智慧教學(xué)導(dǎo)向的軟件工程專業(yè)教學(xué)方法探索

諸峰 張曉如 王東升

[摘 要]“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃的實(shí)施以及以人工智能為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高校軟件工程專業(yè)教學(xué)提出了新要求。課題組通過分析軟件工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐中遇到的實(shí)際問題，探索了一種以智慧教學(xué)為導(dǎo)向的新型教學(xué)方法。教學(xué)實(shí)踐表明，該方法既符合軟件工程專業(yè)的發(fā)展需要，又能夠培養(yǎng)兼具理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用能力的高層次人才，具有良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)方法；智慧教學(xué)；軟件工程

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）07-0033-03

2015年3月5日，李克強(qiáng)總理在十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議上首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，大力推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)的緊密結(jié)合。2016年3月16日，谷歌公司的AlphaGo以4：1的成績(jī)戰(zhàn)勝了圍棋九段大師李世石，這一勝利標(biāo)志著人工智能算法以及相關(guān)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步。在這樣的時(shí)代背景下，高校軟件工程專業(yè)迎來(lái)了前所未有的機(jī)遇，同時(shí)也給專業(yè)課程的教師帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)[1]。一方面，軟件工程專業(yè)課程更加注重學(xué)生編程思想和軟件開發(fā)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，這就需要專業(yè)教師及時(shí)跟蹤產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的最新技術(shù)和科研成果，通過不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐新技術(shù)來(lái)提升自身的專業(yè)技能。另一方面，專業(yè)教師需要更新教育教學(xué)理念，在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)方法和模式進(jìn)行提煉和創(chuàng)新，使之既符合軟件工程專業(yè)的發(fā)展需要，又能夠培養(yǎng)兼具理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用能力的高層次人才。

一、 軟件工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)現(xiàn)狀

（一）培養(yǎng)目標(biāo)

以清華大學(xué)軟件工程專業(yè)為例，從知識(shí)、能力和素質(zhì)等維度對(duì)軟件工程專業(yè)本科層次提出了具體的培養(yǎng)要求。首先是個(gè)人素質(zhì)方面，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的社會(huì)責(zé)任感、良好的工程職業(yè)道德、追求卓越的態(tài)度和強(qiáng)烈的愛國(guó)敬業(yè)精神。在知識(shí)方面，要求學(xué)生具有從事工程工作所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、人文社會(huì)科學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，又掌握軟件工程領(lǐng)域所需的專業(yè)知識(shí)，包括軟件需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件構(gòu)造、軟件測(cè)試、軟件演化、軟件過程、軟件質(zhì)量與管理等。另外，還應(yīng)當(dāng)具有領(lǐng)域應(yīng)用的知識(shí)，如信息系統(tǒng)、信息安全、游戲動(dòng)畫多媒體等應(yīng)用。在能力方面，則要求學(xué)生具有較強(qiáng)的運(yùn)用知識(shí)能力，包括軟件分析與開發(fā)能力、過程控制與管理能力、工具使用與實(shí)驗(yàn)技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力、面向領(lǐng)域的應(yīng)用能力。同時(shí)，良好的創(chuàng)新發(fā)展和創(chuàng)業(yè)能力也隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出而成為學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)中的重要方面。

（二）教學(xué)現(xiàn)狀

在課程設(shè)置上，高校軟件工程專業(yè)普遍注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，開設(shè)包括專業(yè)基礎(chǔ)課程、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、軟件及Web開發(fā)、軟件質(zhì)量保障與測(cè)試等專業(yè)應(yīng)用類課程。在教學(xué)模式上，通常采用教師課堂操作演示與學(xué)生上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的方式，注重基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力的綜合發(fā)展。在教學(xué)評(píng)價(jià)上，也不再依賴單一的試卷測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)，而是越來(lái)越關(guān)注對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和平時(shí)表現(xiàn)的綜合測(cè)評(píng)。但是在教學(xué)實(shí)踐過程中，仍然存在一些問題，值得總結(jié)與反思。為此，我們對(duì)本校計(jì)算機(jī)學(xué)院10名專業(yè)教師開展走訪交談，并對(duì)軟件工程專業(yè)79名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，最終收到有效問卷75份。通過整理和分析，下面就當(dāng)前教學(xué)中突出的幾點(diǎn)問題進(jìn)行討論。

