基于教育大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)研究*

周集良 劉槐德 朱高峰

湖南人文科技學(xué)院 湖南婁底 417000

0 引言

由于當(dāng)前的實訓(xùn)教學(xué)極少融合第三方軟件與教育大數(shù)據(jù)信息資源，已不再適應(yīng)各層次學(xué)生的個性化和定制化的培訓(xùn)需求，難以滿足學(xué)生的實訓(xùn)需求。目前，國內(nèi)外很多專家學(xué)者正準(zhǔn)備就個性化和大數(shù)據(jù)相結(jié)合展開研究，并應(yīng)用于各種實訓(xùn)教學(xué)平臺建設(shè)。但這些研究都還停留在一定理論范圍，沒有形成體系，沒有真正融合教育大數(shù)據(jù)和個性化實踐教學(xué)，也沒有配套的軟件系統(tǒng)支撐，難以滿足計算機(jī)軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)的要求。在教學(xué)教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動下，定制、即時、互動、微觀、個性化、反饋、可選性、評價等都會給高校實訓(xùn)模式帶來創(chuàng)新和變革[1]，具有普通實訓(xùn)所不能及的優(yōu)勢。在新的教育大數(shù)據(jù)背景下，通過采用人工智能、PaaS服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘、微框架等各類信息化技術(shù)，需要重構(gòu)實訓(xùn)模型和適用各類實訓(xùn)過程的執(zhí)行機(jī)制，增強(qiáng)實訓(xùn)的靈活、拓展和兼容性，以滿足市場需求的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)環(huán)境。

1 個性化的實訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)

1.1 培養(yǎng)學(xué)生參與軟件工程專業(yè)實訓(xùn)的主動性和能動性

通過分析、挖掘?qū)W生信息大數(shù)據(jù)和實時實訓(xùn)信息，根據(jù)軟件工程專業(yè)實訓(xùn)要求，充分考慮學(xué)生特質(zhì)，貫徹分類培養(yǎng)、分層教學(xué)改革思想，設(shè)計基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)環(huán)境，讓學(xué)生可根據(jù)自己興趣、需求和難易程度，定制實訓(xùn)項目和實訓(xùn)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和能動性[2]。

1.2 建立學(xué)生個性化的軟件工程專業(yè)實訓(xùn)反饋機(jī)制

分析、挖掘?qū)W生歷史實訓(xùn)大數(shù)據(jù)，及時反饋學(xué)生的實訓(xùn)建議，建立學(xué)生歷史實訓(xùn)反饋機(jī)制，吸引學(xué)生參與評價，彌補(bǔ)原有實訓(xùn)教學(xué)忽視學(xué)生反饋信息的不足。同時，進(jìn)一步改善實訓(xùn)教學(xué)，鼓勵學(xué)生參與實訓(xùn)實驗室的創(chuàng)新改革，不斷調(diào)整實訓(xùn)內(nèi)容和實訓(xùn)模式，使實訓(xùn)教學(xué)更好地適合學(xué)生的個性化需求，增強(qiáng)實訓(xùn)效果。

1.3 促進(jìn)軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)動態(tài)發(fā)展

目前的實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境主要包括實訓(xùn)教學(xué)模式的改進(jìn)、實訓(xùn)教學(xué)教案的豐富和云計算技術(shù)協(xié)助的資源共享。隨著教育改革的不斷深入、教育技術(shù)和手段的不斷發(fā)展，特別對于計算機(jī)專業(yè)，固定的實訓(xùn)教學(xué)模式和環(huán)境會逐漸遠(yuǎn)離學(xué)生個性化需求，脫離教育管理決策。建立軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)動態(tài)發(fā)展機(jī)制，才能對接教育管理決策，跟進(jìn)軟件工程專業(yè)教學(xué)改革，及時把教育理念、個性化教學(xué)等理論研究成果融合到實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境中，使得實訓(xùn)教學(xué)資源得到充分利用和發(fā)展。

1.4 搭建第三方評價機(jī)制

個性化教學(xué)發(fā)展的動力離不開良好的第三方評價機(jī)制，以數(shù)據(jù)為中心的新型智能教育評價方式和反饋機(jī)制逐步取代了傳統(tǒng)的教育評價方式，“用數(shù)據(jù)說話”成為新型的評價和反饋方式。引入各類企業(yè)第三方的評價體系和反饋機(jī)制，挖掘第三方評價與反饋大數(shù)據(jù)，通過學(xué)生、高校、企業(yè)對實訓(xùn)實驗的評價和反饋，結(jié)合企業(yè)對人才要求，將學(xué)校實訓(xùn)與企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)合起來，重構(gòu)傳統(tǒng)的“重結(jié)果、輕過程”的實訓(xùn)評價體系和反饋機(jī)制，對接各類信息平臺，從而實現(xiàn)軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)第三方評價體系和反饋機(jī)制的搭建。

2 個性化的軟件工程專業(yè)實訓(xùn)平臺技術(shù)

2.1 實訓(xùn)教學(xué)平臺與教育大數(shù)據(jù)分析平臺的融合技術(shù)

