软件类专业的工程教育研究与实践

1、软件类专业的工程教育研究与实践1 对工程教育的理解与认识1.1 工程的概念科学、技术与工程三者有联系， 但在内涵和本质上是有差别 的概念。科学的目的是探索、认知、发现自然规律与人类社会发 展规律，即“求真”和探索，追寻和探究“为什么”。科学关注 人类尚未确切、完全、详细了解的知识，属认知性的领域，不存 在创新。 而技术一般是指科学指导下的发明， 是实践中产生的创 造。其目的是为人门找到可制作出产品的某种工艺，即策略、方 法与过程。 工程必然是一种或多种技术在配套环境与条件支撑下 所形成的集成， 为社会发展和人类进步提供产品， 提供可服务的 装置和系统。从三个概念上看，三者的目标和需求不尽相同。

2、从工程学的角度审视， 工程是应用学科知识和技术原理解决 问题，是人类综合应用科学理念与技术手段改造客观世界的实践 活动，综合性和实践性是工程活动最基本的特征。 工程师是工程 实现的核心因素， 工程师利用科学所发现的知识， 制造对人类社 会有用的物体或工具。工程（包括产品生产和工程项目 ）在多数情况下， 不仅需要符 合技术要求， 也必须满足其他的条件。 工程师最关键与独特的任 务是发现、理解并结合实际问题或条件的局限 （ 包括材料来源， 物理的或技术的限制 1，来达到满意的结果，通过构思、判断和 推理，将科学、技术、数学和实践的经验应用到设计、制造、对 象或过程 （运行或程序 ）的运用操作中。

3、工程探究和实现局限条件 改进的可行性和其他诸如经济成本、 可生产性及适用性等问题的 策略与措施。 高等教育的工程类专业是将自然科学原理应用到工 业、农业等各领域或生产部门所形成的诸多工程学科， 也称之为 工学或工科。1.2 工程要解决问题工程的目标是“求用”， 工程活动更具实践性。 从经济角度 看，工程师必须使制造出的物体 （产品或项目 ） ，在经济上可行， 对工程而言，经济是必须考虑的因素。工程和科学都需要研究，但工程师是为“制造”或更好的 “制造”而学习和研究。 工程研究对象和过程是： 在基本的物理 化学问题已被了解和认识的基础上， 这些问题需要精确解决， 即 需要通过数学方法、 技术策略

4、和相关经验找到工程问题的解决策 略，通过构思、设计、实施、管理工程几个环节来实现。工程研 究和寻找的是近似方案，工程的本质问题之一是评价和优化方 案，并实现与完成目标。1.3 工程教育与 CDI0模式高等教育中规模最大的工科教育在整个教育体系中具有举 足轻重的地位，工程教育的首要目标是培养工程师。因此，高等 工程教育需要围绕如何推进教育创新， 进行各种有益探索， 培养 符合工程要求的专门人才，提供人才培养和成长的环境。高等工程教育本科与专科层次的共性是两者属同一范畴， 区 别在于前者是基于学科的工程教育， 培养将科学原理转变为工程 （产品或项目 ） 设计、工程规划与决策的人才， 而后者更多的是

5、基 于技术层面的工程教育， 培养将工程原理应用于实践并转化为工 程、产品等物质形态的人才，因此，更具工程特性。工程教育的目标、 内容和综合性、 复杂性要远高于技艺型的 职业教育 （如艺术、农技、维修等 ） ，同时，它也不同于基于操作 技能型的职业教育 （ 如生产线的装配等 ） ，所培养的是以特定工程 职业素养为基础、为支撑的专门人才。科技与社会的快速发展决定了职业、岗位及其内涵的变化、 更新。这对工程人才的知识、能力结构不断提出新的、更高的要 求，其职业和专能适应性已从狭隘的岗位技能拓展为综合性的职 业能力，由单一的满足为上岗所备能力转变为适应社会与经济发 展的综合素质。工程在很大程度上是核心

