以工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的軟件工程本科人才培養(yǎng)體系

郭衛(wèi)斌，虞慧群，李建華，羅勇軍

（華東理工大學(xué) 計算機科學(xué)與工程系，上海 200237）

0 引 言

教育部公布的2015年中國大學(xué)畢業(yè)生就業(yè)報告將建筑學(xué)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等7個專業(yè)列為本科就業(yè)綠牌專業(yè)[1]（綠牌是指失業(yè)量較小，就業(yè)率、薪資和就業(yè)滿意度綜合較高的專業(yè)，為需求增長型專業(yè)）。高層次、實用性、復(fù)合型、具有國際競爭力的軟件工程人才的培養(yǎng)，要求學(xué)生具備一定的國際化視野、較強的工程實踐能力和創(chuàng)新意識。研究探索新形勢下的軟件工程人才培養(yǎng)模式及方法，將為規(guī)劃部署教學(xué)條件和實習(xí)基地建設(shè)，培養(yǎng)既有扎實的理論基礎(chǔ)，又有一定的工程實踐能力、管理能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的高素質(zhì)軟件工程專門人才，奠定良好的基礎(chǔ)。

1 軟件工程專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇

1.1 面臨的挑戰(zhàn)

通過對軟件行業(yè)、企業(yè)調(diào)研和畢業(yè)生質(zhì)量的問卷調(diào)查反饋、查閱文獻可知，目前國內(nèi)關(guān)于軟件工程人才培養(yǎng)亟須解決如下問題[2-3]：①人才培養(yǎng)目標(biāo)內(nèi)涵不清晰。缺少以規(guī)范、精確的方式對培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求進行詳細清晰地定義。②課程體系與專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)不協(xié)調(diào)，忽視軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展對先進技術(shù)應(yīng)用與工程經(jīng)驗學(xué)習(xí)的需要，實踐課程體系缺乏以解決實際問題為背景的知識綜合應(yīng)用與工程能力訓(xùn)練。③教學(xué)模式與培養(yǎng)途徑與工程實際能力培養(yǎng)不適應(yīng)，忽視工程環(huán)境中以問題求解為導(dǎo)向的主動學(xué)習(xí)，缺少啟發(fā)式教學(xué)和基于實際工程項目的案例教學(xué)。④管理體制和運行機制與高素質(zhì)人才培養(yǎng)不匹配。任課教師缺乏實際工程經(jīng)驗，難以支撐工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)計劃的實施，運行機制很難讓企業(yè)參與人才培養(yǎng)過程。

1.2 存在的機遇

（1）軟件產(chǎn)業(yè)是信息社會的支柱產(chǎn)業(yè)之一，也是上海等大中城市優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，該產(chǎn)業(yè)需要大批既有扎實的理論基礎(chǔ)又有實踐經(jīng)驗的高級專門人才。但目前，我國軟件行業(yè)人才缺口較大，就業(yè)形勢非常好，具有很大的需求潛力。

（2）通過多年發(fā)展，個別高校建立了自己的學(xué)科優(yōu)勢，可以為軟件工程人才的培養(yǎng)提供實踐經(jīng)驗。以華東理工大學(xué)為例，該校在軟件工程領(lǐng)域具有較好的科研和教學(xué)積累，承接多項國家級高科技項目，在可信計算與信息安全、計算機網(wǎng)絡(luò)信息處理和商業(yè)自動化等領(lǐng)域，形成了自己的研究特色；許多教師畢業(yè)于計算機軟件與理論專業(yè)，具有豐富的軟件開發(fā)從業(yè)經(jīng)歷，具備組織開發(fā)大中型軟件項目的經(jīng)驗和能力，在老師的帶領(lǐng)下，該專業(yè)的學(xué)生在各種國際、國內(nèi)競賽中成績突出。

（3）當(dāng)前，國家正在開展新工科專業(yè)的研究與實踐，聚焦國家發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)發(fā)展新工科，進行高等教育改革，推動學(xué)科專業(yè)交叉融合，加強復(fù)合型工程技術(shù)人才培養(yǎng)，成為當(dāng)前高校的一項重要任務(wù)。國家當(dāng)前和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要以及工程教育改革的新形勢為軟件工程專業(yè)開展改革與實踐提供了恰當(dāng)?shù)那腥朦c和良好的契機。

