軟件工程課程“四合”教學模式的探索與實踐

鄭山紅 趙輝 彭馨儀 王國春 董亞則

摘 ?要：軟件工程課程是軟件工程專業(yè)的一門重要核心課，是學生建立工程意識掌握工程方法必須學習的專業(yè)基礎(chǔ)課。針對軟件工程課程教學普遍存在的“五個割裂”問題，設(shè)計并實踐了一種“四合”教學模式，即基于“內(nèi)容整合”構(gòu)建課程知識體系，基于“文化融合”激發(fā)學習興趣，增強民族和文化自信，基于“方法結(jié)合”創(chuàng)新教學方法，基于“校企聯(lián)合”實施軟件工程教學，應(yīng)用該教學模式進一步提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量，對軟件工程專業(yè)其他工程類核心課程建設(shè)具有指導意義。

關(guān)鍵詞：軟件工程;課程建設(shè);“四合”教學模式;五個割裂

中圖分類號：TP20 ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：Software engineering is a core course of software engineering specialty.It is a basic course for students to establish engineering consciousness and to master engineering methods.Aiming at the common problem of Five Splits in software engineering course teaching，a Four-in-One teaching model is designed and practiced，which is to construct curriculum knowledge system based on content integration，to stimulate learning interest based on cultural integration，to enhance national and cultural self-confidence，to innovate teaching methods based on method combination and to implement software engineering teaching based on school-enterprise combination.The application of this teaching model further improves the quality of personnel training and has a guiding significance for the construction of other core courses of software engineering.

Keywords：software engineering;course construction;Four-in-One teaching model;Five Splits

1 ? 引言（Introduction）

軟件工程一詞誕生于1968年[1]，由于全社會各領(lǐng)域?qū)浖枨蟮某掷m(xù)快速增長，促使軟件工程的理論、方法、技術(shù)和工具呈現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展的狀態(tài)，短短五十年，軟件工程已經(jīng)從一個術(shù)語發(fā)展成一種技術(shù)、一門課程、一個專業(yè)、一個學科，乃至一個產(chǎn)業(yè)，日益受到計算機行業(yè)的廣泛重視[2]。軟件工程課程是軟件工程學科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其核心內(nèi)容是軟件開發(fā)方法學等[3]，由于軟件工程課程基礎(chǔ)概念理論枯燥、實踐性突出、應(yīng)用性強，而實際課程教學又多數(shù)采用傳統(tǒng)的以講授為主的教學方法，常常出現(xiàn)各環(huán)節(jié)、內(nèi)容之間的脫節(jié)與割裂現(xiàn)的問題，使學生在缺乏社會活動體驗和軟件實際開發(fā)經(jīng)驗[4]的前提下，很難理解軟件工程課程中的概念和原理，實踐能力培養(yǎng)更是難上加難。因此，如何在軟件工程教學中充分利用抽象思維和形象思維[5]，從教學內(nèi)容組織、教學方法設(shè)計、教學手段創(chuàng)新、教學資源建設(shè)等方面開展研究，以工程人才培養(yǎng)為目標，以教學模式綜合改革為重點，構(gòu)建更合理的軟件工程教學框架，是軟件工程課程改革的重中之重。本文深入剖析了軟件工程課程教學存在的問題，歸結(jié)為“五個割裂”問題，并基于此提出了“四合”教學模式，有力保證了軟件工程課程的教學質(zhì)量，為軟件工程專業(yè)課程建設(shè)指出了可供借鑒和具有指導意義的改革途徑與方法。

2 “五個割裂”問題的提出（The proposal of Five Splits）

由于軟件工程發(fā)展的歷史原因和軟件工程教育的理論性、技術(shù)性、實踐性并重的特點，以及軟件工程飛速發(fā)展所帶來的各種問題，使得軟件工程課程教學普遍存在著學生學習興趣低、知識學以致用程度差、教師授課方法與知識特點不對接等眾多制約教學相長的現(xiàn)象，通過對這些現(xiàn)象的深入研究與剖析，我們將其歸結(jié)為“五個割裂”問題，即課程文化與民族文化割裂、專業(yè)理想與學習行動割裂、教學內(nèi)容與技術(shù)體系割裂、方法手段與學習效果割裂，以及專業(yè)學習與實際應(yīng)用割裂。

（1）課程文化與民族文化割裂

軟件工程領(lǐng)域的理論、方法與技術(shù)發(fā)源于西方，國內(nèi)采用的相關(guān)教材與參考資料中的經(jīng)典內(nèi)容多數(shù)均取材于西方，課程教學內(nèi)容普遍缺少中國元素，致使當代大學生崇尚西方文化現(xiàn)象比較普遍，民族自信心不足，文化自信缺失。

