基于新工科工程教育認證的軟件工程專業(yè)課程設(shè)置探討

曾 姍

[中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083]

最新的信息技術(shù)革命，引發(fā)了全球高等工程教育的變革[1]。為應(yīng)對這種變革，教育部提出了“新工科”發(fā)展戰(zhàn)略[2-3]。新工科引領(lǐng)工科專業(yè)迅速發(fā)展，促進了軟件工程及相關(guān)專業(yè)的教育改革，軟件工程和相關(guān)專業(yè)的教學(xué)改革和專業(yè)課程設(shè)置探討成為當(dāng)前教學(xué)研究的熱點。2021 年2月，教育部發(fā)布的《2020 年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果》表明，2020 年高校新增備案本科專業(yè)超過2000 個，其中包括261 個大數(shù)據(jù)和人工智能專業(yè)。在大數(shù)據(jù)和人工智能專業(yè)中，人工智能專業(yè)131 個，數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)60 個，大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用專業(yè)54個，數(shù)據(jù)計算及應(yīng)用專業(yè)11 個，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)5 個。這些專業(yè)都屬于計算機科學(xué)和軟件工程的相關(guān)專業(yè)，占比超過10%。這反映出社會急需計算機、軟件工程類專業(yè)人才。教育部和高校也都重視軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)，越來越多的高校教師投入到軟件工程專業(yè)的教學(xué)研究與改革中。然而，想要培養(yǎng)出杰出的軟件工程專業(yè)高級人才，高校必須建立正確、完善的專業(yè)知識體系，以學(xué)生為中心，合理規(guī)劃學(xué)生四年的培養(yǎng)計劃。

一、目標(biāo)——實現(xiàn)新工科發(fā)展戰(zhàn)略

《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》指出，新工科的研究，需要圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展[2]。而想要實現(xiàn)新工科發(fā)展戰(zhàn)略，還需要構(gòu)建新目標(biāo)、新中心、新能力、新素質(zhì)、新知識體系。

新目標(biāo)，是指建立新的人才培養(yǎng)目標(biāo)。要想培養(yǎng)出杰出人才，高校應(yīng)先明確培養(yǎng)出來的人才是什么樣的，即先給本科畢業(yè)生設(shè)定畢業(yè)應(yīng)達到的目標(biāo)。只有樹立了正確的目標(biāo)，學(xué)生才會按照規(guī)劃，一步步達成目標(biāo)。而這個目標(biāo)，需要以新工科理念為基礎(chǔ)。也就是說，教師要提前為軟件工程專業(yè)本科生規(guī)劃四年的培養(yǎng)計劃，為學(xué)生設(shè)定畢業(yè)目標(biāo)，使其適應(yīng)社會、學(xué)科等方面的要求。

新中心，是指以學(xué)為中心，以學(xué)生為中心。傳統(tǒng)教學(xué)主要以教師為中心，然而，在新時代，以學(xué)為中心成為高等教育的靈魂，也是提高教育質(zhì)量的核心所在[4-5]。以學(xué)為中心，是以以學(xué)生為中心，培養(yǎng)出優(yōu)秀畢業(yè)生為基礎(chǔ)。要想實現(xiàn)新工科，高校應(yīng)以新中心為基礎(chǔ)，以學(xué)為中心，以學(xué)生為中心，以把學(xué)生教育好作為中心和最終目標(biāo)。

新能力，主要指學(xué)生各方面應(yīng)具備的能力。對于軟件工程專業(yè)學(xué)生來說，應(yīng)具備以下能力。第一，掌握軟件工程的相關(guān)知識和相關(guān)技能，具備從事工程實踐的專業(yè)能力。第二，具備應(yīng)用已學(xué)知識的能力，即將已學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，應(yīng)用到各個應(yīng)用領(lǐng)域中，完成應(yīng)用領(lǐng)域軟件的可行性分析，需求分析，系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)、測試等各方面的工作。第三，具備獲取知識的能力，即適應(yīng)軟件工程學(xué)科發(fā)展、獲取學(xué)科新信息等終身學(xué)習(xí)的能力。第四，具備團隊協(xié)作及溝通交流的能力。軟件工程領(lǐng)域相關(guān)系統(tǒng)，不可能是一個人完成的，需要團隊協(xié)作，因此，在課程設(shè)置上，教師要培養(yǎng)學(xué)生的合作交流能力。第五，具備創(chuàng)新能力，即在工程設(shè)計研發(fā)中，不斷創(chuàng)新、創(chuàng)造的能力。這些能力是一名優(yōu)秀軟件工程專業(yè)本科畢業(yè)生應(yīng)具備的基本能力。

