OBE理念下的软件工程专业内涵建设研究

汪松松 王红霞

（浙江水利水电学院信息工程学院，浙江 杭州 310018）

0 引言

近年来，随着国内外高校各学科专业工程教育认证的发展，成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）成为专业改革的核心理念，以工程能力为核心的学习产出被视为重要的质量准则。在应用型本科工科专业教育中，CDIO工程教学研究广泛。刘畅等人给出了软件工程专业工程认证中实践教学体系，为软件工程的工程教育认证教学与实践奠定基础。孙平平等人从本科专业的角度研究了基于SWH-CDIO-E的应用技术型人才培养体系建设与实践。工程教育认证研究在专业建设、课程建设等方面成果丰富、为密切联系行业奠定了基础。

基于智慧水利的软件工程研究与应用主要围绕最新IT展开，融入云计算、物联网、大数据、人工智能等最新信息技术，与软件工程专业的人才培养趋势一致，将智慧水利融入软件工程专业，不仅紧密衔接行业发展，还促进智慧水利的教育与科研。培养SWHCDIO-E工程教育认证的智慧水利建设人才，以实现学校工程教育认证。

如何开展基于智慧水利的工程教育认证内涵建设是一项崭新的课题，智慧水利与教育科研融入工程教育认证，实现以智慧水利为特色的工程教育认证的内涵建设具有一定意义。基于智慧水利开展软件工程教育认证与内涵建设研究，主要解决的问题：在SWH-CDIO-E上建立软件工程智慧水利教育的总体架构；构建软件工程智慧水利的知识能力图谱，编制工程教育网络，实现知识技能模块间的融合、智慧水利与教学的深度结合；通过深度学习不断训练调整教学内容的方法，实现专业课程内涵的不断良性优化。

1 国内外研究分情况

基于智慧水利的软件工程主要由我国提出，2019年全国水利工作会提出了“安全、实用”的水利网信发展总要求，并将水利信息化列为四大短板之一，智慧水利是智慧社会的重要组成部分。水利部出台了《加快推进智慧水利的指导意见》《智慧水利总体方案》等重要文件，进一步强化了智慧水利的顶层设计。虞开森等在2018年就提出了政府数字化转型下智慧水利技术框架，包志炎等人构建了浙江水利数字化转型总体框架，从整体上定位了云计算、物联网、大数据、人工智能等先进技术与水利建设的融合点，姜小俊、蔡阳等人从水资源监测大数据、水利一张图的具体应用方面展开了研究。

目前，基于智慧水利的软件工程研究与应用已经渗透到计算机科学与技术、信息与通信工程、水利工程、教育等多学科中。国内外智慧水利的研究和应用处于初级阶段，需要与信息科学、教育体系进行紧密融合，综合发展。工程教育认证在专业建设、课程建设等方面研究成果丰富、为密切联系行业应用奠定了基础。智慧水利的研究已经全面铺开，工程教育认证从专业到课程实践已经逐步细化，而针对智慧水利的高等教育的深入融合有待进一步深入研究。通过CDIO对软件工程专业进行改革，并引进智慧水利的知识能力与科学研究，是完善智慧水利软件工程教育认证和提升行业特色的一种重要方式。

2 内涵建设方案设计

2.1 构建基于依托行业背景的知识能力体系

在梳理软件工程教育认证、智慧水利、内涵建设、科学研究的关系的前提下，建立以智慧水利为导向，以软件工程教育认证为基础，以科学研究为推手，促进软件专业内涵建设的结构模型。在SWH-CDIO-E工程教育的基础上，通过知识图谱对软件工程课程体系与智慧水利进行有机的联系与结合，并通过深度学习优化课程内容，促进软件工程的工程教育认证与内涵建设。

以SWH-CDIO-E工程教育理念为基础，立足软件工程专业需求，以智慧水利工程项目为载体，以学生实践能力和创新能力培养为主线，形成了软件工程专业知识、能力、素质一体化培养的课程体系。通过项目的构思、设计、实现和运作等环节的学习，培养学生软件工程知识和逻辑推理能力、职业核心软能力与专业硬技能三个方面的能力，为智慧水利培养具有创新能力的软件类工程型人才。

以智慧水利的数字化整体知识技术框架、大数据、物联网、人工智能等核心内容为软件工程专业内涵主体，编制水利数据资源目录，建设水利数据仓，研发数据共享交换平台，开展数据治理，构建数据资源体系等智慧水利业务等提升知识能力。通过学习建设水利云和物联网，提供计算、存储、网络、容灾、安全、异地备份等知识模块，提高对构建智慧水利的认知，培养洪水预报预警、流域洪水调度、水域动态监测等培养智慧水利软件工程的基本能力。

2.2 基于智慧水利的软件工程人才培养知识图谱

构建基于智慧水利的软件工程专业知识能力人才培养知识图谱。根据知识图谱构建智慧水利的软件工程人才培养所需的知识能力模块库，为课程的建立、内容的界定、课程的要求、课程时序安排等环节提供有力支撑，主要过程为：

（1）构建基于本体模型规范的软件工程常规知识技能模块属性结构。以知识能力模块为智慧水利的软件工程人才培养的基本属性对象，建立知识能力本体模型，确定每个对象模块的元属性。

