OBE理念下的軟件工程專業(yè)內涵建設研究

汪松松 王紅霞

（浙江水利水電學院信息工程學院，浙江 杭州 310018）

0 引言

近年來，隨著國內外高校各學科專業(yè)工程教育認證的發(fā)展，成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）成為專業(yè)改革的核心理念，以工程能力為核心的學習產出被視為重要的質量準則。在應用型本科工科專業(yè)教育中，CDIO工程教學研究廣泛。劉暢等人給出了軟件工程專業(yè)工程認證中實踐教學體系，為軟件工程的工程教育認證教學與實踐奠定基礎。孫平平等人從本科專業(yè)的角度研究了基于SWH-CDIO-E的應用技術型人才培養(yǎng)體系建設與實踐。工程教育認證研究在專業(yè)建設、課程建設等方面成果豐富、為密切聯系行業(yè)奠定了基礎。

基于智慧水利的軟件工程研究與應用主要圍繞最新IT展開，融入云計算、物聯網、大數據、人工智能等最新信息技術，與軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)趨勢一致，將智慧水利融入軟件工程專業(yè)，不僅緊密銜接行業(yè)發(fā)展，還促進智慧水利的教育與科研。培養(yǎng)SWHCDIO-E工程教育認證的智慧水利建設人才，以實現學校工程教育認證。

如何開展基于智慧水利的工程教育認證內涵建設是一項嶄新的課題，智慧水利與教育科研融入工程教育認證，實現以智慧水利為特色的工程教育認證的內涵建設具有一定意義。基于智慧水利開展軟件工程教育認證與內涵建設研究，主要解決的問題：在SWH-CDIO-E上建立軟件工程智慧水利教育的總體架構；構建軟件工程智慧水利的知識能力圖譜，編制工程教育網絡，實現知識技能模塊間的融合、智慧水利與教學的深度結合；通過深度學習不斷訓練調整教學內容的方法，實現專業(yè)課程內涵的不斷良性優(yōu)化。

1 國內外研究分情況

基于智慧水利的軟件工程主要由我國提出，2019年全國水利工作會提出了“安全、實用”的水利網信發(fā)展總要求，并將水利信息化列為四大短板之一，智慧水利是智慧社會的重要組成部分。水利部出臺了《加快推進智慧水利的指導意見》《智慧水利總體方案》等重要文件，進一步強化了智慧水利的頂層設計。虞開森等在2018年就提出了政府數字化轉型下智慧水利技術框架，包志炎等人構建了浙江水利數字化轉型總體框架，從整體上定位了云計算、物聯網、大數據、人工智能等先進技術與水利建設的融合點，姜小俊、蔡陽等人從水資源監(jiān)測大數據、水利一張圖的具體應用方面展開了研究。

目前，基于智慧水利的軟件工程研究與應用已經滲透到計算機科學與技術、信息與通信工程、水利工程、教育等多學科中。國內外智慧水利的研究和應用處于初級階段，需要與信息科學、教育體系進行緊密融合，綜合發(fā)展。工程教育認證在專業(yè)建設、課程建設等方面研究成果豐富、為密切聯系行業(yè)應用奠定了基礎。智慧水利的研究已經全面鋪開，工程教育認證從專業(yè)到課程實踐已經逐步細化，而針對智慧水利的高等教育的深入融合有待進一步深入研究。通過CDIO對軟件工程專業(yè)進行改革，并引進智慧水利的知識能力與科學研究，是完善智慧水利軟件工程教育認證和提升行業(yè)特色的一種重要方式。

2 內涵建設方案設計

2.1 構建基于依托行業(yè)背景的知識能力體系

在梳理軟件工程教育認證、智慧水利、內涵建設、科學研究的關系的前提下，建立以智慧水利為導向，以軟件工程教育認證為基礎，以科學研究為推手，促進軟件專業(yè)內涵建設的結構模型。在SWH-CDIO-E工程教育的基礎上，通過知識圖譜對軟件工程課程體系與智慧水利進行有機的聯系與結合，并通過深度學習優(yōu)化課程內容，促進軟件工程的工程教育認證與內涵建設。