平臺融合是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的必經(jīng)之路，個性化的軟件工程專業(yè)實訓(xùn)平臺需要對接現(xiàn)有實訓(xùn)教學(xué)平臺與大數(shù)據(jù)分析平臺，完成兩個平臺的深度融合，采用系統(tǒng)集成技術(shù)，設(shè)計大數(shù)據(jù)實訓(xùn)教學(xué)平臺框架，使平臺能導(dǎo)入、導(dǎo)出企業(yè)教育大數(shù)據(jù)，能嵌入、集成常用的大數(shù)據(jù)分析、挖掘工具。

2.2 大數(shù)據(jù)與個性化實訓(xùn)內(nèi)容對接技術(shù)

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，由于網(wǎng)絡(luò)的錯綜復(fù)雜，雖然各種各樣的實訓(xùn)資源和實訓(xùn)模式為實訓(xùn)者提供了實訓(xùn)便利，但往往會讓實訓(xùn)者迷茫。因此，這需要教師與教育工作者對相應(yīng)的資源進(jìn)行歸納與整理，調(diào)整相應(yīng)的策略與方法，并對實訓(xùn)者進(jìn)行相應(yīng)的引導(dǎo)。對接個性化實訓(xùn)模型、實訓(xùn)資源、實訓(xùn)策略與方法、實訓(xùn)交互、實訓(xùn)評價五個方面進(jìn)行基于大數(shù)據(jù)的個性化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計[3]。

2.3 實訓(xùn)對象的映射機(jī)制及其實訓(xùn)服務(wù)的組合規(guī)則

運用面向?qū)ο笤O(shè)計技術(shù)，把軟件工程專業(yè)課程在實訓(xùn)過程中的各個實體視為對象集合，每個實訓(xùn)對象所完成實訓(xùn)功能映射為一系列通用可擴(kuò)展的實訓(xùn)操作，解耦實訓(xùn)邏輯與實訓(xùn)功能、實訓(xùn)功能與實訓(xùn)數(shù)據(jù)的依賴，針對復(fù)雜的實訓(xùn)需求，運用合適的服務(wù)規(guī)則，分解復(fù)雜的實訓(xùn)服務(wù)，開發(fā)大量適用實訓(xùn)服務(wù)的細(xì)粒度原子操作和原子服務(wù)。利用面向?qū)ο罂蚣芗夹g(shù)，通過對服務(wù)組合規(guī)則的配置與管理，使其適應(yīng)復(fù)雜多變的實訓(xùn)環(huán)境和實現(xiàn)過程[4]。

2.4 軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)模型

結(jié)合教育大數(shù)據(jù)技術(shù)和個性化的軟件工程專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)方案，需要構(gòu)建基于教育大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)模型，以滿足學(xué)生的個性化定制、教師的因材施教、實訓(xùn)教學(xué)的實時反饋需求。同時，貫徹通識教育與專業(yè)教育的并重發(fā)展，突出實訓(xùn)課程特色，完善實訓(xùn)課程體系。而且，還可以對教學(xué)各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與整理，進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，展示數(shù)據(jù)可視化，可以幫助教師及時調(diào)整教學(xué)活動和實現(xiàn)方案，提升實訓(xùn)效果和實現(xiàn)效率。

2.5 個性化實訓(xùn)環(huán)境的構(gòu)建技術(shù)

為了構(gòu)建軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)環(huán)境，有效提高軟件工程專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)效果，需要分析軟件工程專業(yè)課程特點和大量實訓(xùn)信息，采用大數(shù)據(jù)聚類方法，挖掘現(xiàn)有實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)需求不匹配的問題，使實訓(xùn)教學(xué)平臺動態(tài)滿足軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)的需求。通過分析、挖掘相關(guān)企業(yè)大數(shù)據(jù)，推進(jìn)“產(chǎn)學(xué)研”的深度融合，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，形成“學(xué)生—高?！髽I(yè)”紐帶，培養(yǎng)技能型、技術(shù)型、創(chuàng)新型和復(fù)合型人才。建立學(xué)生歷史實訓(xùn)反饋機(jī)制，及時反饋學(xué)生的實訓(xùn)建議，不斷調(diào)整實訓(xùn)內(nèi)容和實訓(xùn)模式，使實訓(xùn)教學(xué)更加適合軟件工程專業(yè)學(xué)生的個性化發(fā)展。最后構(gòu)建出基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)環(huán)境[5]。

3 個性化實訓(xùn)教學(xué)實施過程

首先，依據(jù)軟件工程專業(yè)教學(xué)方案，歸納專業(yè)知識框架，如圖1 所示。所有課程由實訓(xùn)課縱向聯(lián)系在一起，實訓(xùn)課分為三個教學(xué)節(jié)點，分別是程序設(shè)計實訓(xùn)、系統(tǒng)項目實訓(xùn)、軟件項目實訓(xùn)。針對學(xué)生的個體特質(zhì)，彈性設(shè)計實訓(xùn)教學(xué)節(jié)點，滿足學(xué)生個性化需求。根據(jù)軟件工程專業(yè)實訓(xùn)要求，充分考慮學(xué)生興趣和特質(zhì)，貫徹分類培養(yǎng)、分層教學(xué)改革思想，設(shè)計實訓(xùn)項目庫，讓學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和需求，定制實訓(xùn)項目和實訓(xùn)內(nèi)容。