新素質(zhì)，主要包括專業(yè)素質(zhì)、思想道德素質(zhì)等。文章中的專業(yè)素質(zhì)主要指掌握軟件工程專業(yè)最基本的工程素養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)，具有嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，勇于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的精神。此外，作為一名軟件工程專業(yè)學(xué)生，還要具備思想道德素質(zhì)，具有法律意識，愛國守法，具備基本的職業(yè)道德素養(yǎng)，誠信待人，以國家、集體、團隊利益為先，具有責(zé)任心和責(zé)任感。

基于以上4 點，教師需要建立新的知識體系，并在此知識體系下，科學(xué)合理地設(shè)置課程。只有做到這5 點，才能更好地實現(xiàn)新工科發(fā)展戰(zhàn)略，為社會培養(yǎng)出杰出的軟件工程專業(yè)人才。

二、重要指導(dǎo)思想——工程教育認證通用標(biāo)準

專業(yè)教學(xué)需要通過構(gòu)建學(xué)生知識體系進行人才培養(yǎng)。在構(gòu)建知識體系前，專業(yè)需要有明確的培養(yǎng)目標(biāo)。工程教育認證通用標(biāo)準明確指出，高校在制定培養(yǎng)目標(biāo)時必須充分考慮內(nèi)外部需求和條件[6]。

內(nèi)部需求，主要指學(xué)生的需求，即高校在制定培養(yǎng)目標(biāo)時，要以學(xué)生為中心，充分考慮學(xué)生的各項需求，預(yù)定好學(xué)生在畢業(yè)時應(yīng)該達到的職業(yè)和專業(yè)素質(zhì)，使學(xué)生適應(yīng)社會需求。也就是說，在制定培養(yǎng)目標(biāo)時，高校要明確學(xué)生在畢業(yè)時，能達到什么高度、掌握哪些軟件工程的知識和技術(shù)、具備哪些專業(yè)能力，以及具備哪些面向特定系統(tǒng)的應(yīng)用能力。在學(xué)生入學(xué)前，高校應(yīng)幫助學(xué)生規(guī)劃好本科四年的學(xué)習(xí)生活，致力于讓學(xué)生具備完善的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生必備的專業(yè)能力，使學(xué)生具備適應(yīng)社會需求和發(fā)展的能力，并擁有進一步從事軟件工程學(xué)科科學(xué)和研究的潛能。

在制定培養(yǎng)目標(biāo)時，高校也要考慮外部需求，主要是指社會發(fā)展的需求。社會無時無刻不在發(fā)展變化，社會對軟件工程專業(yè)本科畢業(yè)生的要求也隨著行業(yè)的發(fā)展而發(fā)生變化。高校在讓學(xué)生掌握最基本的專業(yè)知識和技能的同時，也要讓學(xué)生擁有適應(yīng)社會需求的能力。因此，高校需要設(shè)置涉及相關(guān)應(yīng)用知識領(lǐng)域的課程，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣和特長，深入學(xué)習(xí)特定系統(tǒng)的設(shè)計知識，以符合特定知識領(lǐng)域的社會需求。

另外，在制定培養(yǎng)目標(biāo)時，高校還應(yīng)充分考慮學(xué)校自身的教學(xué)科研情況及學(xué)校定位，做好充分的調(diào)研和分析，制定以學(xué)生為中心、適應(yīng)社會發(fā)展需求的、有學(xué)校特色的培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)目標(biāo)的制定不可能一蹴而就，因此，高校還要定期評價培養(yǎng)目標(biāo)的正確性、合理性，并根據(jù)評價結(jié)果對培養(yǎng)目標(biāo)進行及時修訂，以適應(yīng)不斷發(fā)展變化的專業(yè)需求、學(xué)生需求和社會需求。

三、知識體系

為了達到培養(yǎng)目標(biāo)，高校需要建立完善的知識體系。因此，軟件工程專業(yè)的教育知識領(lǐng)域必須符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生為中心，完善學(xué)生各方面的知識需求，包括人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、工程基礎(chǔ)知識領(lǐng)域及專業(yè)知識領(lǐng)域等，使學(xué)生具備從事軟件工程相關(guān)工作的專業(yè)能力、開發(fā)能力、競爭精神、創(chuàng)新意識，把學(xué)生培養(yǎng)成為能適應(yīng)社會需求的軟件工程專門人才。