以SWH-CDIO-E工程教育理念為基礎，立足軟件工程專業(yè)需求，以智慧水利工程項目為載體，以學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，形成了軟件工程專業(yè)知識、能力、素質一體化培養(yǎng)的課程體系。通過項目的構思、設計、實現和運作等環(huán)節(jié)的學習，培養(yǎng)學生軟件工程知識和邏輯推理能力、職業(yè)核心軟能力與專業(yè)硬技能三個方面的能力，為智慧水利培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的軟件類工程型人才。

以智慧水利的數字化整體知識技術框架、大數據、物聯網、人工智能等核心內容為軟件工程專業(yè)內涵主體，編制水利數據資源目錄，建設水利數據倉，研發(fā)數據共享交換平臺，開展數據治理，構建數據資源體系等智慧水利業(yè)務等提升知識能力。通過學習建設水利云和物聯網，提供計算、存儲、網絡、容災、安全、異地備份等知識模塊，提高對構建智慧水利的認知，培養(yǎng)洪水預報預警、流域洪水調度、水域動態(tài)監(jiān)測等培養(yǎng)智慧水利軟件工程的基本能力。

2.2 基于智慧水利的軟件工程人才培養(yǎng)知識圖譜

構建基于智慧水利的軟件工程專業(yè)知識能力人才培養(yǎng)知識圖譜。根據知識圖譜構建智慧水利的軟件工程人才培養(yǎng)所需的知識能力模塊庫，為課程的建立、內容的界定、課程的要求、課程時序安排等環(huán)節(jié)提供有力支撐，主要過程為：

（1）構建基于本體模型規(guī)范的軟件工程常規(guī)知識技能模塊屬性結構。以知識能力模塊為智慧水利的軟件工程人才培養(yǎng)的基本屬性對象，建立知識能力本體模型，確定每個對象模塊的元屬性。

（2）建立智慧水利相關知識技能模塊的元模型結構。每個對象屬性應包含知識、能力、CDIO對應準則、時序要求、智慧水利新技術與工程實踐等。

（3）理清課程間的關系，構建軟件工程智慧水利知識圖譜。在研究智慧水利相關知識技能模塊的元模型的基礎上，結合軟件工程基礎知識，考慮學生、教師、場地、課程內容等環(huán)境要素，以及構思、設計、實現和運作等多模態(tài)數據，實現面向智慧水利的知識抽取、知識展示和知識推理過程，形成一套智慧水利行業(yè)知識圖譜的自動化生成方法，并在該結構上不斷地豐富信息實體間的關系，并確定各實體的屬性信息，形成軟件工程智慧水利知識庫。

（4）進一步的實現課程知識檢索。在建立的軟件工程智慧水利知識圖譜的基礎上，將人才培養(yǎng)、課程設置、科學研究等與教學實踐相聯系，根據數據建立量化的關系模型，并服務于智慧水利軟件工程教學的總體分析與評價，最終形成教學智能庫，以支持軟件工程智慧水利的實踐教學的應用。

2.3 工程教育認證與科研促進專業(yè)內涵建設

實施智慧水利在SWH-CDIO-E軟件工程教育中對知識和技能的轉化。科研促進知識和技能的展開，開展教改、水利信息化科學研究，帶領學生進行開發(fā)試驗、科研等活動。

針對對于傳統(tǒng)教研脫離的形式，研究在智慧水利這一平臺基礎上運行教學體系，從而將兩者很好地進行相互協調和促進。一方面通過平臺在實踐教學中的運行，獲取其中不斷產生的數據，利用大數據相關技術，研究這些實踐記錄數據的表示、整理分類、存儲等相關數據處理的工作。另一方面可以對含有知識的數據中的規(guī)律進行表示和表達，提取大數據特征，在數據整理與分析的過程中，提煉出智慧水利方面的科研問題，為從事專業(yè)基礎實踐課程的教師開辟科學研究新的途徑，做到教學與科研的深度結合。

