工程教育认证背景下软件工程课程混合式教学模式创新与实践研究

李广琼 陈荣元 黄少年 刘跃华

摘要：在工程教育认证的背景下，对培养具备复杂工程能力的学生提出了新的标准。作为以培养应用工程型人才为主体的工商类大学的计算机专业，有必要对专业核心课程进行改革，以符合工程教育认证的标准。文章针对软件工程课程教学模式存在的主要问题，提出了基于BOPPPS与CDIO相结合的混合式教学模式进行改革与实践，并取得了较好的成效。

关键词：BOPPPS；CDIO；工程教育认证；软件工程课程

中图分类号：G424        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）09-0132-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

目前，国际上通用的能够对工程教育进行质量保证的准则是工程教育认证制度。国际上最具影响力的工程教育学位互认协议是《华盛顿协议》[1]，成为华盛顿协议的成员国能够在国际上实行学位互相认定，有助于工程技术从业人员进行国际交流与合作。2006年，我国开始着手工程教育认证工作。2016年，我国正式成为《华盛顿协议》的第18个缔约国。2022年7月，中国工程教育专业认证协会颁布了最新的《工程教育认证标准》（T/CEEAA 001—2022） 。在新的通用标准中，涵盖了工程教育认证评价的7个指标，分别是学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件[2]。

软件工程课程属于课程体系中的专业必修课，同时支撑工程认证培养方案中的毕业要求1、毕业要求4、毕业要求7、毕业要求10和毕业要求11。为了关联软件工程课程对毕业要求的支撑，将BOPPPS模型和CDIO工程教育模式相结合，对软件工程课程进行创新与实践研究，进一步推动工程教育认证背景下的课程改革，为培养具有国际化工程能力的毕业生打好基础。

1 传统的软件工程课程教学模式存在的主要问题

湖南工商大学计算机科学与技术专业已是建设中的国家一流专业。该专业于2021年9月启动工程教育认证工作，目前已经通过第一阶段和第二阶段。查阅该专业2019年的培养方案，软件工程课程一共有4个学分。根据该课程支撑的毕业要求，制定了软件工程的课程目标，课程目标和毕业要求指标点如表1所示。

要实现表1的课程目标，需要精心设计教学环节，评估每个环节是否能够实现课程目标，并对毕业要求进行支撑，培养学生具有解决复杂工程问题的能力。传统的软件工程课程教学中存在的主要问题有：1） 传统的教学模式以教师为中心，课堂以教师“教”为主，难以激发学生“学”的热情，不利于发挥学生的自主性、能动性和创造性。传统的考核评价体系高度依赖期末考核环节，不重视学生在平时课堂和实验中解决问题的能力反馈。2） 软件工程课程属于计算机科学、工程科学、管理科学等学科高度融合的交叉课程，课程的特点决定了采用单一的教学模式与单一的评价体系不利于培养学生的复杂工程能力。因此，结合工程教育认证对课程体系的要求，对该课程的教学模式与教学评价体系进行改革与创新已势在必行。

2 混合式教学模式的软件工程课程教学实践

2.1 基于BOPPPS的软件工程课程理论体系改革研究

BOPPPS教学模型最初来自于加拿大的教师培训机构[3]，该模型的主要特点是，教学过程由六个部分构成，分别是导言（Bridge-in） 、学习目标（Objective） 、前测（Pre-assessment） 、参与式学习（Participatory Learning） 、后测（Post-assessment） 和总结（Summary） 。目前已被国际上多所高校及机构所采用，被認为是一个能够提高课堂效率，学生积极参与，能实现正反馈的教学模型[4]。

软件工程课程的理论部分由课程教学单元构成，采用单元大模块教学，由导言、学习目标、前测、参与式学习、后测、总结等6个环节构成。导言即课程知识点的引入，形式可以丰富生动，例如可以通过视频、讲故事等形式引入知识点，使学生尽快沉浸式地进入课堂，提升学生的学习兴趣。学习目标的建立：通过PPT阐述课程单元的学习目标、学习内容、对后续内容和课程的影响作用，为后期的学习打下牢固的基础。前测：通过提问或者案例讨论等方式了解学生的前期知识储备。参与式学习：在整个教学设计中占有十分重要的比重，强调学生一直是教学过程中的主角，及时了解学生对知识点的掌握程度，及时关注优秀生、中等生及后进生的学习需求。后测：学生参与式学习的效果如何？课后检测能起到关键作用，通过课后检测发现学生掌握得比较好的内容和需要进一步加强理解的内容，是教师调整教学内容的依据之一。课程总结：课程模块的总结环节是课程教学环节的一部分，总结的形式可以多样化，以教师为主体进行模块总结，或者先以小组成员汇报，教师再做总结的方式。教师在讲授的过程中突出重点和难点，在介绍技术原理的同时，兼顾技术的具体应用，强调理论与实践相结合。基于BOPPPS模式的教学设计如图1所示。