2 軟件工程人才培養(yǎng)體系

2.1 建設(shè)思路

在重點培養(yǎng)學(xué)生的軟件開發(fā)能力和軟件工具應(yīng)用能力的基礎(chǔ)上，進一步加強軟件項目設(shè)計能力、項目組織與管理能力、項目團隊協(xié)作能力、技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新能力等能力的培養(yǎng)。

基于以上定位，依照科學(xué)分層、合理配置、全面培養(yǎng)、突出創(chuàng)新的原則，構(gòu)建以學(xué)生的全面發(fā)展為中心，以培養(yǎng)工程意識、工程興趣、工程能力和創(chuàng)新精神為核心，對軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)格、理論教學(xué)體系、實踐教學(xué)體系、教學(xué)方式方法、管理與運行機制等進行改革，建立面向?qū)I(yè)全體學(xué)生、符合專業(yè)規(guī)范和學(xué)校特色的華東理工大學(xué)軟件工程本科專業(yè)人才培養(yǎng)體系。

2.1.1 出發(fā)點

（1）從知識結(jié)構(gòu)、學(xué)科能力和專業(yè)素質(zhì)等方面制訂適合本校學(xué)生特點的軟件工程人才培養(yǎng)規(guī)格。

（2）結(jié)合CDIO（conceive構(gòu)思、design設(shè)計、implement實現(xiàn)、operate運作）理念，整合課程體系，構(gòu)建以學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量為中心、以工程創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的“寬基礎(chǔ)、精方向、重創(chuàng)新”的理論教學(xué)體系，強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐訓(xùn)練，構(gòu)建漸進性階梯式軟件工程實踐教學(xué)體系。

（3）以實際工程項目的問題定義、可行性分析、需求建模、系統(tǒng)設(shè)計、實現(xiàn)與測試為主線，強調(diào)學(xué)生探索、教師指導(dǎo)下的問題求解，實踐以軟件需求為導(dǎo)向、以問題求解為主線的項目驅(qū)動的教學(xué)方法。

（4）建設(shè)多元化師資隊伍、引入績效考核機制、創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研合作教育模式等。

2.1.2 預(yù)期目標(biāo)

（1）內(nèi)涵建設(shè)是當(dāng)前我國高等教育改革的核心，培養(yǎng)符合國家經(jīng)濟建設(shè)需要的高素質(zhì)軟件工程專門人才的工程實踐能力和創(chuàng)新意識是內(nèi)涵改革的重要任務(wù)。按照軟件產(chǎn)業(yè)的人才需求特點，從基礎(chǔ)知識與工程技術(shù)、專業(yè)技能與素質(zhì)、團隊協(xié)作與溝通、軟件系統(tǒng)與產(chǎn)品等方面凝練出軟件工程人才應(yīng)具有的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和素質(zhì)結(jié)構(gòu)。

（2）CDIO是由麻省理工學(xué)院等機構(gòu)提出的先進工程教育模式，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，以培養(yǎng)其工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力[4-5]。在構(gòu)建軟件工程人才培養(yǎng)體系時，力求反映CDIO理念、理論與實踐教學(xué)體系合理實現(xiàn)CDIO大綱要求，以使學(xué)生在上述4個層面達到預(yù)期目標(biāo)。

（3）結(jié)合在線課程、翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)等新興教學(xué)模式，開展基于項目驅(qū)動、以問題求解為導(dǎo)向的案例式、啟發(fā)式、探究式教學(xué)，使學(xué)生通過課前自學(xué)、課堂深入引導(dǎo)和課堂研討等形式啟發(fā)學(xué)生開展自我探索式學(xué)習(xí)、增強學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

2.2 人才培養(yǎng)體系構(gòu)建

依照以知識傳授為載體、以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向、以素質(zhì)提升為目標(biāo)的原則，建立以工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的軟件工程本科人才培養(yǎng)體系，包括軟件工程知識體系和人才培養(yǎng)規(guī)格、軟件工程理論課程體系、軟件工程實踐教學(xué)體系和軟件工程創(chuàng)新訓(xùn)練體系4個部分。

2.2.1 軟件工程知識體系和人才培養(yǎng)規(guī)格

IEEE最新發(fā)布的軟件工程知識體系（SWEBOK）包括軟件需求、軟件設(shè)計、軟件構(gòu)造、軟件測試、軟件維護、軟件配置管理、軟件工程管理、軟件工程過程、軟件工程的工具與方法、軟件質(zhì)量等10個知識域，這些知識域貫穿軟件產(chǎn)品生命周期的全過程[6]。

