基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的學(xué)案式軟件工程教學(xué)方法改革

劉秀燕， 熊曉蕓，周煒

(青島理工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，山東青島 266520)

隨著計(jì)算機(jī)與軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，在人工智能與大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，新型軟件已逐步滲透到人們生活的各個(gè)方面，然而軟件在開(kāi)發(fā)、運(yùn)行及維護(hù)時(shí)存在一系列嚴(yán)重問(wèn)題，嚴(yán)重影響軟件的可靠性。因此，軟件工程為解決軟件危機(jī)而產(chǎn)生的一門(mén)新興學(xué)科，指導(dǎo)人們?nèi)绾胃?guī)范地開(kāi)發(fā)、維護(hù)與管理軟件。軟件工程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的核心必修課程，具有較強(qiáng)的理論性、綜合性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，這就需要學(xué)生具有較強(qiáng)的獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力。社會(huì)對(duì)軟件人才的需求也不斷更新與變化，對(duì)軟件工程課程如何培養(yǎng)符合社會(huì)發(fā)展需求的高質(zhì)量軟件人才提出了更高的要求[1]。因此，如何充分利用課堂教學(xué)提高學(xué)生軟件開(kāi)發(fā)能力與水平是計(jì)算機(jī)與軟件工程專業(yè)學(xué)科不斷探索與研究的課題。

一、研究現(xiàn)狀分析

軟件工程作為一門(mén)理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性及工程性很強(qiáng)的課程，由于軟件更新?lián)Q代速度很快，需要教師與學(xué)生不斷進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，更新知識(shí)儲(chǔ)備量，同時(shí)也對(duì)教師教學(xué)方法與模式的與時(shí)俱進(jìn)性提出更高的要求[2]。因此，越來(lái)越多的研究學(xué)者從不同角度對(duì)軟件工程培養(yǎng)方法、教學(xué)方法與手段、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了改革與探索。

近年來(lái)，基于案例驅(qū)動(dòng)的互動(dòng)式教學(xué)模式作為理論與實(shí)踐相結(jié)合的新型教學(xué)方法得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為培養(yǎng)新型高質(zhì)量軟件人才奠定基礎(chǔ)。案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式旨在通過(guò)選取現(xiàn)實(shí)生活中合理的案例調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性和主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考并參與教學(xué)，通過(guò)案例實(shí)踐讓學(xué)生真正將理論及技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際軟件開(kāi)發(fā)中，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的目標(biāo)。趙輝等人[3]通過(guò)深入研究軟件工程課程特點(diǎn)，提出“項(xiàng)目導(dǎo)向案例驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式，通過(guò)項(xiàng)目案例充分調(diào)動(dòng)課堂活躍氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性。張耀民[4]針對(duì)軟件工程傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題，提出“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)+案例教學(xué)”的教學(xué)方案，通過(guò)講解相關(guān)案例調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，加強(qiáng)學(xué)生理論與實(shí)踐教學(xué)的聯(lián)系，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

目前，軟件工程大部分案例庫(kù)側(cè)重軟件開(kāi)發(fā)案例庫(kù)的建設(shè)，不能滿足軟件工程自身發(fā)展的實(shí)際需求和社會(huì)的新技術(shù)發(fā)展需求，因此孫小兵等人[5]根據(jù)軟件工程學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)，提出建設(shè)基于實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的軟件工程教學(xué)案例庫(kù)，總結(jié)并介紹了14種面向軟件工程實(shí)踐的課程案例庫(kù)。李娟等人[6]通過(guò)分析軟件工程案例教學(xué)方法的必要性、實(shí)施方法等方面，對(duì)軟件工程課程教學(xué)模式進(jìn)行了改革，主要從如何建設(shè)課程案例庫(kù)及如何在課堂上以項(xiàng)目化方式進(jìn)行課程實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行了改革。楊楠等人[7]提出“一體兩翼”的軟件工程教學(xué)模式，從學(xué)生角度出發(fā)建立貼近學(xué)生實(shí)際的案例庫(kù)，讓學(xué)生直接參與教學(xué)案例庫(kù)的建設(shè)，從而減少構(gòu)建案例庫(kù)的成本，學(xué)生在參與的過(guò)程中不斷提高實(shí)踐水平，而且學(xué)生構(gòu)建的案例也有利于提升案例教學(xué)效果。項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)方法是目前比較流行的能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主發(fā)展的新型教學(xué)手段，旨在實(shí)際項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下，讓學(xué)生在解決實(shí)際工程問(wèn)題過(guò)程中提高實(shí)踐能力。但是，目前在軟件課程教學(xué)過(guò)程中沒(méi)有得到實(shí)際廣泛的應(yīng)用，主要因?yàn)榈湫桶咐挠行?、完整性、?fù)雜性及易于理解性是直接影響案例教學(xué)效果的關(guān)鍵因素，因此選取合適的教學(xué)案例對(duì)教學(xué)課程改革起著關(guān)鍵作用。