當(dāng)培養(yǎng)目標(biāo)制定后，高校需要制定培養(yǎng)方案以實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)方案是專業(yè)知識體系的體現(xiàn)。傳統(tǒng)培養(yǎng)方案的制定是以教師為中心，主要通過調(diào)研類似高校、類似專業(yè)的培養(yǎng)方案進行設(shè)置，甚至是根據(jù)學(xué)校的師資情況設(shè)置課程。這些都與新工科及工程教育認證通用標(biāo)準相悖。因此，高校在制定培養(yǎng)方案時，應(yīng)從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心。

軟件工程專業(yè)教育知識體系由知識領(lǐng)域、知識單元和知識點3 個層次組成[7]。最高層是知識領(lǐng)域，代表一個特定的學(xué)科子領(lǐng)域。結(jié)合以學(xué)生為中心的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)最新的工程教育認證通用標(biāo)準，教師將軟件工程專業(yè)的知識體系分為人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、工程基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、專業(yè)知識領(lǐng)域及應(yīng)用知識領(lǐng)域。

高校幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，為社會培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義事業(yè)合格建設(shè)者和可靠接班人，是人才培養(yǎng)的總目標(biāo)，這需要通過人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)來實現(xiàn)。同時，通過人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生在從事工程設(shè)計時能夠考慮法律、倫理、經(jīng)濟、環(huán)境等各種制約因素。這也是各個專業(yè)學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)的公共基礎(chǔ)知識。

數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)知識是理工科學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)知識為開發(fā)高品質(zhì)的軟件產(chǎn)品提供了理論和科學(xué)依據(jù)，也為產(chǎn)品及其相互關(guān)系提供了數(shù)學(xué)建?；A(chǔ)，是軟件工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)，也是學(xué)生掌握軟件工程專業(yè)能力的基礎(chǔ)，更是學(xué)生進一步從事軟件工程科學(xué)研究的基礎(chǔ)。

工程基礎(chǔ)知識主要是學(xué)以致用，即學(xué)生能根據(jù)科學(xué)原理思考問題，識別出復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并通過建立正確的數(shù)學(xué)模型來分析問題，給出解決問題的多種備選方案。學(xué)生通過工程基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)調(diào)研文獻的能力，即能通過調(diào)研和分析制定適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，進而解決問題并得出正確結(jié)論。

目前，軟件工程專業(yè)知識已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各領(lǐng)域，如生物、電信、多媒體、游戲、社區(qū)、金融、教育、科技等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。學(xué)生想要更好地設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)，就需要掌握應(yīng)用領(lǐng)域里典型產(chǎn)品的特性，了解應(yīng)用領(lǐng)域背景，而這些對系統(tǒng)的分析、設(shè)計及開發(fā)有著重要影響，因此，學(xué)生進行應(yīng)用知識領(lǐng)域的學(xué)習(xí)非常必要。高校應(yīng)根據(jù)學(xué)校情況、學(xué)校特色、軟件工程專業(yè)一線教師的師資力量，合理構(gòu)建應(yīng)用知識領(lǐng)域的知識體系，如果有條件，還應(yīng)基于學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科開設(shè)專業(yè)選修課，以此作為應(yīng)用知識領(lǐng)域的補充。

四、課程設(shè)置

在軟件工程專業(yè)的知識體系劃分后，還需要設(shè)置每個知識領(lǐng)域的課程，具體如下。

人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域，需要開設(shè)適合人文社會科學(xué)知識的相關(guān)課程，如“思想道德與法治”“中國近現(xiàn)代史綱要”“馬克思主義基本原理概論”“毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論”“形勢與政策”“大學(xué)英語”等課程。

數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域主要包括“高等數(shù)學(xué)”“線性代數(shù)”“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”“大學(xué)物理”“大學(xué)化學(xué)”等課程。

專業(yè)知識領(lǐng)域，即軟件工程的專業(yè)課程，分為專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)核心課程。專業(yè)基礎(chǔ)課程主要包括“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”“操作系統(tǒng)原理”“離散數(shù)學(xué)”“算法設(shè)計與分析”“軟件工程”等。專業(yè)核心課程主要包括“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用”“.NET 企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)”“Java 企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)”“面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計”“軟件體系結(jié)構(gòu)”“軟件項目管理”“軟件度量”“軟件測試”“軟件項目管理”等。