圖1 軟件工程專業(yè)知識框架

其次，在總體實施方案的框架下，設(shè)計基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)環(huán)境，如圖2 所示。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以詳細(xì)地記錄實訓(xùn)者的實時學(xué)習(xí)、實訓(xùn)測驗、實訓(xùn)作業(yè)、實訓(xùn)報告、實訓(xùn)評測等實訓(xùn)全過程數(shù)據(jù)。將收集到的測試、作業(yè)、考試中每一個題目，每一項數(shù)據(jù)都進(jìn)行知識點標(biāo)簽化處理，通過對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解學(xué)生每門課程每一個知識點的掌握情況。在實訓(xùn)中，學(xué)生可以選擇個性化實訓(xùn)資源、個性化實訓(xùn)工具和個性化實訓(xùn)方案。教師可以跟蹤學(xué)生實訓(xùn)過程，監(jiān)測學(xué)生實訓(xùn)數(shù)據(jù)，還可以實時干預(yù)和指導(dǎo)學(xué)生實訓(xùn)，可以進(jìn)行個性化實訓(xùn)案例的推薦。學(xué)生可以自己定制個性化的實訓(xùn)模式，也可以不斷調(diào)整實訓(xùn)內(nèi)容和實訓(xùn)模式，使實訓(xùn)模式更加適合自身的個性化發(fā)展。為了檢測學(xué)生的實訓(xùn)效果，建立軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)第三方評價機(jī)制，挖掘第三方評價大數(shù)據(jù)，通過學(xué)生、高校、企業(yè)對實訓(xùn)實驗的評價，結(jié)合企業(yè)對人才要求，讓學(xué)校實訓(xùn)與企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)合起來，改變傳統(tǒng)的重結(jié)果而輕過程的實訓(xùn)評價體系。為了對接教育管理決策，建立軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)動態(tài)發(fā)展機(jī)制，及時把教育理念、個性化教學(xué)等理論研究成果融合到實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境中，使得實訓(xùn)教學(xué)資源得到充分利用和發(fā)展。

圖2 基于軟件工程專業(yè)的個性化實訓(xùn)環(huán)境

最后，利用基于軟件工程專業(yè)個性化的實訓(xùn)環(huán)境，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)過程，如圖3 所示。學(xué)生實訓(xùn)分為三個階段：課前、課中、課后。教師可以全程跟蹤和指導(dǎo)，可以獲取學(xué)生課前預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行學(xué)情分析。學(xué)生可以主動根據(jù)自己的興趣，制定個性化實訓(xùn)目標(biāo)，選擇個性化實訓(xùn)環(huán)境和個性化實訓(xùn)模式。教師可以和學(xué)生互動，可以反饋給學(xué)生實訓(xùn)數(shù)據(jù)，對學(xué)生實訓(xùn)方案和實訓(xùn)模式進(jìn)行共同改進(jìn)。教師可以布置分層作業(yè)，并進(jìn)行作業(yè)結(jié)果分析，生成整個實訓(xùn)評估報告，進(jìn)一步改進(jìn)實訓(xùn)教學(xué)，完善實訓(xùn)課程體系，優(yōu)化實訓(xùn)課程體系的設(shè)置，突出實訓(xùn)課程特色，對教學(xué)各環(huán)節(jié)的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與整理，根據(jù)學(xué)生對于知識點的掌握程度改變教學(xué)側(cè)重點，優(yōu)化基于軟件工程專業(yè)的個性化實訓(xùn)方案。

圖3 基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)過程

4 結(jié)束語

個性化實訓(xùn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣。專業(yè)的個性化實訓(xùn)教學(xué)是培育軟件工程專業(yè)學(xué)生成為具有個性的創(chuàng)新型人才的重要途徑之一。基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)系統(tǒng)，不僅可以為教師開展軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)提供幫助，也為學(xué)生自主實訓(xùn)創(chuàng)造了條件。利用基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)系統(tǒng)提供的海量學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)框架自主選擇實訓(xùn)內(nèi)容和實訓(xùn)模式，實現(xiàn)實訓(xùn)的自我建構(gòu)，從而激發(fā)實訓(xùn)興趣，促進(jìn)實訓(xùn)的個性化發(fā)展。本文通過構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的軟件工程專業(yè)個性化實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)對實訓(xùn)教學(xué)全過程數(shù)據(jù)的采集，可以全面掌握學(xué)生的實訓(xùn)動態(tài)，把握學(xué)生個性特征和實訓(xùn)需求，為教師更好地引導(dǎo)學(xué)生實訓(xùn)學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性、進(jìn)行針對性的實訓(xùn)指導(dǎo)提供了幫助。通過大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)在個性化實訓(xùn)教學(xué)工作中的運用，提升軟件工程專業(yè)教師在個性化實訓(xùn)教學(xué)中的實訓(xùn)素養(yǎng)和實訓(xùn)能力，推進(jìn)個性化實訓(xùn)教學(xué)發(fā)展。