1.課堂學(xué)習(xí)參與度問題

在課堂教學(xué)中，學(xué)生逃課、睡覺、玩手機(jī)等現(xiàn)象比較常見。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有很多，從學(xué)生的角度來(lái)看，一部分學(xué)生自我管理能力比較薄弱，對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)沒有興趣，認(rèn)為能夠得到學(xué)分就行。另外，對(duì)課程內(nèi)容在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用沒有認(rèn)識(shí)，課后又不愿意對(duì)課程內(nèi)容做進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。當(dāng)然，也有一部分學(xué)生是因?yàn)樽陨韺W(xué)習(xí)能力較弱，往往不能及時(shí)掌握和消化所學(xué)知識(shí)，在一些課程難點(diǎn)上卡住后，漸漸失去學(xué)習(xí)的動(dòng)力。因此，作為專業(yè)課程教師，有必要反思當(dāng)前的教學(xué)模式和方法，思考怎樣使課堂教學(xué)滿足不同層次學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要，在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，兼顧能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生真正參與到課堂教學(xué)中來(lái)[2]。

2.課程評(píng)價(jià)過程性問題

軟件工程專業(yè)課程更加注重實(shí)踐能力的評(píng)價(jià)。然而，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)與課程教學(xué)的評(píng)價(jià)不利于考察每一個(gè)學(xué)生，教師往往關(guān)注對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢查，卻缺乏有效的手段對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行跟蹤，這使得一些學(xué)生不愿意動(dòng)手實(shí)踐，互相抄襲、代為實(shí)驗(yàn)等情況頻現(xiàn)，最終導(dǎo)致一些學(xué)生眼高手低，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ貌坏教岣?。因此，有必要利用現(xiàn)代信息化等技術(shù)手段，對(duì)教學(xué)過程，特別是實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行全面跟蹤，實(shí)現(xiàn)過程性評(píng)價(jià)[3]。

3.課程內(nèi)容陳舊性問題

軟件工程專業(yè)課程，特別是軟件開發(fā)應(yīng)用類的課程，其技術(shù)的更新?lián)Q代很快。而由于課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)條件、師資力量的限制，在目前的教學(xué)中，很難做到對(duì)教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新，所講授的知識(shí)往往還是多年以前的，授課內(nèi)容不能做到與時(shí)俱進(jìn)。這就導(dǎo)致學(xué)生專業(yè)技能與企業(yè)的具體需求存在一定的脫節(jié)。因此，有條件的學(xué)?？梢赃m當(dāng)在高年級(jí)增設(shè)一些專業(yè)選修類課程，并邀請(qǐng)企業(yè)工程師開展技術(shù)講座，以方便學(xué)生了解最新技術(shù)和企業(yè)需求[4]。

二、智慧教學(xué)導(dǎo)向的新型教學(xué)方法

針對(duì)當(dāng)前專業(yè)課教學(xué)中出現(xiàn)的典型問題，結(jié)合軟件工程專業(yè)特點(diǎn)，課題組探索了一種以智慧教學(xué)為導(dǎo)向，兼顧能力和興趣培養(yǎng)的教學(xué)新方法。該方法以智慧教學(xué)平臺(tái)為核心，以服務(wù)教師和學(xué)生為目標(biāo)，將案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、小組合作學(xué)習(xí)、項(xiàng)目探究學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方法融入實(shí)際的教學(xué)過程中，在教學(xué)評(píng)價(jià)上則更加注重形成性評(píng)價(jià)[5][6]，其教學(xué)過程如圖1所示。

