新工科背景下“軟件工程”課程教學(xué)與實(shí)踐改革研究

廖卓凡 王靜 熊兵

摘? 要： 新工科是相對于傳統(tǒng)工科而言的，是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力新要求而提出的我國工程教育改革方向。軟件工程課程，也是我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和軟件工程專業(yè)普通班和卓越班的基礎(chǔ)核心課程。圍繞教學(xué)方案與資源組織、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐設(shè)計(jì)、拔尖參賽組織和考核評估四個(gè)方面，對軟件工程課程進(jìn)行改革嘗試，旨在解決當(dāng)前大部分軟件工程教學(xué)方案呆板、實(shí)用性不強(qiáng)等問題。

關(guān)鍵詞： 新工科; 軟件工程; 教學(xué); 實(shí)踐

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）05-81-03

Research on the reform of teaching and practice for software engineering

course conforming to New Engineering Education

Liao Zhuofan， Wang Jing， Xiong Bing

（School of computer and communication engineering， Changsha University of science and technology， Changsha， Hunan 410004， China）

Abstract： Compared with the traditional engineering course， New Engineering Education is the direction of China's engineering education reform based on the new needs of national strategic development， the new situation of international competition， and the new requirements of innovation and entrepreneurship ability. Software engineering course is also the basic core course of computer science and technology majored and software engineering majored ordinary class and excellent class. This paper attempts to reform the software engineering course from four aspects： teaching scheme and resource organization， experiment and practice design， top-notch competition organization and assessment， aiming to solve the problem that most of the current software engineering teaching schemes are inflexible and not practical.

Key words： New Engineering Education; software engineering; teaching; practice

0 引言

新工科（Emerging Engineering Education，簡稱為3E）是相對于傳統(tǒng)工科而言的，是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力新要求而提出的我國工程教育改革方向。以“信息技術(shù)+互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”的協(xié)同創(chuàng)新和廣泛應(yīng)用為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)制造雙向融合為動力的第四次工業(yè)革命，推動了以新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)的快速形成和發(fā)展[1]。新經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需要更多和更新型工科人才的支撐，這對高等工程教育改革和發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，使得高等工程教育改革受到空前重視和普遍關(guān)注。高校迫切需要創(chuàng)新工程教育的理念，進(jìn)行“新工科”建設(shè)[2]。

隨著創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)+、中國制造2025、人工智能2.0、一帶一路等國家戰(zhàn)略的提出，以及人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全等新型IT技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，迫切要求將信息技術(shù)特別是軟件技術(shù)，與各行各業(yè)進(jìn)行深度融合，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級，從而進(jìn)一步促進(jìn)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這對軟件工程專業(yè)的特色建設(shè)和人才培養(yǎng)提出了更高的要求。

軟件工程（Software Engineering，簡稱為SE）是采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法來開發(fā)與維護(hù)軟件的一門工程學(xué)科，自從2018年各大示范性軟件學(xué)院建立后，中國的軟件產(chǎn)業(yè)開始起步、騰飛。中軟、東軟、華為、騰訊、阿里等中國大型軟件企業(yè)中都活躍著大批軟件學(xué)院的畢業(yè)生[3]。軟件工程課程，也是我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和軟件工程專業(yè)普通班和卓越班的基礎(chǔ)核心課程[4]，其前置課程為C/C++/JAVA等高級程序設(shè)計(jì)語言。對于剛開始學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言的學(xué)生來說，該門課的開設(shè)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的軟件素質(zhì)和軟件開發(fā)能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和未來從事軟件開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1990年微軟誕生以后，軟件產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，美國高等教育在這20年里不斷把力量聚集到軟件人才培養(yǎng)上，積累人才資源來促進(jìn)產(chǎn)業(yè)崛起[5]。我國新工科建設(shè)自2017年由教育部提出至今，經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展歷程。期間，軟件工程學(xué)科與課程一線教育工作者主動響應(yīng)國家號召，對軟件工程課程和實(shí)踐進(jìn)行了初步探索。

2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，與會高校對新時(shí)期工程人才培養(yǎng)進(jìn)行了討論，達(dá)成了“工科優(yōu)勢高校要對工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮主體作用”、“新工科建設(shè)需要加強(qiáng)研究和實(shí)踐”等共識[6]。2017年6月9日，教育部在北京召開新工科研究與實(shí)踐專家組成立暨第一次工作會議，全面啟動、系統(tǒng)部署新工科建設(shè)。30余位來自高校、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的專家深入研討新工業(yè)革命帶來的時(shí)代新機(jī)遇、聚焦國家新需求、謀劃工程教育新發(fā)展，審議通過《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》，提出新工科建設(shè)指導(dǎo)意見[7]，明確要求注重模式創(chuàng)新、更加注重質(zhì)量保障。這些共識和指導(dǎo)意見軟件工程學(xué)科和課程建設(shè)提供了明確的指導(dǎo)方向。

