新工科背景下软件工程专业创新实践体系构建

林 菲, 龚晓君, 马 虹

(杭州电子科技大学 计算机学院, 浙江 杭州 310018)

相对于传统的工科人才,新兴产业和新经济需要工程实践能力和创新能力更强、更具国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。“新工科”是工程教育改革的新方向[1-4],“复旦共识”[5]“天大行动”[6]“北京指南”[7]的发布,指明了我国新工科发展的方向。新工科工程教育模式强调创新,通过校企合作等模式培养学生的实践能力[8]。因此,高校在新工科人才培养中,必须以学生为主体,在新工科建设指导下,集聚学校和外部资源,构建开放的全过程创新实践教育环境,以满足当今社会对工程应用创新型人才的需求。

1 软件工程专业新工科人才培养现状分析

信息产业是国民经济的战略性、基础性支柱产业。随着我国产业转型升级,对计算机软件工程人才的需求不断扩大。我校软件工程专业在培养软件工程应用型人才方面有很多成功的经验,也存在以下问题:

(1) 培养方案和课程体系结构不够完善。例如:课程体系和教学内容陈旧,没有体现新工科“学科交叉融合”的特征；学生实践能力、创新能力和国际竞争力都有待加强；课程教学过程中信息化程度不高,成绩评价方式单一。

(2) 产教融合、校企合作、协同育人的深度不够。学校师资队伍工程实践经验不足[9],实践教学环节的训练项目范围偏窄,模拟项目较多、实战项目少,特别是与新产业结合的项目更少,对学生在解决复杂工程问题方面训练也不足。

(3) 企业需求和学生实际能力之间存在一定落差。企业需要具有团队意识、创新精神、跨界学习能力的工程人才,但是学生在这些方面还不够强。

为满足新工科背景下的工程专业人才培养的需要,培养出具有较强工程实践能力、创新能力和国际竞争力的计算机软件高素质复合型新工科人才,我校在软件工程专业人才培养模式上进行了深入改革,建设了“五个课堂”[10]创新实践体系。

2 “五个课堂”创新实践体系的核心理念

“五个课堂”全过程创新实践体系(见图1)是在新工科建设思想指导下,以学生发展为本,以OBE(outcomes-based education)理念为指导创建的。在软件工程专业人才培养中,通过创建五类课堂,构建全过程开放的创新实践体系,形成具有我校特色的“需求牵引、能力导向、校企协同、创新实践”软件工程创新型人才培养模式,整体提升人才培育成效。

第一课堂是传统的课堂教学,是理论和专业基础知识技能教育教学的主渠道；

第二课堂是校内实践,给学生不受教学计划约束、开展丰富多样的学习实践活动的机会；

第三课堂是校外实践,是培养学生的社会实践能力和应用能力的重要途径；

第四课堂是国际交流,学生走出国门,开拓全球化视野；

第五课堂是在线课程,通过随时随地的网络学习,满足学生个性化、终身化学习的需求。

通过聚集课内外、校内外、海内外、线上/线下的学习资源,形成“以学生为本”的“五个课堂”协同培养模式,实现学生自我能力的全面提升。

图1 “五个课堂”全过程创新实践体系

3 “五个课堂”创新实践体系的实践

3.1 第一课堂培养学生掌握专业知识与技能

依据新工科人才特点和OBE理念,反向重构专业课程体系,培养学生掌握软件工程专业知识与技能。

(1) 教学大纲的制定与执行。基于OBE理念,在培养方案中明确培养目标和毕业要求。在编制课程教学大纲时,明确课程目标与毕业要求的对应关系,对课程知识点进行合理分解,形成对学生毕业能力的有效支撑,并在教学大纲中体现以学生为本、产出导向、强化实践、注重实效的基本原则。任课教师严格按照教学大纲进行教学内容和方法设计、教学实施以及教学考核,以确保达成预期的教学效果。

(2) 教学内容的与时俱进。为适应新工科软件工程人才培养的需求,学校每年根据教学实施情况和各方反馈意见对培养方案和课程大纲进行审核、修订。学校积极促进科研成果转化为教学内容,鼓励教师将科研成果转化为教材和教学案例,创新教学内容；鼓励教师开设创新实践系列课程,将前沿领域的科研课题带入课程教学中,让学生跟着教师开展前沿技术的探索和实践。