6、技术与多种技术的集成。 在这个集 成过程中，非工程化的因素，与技术和工程本身同等重要。现代 合格的工程师不能完全在某一专业的封闭知识领域中培养出来， 必须要接触他人，形成团队，必须接触社会，适应各种法律、政 策与环境， 必须考虑其工程的成果对人类生活、 资源环境所带来 的影响，否则这项工程是失败的。由此，技术与自然科学、人文 社会科学交叉、融合是培养新型工程人才的必然途径。ACM IEEE对工程教育和人才的基本要求为 6个方面。(1) 具有系统观点：了解工程与社会间的复杂关系，熟悉系 统设计、 构造和分析过程。 应是能正确判断和解决工程实际问题 的多面手，并胜任跨学科合作：(2) 具有知识的深

7、、广度：知识面宽，但在具体领域方向能 够深入；(3) 具有设计经验：能参与设计活动，具有工程概念，懂得 如何去设计和开发复杂的技术系统；(4) 掌握工具运用：能准确使用 (软、硬件 )工具，分析和解 决工程实际问题：(5) 通过职业训练：了解职业 (行业) 需求，具有产品 ( 系统、 应用服务 ) 意识，生成终生学习的能力与习惯，适应和胜任多变 的职业领域。(6) 具备交流技巧：能以合适的形式 ( 书面、口头等 )与他人 交流与沟通， 具有交流能力与合作精神， 并培养一定的商业和领 导能力。为此，美国工程与技术认证委员会制定了新的工程教育专业 人才评估标准， 并被认为是合格现代工程师应具备的能

8、力和素质 要求。? 有应用数学、科学与工程等知识的能力：? 有进行设计、实验分析与数据处理的能力；? 有根据需要去设计一个部件、一个系统或一 个过程的能力；? 有接受多种训练的综合能力：? 有验证、指导及解决工程问题的能力：? 有对职业道德及社会责任的了解：? 有有效地表达与交流、沟通的能力；? 懂得工程问题对环境和社会的影响；? 学会和形成终生学习的能力；? 具有对有关当今时代问题的知识：? 有运用各种现代技术与工具解决实际工程问题的能力。 从上述内容可以看出， 在重视科学基础前提下， 培养工程师 更强调的重点是工程实践能力、表达交流能力与团队合作精神、 终生学习能力、职业道德及社会责任、社

9、会人文和经济管理、环 境保护等知识与素质。 这对我们当前高等工程教育是很好的启发 和参照。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO注重在构思（conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、 运行 （Operate） 现实世界的系统和产品过程中学习工程的理论和 实践，使学生知识、素质与能力得到完整全面提升。其核心思想 是以产品 （或项目）的研发到生成运行的生命周期为载体， 以上述 四个环节为进程， 构造基于工程 （项目 1的课程体系与教学实施。 这种模式激活了教学过程的主 动性、强化了实践，要求教学 融课程的有机联系方式进行学习和体验工程。CDIO

10、模式对学生能动性的完成工程 （项目）任务（活动）的培养具有重要效能与作用，使学生较深入地理解和认识工程，培养工程素养，解决工程 问题。近年来，国、内外高等教育依照该模式培养的工程人才， 深受到产业与工程界的欢迎，并对此充分肯定。学习CDIO工程教育模式对改革当前高等工程教育是可借鉴和值得推广的先进 教育思想和策略方法，是提高工程教育质量的“良方”。2 软件工程内涵与软件测试特征2.1 软件及其工程内涵软件是人类的特殊智力产品， 现代社会及各行业都高度依赖 软件的应用。各领域或行业的软件应用促进了经济和社会发展， 提高了工作效率，提升了人类生活质量。软件产品 （ 项目） 的开发应用有其特定过程，

11、 这个过程被称为 “软件生命周期”， 其开发过程称为软件工程， 它体现整个软件 工程知识体系和技术运用的过程。软件工程是应用计算机科学、 数学及管理科学等原理， 开发软件的工程。 它是研究用工程化方 法构建和维护软件，使其有效、实用与保证高质量。软件开发的 能力包含在从需求分析、软件架构、设计编码、质量监测、交付 使用与“生命”终结的整个过程中， 涉及到各种技术与非技术的 因素。软件的形成过程将构思、设计、实现和过程运行紧密地捆 绑，任一环节出现问题，都将影响软件的开发效率和质量，其开 发的过程和生命周期中包括诸多工程性因素。在高等教育中， 软件工程是一门学科及专业， 它涉及计算科 学、设计模