（2）專業(yè)理想與學習行動割裂

國內(nèi)高校的軟件工程課程普遍開設(shè)在大二下學期或大三上學期，這一時期的多數(shù)學生開始對專業(yè)有所認知，逐漸開始形成自己的專業(yè)理想，然而由于軟件工程知識抽象性的特點以及多種其他原因，致使學生對課程的學習興趣不高，學習動力不足，學習行動與專業(yè)理想背道而馳。

（3）教學內(nèi)容與技術(shù)體系割裂

軟件工程技術(shù)日新月異、發(fā)展迅速，新技術(shù)和新方法不斷涌現(xiàn)，新知識和新理論不斷更新，然而由于很多方法與技術(shù)比較單一，尚未形成完善的體系，國內(nèi)采用的相關(guān)教材在內(nèi)容組織上均無法快速融入最新技術(shù)與方法，各種理論和知識之間尚無法建立完善的關(guān)聯(lián)，導致教學內(nèi)容相對零散，難成體系。

（4）方法手段與學習效果割裂

軟件工程課程在教學方法和教學手段的改革上不斷探索，勇于嘗試，持續(xù)開展基于信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的方法與手段創(chuàng)新，然而由于軟件工程課程的教學方法與手段的改革一直以來僅重在信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在資源的構(gòu)建與表現(xiàn)形式的創(chuàng)新上，未能很好地實現(xiàn)方法手段與知識模塊的對接，未能將方法手段改革與學生特點有機結(jié)合，致使教與學割裂，教學過程中雖然采用了先進的信息化手段和方法，但是學生在學習過程中知識理解困難，學習效果差，教學質(zhì)量難以保證。

（5）專業(yè)學習與實際應(yīng)用割裂

軟件工程課程知識具有明顯的工程特征，主要教學目標就是學生軟件建模和工程實踐能力培養(yǎng)，通過課程學習應(yīng)該可以直接將所學知識應(yīng)用于實際的軟件項目研發(fā)，然而由于學生對知識的理解程度差，以及軟件應(yīng)用領(lǐng)域無所不在的特點，致使學生即使完成了軟件工程課程的學習，也很難快速勝任軟件建模與研發(fā)的實際工作，學非所用，用非所學，學與用的裂痕普遍存在。

3 “四合”教學模式的設(shè)計（Design of Four-in-One teaching model）

針對軟件工程課程教學普遍存在的“五個割裂”問題，軟件工程課程教學團隊在教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、教學策略、教學效果等方面持續(xù)開展教學改革與研究，全面分析專業(yè)學生的特點，全面剖析課程理論與課程體系，全面解析新時代發(fā)展要求，全程追蹤教學過程中教學方法與教學手段的運用，不斷探索應(yīng)對“五個割裂”問題的策略與途徑，提出并實踐了軟件工程“四合”教學模式，即“文化融合、內(nèi)容整合、方法結(jié)合、校企聯(lián)合”，有效解決了上述教學問題，有力保證了教學質(zhì)量。

3.1 ? 文化融合

軟件工程在短短50年的發(fā)展過程中，由于歷史的原因，其概念、原理、技術(shù)、方法、工具均來自于西方國家，教材內(nèi)容也多是西方經(jīng)典教材的簡單裁剪，技術(shù)的表達、闡釋方法與形式也多采用西方文化的習慣。由于文化的差異，導致學生對教學內(nèi)容難以理解，進而降低學習興趣，打消學生學習積極性，學生學習動力不足。另外由于不斷受到西方文化的影響，加劇了學生對西方文化的崇尚，學生民族自信心和文化自信受到削弱，實質(zhì)上是“課程文化與民族文化割裂”的問題。針對該問題，我們在多年的教學研究與實踐探索中發(fā)現(xiàn)，冥冥之中，中華民族的先哲們，在幾千年前就已經(jīng)為現(xiàn)代軟件工程奠定了哲學基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)。現(xiàn)代軟件工程的許多概念、原理、技術(shù)和方法都能追溯到中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中的那些經(jīng)典名句中。例如“類（Class）”可以追溯到“物以類聚，人以群分”，“聚合”可以追溯到“聚沙成塔、集腋成裘”，“模塊化”原理可以追溯到“分而治之”，“頭腦風暴”可以追溯到“三個臭皮匠，頂個諸葛亮”，“軟件的特點”可以追溯到“大象無形”，等等。為此我們大膽探索并實踐了將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代軟件工程技術(shù)進行文化融合與滲透，在教學過程中用中華經(jīng)典名句去詮釋現(xiàn)代軟件工程的概念、原理、技術(shù)和方法，有效降低了學生對知識的理解難度，激發(fā)了學生的學習興趣和學習動力，更為顯著的是有效增強了學生的民族自信和文化自信。