二、軟件工程教學(xué)改革理念

軟件工程課程對(duì)實(shí)踐能力的要求極高，因此在教學(xué)中除了提供正常的線下（課堂、研討）教學(xué)，還需要在線上提供全面的實(shí)踐平臺(tái)，這種教學(xué)模式能夠充分保證學(xué)生隨時(shí)隨地都能尋求到實(shí)踐、學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，全面做到“以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式。針對(duì)軟件工程課程在實(shí)際教學(xué)中存在的問(wèn)題，全面提高軟件工程實(shí)踐課程教學(xué)質(zhì)量，改變軟件工程教學(xué)難的局面，以案例驅(qū)動(dòng)的新型教學(xué)模式不斷涌現(xiàn)。通過(guò)讓學(xué)生積極參與項(xiàng)目實(shí)踐研究，鍛煉學(xué)生的思維能力及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。優(yōu)秀的案例對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果起著決定作用，優(yōu)秀案例的選取與設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)模式的關(guān)鍵。因此，案例的選取需要考慮案例的知識(shí)相關(guān)性、典型性、趣味性、啟發(fā)性、綜合性、難度與復(fù)雜性等標(biāo)準(zhǔn)[8]。選取的案例應(yīng)該與教學(xué)目標(biāo)、專業(yè)理論知識(shí)相契合，能夠激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力及求知欲，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。為提高軟件工程教學(xué)質(zhì)量，本文提出基于案例驅(qū)動(dòng)的新型互動(dòng)教學(xué)模式，注重多元化教學(xué)模式，通過(guò)引入生動(dòng)案例而加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，注重過(guò)程評(píng)價(jià)，著眼于科學(xué)全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力?；谝陨侠砟?，本項(xiàng)目的改革思路框架如下：

（一）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

實(shí)踐能力的培養(yǎng)是課堂所缺乏的，要實(shí)現(xiàn)軟件工程教學(xué)改革實(shí)踐，就要把理論知識(shí)和實(shí)踐能力相結(jié)合，設(shè)計(jì)出更加合理的教學(xué)計(jì)劃，通過(guò)實(shí)踐對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行鞏固。主要改革方法是確定新的教學(xué)目標(biāo)，即全面提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，所有的教學(xué)內(nèi)容都應(yīng)圍繞此目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定。

（二）改革教學(xué)方法

轉(zhuǎn)變?cè)薪虒W(xué)模式，提高學(xué)生主動(dòng)性，把教學(xué)課堂主角交給學(xué)生，采用多元化的教學(xué)模式。運(yùn)用不同的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的積極性和好奇心，在課堂中重視學(xué)生的主體地位，可在課堂中添加案例分析，案例分析能提高學(xué)生分析能力，體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

（三）提高教師教學(xué)質(zhì)量

教師的專業(yè)能力與課堂教學(xué)效率存在著一定的聯(lián)系，軟件工程要提高學(xué)生專業(yè)能力，首先要從老師專業(yè)能力的提升入手。應(yīng)該加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，完善校企聯(lián)合項(xiàng)目，學(xué)校方面可以邀請(qǐng)一些有經(jīng)驗(yàn)的教師，為學(xué)生帶來(lái)一些新的企業(yè)背景知識(shí)，只有不斷提高教師的專業(yè)能力，教學(xué)質(zhì)量才能得到保障，可以組織教師培訓(xùn)及參與大型軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

（四）精心設(shè)計(jì)典型軟件項(xiàng)目案例

立足目前軟件工程領(lǐng)域缺少成熟的教學(xué)案例的現(xiàn)狀，為增強(qiáng)軟件工程學(xué)科的實(shí)踐性教學(xué)深度和廣度，深化課程理論講授和實(shí)踐實(shí)訓(xùn)能力融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜軟件工程問(wèn)題的能力，本項(xiàng)目在傳統(tǒng)課堂模式中融入案例教學(xué)及互動(dòng)式模式，精心設(shè)計(jì)典型的案例，鼓勵(lì)教師及學(xué)生參加CCF-SE軟件工程教學(xué)案例大賽，以推進(jìn)軟件工程領(lǐng)域?qū)嵺`教學(xué)的理念。