12、式、程序设计方法、软件开发工具、质量标准、系统 平台等多个方面， 软件工程教育的目标是认识和掌握软件开发中 的方法学和工程学知识，并应用于实践。传统软件专业教育，更多强调技术，而忽视工程。其中最为 强调的是程序设计基础，要求学生能很好掌握设计方法和技巧， 熟悉编程语言 （ 平台） ，忽略程序与软件的区别与联系， 了解了程 序，却忽略了软件；知道了软件，又忽略了系统：熟悉了系统， 又忘却了工程。工程化在软件产品开发中体现出人的智能、技术、管理、心 理及社会因素的整体蕴涵。工程化体现了计划、过程、资源、成 本等的要求，具体说，就是与市场、时间、成本、对象相关，涉 及到技术之外的管理知识和行业经验，

13、需要检测、评估、管理和 进度控制。CC2004（ACM、 AIS 和 IEEE-CS 2004.11 联合公布的新的计算 学科教程 ） 强调“理论一抽象一设计”的知识学习和应用过程。 这里“理论一抽象”或“抽象一理论”体现理科特征， 而“抽象 一设计”或“理论一设计”则体现工科特征。CC2005中，对计算科学每个学科领域都提出“职业训练” 或“社会和职业问题”的教学要求。 这里不仅是专业与技术， 实 际上既包括专业知识领域，也涉及应用行业背景知识。图1是CC2005中软件工程专业分析图，表达计算学科知识 与软件工程的要求及其倾向。软件工程教育需要给予学生工程学习和训练， 以软件生命周 期为主线

14、，构建知识结构，将学科知识、技术与工程有效结合， 体现软件工程领域中的工程学和方法学的实施， 实施技术与管理 能力训练和职业综合素质综合的培养。2.2 软件测试特征 软件测试是软件学科领域的新发展软件测试是新型专业， 软 件测试具有工程化特征。(1) 软件测试已发展成为软件工程领域中的新的分支学科， 它不仅与软件传统学科与技术产生交叉， 而且体现出学科、 技术 相对独立的特征，已形成相对独立的知识理论体系、技术规范、 策略方法与工程流程。 图 2 是以软件测试生命周期建立的测试体 系(V模型)，它呈现了测试策略、测试进程、测试标准和工程化 过程与特征。(2) 软件测试已建立专业的职业 (岗位)

15、系列，人才分布从初 级工程师到高级工程师， 软件测试的工程化工作主要由测试工程 师策划和实施。分别完成测试执行、测试设计、测试策划管理， 以及测试产品 ( 平台、工具 ) 的开发。(3) 软件测试领域已建立了全球权威唯一的国际软件测试专 业认证体系 (ISTOB) ，制定了软件测试工程师的标准，得到全球 40 多个国家的参与认可，开展软件测试专业认证工作。(4) 教育部等部委 2007 年出台的关于进一步加强国家重点 领域紧缺人才培养工作的意见，将软件测试等确定为 12 个国 家重点领域紧缺人才培养专业。 目前软件测试已成为高等工程 教育所重视和新的软件专业，开展专业人才培养。软件测试工程化体

16、现了测试计划、测试过程、测试成本、运 用资源的概念，具体来说就是与软件测试与市场、时间、成本、 对象有关， 涉及到技术外的管理知识和行业经验。 软件测试策略 体现了系统的折中优化过程。 在重视测试技术的同时， 测试强调 工程性，需要测试计划、测试环境、测试工具、测试资源和实施 的成本资金，同时测试需要评估、管理和进度控制，以及过程的 改进。3 软件测试专业的工程教育3.1 以工程教育理念和 CDIO模式设计软件测试专业工程技术人员的能力主要体现在工程实践活动中， 突出表现 在发现新问题、提出新思路、创造新成果的能力。构思以软件项 目教学主要为载体的CDIO工程教育模式实施方案，以软件测试 专业

