新工科背景下“软件工程”课程教学改革的研究与探索

祁 鑫,宋会英，崔 浩

(中国石油大学胜利学院 基础科学学院,山东 东营 257000)

2017年教育部继“复旦共识”“天大行动”“北京指南”三部曲之后全面敲响“新工科”[1]建设春雷,在国家大力发展新工科,培养创新型战略人才的大背景下,高校人才培养对课程建设提出了更高的要求,培养的学生是否能够适应新形势下市场对人才的创新创业需求,对课程改革提出了新的挑战。

一、课程改革的背景及意义

中国当前正处于产业改革和经济转型的重要时期,随着“互联网+”的提出,云计算、大数据和物联网等技术的兴起,软件产业作为绿色环保产业中最具广阔前景的新兴产业之一,对于中国产业结构调整起着至关重要的作用,然而高质量软件人才的短缺已经成为制约中国软件产业发展的最主要瓶颈。

“软件工程”是计算机科学与技术、软件工程等专业的重要的专业课之一,是一门理论性、综合性、实践性较强的课程,课程内容综合了基础理论教学与实践教学,其重要性要求教学内容必须兼顾基础性和前瞻性,同时体现实用性和趣味性,特别注意避免流于空洞的理论灌输,特别强调理论与实践并重的教学理念,以激发学生的自主性学习,在专业建设和软件人才培养体系中起着举足轻重的作用。

在国家大力发展新工科、培养战略人才的大背景下,当前软件人才培养面临着前所未有的危机,存在很多亟待解决的问题:教学内容陈旧,不能满足业界需求;教学内容抽象空泛,不能激发学生的求知欲;填鸭式教学方法,无法满足能力培养的要求;软件工程实验过程与企业脱轨,培养的学生无法适应市场需求。在新工科大背景下如何对课程进行改革,以摒弃原有课程教学的弊端,适应人才培养的新需求,成为亟待解决的问题。在此背景下,必须转变教育思想和教育观念,积极研究、创新和探索“软件工程”课程教学改革新模式[2]。

二、课程改革设计思路

基于“加强基础,强化实践,提高兴趣,培养技能”的课程建设指导思想,以培养适应市场需要的高素质软件应用型人才为目标,以 “五个一”工程课程培养体系和“市场结合”为支撑点,以设置精品课程内容、建设一流教学团队、探索研究性教学方法、设计立体化实践体系、加强双向互动校企合作为着力点;全面探索与实践“软件工程”课程改革,培养高素质创新型人才。课程改革基本框架见图1。

图1 课程改革基本框架

其中“五个一”工程是近年来重点课程建设过程中,逐步实践和摸索,最终形成的软件工程课程培养体系,通过认识一个朋友、学会一种工具、掌握一门软件、开发一个系统和撰写一篇论文,为学生提供兴趣支点、扎实理论基础、增强实践能力并实现科研拓展(图2)。

图2 软件工程“五个一”课程培养体系

三、课程改革具体实践

(一)设置精品课程内容

在深入研究和广泛讨论的基础上,以SWEBOK为指南[3],通过选择一流教材,实时跟进软件工程年会掌握课程发展最新动向,优化教学内容和学时分配,确立软件工程课程内容结构。在课程教学内容的优化、整合处理上,应注重以下几点:(1)精选课程基础和重点内容,保证较扎实的理论基础知识;(2)删减课程中陈旧、过时的内容,例如删减传统软件工程中的过程化设计与分析方法;(3)及时更新和补充新内容,例如补充面向对象的设计与分析方法;(4)重点强调内容面向软件开发工程实际,并采用行业标准进行规范。通过教学内容的优化和整合,使课程改革突出先进性和实用性,更加注重“加强基础、强化实践、提高兴趣、培养技能”的理念。

(二)以点带面,带动整个课程群建设

在整个软件工程专业培养体系中,“软件工程”这门课是一门基础必修课,通过理论和实验教学,辅以暑假小学期的“软件工程课程设计”,使学生能够运用所学知识,对工程化软件开发进行系统的学习和实践。正是由于这门课的基础性作用和概述性特点,能够带动后续专业课程和专业选修课程建设,呈现由基础到提高,由概述到具体,由点到线,以线带面的课程改革趋势。如图3所示,软件工程专业课程群体系主要分为基础必修、综合必修、提高选修和创新设计四个层次和多个模块。

图3 软件工程课程群体系结构

(三)建设研究性教学课堂

所谓研究性教学,就是将课内讲授与课外实践、教师引导与学生自学、教材与阅读有机结合并达到完整、和谐、统一的教学。研究性教学是被国际一流大学证明改善大学本科教学质量的有效途径和方法,近几年来日益受到我国教育管理部门和高校的重视。教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》明确提出:“创新教育教学方法,倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学”。近年来课程组从多角度探索适合学生和本课程特点的研究性教学的方法和模式,探索性地提出“三三四”模式,促进创新型人才培养。

“三三四”研究性教学模式是指:坚持三项基本原则,即学为主体、教为主导、练为主线;倡导三种教学体验,即倡导教师的学习性教学、学生的研究性学习、师生的开放性交流;努力实现四个转变,即以教师为中心转变为以学生为中心,以教材内容为主线转变为以案例过程为主线,以课堂教授为主体转变为基于项目的“做中学”,以单一试卷考试转变为多维度考试评价体系。

1. 思维导图助力,实现学习主体转变

“软件工程”课程内容可以为学生带来系统性思维、标准化思维和逻辑性思维的良好培养,但是基本概念和原理繁多,学生在学习过程中经常出现知识混乱、理解困难等问题。在学习过程中引入“思维导图”这一工具,通过使用放射性的线条、色彩和图形来模拟大脑思考问题时的逻辑性思维,使学生对课程体系结构及其内容之间的相互联系产生更为清晰明了的认识,提高学习效率。