(3) 教师教学方法和学生学习方式的多样化。改进传统的知识传授模式,重视营造良好的课堂教学氛围,构建优质、高效课堂。推动小班化教学,强调在教学中以学生为主体,教师和学生充分互动,激发学生的学习兴趣[11]。鼓励教师开展网络在线教学,探索翻转课堂、线上/线下混合教学模式和以学生的学习产出为导向的教学改革。关注学生的学习效果,以提升学生的知识、能力和素质为目的,采用课前视频学习与课堂讨论学习的混合式教学模式,加强网上辅导和答疑,注重对教学效果的跟踪评价和改进。

(4) 课程评价考核方式的多元化。鼓励教师对课程考核方式进行改革,可根据课程的具体情况选择闭卷笔试、开卷笔试、上机考试、口试、报告、课程论文、实际操作(设计)等考核方式,或采用多种方式相结合的考核。重视学生成绩评价的多元性,规定学生成绩应根据平时成绩和期末考核成绩综合评定。平时成绩由实验、测验、研讨、作业、工程训练和学科竞赛等情况综合评定,占总评成绩的30%～60%,期末考核成绩占总评成绩的40%～70%。

3.2 第二课堂培养创新与团队协作精神

在校内实践教学中,循序渐进地开设软件工程专业创新实践课程,4年不断线。安排学生在大一参观知名IT企业,了解IT行业；大二开始参与“走进实验室”活动,从课程设计到创新实践课程群,再到毕业设计,提升学生对复杂系统设计及解决具体问题的能力。在课堂教学和课程实践教学环节外,以专业社团为载体,开展多层次、递进式的创新实践活动,增强学生协同创新能力与团队协作精神。

(1) 导师制、项目驱动的创新实践教学模式。在学院强大的科研团队的支撑下,采用了导师制、项目驱动的创新实践教学模式,开展持续4个学期的项目式实践教学活动。每15名左右的学生配备一位具有科研或工程背景的导师,围绕导师的研究方向和课题,开展2年(4个学期)不间断的项目研究和实践,做到科研反哺教学,提高学生的创新实践能力。在导师的指导下,学生可以发表研究论文、申请发明专利、参加学科竞赛等。通过4年的教学实践,我校出了一批学生科技成果,学生发表SCI论文和申请发明专利数逐年稳步提升,学科竞赛成绩获得重大突破。此外,课题的研究让学生深入了解了计算机领域的各类前沿技术,激发了继续深造的动力,因此这几年考研比例大幅上升。

(2) 专业社团/俱乐部的校企合作模式。与国际知名企业合作,校企共建专业社团和俱乐部,让学生深入企业,了解企业最新技术,并在企业的指导下开展各类创新实践活动。例如,与苹果公司合作建立了iOS移动开发俱乐部,俱乐部在企业和学校的指导下制定了培训计划和拓展计划,企业派出专业人员为俱乐部成员做培训和指导。通过校企合作,促进专业社团/俱乐部的迅速发展,拓展了学生的知识面,提升了学生的创新实践能力[12]。

(3) 形式多样的创新训练项目。进行学生科研项目立项,开展科技活动,鼓励学生进行具有创新性、探索性和实用性的综合实践。例如让学生参加学科竞赛、科技活动、教师科研项目等形式的创新实践活动,培养学生的科研创新意识、创新思维、创新能力,挖掘学生的创造潜能,强化学生的专业技能。

学校通过举办学生课外科技竞赛讲座和交流会,努力为学生营造参与课外科技活动的良好氛围；配备骨干教师指导学生参加国内外科技竞赛活动。近2年来,学生获奖数量逐年增多,参加竞赛的领域越来越广泛,竞赛成绩也日渐提高,其中2017年获全国大学生挑战杯竞赛一等奖1项、三等奖2项,2018年在国家级服务外包大赛中获奖项等级和数量位居全国第一。