17、为实践对象进行项目制教学的改革， 探索可行的能力训练方 案，使学生的综合职业能力与可持续发展能力均得到提高。(1) 以专业课程计划、课程大纲和课程教学方案等教学文件 的标准化建设，以“技术与工程中心”模式的实践教学环境建 设，以校企合作专兼结合的教学团队建设， 以项目为主要载体的 工程教育课程，以电子化、网络化的课程教学资源建设，形成科 学的CDIO工程教育的范式，用以指导整个教学的进程与各项工 作。(2) 建立具有工程内容的课程结构模式，课程建立采用平台 结构，据此提高工程教育质量。建立充足的工程实践项目，安排 足够的工程实践和实习训练，建立真实的工程实践环境与条件； 引入和开展软件测试的国

18、际 (工程师 )资格认证，推进工程教育的 效果检验和质量评估价：建立和实施工程教育的岗前培养模式： 对进入企业的毕业生进行必要的工程师岗位培训。(3) 项目教学是一种具有针对性、实践性、启发性、研究性 和实效性的教学方法， 能开发学生智力， 培养学生艺术设计实践 能力，激发学生的学习兴趣，提高学生综合素质。项目教学法可 活跃课堂气氛， 提高设计的教学效果， 项目教学法理论联系实际， 让学校教学与企业工作“零距离”靠近。3.2 软件测试专业课程体系(1) 公共基础与社会人文科学课程组合。(2) 软件学科与技术课程组合。(3) 软件测试专业课程组合。(4) 项目课程组合。3.3 建立满足该专业特征

19、的教学策略 软件测试专业从建立初期就从学生的综合素质、 基础理 论、动手实践、 创新设计、实践训练等多个环节进行全方位培养， 提高其工程实践能力、自主设计能力和综合素质的养成。(1) 研究和开发适合本校使命和特点的专业课程模式。其主 导思想是：注重工程学科知识与技术的传授， 注重工程实践训练； 注重综合素质与能力培养， 注重社科人文、 经济等方面知识的作 用。通过教育，使学生不仅要有坚实的学科与技术基础，这是今 后可持续发展的基础， 同时也获得工程实际训练， 真正学会用学 科与技术基础运用于工程，去解决实际问题。因此，课程教学的 核心问题在于如何把握好这几方面的有效结合。(2) 综合性的项目课

20、程分别为单元与集成测试、软件项目功 能测试、 软件项目性能测试与系统测试。 这些项目课程都设计为 综合性的工程项目。 每个测试， 将设计分为三个阶段： 项目分析、 设计方案和执行方案。 每个项目由小组团队完成， 分别进行实施 阶段和成果的评估。为保证项目教学的运行， 选用和设计案例。 案例是单门课程 的教学载体，是工程中已有成果，其承载知识、技能与素养的学 习，是实施项目制教学的前提，是培养高技能人才的重要基础。 案例学习注重“实施”和“运行”两个环节，“实施”侧重过 程，设计和管理的执行过程；而“运行”注重项目方案的优化、 改进与维护。(3) 在保证有扎实教学和学科基础前提下，使之尽早面向工

21、 程实际、系统构思、规范设计、合作学习、团队工作、工程实践 等。加强工程训练的策略，主要是实施两个层面的活动，即案例 实践计划和实践导向计划。 前者，在课程教师指导下做小项目测 试和案例测试；后者，与企业结合，组织学生加入软件测试工程 实践，历时三个月，集中学习如何完成实际项目，历经全过程， 这些教学活动在培养学生进入实际工作环境， 培养工程能力方面起到较大作用(4) 完成软件测试工程任务，需要建立行业或领域的概念， 因为许多软件是行业或领域应用的系统。 软件测试专业学生必须 了解软件项目的背景， 这是软件测试工程的要求。 行业领域千差 万别， 在校学习期间通过教学全面了解行业背景不现实， 但