以软件测试用例设计课程单元模块为例，BOPPPS模式的教学设计为：

1） 导言部分的设计。软件测试的工具有哪些？主要应用于系统测试的哪一种，每种工具应用的优缺点，每年测试工具的评价和排行榜分析，通过导言知识点的引入，提升了学生的学习兴趣，打开了学生的眼界。

2） 学习目标部分的设计。通过本章的学习，学生要掌握哪些测试工具和方法，如何针对具体的测试内容选择合适的测试工具，白盒测试法与黑盒测试法的主要区别和应用场景分析。

3） 前测部分的设计。抽取软件资格与水平考试中软件工程部分的习题，重点抽取与软件测试相关联的试题，考察学生的课程知识储备情况。

4） 参与式学习的设计。这个部分是整个教学设计的核心部分，根据学生的前期知识储备，精心设计教学内容，学生参与整个过程的学习，学习的形式多种多样，可以是分组讨论、教师提问式教学，学生参与式回答。

5） 后测部分的设计。将课堂中的重点知识点以问题的形式发布给学生，通过学生检测的学情分析，发现学生知识点的掌握情况，及时调整教学内容。

6） 总结部分的设计。将单元模块知识点进行回顾与总结，总结的形式可以丰富多样，既可以以小组汇报、教师点评的形式进行，又可以以教师为主体进行总结。通过BOPPPS教学模式六个部分的设计与实施，加强了学生的教学参与感，对单元模块的掌握更加高效深刻。

2.2 基于CDIO模式驱动的软件工程实验体系改革研究

CDIO新型工程教育模式代表构思（Conceive） 、设计（Design） 、实施（Implement） 和运行（Operate） [5]。CDIO工程教育模式的研究源于高等院校工程教育培养标准不统一和培养质量参差不齐。这种模式的理念更加注重培养学生解决实际工程问题的能力和团队协作能力，将工程项目划分为四个阶段，团队成员从构思开始进行分工，直至运行，学生参与到项目的每一个阶段，在项目的实施中体验每一个环节的过程[6-7]。

根据教学目标，将CDIO工程教育模式引入软件工程实验课程教学中，把实验项目分解为构思、设计、实现、运行四个阶段，学生的能力培养体系由基础知识能力和实践应用能力进行架构，通过CDIO教学模式指导学生实践应用能力的培养，学生根据CDIO理念来构思、设计和实现应用系统，逐步培养学生分析解决问题的能力和团队协作能力。基于CDIO的软件工程实验教学环节能力培养体系如图2所示。

以软件工程实验中绘制数据流图为例，根据CDIO模式划分为构思、设计、实施、运行四个阶段：

1） 构思阶段。数据流图中的数据流、数据存储、实体、加工元素的分析，根据“自顶向下、从左到右、由粗到细、逐步求精”的原则进行顶层数据流图与一层数据流图的分析，父图与子图平衡分析，数据流图中数据守恒分析。

2） 设计阶段。根据具体问题设计出数据流、数据存储、实体、加工元素，设计好顶层及各子层数据流图，在设计的过程中遵循子图与父图平衡和数据流守恒的原则。

3） 实施阶段。在VISIO实验平台上打开软件和数据库模板的数据流模型图，在画布中进行顶层和各子层数据流图的绘制。保证数据流图中每个加工必须既有输入数据流，又有输出数据流；在每个文件中既有写文件的数据流又有读文件的数据流。

4） 运行阶段。顶层和各子层的数据流图绘制完成后，按照数据流绘制的原则检查数据守恒原则，加工的输入与输出流原则，检查无误后进行数据流图的组合。

在软件工程实验部分，采用CDIO工程教育模式开展实验，学生参与到每个实验项目中的每个环节中，训练了学生解决复杂工程问题的能力。

2.3 基于CDIO模式驱动的软件工程综合性项目设计改革研究

在软件工程综合性项目实施的能力训练过程中，通过CDIO教学模式分解复杂的系统，将一个系统分解为构思、设计、实施、运行与测试部分，学生参与系统的不同阶段，教师在整个分析与设计的过程中起指导作用，学生是系统设计与实施的主角。在系统的甄选上注重针对性和实用性，学生运用CDIO工程思维设计与实施系统后，能够熟练掌握系统开发的流程和技术，为训练学生具有解决复杂工程问题的能力打下坚实的基础。