2018年3月15日，教育部辦公廳發(fā)布《教育部辦公廳關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》[8]。2018年4月2日，教育部辦公廳發(fā)布關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》的通知，要求推進(jìn)“新工科”建設(shè)[9]。在這一年，西安理工大學(xué)張愛玲等人[10]通過分析高校軟件工程人才培養(yǎng)模式問題，提出了建立面向企業(yè)需求的軟件工程人才培養(yǎng)理念，主校企深度融合才能培養(yǎng)出實(shí)踐能力強(qiáng)并具有創(chuàng)新意識的軟件工程人才。湖南工程學(xué)院謝雅等人提出以學(xué)生為中心，從學(xué)習(xí)資源庫、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、角色課堂和評價(jià)體系四個(gè)方面，全方面提高學(xué)生的項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐能力[11]。廣東第二師范學(xué)院沈海波[12]等人提出了從提煉新理念、改變教育觀念、創(chuàng)新培養(yǎng)模式、構(gòu)建專業(yè)培養(yǎng)新體系等方面的軟件工程專業(yè)建設(shè)途徑。呂梁學(xué)院的高文蓮[13]等人提出了構(gòu)建以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以實(shí)踐操作為主線，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為導(dǎo)向的軟件工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

2020年5月，為推進(jìn)新工科建設(shè)再深化、再拓展、再突破、再出發(fā)，推動高校加快體制機(jī)制創(chuàng)新，做好未來科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才的前瞻性和戰(zhàn)略性培養(yǎng)，搶占未來科技發(fā)展先機(jī)，教育部決定在高等學(xué)校培育建設(shè)一批未來技術(shù)學(xué)院。清華大學(xué)林健等人[14]研制了新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量通用標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)包括九方面共十六條，其中包括基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、工具使用和復(fù)雜工程問題的研究、分析與解決。天津科技大學(xué)張賢坤等[15]提出了軟件工程基本實(shí)踐能力的一個(gè)體系、產(chǎn)教結(jié)合解決復(fù)雜工程的兩個(gè)協(xié)同的改革體系。合肥工業(yè)大學(xué)的袁楊華等人[16]提出“三層遞進(jìn)式”實(shí)踐教學(xué)體系，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)——新工程能力實(shí)踐——工程應(yīng)用實(shí)習(xí)三層進(jìn)行推進(jìn)式的實(shí)踐教學(xué)體系。

縱觀新工科建設(shè)的發(fā)展與軟件工程一線教育者的改革研究，對軟件工程課程的改革課總結(jié)為以新工科人才培養(yǎng)為目標(biāo)，從基礎(chǔ)教學(xué)、實(shí)踐設(shè)計(jì)、反應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求三方面為切入點(diǎn)進(jìn)行改革，為本項(xiàng)目的開展提供了豐富的借鑒先例。

2 改革研究框架與具體措施

結(jié)合新工科建設(shè)發(fā)展規(guī)劃為導(dǎo)向，借助互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息和教學(xué)資源的遠(yuǎn)程共享，依賴本院優(yōu)勢研發(fā)團(tuán)隊(duì)和軟件作品大賽的實(shí)際案例，以提高學(xué)生軟件工程基礎(chǔ)知識、研發(fā)能力和維護(hù)能為等工程能力為目標(biāo)，從教學(xué)改革、實(shí)踐創(chuàng)新和考核與反饋三個(gè)方面進(jìn)行建設(shè)，這三個(gè)方面形成了一個(gè)互相促進(jìn)的外循環(huán)，而在每個(gè)方面內(nèi)部，又是一個(gè)自我調(diào)適的內(nèi)循環(huán)過程。其研究主要分以下幾個(gè)方面。

2.1 變革教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)課程的高階性

高階性就是知識、能力、素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。實(shí)際教學(xué)和總結(jié)發(fā)現(xiàn)，軟件工程原先課程內(nèi)容陳舊、與其他課程內(nèi)容聯(lián)系不緊密。為了建立工程概念，需根據(jù)熱門工程問題和難點(diǎn)，對軟件工程課程的知識點(diǎn)進(jìn)行組織。知識點(diǎn)可以分為基礎(chǔ)層次、應(yīng)用層次和綜合開發(fā)層次?；A(chǔ)層次的講授，是讓學(xué)生直觀認(rèn)識什么是軟件工程操作系統(tǒng)，能夠獨(dú)立安裝visio等軟件流程可視化設(shè)計(jì)、Linux操作系統(tǒng)、各種程序語言繼承開發(fā)環(huán)境， 對該系統(tǒng)下的基本命令和系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)有一個(gè)充分認(rèn)識;應(yīng)用層次的講授是讓軟件工程基礎(chǔ)的學(xué)生從應(yīng)用層面去學(xué)習(xí)相關(guān)的知識;綜合開發(fā)層次的講授是使學(xué)生掌握軟件工程下的一些開發(fā)工具和平臺，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)平臺的搭建、管理甚至代碼的實(shí)現(xiàn)。在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)以上三個(gè)層次不是孤立存在的，而是相互聯(lián)系，相輔相成的。