3.2 ? 內(nèi)容整合

軟件工程技術(shù)產(chǎn)生于計算機科學與技術(shù)并伴隨其發(fā)展而發(fā)展，到目前為止已經(jīng)獨立成一門學科，形成產(chǎn)業(yè)。自軟件工程這一術(shù)語誕生到現(xiàn)在，在短短的50年時間里，軟件工程技術(shù)日新月異，發(fā)展迅速，但是很多新方法與新技術(shù)尚未形成完整體系，國內(nèi)采用的相關(guān)教材在內(nèi)容組織上均無法快速融入最新技術(shù)與方法，各種理論和知識之間尚無法建立完善的關(guān)聯(lián)，教學內(nèi)容相對零散，難成體系，從而產(chǎn)生“教學內(nèi)容與技術(shù)體系割裂”的普遍問題。針對該問題，我們以SEBOK（軟件工程知識體，SEI）為基礎(chǔ)，以教育部《本科軟件工程專業(yè)指南》為依據(jù)，對教學內(nèi)容進行整合，構(gòu)建了“一條主線三個維度合理交叉滲透的軟件工程課程知識體系”，如圖1所示。

在軟件工程課程知識體系中，一條主線即“十個節(jié)點循序漸進的教學主線”，其中十個節(jié)點是“問題、算法、模塊、程序、軟件、方法、系統(tǒng)、項目、工程、科學”;三個維度即“層次化、模塊化、過程化”，在模塊維中根據(jù)內(nèi)容將課程劃分為理論、基礎(chǔ)、實踐、技術(shù)、過程、方法和工具等知識模塊;在層次維中將課程內(nèi)容分為三個層次即理論層、平臺層和應(yīng)用層;在過程維中根據(jù)軟件工程過程即需求獲取、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)構(gòu)造、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)維護進行知識的組織;合理交叉滲透即“在保證課程知識體系穩(wěn)定性的前提下，隨著技術(shù)的變化不斷調(diào)整更新教學內(nèi)容”，增強了課程知識體系的時代性、靈活性、合理性和多樣性，有效保證了課程知識體系的先進性和適用性。

3.3 ? 方法結(jié)合

軟件工程課程教學一直面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在（1）理論性強、技術(shù)性強和實踐性強的特征明顯;（2）領(lǐng)域知識龐大與課時量小矛盾突出;（3）教學內(nèi)容滯后于產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系發(fā)展;（4）智能手機的普及，導致學生有效學習時間的碎片成為普遍現(xiàn)象。這些現(xiàn)象對軟件工程教學方法教學手段的運用是極大挑戰(zhàn)，教師“教無效、管無效”，學生照樣“玩手機、睡大覺”，其根本原因在于“方法手段與學習效果割裂”，教學過程中雖然采用了信息化手段和方法，但是學生在學習過程中仍然存在知識理解困難、學習效果差的現(xiàn)象，教學質(zhì)量難以保證。針對該問題，我們通過研究發(fā)現(xiàn)，由于軟件工程課程不同于其他課程的特點，單一的方法不能適用于軟件工程課程的教學，必須對教學方法與手段進行深層次創(chuàng)新與改革，教學方法與手段的運用必須實現(xiàn)與知識模塊的對接，必須與學生特點有機結(jié)合，基于這一認知提出并實踐了“問題驅(qū)動、案例驅(qū)動、項目驅(qū)動、翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合”的教學方法和“基于信息技術(shù)的線上線下相結(jié)合”的教學手段，如圖2所示。

針對不同教學內(nèi)容采取不同的教學方法，基本知識的理解采用問題驅(qū)動教學法，基本方法的掌握采用案例驅(qū)動教學法，軟件建模與工程實踐能力訓練采用項目驅(qū)動教學法，適當適時采用翻轉(zhuǎn)課堂教學法。充分運用信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在課程資源、課件制作、內(nèi)容講授、課程實踐與過程監(jiān)控等方面全方位開展教學手段的研究與改革，研發(fā)了“軟件工程多媒體教學系統(tǒng)”，建立了“軟件工程精品課教學網(wǎng)站”，開發(fā)了“軟件工程在線課程”，實施課上課下、線上線下相結(jié)合的教學手段。這些教學方法和教學手段的有機結(jié)合，有效地改善了“教”與“學”的效率和效果，明顯地提高了教學質(zhì)量，達到了彌補“方法手段與學習效果割裂”的目的。