（五）改革考核機(jī)制

考核方式多樣化，注重過(guò)程考查。在教學(xué)課程中，要添加一定的考核制度，從傳統(tǒng)的筆試考核制度上增加實(shí)踐能力的考查。學(xué)生可以通過(guò)考核評(píng)估自己的學(xué)習(xí)效果，通過(guò)分析考核結(jié)果對(duì)自己成果進(jìn)行總結(jié)。老師還可以將學(xué)生劃分為幾個(gè)不同的小組，讓小組成員相互合作，相互監(jiān)督，共同完成一個(gè)作品。老師對(duì)各個(gè)小組的作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，小組自評(píng)、組間互評(píng)，這種方式不僅可以增強(qiáng)學(xué)生之間的合作精神，加強(qiáng)老師與學(xué)生之間的交流與溝通，還可以完善老師對(duì)各小組同學(xué)成績(jī)的考核方式。

三、軟件工程教學(xué)改革方法

（一）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的“學(xué)案”式教學(xué)方法

以課堂講授為導(dǎo)向的“學(xué)案”式基礎(chǔ)實(shí)踐能力培養(yǎng)模式，主要采用案例/項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法和小組討論法的混合教學(xué)手段，教師通過(guò)課堂上講解典型案例，通過(guò)分解小項(xiàng)目，布置學(xué)習(xí)任務(wù)及實(shí)訓(xùn)小項(xiàng)目，根據(jù)學(xué)生反饋的問(wèn)題課堂進(jìn)行答疑、點(diǎn)評(píng)與指導(dǎo)，學(xué)生則分組討論，組間相互溝通、協(xié)作完成課堂實(shí)訓(xùn)并現(xiàn)場(chǎng)演示，進(jìn)行組間互評(píng)，最終提交完整的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)文檔，通過(guò)讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)基于學(xué)生視角的遞進(jìn)式“學(xué)案”式教學(xué)模式改革。

學(xué)生的課程學(xué)習(xí)活動(dòng)是在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與實(shí)踐過(guò)程驅(qū)動(dòng)下完成的，每個(gè)項(xiàng)目小組合作開(kāi)發(fā)完成，項(xiàng)目組成員一般為4～5人。案例選題可以是下列可供參考的案例，也可以是學(xué)生根據(jù)自己的興趣自擬題目，逐步完善案例庫(kù)。

一些村的財(cái)務(wù)管理制度缺乏相應(yīng)的執(zhí)行力，資金管理制度不夠健全，執(zhí)行力缺乏。在新農(nóng)村建設(shè)的過(guò)程中廣大農(nóng)村尚未建立起固定資產(chǎn)明確賬目，村級(jí)財(cái)務(wù)賬本沒(méi)有專人進(jìn)行保管，容易出現(xiàn)固定資產(chǎn)流失或者是村級(jí)固定資產(chǎn)被占用的情形，無(wú)法達(dá)到固定資產(chǎn)管理的效果，不利于我國(guó)村級(jí)財(cái)務(wù)管理工作的開(kāi)展。

①第一個(gè)案例是圖書(shū)管理系統(tǒng)。因?yàn)閷W(xué)生還沒(méi)有從頭到尾做過(guò)一個(gè)完整的系統(tǒng)，這個(gè)案例完全是手把手式的講授形式。教師選取一個(gè)比較簡(jiǎn)單的案例，手把手教學(xué)生如何從問(wèn)題分析、可行性研究和需求分析階段過(guò)渡到總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、測(cè)試等各個(gè)階段，每個(gè)階段的任務(wù)是什么，輸出文檔是什么，如何書(shū)寫(xiě)規(guī)范的軟件開(kāi)發(fā)文檔。

②第二個(gè)案例是無(wú)人值守圖書(shū)管理系統(tǒng)，這時(shí)的教學(xué)不再是教師為主導(dǎo)，變手把手式為半放手式教學(xué)形式。教師為學(xué)生列出這個(gè)案例開(kāi)發(fā)的流程，每個(gè)階段應(yīng)該完成的任務(wù)，提交的時(shí)間，然后各個(gè)小組開(kāi)始該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，教師全程跟蹤指導(dǎo)，統(tǒng)一講解典型問(wèn)題。每個(gè)小組都有項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，協(xié)調(diào)成員之間的工作，檢查工作質(zhì)量，督促項(xiàng)目進(jìn)度。這個(gè)階段，學(xué)生提高了自主學(xué)習(xí)的創(chuàng)新能力，彼此之間的協(xié)調(diào)更加默契，開(kāi)發(fā)流程日益熟悉，各個(gè)方面的能力都有所提升。