2.2 以提高項(xiàng)目開發(fā)能力為目標(biāo)的新模式實(shí)踐教學(xué)研究

軟件工程是一門應(yīng)用型很強(qiáng)的課程，接觸項(xiàng)目是學(xué)好這門課程的關(guān)鍵途徑。我們將結(jié)合軟件生命周期，安排課堂知識點(diǎn)的講授順序，設(shè)計(jì)前后關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力， 引導(dǎo)開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。例如，把一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成綜合案例，把大案例拆分成若干個(gè)簡單模塊。隨著課堂理論知識的逐漸展開，學(xué)生逐漸能夠?qū)⒏鱾€(gè)模塊開發(fā)完成，還可在完成簡單模塊的基礎(chǔ)上舉一反三，自主完成新的類似案例問題。

學(xué)生除了完成教學(xué)計(jì)劃中的實(shí)驗(yàn)課以外，還應(yīng)該向?qū)W生提供將知識轉(zhuǎn)化為能力的輔助課程設(shè)置。例如，鼓勵學(xué)生參加各種學(xué)科競賽、安排學(xué)生加入教師的科研項(xiàng)目、為學(xué)生設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、安排學(xué)生到企業(yè)實(shí)習(xí)，以及提供海外交流機(jī)會等。為了給學(xué)生提供良好的企業(yè)實(shí)習(xí)機(jī)會， 應(yīng)該積極尋求與在軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)領(lǐng)域具有引領(lǐng)性的企業(yè)合作。

2.3 基于“凡路”團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

充分利用本校本學(xué)院的軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)資源，建立豐富的立體化的“教、學(xué)、練”指導(dǎo)體系?！胺猜贰眻F(tuán)隊(duì)是我校計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院于2012年9月成立的IT科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，由算法應(yīng)用部、前端開發(fā)部、移動開發(fā)部、應(yīng)用策劃部等十個(gè)部門組成，以“創(chuàng)新、規(guī)范、傳承、感恩”為文化精神，集學(xué)科競賽、外包服務(wù)和科學(xué)研究于一體，以移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能為特色。受“凡路”團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)，軟件工程課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)將采取由簡到難的分層遞進(jìn)設(shè)計(jì)，同一層次上采用分組實(shí)驗(yàn)，自主組隊(duì)的方式選擇軟件項(xiàng)目每個(gè)階段的實(shí)現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，修習(xí)《軟件工程》課程的學(xué)生中有15%左右學(xué)生有“凡路”團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)，為本課程的拔尖學(xué)生培養(yǎng)和示范帶頭作用奠定了良好基礎(chǔ)。

2.4 利用云平臺和數(shù)據(jù)分析的考核與反饋管理

完備的教學(xué)過程監(jiān)控制度和跟蹤反饋機(jī)制是培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的保障，也是專業(yè)持續(xù)改進(jìn)的基礎(chǔ)。教學(xué)過程管理包括教學(xué)各環(huán)節(jié)監(jiān)控、教學(xué)質(zhì)量考核與反饋、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與評價(jià)。研究如何利用云平臺搭建教學(xué)過程管理平臺，使教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)和軟件生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和情況了解;讓學(xué)生對教師授課進(jìn)行評價(jià)以促進(jìn)教學(xué)改進(jìn);使教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效評分。研究如何利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行有效的分析，例如哪些知識點(diǎn)掌握程度低以決定需要調(diào)整哪個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)方法與內(nèi)容，以獲得更好的教學(xué)效果，幫助教師了解學(xué)生的實(shí)踐情況和薄弱環(huán)節(jié)，以進(jìn)行更有針對性的指導(dǎo)。

3 結(jié)束語

新工科背景下軟件工程課程教學(xué)改革，以新工科建設(shè)發(fā)展規(guī)劃和工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生在人工智能、大數(shù)據(jù)問題上工程能力為目標(biāo)，以課程設(shè)計(jì)和課堂實(shí)驗(yàn)為主線，以學(xué)科競賽、創(chuàng)新活動實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、參與教師科研項(xiàng)目等為輔，旨在構(gòu)建以項(xiàng)目開發(fā)為導(dǎo)向的軟件工程教學(xué)體系研究，利用互聯(lián)網(wǎng)+、云平臺技術(shù)搭建教學(xué)互動平臺和實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程管理平臺，開展軟件工程課程獨(dú)具特色的教學(xué)模式，預(yù)計(jì)其改革成果能為培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程意識和合作能力的軟件工程專業(yè)人才提供有利的理論和實(shí)踐參考。

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