3.4 ? 校企聯(lián)合

隨著高等教育由“大眾化”向“普及化”逐步過渡，大學生“就業(yè)難”和用人單位“招聘難”的矛盾普遍存在，其根本原因是“專業(yè)學習與實際應(yīng)用割裂”，學生即使完成了全部課程的學習，也很難快速勝任軟件建模與研發(fā)的實際工作。針對該問題，通過課題研究和教學應(yīng)用，我們探索并實踐了“企業(yè)崗位知識需求驅(qū)動理論知識，企業(yè)崗位能力需求驅(qū)動實踐內(nèi)容，企業(yè)崗位素質(zhì)需求驅(qū)動學習方式”的校企聯(lián)合的機制與方法，開展全方位、全過程的校企深度合作，與企業(yè)聯(lián)合共同開展“軟件工程校企合作開發(fā)課程”的建設(shè)，如圖3所示。

基于上述校企聯(lián)合的方法，在教學內(nèi)容的組織、教學過程的開展、教學方法與手段的應(yīng)用等方面深度合作，企業(yè)工程師走進課堂、帶來項目，學生走進企業(yè)、感受技術(shù)與企業(yè)文化，教師與企業(yè)工程師共謀課程建設(shè)。具體做法是：與企業(yè)建立定期溝通機制，動態(tài)掌握企業(yè)對工作崗位的知識、能力、素質(zhì)需求;與企業(yè)工程師共同制訂教學大綱和組織教學內(nèi)容;聘請企業(yè)工程師參與教學，在理論教學環(huán)節(jié)以課程講座方式講授部分教學內(nèi)容，在實踐環(huán)節(jié)直接利用企業(yè)實際項目參與教學指導;帶領(lǐng)學生參觀企業(yè)，感受企業(yè)技術(shù)文化。通過以上做法有效解決了“學非所用、用非所學”所導致的“專業(yè)學習與實際應(yīng)用割裂”問題。

4 ? 教學實踐（Teaching practice）

長春工業(yè)大學軟件工程課程教學團隊于2006年開始，圍繞“五個割裂”問題，持續(xù)開展軟件工程課程“四合”教學模式的探索，并在三個層次（2個碩士專業(yè)、3個本科專業(yè)、5個專科專業(yè)）的四門軟件工程系列課程進行教學實踐，授課對象累計超過1萬多名學生。

應(yīng)用“四合”教學模式開展軟件工程系列課程教學，有效提高了學生的工程實踐能力，學生優(yōu)質(zhì)就業(yè)率高，受到用人單位的普遍好評;激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識，提高了學生的創(chuàng)新能力，近五年來團隊成員指導學生完成16項國家級、9項省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，學生參加中國“軟件杯”大學生軟件設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽和“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各級各類競賽，獲國家級獎勵20項、省級獎勵15項。

應(yīng)用“四合”教學模式有效促進了課程建設(shè)?；凇八暮稀苯虒W模式，圍繞課程建設(shè)“五個一流”的目標，著力開展軟件工程系列課程建設(shè)，取得了較為豐富的課程建設(shè)成果，軟件工程課程先后被評為校級優(yōu)秀課、省級優(yōu)秀課、省級精品課、省級在線開放立項建設(shè)課程、省級校企合作開發(fā)立項建設(shè)課程，團隊承擔的軟件建模與分析、軟件項目管理課程先后被評為校級優(yōu)秀課、校級精品課和省級優(yōu)秀課，參與建設(shè)的操作系統(tǒng)和編譯原理課程先后被評為校級優(yōu)秀課、校級精品課、省級優(yōu)秀課和省級精品課，如圖4所示。

5 ? 結(jié)論（Conclusion）

“四合”教學模式本探索與實踐了中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化在專業(yè)課程教學中的融合與滲透，與黨的十八大以來提出的“四個自信”之“文化自信”高度契合，體現(xiàn)了大力宣揚與傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的“新時代”主旋律和鮮明的“新時代”特征，是“專業(yè)思政”的實踐創(chuàng)新探索;在軟件工程課程中用中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化詮釋和闡述現(xiàn)代軟件工程技術(shù)是一種軟件工程知識創(chuàng)新探索;在軟件工程課程教學中添加中國元素，體現(xiàn)中國風格，將課程文化與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化自然融合，是消減學生崇尚西方文化、增強民族自信、文化自信直接而有效的途徑創(chuàng)新探索。

參考文獻（References）

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作者簡介：

鄭山紅（1970-），女，博士，教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，智能計算與大數(shù)據(jù)處理.

趙 ?輝（1972-），女，博士，教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，智能數(shù)據(jù)管理.

彭馨儀（1979-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，本體與語義WEB.

王國春（1978-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，語義WEB與智能檢索.

董亞則（1982-），女，碩士，講師.研究領(lǐng)域：軟件工程，語義檢索與大數(shù)據(jù)分析.