智慧教學(xué)平臺(tái)是該教學(xué)方法得以實(shí)施的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，它是聯(lián)系教學(xué)各個(gè)階段的紐帶。目前，該平臺(tái)主要由教學(xué)案例管理、教學(xué)素材管理、教學(xué)資料管理、教學(xué)評(píng)價(jià)管理以及支持小組協(xié)作的移動(dòng)探究教學(xué)平臺(tái)等五個(gè)模塊組成。其中，前四個(gè)模塊主要面向教師，由教師根據(jù)課程內(nèi)容進(jìn)行維護(hù)和管理，最后一個(gè)模塊由教師和學(xué)生共同參與使用和管理。

（一）面向教師端的教學(xué)過程

在教學(xué)設(shè)計(jì)和導(dǎo)入階段，首先由教師操作教學(xué)案例和教學(xué)素材管理模塊，進(jìn)行課程案例的設(shè)計(jì)和維護(hù)，并對(duì)復(fù)雜的案例任務(wù)進(jìn)行分解。有條件的話，教師也可以與企業(yè)合作，共同設(shè)計(jì)面向?qū)嶋H應(yīng)用的教學(xué)案例。在平臺(tái)使用初期，由于教學(xué)案例庫(kù)還不豐富，需要教師在前期投入大量精力，上傳課程的相關(guān)素材，包括課件、試卷、習(xí)題、圖片、音視頻等各類資源。后期，在積累了一定的案例后，教師再次開設(shè)該課程時(shí)，就可以直接選擇已經(jīng)設(shè)計(jì)好的課程案例。另外，教師也可以設(shè)置案例的共享等級(jí)，可以把設(shè)計(jì)好的案例共享給所有或者特定的教師。在此基礎(chǔ)上，教師根據(jù)課程和案例任務(wù)的需要，對(duì)涉及的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行講授。

在教學(xué)實(shí)踐階段，需要教師和學(xué)生相互協(xié)作。教師可以靈活的和學(xué)生開展互動(dòng)，進(jìn)行網(wǎng)上在線輔導(dǎo)和答疑，并可以通過平臺(tái)提供的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)情況分析功能，以可視化的形式隨時(shí)查看學(xué)生案例任務(wù)完成進(jìn)度情況、任務(wù)提交情況等，在教學(xué)評(píng)價(jià)階段，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。智慧教學(xué)平臺(tái)會(huì)根據(jù)學(xué)生使用協(xié)作探究學(xué)習(xí)系統(tǒng)的時(shí)間、頻度、學(xué)習(xí)任務(wù)的完成情況等若干指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出可視化的學(xué)習(xí)情況匯總。另外，教師也可以根據(jù)教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)情況給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)，最終的成績(jī)會(huì)根據(jù)教師和系統(tǒng)給出的分?jǐn)?shù)，進(jìn)行一個(gè)綜合的打分。在教學(xué)資料整理階段，教師可以操作教學(xué)資料管理模塊對(duì)教學(xué)過程中和教學(xué)結(jié)束后產(chǎn)生的各類表格進(jìn)行統(tǒng)一的管理，包括學(xué)生的考勤信息表、學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)信息表、學(xué)生在線協(xié)作探究學(xué)習(xí)信息表以及學(xué)生成績(jī)信息表、教學(xué)分析和總結(jié)信息表等。

（二）面向?qū)W生端的學(xué)習(xí)過程

支持小組協(xié)作的移動(dòng)探究教學(xué)平臺(tái)是整個(gè)智慧教學(xué)平臺(tái)的核心，該平臺(tái)支持移動(dòng)式教學(xué)，讓師生之間的互動(dòng)不再局限于課程，利用泛在學(xué)習(xí)提升學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生可以隨時(shí)隨地的進(jìn)入平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生首先對(duì)發(fā)布的案例任務(wù)進(jìn)行確認(rèn)，學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，然后可以以個(gè)人或小組為單位，開展案例的探究學(xué)習(xí)。如果以小組為單位，每組需配備一名組長(zhǎng)，小組中每個(gè)人都有明確的目標(biāo)和任務(wù)安排，并且在探究學(xué)習(xí)過程中，組長(zhǎng)需要掌握小組成員的學(xué)習(xí)情況，并進(jìn)行記錄，小組成員可以定期就探究情況和遇到的問題開展交流和討論。在這一過程中，學(xué)生可以隨時(shí)給教師留言，與教師進(jìn)行互動(dòng)。在實(shí)踐階段，各小組成員通過上機(jī)操作實(shí)現(xiàn)各自的子案例，學(xué)習(xí)平臺(tái)會(huì)自動(dòng)記錄每次學(xué)習(xí)登錄時(shí)間、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、項(xiàng)目進(jìn)度和代碼文檔更新情況，從而為后面的形成性課程評(píng)價(jià)提供依據(jù)。另外，學(xué)生還可以通過課程云平臺(tái)發(fā)布問題，其他同學(xué)或教師可以參與解答。