22、结合 软件测试项目使学生对行业或领域建立概念， 通过项目分析、 专 题讲座、案例分析、实习环节等方式了解行业概念。通过寻找合 作伙伴，组建团队，与行业顾问、咨询专家结合，将自己不熟悉 的领域逐渐熟悉起来，培养学生合作完成测试任务的意识与行 为。(5) 软件测试不仅仅是某个单项技术或多项技术的应用，而 是实施项目。在测试工程实施当中，通常会采用项目管理方式， 因此，软件测试工程师、项目经理、软件系统分析和软件架构、 软件开发工程、 质量管理人员等都是项目实施过程中干系人。 测 试人员需要学习和熟悉项目管理。(6) 教学方法从“讲授知识，使学生知道了什么”转变为 “以学生为本， 让学生会用得怎样”

23、。 创造条件让学生主动学习。 目前贯彻的教学方法较多采用讨论式学习和以小组形式完成具 体工作任务的学习，结合实际项目，把学生组织为若干小组，教 师联合指导， 通过合作完成项目， 从中学习相关知识让学生学会 横向思考、学会联系实际地学习、学会对各部分内容进行综合、 学会处理实际工作中的不确定性因素 (建立风险意识 ) 、学会团队 合作与工作协同配合等，培养综合能力。(7) 建立开放的教学策略，为学生创造可灵活、自由、主动 学习的环境，充分调动学生参加工程实践、主动学习的积极性。 为此，建立 sparkIe 网络课程教学与资源管理系统， 开发该专业 多门课程电子教学资源， 为学生自主、 个性学习建

24、立环境与条件， 使培养模式和培养途径多样化。(8) 提升学校教师的专能，包括系统的学习和研修软件测试 专业理论知识，加强工程实践，积累专业实际工作经验，重视软 件测试学科与测试技术的应用研究， 将研究成果吸收并与专业教 学有效结合； 与企业建立持久而有效的合作机制， 创造条件鼓励 专业教师积极与企业加强合作与交流。 通过多种措施， 提升教学 能力，保障教学质量。3.4 实施过程与方法3.4.1 实施“两个引进”策略 实施业界软件测试专家和工程师的引进、 企业真实软件测试 项目的引进。 采用灵活办法聘请丰富工程实际经验的软件测试工 程师或测试专家来校教学与指导学生工程实践； 建立在校教师与 企业

25、技术人员联合教学团队， 形成以解决工程问题为主导的教学 师资。3.4.2 设计 5 个项目课程其中 4个为学期课程项目， 1个为毕业项目课程 (专业实习 ) 学期项目课程： 是专业课程的运用载体， 是软件项目测试工 程中未来的成果， 承载学生主动完成任务与工作能力的培养， 是 贯彻工程教育的重要策略与途径。 4 个学期项目分别在前 2、3、 4、5 学期实施，每个项目都安排“构思”与“设计”两个环节， 发挥学生主动创新思维， 综合运用课程知识。 “构思”注重测试 的需求分析和测试策略制定， “设计”注重测试用例的设计和测 试过程的设计。 为便于实施学期项目， 建立以学期项目为中心的 课程模块。

26、一个项目课程针对一项软件测试主要的测试类别和特 定任务领域性专业课程， 使课程知识有机联系。 每学习完成一门 项目课程， 则应能完成该测试类别领域的任务和工作， 更主要的 是能通过课程的集成运用进行学期项目设计与运行。毕业项目课程： 是专业实习阶段的学习载体， 为企业的真实 项目，承载着软件测试工程师专业与职业综合素质的训练。 毕业 项目在三年级实施，要求学生完成完整的测试工程项目。在能力训练体系中， 案例教学与学期项目、 毕业项目不间断 实施，使职业能力与可持续发展能力得到充分培育。3.4.3 建立“技术与工程中心”工程训练平台CDIO工程教育模式旨在培养工程技术人员素质，应将项目 “设计，