2.4 基于工程教育認證與智慧水利的課程內容優(yōu)化

課程內容及安排的優(yōu)劣直接決定了工程教育認證的品質檔次。研究基于工程教育認證與智慧水利的課程內容優(yōu)化，提高軟件工程智慧水利教學的品質?？紤]智慧水利云計算、大數據、人工智能、物聯網等，通過深度學習進行課程內容參數調優(yōu)，通過教學、評價、調優(yōu)、再生產的循環(huán)步驟對課程模塊知識技能的接收度和CDIO的執(zhí)行過程與效果進行不斷訓練，獲得最佳的結合方式，逐步提高智慧水利融入軟件工程的結合層度。

通過深度學習的數據訓練方法，獲得各門課程的優(yōu)化流程。并以軟件項目管理課程為例，根據具體優(yōu)化方案，最終形成軟件工程智慧水利人才培養(yǎng)結構。通過影響因子收集、深度學習模型搭建、參數調優(yōu)、課程內容調整等過程優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)內容。

3 教學實施與評價

3.1 教學實施方法

采用課前教師布置學習任務、學生在線自主學習、教師跟蹤學習并及時反饋、學生隨堂測驗、教師收集學習問題，根據問題制訂課堂內容，并在線上線下實施項目制教學互動，以掌握課程知識和能力，最后輔以實驗模擬手段，壓實學習成果，通過增量迭代的方式制訂下一次課的教學過程。

以軟件項目管理課程為例，課程采用MOOC網絡平臺、智慧教室、智慧水利實驗室等豐富的教學平臺。MOOC網絡平臺記錄項目學習過程、學生完成作業(yè)情況、線上師生互動過程等，智慧教室課堂開展演示教學、項目分析、項目問題應對策略、學生制作的管理項目評估與預測等活動。在智慧水利實驗室中，基于項目的整體構架，采用Project、Coding等軟件，實施項目的軟件化管理，提升學生軟件管理技能。

3.2 教學評價

基于OBE理念項目制改革前，課程內容枯燥，教學效果不理想。實施后，學生學習的積極性提高，基礎成績更好，主要表現為：

（1）校內融入“知識+技能+態(tài)度”三位一體考核，打破師生、生生互動瓶頸，確保線上線下師生交流無障礙，學生成績與滿意度大幅度提高，對軟件工程項目管理的認知更豐富全面，提升了職業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。另外，實戰(zhàn)案例與工作實際更貼近，學生職業(yè)適應能力更好。

（2）融合了課程思政，結合行業(yè)法律法規(guī)、職業(yè)道德規(guī)范、職業(yè)素質等內容，學生軟實力大幅度提升，實習更受企業(yè)歡迎。

（3）教師結合工程教育認證項目進行科研，提升了教師的教育、科研能力。

4 結語

（1）將智慧水利與軟件工程專業(yè)的工程教育認證和內涵建設深入融合，通過知識圖譜組織智慧水利與軟件工程的知識能力模塊，形成基于OBE理念的軟件工程專業(yè)培養(yǎng)水利行業(yè)智慧水利的人才培養(yǎng)新模式。

（2）引入智慧水利云計算、大數據、人工智能、物聯網等知識能力模塊，通過深度學習進行課程內容調優(yōu)，并通過教學、評價、調優(yōu)、再實踐的循環(huán)步驟對課程模塊知識技能的接收度和CDIO的執(zhí)行過程與效果進行訓練，來獲得最佳的結合方式，提高了智慧水利融入軟件工程的有機結合度。

（3）通過智慧水利科研促進智慧水利軟件工程教學，并以教學促進科研，有效的結合學生、教師的需求，實現了全面提高軟件工程專業(yè)內涵的良性業(yè)態(tài)。