按照國際軟件規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、國家軟件產(chǎn)業(yè)需求和軟件工程專業(yè)特點，基于SWEBOK從基礎(chǔ)知識與工程技術(shù)、專業(yè)技能與素質(zhì)、團隊協(xié)作與溝通、軟件系統(tǒng)與產(chǎn)品4個方面制訂軟件工程人才培養(yǎng)規(guī)格。規(guī)格包括知識結(jié)構(gòu)（工具性知識、人文社科知識、自然科學(xué)知識、工程學(xué)知識、經(jīng)濟管理知識、專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識等）、能力結(jié)構(gòu)（獲取知識能力、應(yīng)用知識能力、創(chuàng)新能力等）和素質(zhì)結(jié)構(gòu)（思想道德素質(zhì)、文化素質(zhì)、專業(yè)素質(zhì)、身心素質(zhì)等）。

在此基礎(chǔ)上，對這些知識、能力與素質(zhì)進行梳理，形成與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系矩陣，依此判斷人才培養(yǎng)目標(biāo)的達成度。

2.2.2 軟件工程理論課程體系設(shè)計

在制訂課程體系時，通過專題研討、在校生交流、專家訪談、校友座談、走訪用人單位和問卷調(diào)查等方式，征集學(xué)生、企業(yè)和行業(yè)對軟件人才的需求特點，據(jù)此不斷改革課程體系和調(diào)整教學(xué)執(zhí)行計劃。軟件工程專業(yè)的理論課程體系由學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程和方向選修課程3個層次組成，如圖1所示。在劃分3個層次的邊界時，既要考慮對計算機科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科的傳承，又要體現(xiàn)軟件工程的學(xué)科特點[6-9]。

圖1 軟件工程專業(yè)的理論課程體系

學(xué)科基礎(chǔ)課程主要培養(yǎng)學(xué)生在簡單、普適的環(huán)境下進行軟件開發(fā)的基礎(chǔ)能力，訓(xùn)練學(xué)生的初步和基本的工程能力，一般在第1—3學(xué)期開設(shè)。專業(yè)核心課程包括計算機系統(tǒng)技術(shù)課程和軟件工程方法課程兩部分。其中，計算機系統(tǒng)技術(shù)課程培養(yǎng)學(xué)生運用軟件工程方法解決某種計算環(huán)境下具體軟件設(shè)計問題的能力；軟件工程方法課程可按照自底向上或者自頂向下的方式講授軟件設(shè)計的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生在軟件工程專門領(lǐng)域解決復(fù)雜軟件設(shè)計問題的能力，一般在4—6學(xué)期開設(shè)。方向選修課程是指按照專業(yè)方向模塊開設(shè)不同的研究型課程，強調(diào)專業(yè)知識與實際應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)合，根據(jù)專業(yè)和學(xué)校的具體情況，可分為數(shù)據(jù)科學(xué)、數(shù)字媒體、物聯(lián)網(wǎng)工程和信息分析等4個方向模塊，分類培養(yǎng)學(xué)生綜合運用領(lǐng)域知識的能力和科學(xué)研究能力，一般在第7學(xué)期開設(shè)。

2.2.3 軟件工程實踐教學(xué)體系設(shè)計

（1）將工程意識和工程實踐能力的培養(yǎng)貫穿課內(nèi)實驗、實訓(xùn)、課外實踐和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，同時加大課程實驗環(huán)節(jié)的比重，加強實踐動手能力的培養(yǎng)，優(yōu)化課程實驗體系與內(nèi)容，使其具有層次性、階段性和系統(tǒng)性。

（2）將實踐教學(xué)分為學(xué)科基礎(chǔ)實驗、軟件過程訓(xùn)練和綜合實踐3個層次，全方位培養(yǎng)學(xué)生計算機硬件、軟件，網(wǎng)絡(luò)與信息安全方面的工程實踐能力。第1層次的實踐從認(rèn)識開始，逐步增加設(shè)計型實驗，使學(xué)生具備一定的實驗?zāi)芰统醪降墓こ桃庾R；第2層次的實踐包括課程實驗、課程設(shè)計、項目實訓(xùn)和專題實踐等環(huán)節(jié)，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生熟悉軟件工程過程；第3層次的實踐包括軟件職業(yè)實踐和畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力和工程開發(fā)能力。

