新工科背景下“軟件工程”課程教學(xué)改革的研究與探索

祁 鑫,宋會(huì)英，崔 浩

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000)

2017年教育部繼“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”三部曲之后全面敲響“新工科”[1]建設(shè)春雷,在國(guó)家大力發(fā)展新工科,培養(yǎng)創(chuàng)新型戰(zhàn)略人才的大背景下,高校人才培養(yǎng)對(duì)課程建設(shè)提出了更高的要求,培養(yǎng)的學(xué)生是否能夠適應(yīng)新形勢(shì)下市場(chǎng)對(duì)人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)需求,對(duì)課程改革提出了新的挑戰(zhàn)。

一、課程改革的背景及意義

中國(guó)當(dāng)前正處于產(chǎn)業(yè)改革和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要時(shí)期,隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出,云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起,軟件產(chǎn)業(yè)作為綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)中最具廣闊前景的新興產(chǎn)業(yè)之一,對(duì)于中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整起著至關(guān)重要的作用,然而高質(zhì)量軟件人才的短缺已經(jīng)成為制約中國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要瓶頸。

“軟件工程”是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的重要的專業(yè)課之一,是一門(mén)理論性、綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程,課程內(nèi)容綜合了基礎(chǔ)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué),其重要性要求教學(xué)內(nèi)容必須兼顧基礎(chǔ)性和前瞻性,同時(shí)體現(xiàn)實(shí)用性和趣味性,特別注意避免流于空洞的理論灌輸,特別強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重的教學(xué)理念,以激發(fā)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí),在專業(yè)建設(shè)和軟件人才培養(yǎng)體系中起著舉足輕重的作用。

在國(guó)家大力發(fā)展新工科、培養(yǎng)戰(zhàn)略人才的大背景下,當(dāng)前軟件人才培養(yǎng)面臨著前所未有的危機(jī),存在很多亟待解決的問(wèn)題:教學(xué)內(nèi)容陳舊,不能滿足業(yè)界需求;教學(xué)內(nèi)容抽象空泛,不能激發(fā)學(xué)生的求知欲;填鴨式教學(xué)方法,無(wú)法滿足能力培養(yǎng)的要求;軟件工程實(shí)驗(yàn)過(guò)程與企業(yè)脫軌,培養(yǎng)的學(xué)生無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)需求。在新工科大背景下如何對(duì)課程進(jìn)行改革,以摒棄原有課程教學(xué)的弊端,適應(yīng)人才培養(yǎng)的新需求,成為亟待解決的問(wèn)題。在此背景下,必須轉(zhuǎn)變教育思想和教育觀念,積極研究、創(chuàng)新和探索“軟件工程”課程教學(xué)改革新模式[2]。

二、課程改革設(shè)計(jì)思路

基于“加強(qiáng)基礎(chǔ),強(qiáng)化實(shí)踐,提高興趣,培養(yǎng)技能”的課程建設(shè)指導(dǎo)思想,以培養(yǎng)適應(yīng)市場(chǎng)需要的高素質(zhì)軟件應(yīng)用型人才為目標(biāo),以 “五個(gè)一”工程課程培養(yǎng)體系和“市場(chǎng)結(jié)合”為支撐點(diǎn),以設(shè)置精品課程內(nèi)容、建設(shè)一流教學(xué)團(tuán)隊(duì)、探索研究性教學(xué)方法、設(shè)計(jì)立體化實(shí)踐體系、加強(qiáng)雙向互動(dòng)校企合作為著力點(diǎn);全面探索與實(shí)踐“軟件工程”課程改革,培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。課程改革基本框架見(jiàn)圖1。

圖1 課程改革基本框架

其中“五個(gè)一”工程是近年來(lái)重點(diǎn)課程建設(shè)過(guò)程中,逐步實(shí)踐和摸索,最終形成的軟件工程課程培養(yǎng)體系,通過(guò)認(rèn)識(shí)一個(gè)朋友、學(xué)會(huì)一種工具、掌握一門(mén)軟件、開(kāi)發(fā)一個(gè)系統(tǒng)和撰寫(xiě)一篇論文,為學(xué)生提供興趣支點(diǎn)、扎實(shí)理論基礎(chǔ)、增強(qiáng)實(shí)踐能力并實(shí)現(xiàn)科研拓展(圖2)。