第一,教师用思维导图做课堂引导。提炼本节课要讲授内容的重点、难点等关键词,模拟学生大脑思考问题的逻辑性顺序并写在黑板上,并将重点难点以醒目颜色及线条标识,形成课前思维导图。教师借助思维导图顺畅连贯地讲授知识,呈现各部分之间的联系与知识要点,省去学生课堂上组织内容和提炼重点的过程,从而使学生更为关注知识本身。

第二,学生用思维导图做随堂笔记和复习总结。在学生运用思维导图的方面,贯彻“预习复习思维导图,变一章为一张纸,不再害怕复习考试;微型笔记思维导图,一边听讲一边手绘,速记课堂重点难点”。课前预习思维导图要求学生在课前通过预习教材,找出有目的的关键词,画出预习思维导图,并在图上做好“已明白”“有疑惑”“完全不明白”等标记,达到事半功倍的预期效果。课上学生可以运用微型导图记笔记,随时随处记录,避免线性笔记记录的繁琐,具有较强的灵活性和跳跃性。课后运用复习思维导图通过参考上课笔记,回顾课堂内容,总结规律方法,进行错误反思和归纳总结。事实证明,在课程学习过程中运用思维导图,不仅可以左右大脑同时启用,节省学生时间,更重要的是实现学习主体转变,提高教学效果。

2.采用案例式教学为主线,带动知识点的融会贯通

改变之前以教材知识点为中心为以项目案例为主线贯穿整个教学过程,在课程教学过程中确定具有典型代表意义、难易适中的“学生选课系统”和“网上购物系统”作为讲授案例,将知识点和案例实施过程对应,每个主题章节分别介绍两个经典案例在各阶段基本概念、活动与任务的指导原则、涉及的主要方法与工具,有助于学以致用,理论与实践的有机结合。

3.运用分组讨论式课堂,激发学生自主学习兴趣

“软件工程”课程内容的特点是理论性比较强,方法多却晦涩难懂。在课堂教学过程中,倡导“预为先导、学为主体、全员参与、师生互动、易讲难引、少讲多练、展示为主、当堂消化、减少作业、前后衔接”等措施,采用学生分组讨论和上台演说模式,教师在讨论中起主持、引导和点评的作用,并注重“情境性原则”和“动机激励原则”在课堂讨论中的应用。充分调动学生学习的积极性和主动性,提高学生的思辨能力和表达能力。

4.采取基于项目的“做中学”,改变填鸭式课堂讲授

“软件工程”课程的学习更加注重理论与实践相结合,因此打破课程界限,采用基于项目的“做中学”方式,模拟软件开发小组,划分并扮演项目经理、需求分析师、软件设计师和测试工程师等角色,使学生在项目开发过程中真正体会需求分析、软件设计和测试维护的理论、方法与策略,掌握工程理论,提升工程实践能力。

5. 以单一试卷考试转变为多维度考试评价体系

课程考核改变以往一张试卷定乾坤的做法,更加注重课程实施过程监控与考核,结合实践活动和项目研发,打破传统的老师对成绩的评价体系,将项目开发过程评价、结果评价和学生学习能力评价三点结合,进行多维度的考核评价,相比单纯的期末考试更加能够展示学生的学习效果。

通过以上探索和实践,努力实现四个转变,使课内讲授与课外实践环节相辅相成,变教师主动教为学生主动学,提高课程学习效果,达到教与学的和谐统一。

(四)构建立体化实践体系

针对计算机类学生存在“工程实践能力弱”和“所学知识与实际脱节”的问题,在软件工程课程教学过程中存在“缺乏系统的软件工程过程训练”[6]“缺乏与课程、实习、实践相配套的教学案例”“软件工程工具与产业需求脱节”等问题,课程组构建软件工程新的实践教学体系,强化实践教学,培养学生动手实践能力,为软件工程课程改革服务。

该实验体系在尊重学生学习的客观规律的前提下,以理论课程+专业实验室+实习基地+校企合作平台为基础,遵循由浅入深、循序渐进、积极引导的方法,将实验实践过程分为基础层和提高层,做到一条龙、不断线、分层次,培养学生综合应用知识的能力,分析、解决问题的能力以及初步的创新能力(图4)。

图4 立体化实践教学体系

(五)依托校企合作构建“双向互动”机制

1.跟踪市场需求,调整课程体系

根据市场需求及时对课程设置和知识结构做出合理有效的调整、实现校企双向互动和培养方案的反馈调整,以解决传统模式上的课程体系僵化,知识内容陈旧,培养模式单一等诸多问题。通过校企合作,促进课程内容和教材进行调整,并进行配套课程的增设、教学方法的改革与创新[7]。

2.以市场为导向,调整实践体系

在企业设立实习基地,暑期学生到企业一线实习,实现学生和市场之间的“零距离”接触;企业到学校设立实验室,在实验、课程设计等环节以市场的标准要求学生;在实践内容设置上,选用企业真实案例设计题目;在实践组织环节,以企业项目管理的方式开展实验实习,调整和增设设计性实验和综合创新性实验内容。

3.以企业作为市场动向的风向标,开展科技活动

在科技活动中,积极鼓励学生参与国内外知名IT企业举办的科技大赛,在参赛的过程中,让学生了解企业需求,感受市场的动向,掌握市场急需的技能,引导大学生自主适应市场要求。

四、结语

新工科背景下,“软件工程”课程改革是一项系统工程。作为一个系统化的教学改革项目,随着课程改革与实践的不断完善,课程建设成效渐显。项目在培养理念、课程体系、实践体系、科技平台建设和校企合作等方面所做的积极探索,将为新工科建设提供有力保障,相信对同类课程具有一定的示范性和推广价值。