3.3 第三课堂增强解决实际问题的能力

通过在企业和校企合作实训基地实习,让学生参与真实工程项目,在实践中增强解决工程问题的能力。

目前软件工程专业已建设有44个校外实习和实训基地,大都是知名IT企业,相关企业的指导教师均具有丰富的项目开发或管理经验。学生在合作基地的学习的方式有2种：一是基地按需集中面试招聘一批实践学生;二是学生根据自己的学业情况,自主联系基地进行实践。不管是哪种方式,每个进入基地实践的学生,由校内教师和企业导师进行双重管理。实践基地的企业导师具有5年以上的项目开发或管理经验,主要负责学生实践任务的布置、检查和验收；校内导师主要负责学生的跟踪考核等。

3.4 第四课堂培养学生的全球化视野

通过与国内外高校、研究机构的交流与合作,组织学生赴海外院校访问交流,推进国际化教育,培养学生全球化视野和创新精神。

目前,我校已与德国Fraunhofer IMK媒体研究所、德国信息与自动化研究院(IFAC)、澳大利亚悉尼科技大学、英国女王大学、意大利罗马大学、我国香港科技大学、日本山梨大学、美国伊利诺伊理工大学、瑞典克里斯蒂安斯塔德大学、俄罗斯斯科尔沃科理工学院(SKOLVTECH)、法国国家信息与自动化研究所、日本理化研究所等科研院所、高校建立了良好的合作关系,来我校讲学、交流与合作的海内外知名学者逐年增多。我校支持青年教师赴国内外高校访问与进修。近几年来多次举办或承办国际学术会议,在学生交流、学术交流、联合办学等方面取得良好的成果。

学校根据教育国际化的战略和学生出国(境)交流工作的管理规定,认真进行学生选拔、经费资助、学分转换和带队教师选拔等工作,积极拓展对外交流合作的广度和深度,与国内外高校开展多层次、多领域合作,完善开放办学机制,拓展学生的国际视野和提升学生的国际竞争力。

3.5 第五课堂优化学习方法、提高学习效率

建设优质数字化教学资源，为学生打造全方位、沉浸式和信息化学习环境,鼓励学生通过网络学习在线课程,改进学习方法、提升学习效率，通过多维平台实施线上线下学习联动[12],为软件工程专业课程学习提供自主、互动、协同的合作学习模式,提高学生的快速学习能力、行业适应能力和创新实践能力。

(1) 网络教学平台。通过网络教学平台为教学过程提供全方位的资源和应用支撑服务。学生可以在平台上获得网络课程资源和教学辅导,按进度完成学习任务；可以规划个性化的学习内容和学习进度。教师通过平台可以获得网上教学支持,发布学习任务、回收学生作业、监控学生的学习进度和任务完成情况、记录和统计学生的学习情况,有针对性地开展个性化辅导。教学管理者可以通过平台进行网上教学评价,第一时间获取学生对课程教学的反馈和评价,并对教师的教学活动情况进行监控。

(2) HDOJ程序在线测试平台。HDOJ是杭州电子科技大学开发的程序在线评测系统,提供编程题目及在线测评功能,拥有良好的运行速度和较高的测评正确率。该平台支撑了国内外多所高校的C、C++、Java等编程类课程的在线练习、作业提交等功能,也可用于ACM队员的日常训练,为我校5次进入ACM全球总决赛提供了重要保障。

(3) 项目协作开发平台。根据软件工程过程管理的要求,通过制定不同的项目实践过程模板,管理完整的软件工程项目协同开发过程,为创新实践类学科竞赛和学生科研项目提供平台支撑,从而提升学生的软件开发实践能力和水平。

4 结语

在软件工程专业应用型人才创新实践能力培养过程中,通过聚集各方学习资源,加强“五个课堂”的协同培养,构建了开放的全过程教育生态环境,形成了新工科背景下符合专业实际、具有工程教育特色的软件工程人才创新实践能力培养体系。我校软件工程专业在“五个课堂”创新实践体系实践中取得了很好的效果,得到了各级专家的认可,并在2018年顺利通过了国家工程教育专业认证的进校考察。该成果可供软件工程特色专业建设和教学实践所借鉴。