圖2 軟件工程“五個(gè)一”課程培養(yǎng)體系

三、課程改革具體實(shí)踐

(一)設(shè)置精品課程內(nèi)容

在深入研究和廣泛討論的基礎(chǔ)上,以SWEBOK為指南[3],通過(guò)選擇一流教材,實(shí)時(shí)跟進(jìn)軟件工程年會(huì)掌握課程發(fā)展最新動(dòng)向,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配,確立軟件工程課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)。在課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、整合處理上,應(yīng)注重以下幾點(diǎn):(1)精選課程基礎(chǔ)和重點(diǎn)內(nèi)容,保證較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí);(2)刪減課程中陳舊、過(guò)時(shí)的內(nèi)容,例如刪減傳統(tǒng)軟件工程中的過(guò)程化設(shè)計(jì)與分析方法;(3)及時(shí)更新和補(bǔ)充新內(nèi)容,例如補(bǔ)充面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)與分析方法;(4)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)內(nèi)容面向軟件開(kāi)發(fā)工程實(shí)際,并采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和整合,使課程改革突出先進(jìn)性和實(shí)用性,更加注重“加強(qiáng)基礎(chǔ)、強(qiáng)化實(shí)踐、提高興趣、培養(yǎng)技能”的理念。

(二)以點(diǎn)帶面,帶動(dòng)整個(gè)課程群建設(shè)

在整個(gè)軟件工程專業(yè)培養(yǎng)體系中,“軟件工程”這門(mén)課是一門(mén)基礎(chǔ)必修課,通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué),輔以暑假小學(xué)期的“軟件工程課程設(shè)計(jì)”,使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí),對(duì)工程化軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。正是由于這門(mén)課的基礎(chǔ)性作用和概述性特點(diǎn),能夠帶動(dòng)后續(xù)專業(yè)課程和專業(yè)選修課程建設(shè),呈現(xiàn)由基礎(chǔ)到提高,由概述到具體,由點(diǎn)到線,以線帶面的課程改革趨勢(shì)。如圖3所示,軟件工程專業(yè)課程群體系主要分為基礎(chǔ)必修、綜合必修、提高選修和創(chuàng)新設(shè)計(jì)四個(gè)層次和多個(gè)模塊。

圖3 軟件工程課程群體系結(jié)構(gòu)

(三)建設(shè)研究性教學(xué)課堂

所謂研究性教學(xué),就是將課內(nèi)講授與課外實(shí)踐、教師引導(dǎo)與學(xué)生自學(xué)、教材與閱讀有機(jī)結(jié)合并達(dá)到完整、和諧、統(tǒng)一的教學(xué)。研究性教學(xué)是被國(guó)際一流大學(xué)證明改善大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量的有效途徑和方法,近幾年來(lái)日益受到我國(guó)教育管理部門(mén)和高校的重視。教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)》明確提出:“創(chuàng)新教育教學(xué)方法,倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)”。近年來(lái)課程組從多角度探索適合學(xué)生和本課程特點(diǎn)的研究性教學(xué)的方法和模式,探索性地提出“三三四”模式,促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

“三三四”研究性教學(xué)模式是指:堅(jiān)持三項(xiàng)基本原則,即學(xué)為主體、教為主導(dǎo)、練為主線;倡導(dǎo)三種教學(xué)體驗(yàn),即倡導(dǎo)教師的學(xué)習(xí)性教學(xué)、學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)、師生的開(kāi)放性交流;努力實(shí)現(xiàn)四個(gè)轉(zhuǎn)變,即以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心,以教材內(nèi)容為主線轉(zhuǎn)變?yōu)橐园咐^(guò)程為主線,以課堂教授為主體轉(zhuǎn)變?yōu)榛陧?xiàng)目的“做中學(xué)”,以單一試卷考試轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S度考試評(píng)價(jià)體系。

1. 思維導(dǎo)圖助力,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)主體轉(zhuǎn)變

“軟件工程”課程內(nèi)容可以為學(xué)生帶來(lái)系統(tǒng)性思維、標(biāo)準(zhǔn)化思維和邏輯性思維的良好培養(yǎng),但是基本概念和原理繁多,學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)知識(shí)混亂、理解困難等問(wèn)題。在學(xué)習(xí)過(guò)程中引入“思維導(dǎo)圖”這一工具,通過(guò)使用放射性的線條、色彩和圖形來(lái)模擬大腦思考問(wèn)題時(shí)的邏輯性思維,使學(xué)生對(duì)課程體系結(jié)構(gòu)及其內(nèi)容之間的相互聯(lián)系產(chǎn)生更為清晰明了的認(rèn)識(shí),提高學(xué)習(xí)效率。