應(yīng)用知識領(lǐng)域主要包括“網(wǎng)頁程序設(shè)計基礎(chǔ)”“嵌入式開發(fā)技術(shù)”“計算機網(wǎng)絡(luò)”“人機交互軟件設(shè)計”“云計算虛擬化應(yīng)用技術(shù)”“智能科學(xué)與技術(shù)”及學(xué)科前沿課等課程。另外，高校應(yīng)根據(jù)學(xué)校特色，開設(shè)與學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域課程。以中國地質(zhì)大學(xué)（北京）為例，地學(xué)是學(xué)校的優(yōu)勢學(xué)科，而軟件工程在地學(xué)領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用。目前，地學(xué)軟件人才十分緊缺，地學(xué)領(lǐng)域急需軟件工程人才為其開發(fā)有效的地學(xué)軟件系統(tǒng)。因此，學(xué)校的軟件工程專業(yè)本科生可以選擇一些地學(xué)的課程或者參加地學(xué)相關(guān)講座，學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，以設(shè)計更有優(yōu)勢的地學(xué)軟件系統(tǒng)。

五、實踐能力培養(yǎng)體系

軟件工程專業(yè)本科畢業(yè)生需要熟練掌握軟件工程的專業(yè)知識和技能，同時，也要具備從事軟件工程相關(guān)工作所需的專業(yè)能力，特別是實踐動手能力及應(yīng)用能力。因此，實踐能力培養(yǎng)體系也是專業(yè)設(shè)置的重點內(nèi)容。

實踐能力培養(yǎng)體系應(yīng)重點培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作，系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、測試，以及項目管理能力。實踐教學(xué)通過不同的形式，穿插在學(xué)生學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)中，主要分為理論課程的上機學(xué)時、實踐課程、暑期實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)。理論課程的上機學(xué)時可以和理論課程緊密結(jié)合，邊學(xué)邊練。學(xué)生通過上機實驗實現(xiàn)理論知識的應(yīng)用，加深對理論知識的理解，同時，又啟發(fā)思維，實現(xiàn)理論和實踐的相輔相成。實踐課程主要是通過實踐的形式將知識展現(xiàn)給學(xué)生，強調(diào)課程的實踐內(nèi)容，即通過動手實驗，獲取理論知識，提高實踐能力。暑期實習(xí)是將已學(xué)的多門課程進行綜合訓(xùn)練，重點培養(yǎng)學(xué)生綜合運用已學(xué)知識，對現(xiàn)有問題進行調(diào)研、分析，然后建立模型，完成對系統(tǒng)的分析、設(shè)計，最終完成系統(tǒng)實現(xiàn)的能力。同時，還應(yīng)進行分組訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作及溝通能力，并逐漸培養(yǎng)學(xué)生項目管理能力。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年所學(xué)知識的一個綜合應(yīng)用及總結(jié)。通過教學(xué)和工程的結(jié)合，重點強化學(xué)生的獨立實踐能力及科學(xué)研究能力。畢業(yè)設(shè)計在大四上學(xué)期啟動，一直持續(xù)到學(xué)生畢業(yè)前。

同時，高校應(yīng)鼓勵和支持學(xué)生參加各種專業(yè)學(xué)科競賽，如參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目等各類與軟件工程專業(yè)相關(guān)的項目，以訓(xùn)練和提高學(xué)生專業(yè)實踐能力，提高學(xué)生團隊協(xié)作及溝通能力。

文章基于新工科背景，以工程教育認證通用標(biāo)準為指導(dǎo)思想，提出了軟件工程專業(yè)培養(yǎng)計劃的改革方案。

1.提出了構(gòu)建新目標(biāo)、新中心、新能力、新素質(zhì)、新知識體系的觀點。

2.將軟件工程專業(yè)的知識體系，分為人文社會科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、數(shù)學(xué)和自然科學(xué)基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、工程基礎(chǔ)知識領(lǐng)域、專業(yè)知識領(lǐng)域、應(yīng)用知識領(lǐng)域，并建立實踐能力培養(yǎng)體系，同時，給出了培養(yǎng)計劃中相應(yīng)的課程設(shè)置。