（3）建立不同層次、課程模塊與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系矩陣。

（4）對實驗室與實訓(xùn)基地的硬件、實驗場所、實驗大綱與指導(dǎo)、實踐教學(xué)隊伍與管理隊伍、實踐教學(xué)管理制度等進行系統(tǒng)的實踐環(huán)境建設(shè)研究。

（5）創(chuàng)新性項目實踐活動包括科研實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動、學(xué)科競賽和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的知識運用能力、信息獲取與選擇能力和創(chuàng)新能力。

3 應(yīng)用實踐

3.1 以軟件需求為導(dǎo)向、以問題求解為主線的項目驅(qū)動的教學(xué)方法實踐

（1）改革理論與實踐教學(xué)方法，通過分組討論、頭腦風(fēng)暴、逆向思考等形式進行創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法訓(xùn)練。

（2）通過項目驅(qū)動進行軟件工程技術(shù)研究方法的訓(xùn)練。以教師真實的科研項目或工程項目為驅(qū)動，強化學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維能力，建立學(xué)生自主研究和創(chuàng)新的機制，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)其團隊協(xié)作精神。

（3）變詳細講授為問題求解討論。圍繞學(xué)生預(yù)習(xí)內(nèi)容講解知識點的關(guān)鍵性原理，幫助學(xué)生理解重點難點問題，鞏固基礎(chǔ)知識。利用啟發(fā)式提問以及重點分析的方式進行引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生深度思考，舉一反三，鼓勵學(xué)生進行發(fā)散性思考，培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。

（4）建立先進的能力考核與評價機制。改革考核方式與考試內(nèi)容，減少客觀題型，增加有利于能力提高的主觀設(shè)計類題目的比例，重視學(xué)生的綜合素質(zhì)評價，通過多元化方式對學(xué)生的工程實踐與創(chuàng)新能力進行考核和評價。

（5）將科技競賽、科學(xué)研究、校企合作等納入實踐教學(xué)模塊。以科技競賽為切入點，形成學(xué)生自覺參加實踐活動的機制，以校企合作為突破，實現(xiàn)常態(tài)化的工程訓(xùn)練。

3.2 師資隊伍、教學(xué)管理與運行機制建設(shè)

（1）聘請行業(yè)專家和校外教師參與授課和實踐指導(dǎo)，鼓勵教師參加國內(nèi)相關(guān)的教學(xué)研討會和培訓(xùn)班，選派青年教師到企業(yè)參與產(chǎn)學(xué)研踐習(xí)計劃、赴國外進行教學(xué)研修，形成理論水平高、工程實際經(jīng)驗豐富的軟件工程師資隊伍。

（2）構(gòu)建量化評價培養(yǎng)目標(biāo)達成度的機制。該機制共包括評價對象、評價原理、評價依據(jù)、評價機構(gòu)和人員、評價周期及評價合格標(biāo)準(zhǔn)等6個部分，如圖2所示。

圖2 畢業(yè)要求達成度評價模型

（3）培養(yǎng)質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)改進。圍繞培養(yǎng)目標(biāo)確立課程體系和實踐環(huán)節(jié)，制定各教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，建立規(guī)范的教學(xué)管理體系，制定并執(zhí)行科學(xué)的管理方法和規(guī)章制度，確保培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)，如圖3所示。

圖3 軟件工程專業(yè)教學(xué)管理體系架構(gòu)

為持續(xù)提高專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，優(yōu)化人才培養(yǎng)目標(biāo)，還可建立相應(yīng)的質(zhì)量跟蹤反饋體系，及時了解課程體系、實踐環(huán)節(jié)、教學(xué)管理等存在的不足，社會對人才培養(yǎng)的新要求等，持續(xù)改進人才培養(yǎng)質(zhì)量。

4 結(jié) 語

工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)是當(dāng)前教育界的熱門話題之一。華東理工大學(xué)軟件工程專業(yè)利用新專業(yè)建設(shè)的契機，從知識體系、人才培養(yǎng)規(guī)格、理論課程體系、實踐教學(xué)體系、創(chuàng)新訓(xùn)練體系等方面，對該專業(yè)進行了卓有成效的探索和實踐，為專業(yè)的下一步建設(shè)和改革積累了較好的成果和經(jīng)驗。下一階段，課程改革將對軟件工程課程體系進行深入的研究與整合，構(gòu)建更加合理的分層次多模塊的軟件工程專業(yè)實踐教學(xué)體系。

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