第一,教師用思維導(dǎo)圖做課堂引導(dǎo)。提煉本節(jié)課要講授內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)等關(guān)鍵詞,模擬學(xué)生大腦思考問(wèn)題的邏輯性順序并寫(xiě)在黑板上,并將重點(diǎn)難點(diǎn)以醒目顏色及線條標(biāo)識(shí),形成課前思維導(dǎo)圖。教師借助思維導(dǎo)圖順暢連貫地講授知識(shí),呈現(xiàn)各部分之間的聯(lián)系與知識(shí)要點(diǎn),省去學(xué)生課堂上組織內(nèi)容和提煉重點(diǎn)的過(guò)程,從而使學(xué)生更為關(guān)注知識(shí)本身。

第二,學(xué)生用思維導(dǎo)圖做隨堂筆記和復(fù)習(xí)總結(jié)。在學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖的方面,貫徹“預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)思維導(dǎo)圖,變一章為一張紙,不再害怕復(fù)習(xí)考試;微型筆記思維導(dǎo)圖,一邊聽(tīng)講一邊手繪,速記課堂重點(diǎn)難點(diǎn)”。課前預(yù)習(xí)思維導(dǎo)圖要求學(xué)生在課前通過(guò)預(yù)習(xí)教材,找出有目的的關(guān)鍵詞,畫(huà)出預(yù)習(xí)思維導(dǎo)圖,并在圖上做好“已明白”“有疑惑”“完全不明白”等標(biāo)記,達(dá)到事半功倍的預(yù)期效果。課上學(xué)生可以運(yùn)用微型導(dǎo)圖記筆記,隨時(shí)隨處記錄,避免線性筆記記錄的繁瑣,具有較強(qiáng)的靈活性和跳躍性。課后運(yùn)用復(fù)習(xí)思維導(dǎo)圖通過(guò)參考上課筆記,回顧課堂內(nèi)容,總結(jié)規(guī)律方法,進(jìn)行錯(cuò)誤反思和歸納總結(jié)。事實(shí)證明,在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中運(yùn)用思維導(dǎo)圖,不僅可以左右大腦同時(shí)啟用,節(jié)省學(xué)生時(shí)間,更重要的是實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)主體轉(zhuǎn)變,提高教學(xué)效果。

2.采用案例式教學(xué)為主線,帶動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通

改變之前以教材知識(shí)點(diǎn)為中心為以項(xiàng)目案例為主線貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程,在課程教學(xué)過(guò)程中確定具有典型代表意義、難易適中的“學(xué)生選課系統(tǒng)”和“網(wǎng)上購(gòu)物系統(tǒng)”作為講授案例,將知識(shí)點(diǎn)和案例實(shí)施過(guò)程對(duì)應(yīng),每個(gè)主題章節(jié)分別介紹兩個(gè)經(jīng)典案例在各階段基本概念、活動(dòng)與任務(wù)的指導(dǎo)原則、涉及的主要方法與工具,有助于學(xué)以致用,理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

3.運(yùn)用分組討論式課堂,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣

“軟件工程”課程內(nèi)容的特點(diǎn)是理論性比較強(qiáng),方法多卻晦澀難懂。在課堂教學(xué)過(guò)程中,倡導(dǎo)“預(yù)為先導(dǎo)、學(xué)為主體、全員參與、師生互動(dòng)、易講難引、少講多練、展示為主、當(dāng)堂消化、減少作業(yè)、前后銜接”等措施,采用學(xué)生分組討論和上臺(tái)演說(shuō)模式,教師在討論中起主持、引導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)的作用,并注重“情境性原則”和“動(dòng)機(jī)激勵(lì)原則”在課堂討論中的應(yīng)用。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,提高學(xué)生的思辨能力和表達(dá)能力。

4.采取基于項(xiàng)目的“做中學(xué)”,改變填鴨式課堂講授

“軟件工程”課程的學(xué)習(xí)更加注重理論與實(shí)踐相結(jié)合,因此打破課程界限,采用基于項(xiàng)目的“做中學(xué)”方式,模擬軟件開(kāi)發(fā)小組,劃分并扮演項(xiàng)目經(jīng)理、需求分析師、軟件設(shè)計(jì)師和測(cè)試工程師等角色,使學(xué)生在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中真正體會(huì)需求分析、軟件設(shè)計(jì)和測(cè)試維護(hù)的理論、方法與策略,掌握工程理論,提升工程實(shí)踐能力。

5. 以單一試卷考試轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S度考試評(píng)價(jià)體系

課程考核改變以往一張?jiān)嚲矶ㄇさ淖龇?更加注重課程實(shí)施過(guò)程監(jiān)控與考核,結(jié)合實(shí)踐活動(dòng)和項(xiàng)目研發(fā),打破傳統(tǒng)的老師對(duì)成績(jī)的評(píng)價(jià)體系,將項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程評(píng)價(jià)、結(jié)果評(píng)價(jià)和學(xué)生學(xué)習(xí)能力評(píng)價(jià)三點(diǎn)結(jié)合,進(jìn)行多維度的考核評(píng)價(jià),相比單純的期末考試更加能夠展示學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

