出現(xiàn)的問題反饋給學(xué)生，學(xué)生需根據(jù)問題進(jìn)行軟件維護(hù)。軟件維護(hù)包含糾錯(cuò)性維護(hù)、適應(yīng)性維護(hù)、完善性維護(hù)及預(yù)防性維護(hù)多個(gè)方面，每個(gè)方面都會(huì)涉及對軟件的改進(jìn)和演化。在改進(jìn)和演化同時(shí)產(chǎn)生版本的變更，為此學(xué)生需進(jìn)行版本控制；根據(jù)需要定期向用戶發(fā)送“顧客滿意度調(diào)查表”，收集相關(guān)意見和建議；分析產(chǎn)品或體系存在的問題，識別改進(jìn)時(shí)機(jī)、改進(jìn)地方及宜采用的糾正和預(yù)防措施，并編寫“客戶滿意度測試報(bào)告”；當(dāng)項(xiàng)目組對項(xiàng)目進(jìn)展進(jìn)行內(nèi)部審核結(jié)束后，軟件開發(fā)過程正式結(jié)束。此時(shí)學(xué)生需要整理開發(fā)過程中產(chǎn)生的文檔，將其歸檔，以作日后類似產(chǎn)品開發(fā)的參考及借鑒，最后完成軟件產(chǎn)品運(yùn)作總結(jié)。

4.結(jié)語

事實(shí)證明，SE-CDIO為指導(dǎo)的軟件工程碩士人才培養(yǎng)過程符合軟件工程碩士的培養(yǎng)需要，有效改變了軟件工程碩士培養(yǎng)過程中的不規(guī)范、隨意等問題，取得了良好的人才培養(yǎng)效果。

針對軟件工程碩士培養(yǎng)的要求，我們今后將繼續(xù)完善SE-CDIO方法，從課程體系和實(shí)踐教學(xué)體系方面，進(jìn)一步探索人才培養(yǎng)的策略和方法。

（編輯：郭田珍）