27、制作”的全过程置于真实生产环境中。为此，通过建立 技术与工程中心， 形成开放式的实训基地和技术培训中心， 依托 真实生产环境 （ 软件开发与测试环境 ） 实现学习与工作， 达到理论 与实践有机结合，使项目教学的条件得到保障，使学生构思、设 计、实现和运行的项目工程得以实施。使理论知识、实践技能、 职业素养与实际应用环境结合在一起， 从而达到工作过程与教学 过程的融合。3.4.4 专业能力训练体系的实施(1) 实施案例教学， 促进学生职业能力发展。 在课程设计上， 以来自软件测试的一组工业案例为载体， 采用案例教学， 按照案 例的设计过程进行学习与训练，对学生专业能力、方法能力、社 会能力进行渗

28、透和培养。(2) 安排实施计划，保证项目运行。重构思与设计，通过收 集资料、头脑风暴、整理方案、小组讨论，然后制定实施计划， 进行小组分工，并开始进行方案设计。在项目，学生编制项目方 案书，通过自评、互评和指导教师点评进行测试方案的评审，对 项目设计的规范要求和可行性提出评估鉴定意见。项目方案评 审，充分发挥学生的主动性思维；项目小组必须细化方案，形成 完整书面文本，进行项目汇报、答辩与成果展示，并进行成绩评 定。其他学期项目也照此流程 执行，通过多次反复训练，培 养学生能完成任务和实际工作的能力。 对评审完成的项目才能进 入方案实施阶段，在技术与工程中心完成。(3) 校企合作共同指导实习，确

29、保毕业项目的真实开展。该 阶段项目选题由合作企业选择其完成或运作的真实工程项目。 专 业实习以工程师培训的形式完成， 实行“双导师”指导， 由合作 企业与学校教师共同实施。培训集中、连续进行，中途不间断； 教学检查由校企共同制定阶段性检查和项目考核目标的检查。 检 查注重项目运作成果和实用价值， 以判断学生的真实能力和培训 效果。3.4.5 能力培养体系的多维度评价， 在实施能力训练体系时，实施考试改革，从项目汇报、项目 成果、能力形成等方面进行综合考核， 注重综合职业能力的评价， 在CD环节重点考核获取知识、运用知识能力和主动性创新思维；10 环节重点考核技能。CD环节评价。在项目实施中，根

30、据项目方案汇报，由23名教师（校企双方组成 ）团队组织和负责评价， 根据学生在项目方 案中获取知识与运用知识的能力进行判断。10环节评价。在项目实施后，其是否达到预期要求，通过 运行进行检验。具体做法是，各项目小组通过项目总结交流，介 绍项目实施过程； 通过在测试环境中进行实际的运行， 展示项目 的实践效果，并通过项目评价小组进行评价。事实上，学生在CD阶段一次评价就通过可实施的方案不超过 20，经过对方案改进后，不断优化实施方案，多数学生的 方案可实施。通过软件测试专业国际专业认证， 学生的专业知识与能力得 到业界认可， 就业竞争力增强， 综合职业能力与可持续发展能力 得到明显提高。4 结语

31、4.1 教学质量明显提高，内涵建设成绩显著从 2004 年开设软件测试课程到 2006 开办软件测试专业， 6 年多的软件测试教学实践， 已培养两届软件测试专业人才： 建立 了一支专业水平较高、 工程经验较丰富的“双师”校企合作教学 团队，创建了工学结合的软件技术与工程中心 （ 软件企业模式的 工程运作环境 ） ，汇集和运用软件测试案例 40 多个，实施和完成 软件项目 （包）测试项目约 20个，编写出版了 3 本专业教材，开 发了网络型课程教学和资源管理系统和可运行的 12 门专业课 程， 200多项课程资源。教学成果获 2007 年度教育部高等学校 国家级精品课程， 广州市第 7 届高等教育教学成果奖、 特等奖等 多个奖项。4.2 学生综合能力增强，就业质量提高软件测试专业学生，特别是经过 CDIO模式教学活动的2006 级学生，经过各个阶段工程教育，专业就业率达到 1 00，并 就业于软件测试或软件开发岗位，从事专业性工作。2007 级，由于贯彻CDIO模式教学，获取国际软件测试测试专业认证 （ISTQB）的人数达到50%