（2）建立智慧水利相关知识技能模块的元模型结构。每个对象属性应包含知识、能力、CDIO对应准则、时序要求、智慧水利新技术与工程实践等。

（3）理清课程间的关系，构建软件工程智慧水利知识图谱。在研究智慧水利相关知识技能模块的元模型的基础上，结合软件工程基础知识，考虑学生、教师、场地、课程内容等环境要素，以及构思、设计、实现和运作等多模态数据，实现面向智慧水利的知识抽取、知识展示和知识推理过程，形成一套智慧水利行业知识图谱的自动化生成方法，并在该结构上不断地丰富信息实体间的关系，并确定各实体的属性信息，形成软件工程智慧水利知识库。

（4）进一步的实现课程知识检索。在建立的软件工程智慧水利知识图谱的基础上，将人才培养、课程设置、科学研究等与教学实践相联系，根据数据建立量化的关系模型，并服务于智慧水利软件工程教学的总体分析与评价，最终形成教学智能库，以支持软件工程智慧水利的实践教学的应用。

2.3 工程教育认证与科研促进专业内涵建设

实施智慧水利在SWH-CDIO-E软件工程教育中对知识和技能的转化。科研促进知识和技能的展开，开展教改、水利信息化科学研究，带领学生进行开发试验、科研等活动。

针对对于传统教研脱离的形式，研究在智慧水利这一平台基础上运行教学体系，从而将两者很好地进行相互协调和促进。一方面通过平台在实践教学中的运行，获取其中不断产生的数据，利用大数据相关技术，研究这些实践记录数据的表示、整理分类、存储等相关数据处理的工作。另一方面可以对含有知识的数据中的规律进行表示和表达，提取大数据特征，在数据整理与分析的过程中，提炼出智慧水利方面的科研问题，为从事专业基础实践课程的教师开辟科学研究新的途径，做到教学与科研的深度结合。

2.4 基于工程教育认证与智慧水利的课程内容优化

课程内容及安排的优劣直接决定了工程教育认证的品质档次。研究基于工程教育认证与智慧水利的课程内容优化，提高软件工程智慧水利教学的品质。考虑智慧水利云计算、大数据、人工智能、物联网等，通过深度学习进行课程内容参数调优，通过教学、评价、调优、再生产的循环步骤对课程模块知识技能的接收度和CDIO的执行过程与效果进行不断训练，获得最佳的结合方式，逐步提高智慧水利融入软件工程的结合层度。

通过深度学习的数据训练方法，获得各门课程的优化流程。并以软件项目管理课程为例，根据具体优化方案，最终形成软件工程智慧水利人才培养结构。通过影响因子收集、深度学习模型搭建、参数调优、课程内容调整等过程优化专业培养内容。

3 教学实施与评价

3.1 教学实施方法

采用课前教师布置学习任务、学生在线自主学习、教师跟踪学习并及时反馈、学生随堂测验、教师收集学习问题，根据问题制订课堂内容，并在线上线下实施项目制教学互动，以掌握课程知识和能力，最后辅以实验模拟手段，压实学习成果，通过增量迭代的方式制订下一次课的教学过程。

以软件项目管理课程为例，课程采用MOOC网络平台、智慧教室、智慧水利实验室等丰富的教学平台。MOOC网络平台记录项目学习过程、学生完成作业情况、线上师生互动过程等，智慧教室课堂开展演示教学、项目分析、项目问题应对策略、学生制作的管理项目评估与预测等活动。在智慧水利实验室中，基于项目的整体构架，采用Project、Coding等软件，实施项目的软件化管理，提升学生软件管理技能。

3.2 教学评价

基于OBE理念项目制改革前，课程内容枯燥，教学效果不理想。实施后，学生学习的积极性提高，基础成绩更好，主要表现为：

（1）校内融入“知识+技能+态度”三位一体考核，打破师生、生生互动瓶颈，确保线上线下师生交流无障碍，学生成绩与满意度大幅度提高，对软件工程项目管理的认知更丰富全面，提升了职业可持续发展能力。另外，实战案例与工作实际更贴近，学生职业适应能力更好。

（2）融合了课程思政，结合行业法律法规、职业道德规范、职业素质等内容，学生软实力大幅度提升，实习更受企业欢迎。

（3）教师结合工程教育认证项目进行科研，提升了教师的教育、科研能力。

4 结语

（1）将智慧水利与软件工程专业的工程教育认证和内涵建设深入融合，通过知识图谱组织智慧水利与软件工程的知识能力模块，形成基于OBE理念的软件工程专业培养水利行业智慧水利的人才培养新模式。

（2）引入智慧水利云计算、大数据、人工智能、物联网等知识能力模块，通过深度学习进行课程内容调优，并通过教学、评价、调优、再实践的循环步骤对课程模块知识技能的接收度和CDIO的执行过程与效果进行训练，来获得最佳的结合方式，提高了智慧水利融入软件工程的有机结合度。

（3）通过智慧水利科研促进智慧水利软件工程教学，并以教学促进科研，有效的结合学生、教师的需求，实现了全面提高软件工程专业内涵的良性业态。