通過(guò)以上探索和實(shí)踐,努力實(shí)現(xiàn)四個(gè)轉(zhuǎn)變,使課內(nèi)講授與課外實(shí)踐環(huán)節(jié)相輔相成,變教師主動(dòng)教為學(xué)生主動(dòng)學(xué),提高課程學(xué)習(xí)效果,達(dá)到教與學(xué)的和諧統(tǒng)一。

(四)構(gòu)建立體化實(shí)踐體系

針對(duì)計(jì)算機(jī)類學(xué)生存在“工程實(shí)踐能力弱”和“所學(xué)知識(shí)與實(shí)際脫節(jié)”的問(wèn)題,在軟件工程課程教學(xué)過(guò)程中存在“缺乏系統(tǒng)的軟件工程過(guò)程訓(xùn)練”[6]“缺乏與課程、實(shí)習(xí)、實(shí)踐相配套的教學(xué)案例”“軟件工程工具與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)”等問(wèn)題,課程組構(gòu)建軟件工程新的實(shí)踐教學(xué)體系,強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力,為軟件工程課程改革服務(wù)。

該實(shí)驗(yàn)體系在尊重學(xué)生學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律的前提下,以理論課程+專業(yè)實(shí)驗(yàn)室+實(shí)習(xí)基地+校企合作平臺(tái)為基礎(chǔ),遵循由淺入深、循序漸進(jìn)、積極引導(dǎo)的方法,將實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程分為基礎(chǔ)層和提高層,做到一條龍、不斷線、分層次,培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力,分析、解決問(wèn)題的能力以及初步的創(chuàng)新能力(圖4)。

圖4 立體化實(shí)踐教學(xué)體系

(五)依托校企合作構(gòu)建“雙向互動(dòng)”機(jī)制

1.跟蹤市場(chǎng)需求,調(diào)整課程體系

根據(jù)市場(chǎng)需求及時(shí)對(duì)課程設(shè)置和知識(shí)結(jié)構(gòu)做出合理有效的調(diào)整、實(shí)現(xiàn)校企雙向互動(dòng)和培養(yǎng)方案的反饋調(diào)整,以解決傳統(tǒng)模式上的課程體系僵化,知識(shí)內(nèi)容陳舊,培養(yǎng)模式單一等諸多問(wèn)題。通過(guò)校企合作,促進(jìn)課程內(nèi)容和教材進(jìn)行調(diào)整,并進(jìn)行配套課程的增設(shè)、教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新[7]。

2.以市場(chǎng)為導(dǎo)向,調(diào)整實(shí)踐體系

在企業(yè)設(shè)立實(shí)習(xí)基地,暑期學(xué)生到企業(yè)一線實(shí)習(xí),實(shí)現(xiàn)學(xué)生和市場(chǎng)之間的“零距離”接觸;企業(yè)到學(xué)校設(shè)立實(shí)驗(yàn)室,在實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)以市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生;在實(shí)踐內(nèi)容設(shè)置上,選用企業(yè)真實(shí)案例設(shè)計(jì)題目;在實(shí)踐組織環(huán)節(jié),以企業(yè)項(xiàng)目管理的方式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí),調(diào)整和增設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3.以企業(yè)作為市場(chǎng)動(dòng)向的風(fēng)向標(biāo),開(kāi)展科技活動(dòng)

在科技活動(dòng)中,積極鼓勵(lì)學(xué)生參與國(guó)內(nèi)外知名IT企業(yè)舉辦的科技大賽,在參賽的過(guò)程中,讓學(xué)生了解企業(yè)需求,感受市場(chǎng)的動(dòng)向,掌握市場(chǎng)急需的技能,引導(dǎo)大學(xué)生自主適應(yīng)市場(chǎng)要求。

四、結(jié)語(yǔ)

新工科背景下,“軟件工程”課程改革是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。作為一個(gè)系統(tǒng)化的教學(xué)改革項(xiàng)目,隨著課程改革與實(shí)踐的不斷完善,課程建設(shè)成效漸顯。項(xiàng)目在培養(yǎng)理念、課程體系、實(shí)踐體系、科技平臺(tái)建設(shè)和校企合作等方面所做的積極探索,將為新工科建設(shè)提供有力保障,相信對(duì)同類課程具有一定的示范性和推廣價(jià)值。