③第三個(gè)案例是機(jī)器人博弈系統(tǒng)。這個(gè)案例完全由學(xué)生完成，屬于全放手授課形式。案例的開(kāi)發(fā)流程，每個(gè)階段完成的任務(wù)和提交時(shí)間由小組成員協(xié)商確定，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人收取所有資料，最后匯總到老師這里。這樣進(jìn)行后，每個(gè)小組的自主能力得到大大加強(qiáng)，小組成員根據(jù)自己的情況完成相應(yīng)的任務(wù)，而不是老師讓你做什么就做什么。協(xié)作能力也得到很大提升，流程也更加規(guī)范。

④第四個(gè)案例是多無(wú)人機(jī)編隊(duì)管理系統(tǒng)。這個(gè)案例也是完全由學(xué)生完成，屬于全開(kāi)放式授課形式。學(xué)生獨(dú)立把整個(gè)案例按軟件生命周期各階段進(jìn)行拆分，并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的階段任務(wù)；之后學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛(ài)好自由組成團(tuán)隊(duì)、角色分工，并對(duì)其所選案例各階段任務(wù)進(jìn)行討論、分析和提交解決方案；最后，各團(tuán)隊(duì)將本組所選案例進(jìn)行項(xiàng)目演示、答辯和歸納總結(jié)，教師進(jìn)行最終的考核評(píng)價(jià)。

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的學(xué)案式教學(xué)方法主要以學(xué)生為主體，以多元化評(píng)價(jià)方法為手段。通過(guò)案例教學(xué)真正激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生參與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的每個(gè)環(huán)節(jié)，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)師生間的交流，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提升實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)效果。

（二）多元化考核機(jī)制

課程考核機(jī)制是評(píng)價(jià)案例教學(xué)質(zhì)量與效果的重要部分，以學(xué)案式的教學(xué)改革模式的考核機(jī)制兼顧理論教學(xué)的同時(shí)，也側(cè)重于項(xiàng)目實(shí)踐能力。課程考核包括期末考試和實(shí)踐項(xiàng)目?jī)刹糠?，期末考試成?jī)占30%，采用閉卷筆試方式，實(shí)踐項(xiàng)目成績(jī)占70%，采用階段評(píng)審方式對(duì)各小組階段產(chǎn)出的工作產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)審，通過(guò)學(xué)員互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法確定團(tuán)隊(duì)成績(jī)（40%）和個(gè)人成績(jī)（30%）。學(xué)員分組進(jìn)行講解、答辯、成果演示，學(xué)員和教師分別對(duì)各組進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，獲得團(tuán)隊(duì)成績(jī)，個(gè)人成績(jī)由組長(zhǎng)根據(jù)組員在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的表現(xiàn)以及對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)大小獲得。項(xiàng)目具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)：①項(xiàng)目規(guī)模、技術(shù)難度、工作量（20分）；②項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)結(jié)果（可運(yùn)行演示）（30分）；③團(tuán)隊(duì)分工與協(xié)作情況（10分）；④項(xiàng)目文檔及報(bào)告的規(guī)范性（30分）；⑤答辯表現(xiàn)（10分）。案例實(shí)施過(guò)程考核結(jié)果將納入最終考核指標(biāo)中，使考核機(jī)制多元化。

四、結(jié)束語(yǔ)

軟件工程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，針對(duì)目前軟件工程課程在學(xué)生實(shí)踐能力教學(xué)中存在的問(wèn)題，本文提出基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)及案例分析的互動(dòng)式教學(xué)改革方法，以開(kāi)發(fā)綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力為導(dǎo)向，在課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)融入案例，合理有效地利用案例教學(xué)手段，學(xué)生通過(guò)參與案例研發(fā)與設(shè)計(jì)過(guò)程，能夠提高自身實(shí)踐動(dòng)手能力，將軟件開(kāi)發(fā)理論與實(shí)踐融會(huì)貫通，提高學(xué)生獨(dú)立分析與解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量與效果。

在今后的軟件工程課程教學(xué)中，將逐步完善與更新教學(xué)案例庫(kù)，使案例庫(kù)的內(nèi)容更貼近實(shí)際的社會(huì)需求，強(qiáng)化案例庫(kù)的多樣性、多維性與創(chuàng)造性，全面提升案例庫(kù)的實(shí)際實(shí)用價(jià)值，為培養(yǎng)符合社會(huì)需求的軟件開(kāi)發(fā)人才提供基礎(chǔ)。