三、課程教學(xué)探索與實(shí)踐

為了驗(yàn)證新型教學(xué)方法的有效性，本文以HTML5應(yīng)用程序開發(fā)課程為例，開展教學(xué)實(shí)踐。

（一）明確案例設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行案例任務(wù)分解

結(jié)合HTML5應(yīng)用程序開發(fā)課程教學(xué)目標(biāo)和大綱，分別就“Javascript編程回顧”、“HTML5新表單元素應(yīng)用”、“HTML5多媒體播放器設(shè)計(jì)”、“基于Canvas的繪圖與動(dòng)畫”、“文件拖拽與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”、“基于Web Socket的網(wǎng)絡(luò)聊天室”、“基于DIV+CSS的網(wǎng)頁(yè)布局”、“CSS3新技術(shù)展示”、“Jquery實(shí)戰(zhàn)演練”、“Bootstrap實(shí)戰(zhàn)演練”等10個(gè)專題開展案例設(shè)計(jì)。以“基于DIV+CSS的網(wǎng)頁(yè)布局”為例，本案例設(shè)計(jì)的目標(biāo)是讓學(xué)生掌握使用DIV + CSS 進(jìn)行頁(yè)面元素的布局，最終任務(wù)是使用DIV+CSS完成一個(gè)網(wǎng)站首頁(yè)的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們采用任務(wù)分解的方法將案例任務(wù)分解成若干可以操作的子任務(wù)，每一個(gè)子任務(wù)還可以進(jìn)一步的細(xì)分，一直到給出明確的、可操作的原子學(xué)習(xí)任務(wù)為止。

在該案例設(shè)計(jì)中，各子任務(wù)分別為：（1）學(xué)習(xí)DIV標(biāo)簽，掌握CSS中盒子模型和浮動(dòng)、定位方法；（2）通過實(shí)例學(xué)習(xí)導(dǎo)航欄及下拉菜單的制作方法；（3）完成頁(yè)面中水平和垂直導(dǎo)航欄的設(shè)計(jì)；（4）使用DIV及定位方法實(shí)現(xiàn)頁(yè)面內(nèi)容區(qū)域的定義；（5）完成頁(yè)面底部的設(shè)計(jì)。以子任務(wù)（1）為例，還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行分解，如（1.1）學(xué)習(xí)DIV標(biāo)簽概念，在HTML代碼中添加DIV標(biāo)簽，在頁(yè)面中查看效果；（1.2）學(xué)習(xí)盒子模型概念，在HTML代碼中實(shí)現(xiàn)空白邊、邊框、填充、內(nèi)容區(qū)設(shè)置，在頁(yè)面中查看效果；（1.3）學(xué)習(xí)左浮動(dòng)、右浮動(dòng)、清除浮動(dòng)概念，實(shí)現(xiàn)各類浮動(dòng)效果；（1.4）學(xué)習(xí)固定定位、相對(duì)定位、絕對(duì)定位概念，實(shí)現(xiàn)各類定位效果。

（二）獨(dú)立探究，師生互動(dòng)

區(qū)別于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，智慧教學(xué)導(dǎo)向的新型教學(xué)方法以學(xué)生為主導(dǎo)，學(xué)生是探究學(xué)習(xí)任務(wù)的主體，教師起到協(xié)調(diào)、輔導(dǎo)、答疑的作用。學(xué)生登錄探究學(xué)習(xí)系統(tǒng)后，首先選擇探究案例任務(wù)，然后開展獨(dú)立學(xué)習(xí)。在上面的例子中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)，了解到