以课程注册系统的综合性项目设计为例，项目的可行性分析和需求分析即为项目的构思部分，需求分析主要分析系统的功能需求，由用例图进行表达，构思用例图的用例、参与者和关系等元素。而项目的设计部分主要进行系统的面向对象的设计、类设计和详细设计。类设计主要由类图进行表达，设计类和类之间的关系。项目的实现部分包括代码设计和代码编写，选择合适的语言来实现系统。项目的运行主要由单元测試、集成测试和系统测试来完成，每个测试类型选取的测试工具是不相同的，比如单元测试主要采用白盒测试法，而系统测试主要采用黑盒测试法。按照CDIO模式的四个阶段完成系统的设计和实现后，对项目进行质量审查，小组成员展开讨论与总结，学生参与每一个阶段的工作，熟悉和掌握了各个阶段的重点和难点，为将来进入职场打下坚实的基础。

3 混合式教学模式在软件工程课程教学改革中的成效

软件工程课程的理论部分采用BOPPPS模式进行教学设计，实践部分采用CDIO工程模式进行教学设计，依托在线课堂平台辅助部分环节的完成。理论部分的前测和后测通过在线平台完成，实践部分通过在线课堂的实训项目实施完成。在线课堂的主要模块有课堂测试、课后作业、编程作业、在线检测、教学资料、视频直播、课堂分班、在线签到、学情统计。前测和后测环节由课堂测试和在线检测完成，完成后教师根据学生的答题情况分析学生的学情，及时调整教学内容。实践部分由课后作业和编程作业支撑，教师授课的资料，包括导言、学习目标、教学资料、软件资格与水平考试测试集、实验指导书等，学生在学习的过程中可以下载资料。将实训项目设计为类似于游戏闯关的形式，按照CDIO模式将实训项目分解为不同阶段的关卡，学生在通过每一个关卡后将获得一枚勋章，学生用积累的勋章来兑换实验成绩的分数，极大地提高了学生参与实训项目的积极性。教师在课前制作好实验操作视频，上传到视频直播模块，学生在实验操作中遇到任何问题可以通过回放视频获得解答。课堂分班模块主要针对一个教师对应同一专业多个班级进行设置。在线签到模块主要作用是考核学生的到课率情况。学情统计模块能够针对学生的各种检测进行大数据学情分析，为教师及时调整教学内容给出参考意见。课程学习结束后采取多元化的考核方式进行，在考核的过程中重点考查学生解决复杂工程问题的能力，提高课堂测试、实验报告、实验测试等过程性考核在整个考核中的百分比。课程目标的评价方式由期末考核和过程性考核两部分组成，这种多元化的考核评价方式要求学生重视平时学习和实验、实训的过程，而不是通过单一的期末考试来决定学生是否通过课程的评价。

采用对比研究法，选取兩个年级的样本数据，其中一个年级采用传统的教学模式与传统的评价方法，一个年级采用混合的教学模式与多元化评价方法，分析最终的评价数据，通过比较对照得出结论，并逐步完善创新模型与评价指标体系，为下一步的课程改革实践做出参考。两个年级的软件工程课程考核样本数据如表2所示。

从表2的数据得知，2023届学生采用混合式教学方法和多元化考核模式的改革实践后，课程目标达成均值和平均分都有较大程度的提高，不及格率明显下降。通过线上调查问卷方式，混合式教学方法普遍受到学生的好评，学生在课程学习中的参与感增强，体验感较好，在闯关中学习，在学习中成长。

4 结束语

工程教育认证背景下对学生具有解决复杂工程能力的培养提出新的挑战和要求，将BOPPPS和CDIO混合的教学模式应用于软件工程课程的教学改革，有效地推动了学生学习的积极性，提高了学生解决实际工程问题的能力，较好地提升了课程的考核结果。下一步将依托课程的持续改进，进一步完善在线课堂的建设，进一步提高人才培养的质量。

参考文献：

[1] Washington Accord.Available at http：//www.washingtonaccord.org.

[2] 王孙禺，孔钢城，雷环.《华盛顿协议》及其对我国工程教育的借鉴意义[J].高等工程教育研究，2007（1）：10-15.

[3] 李雷.混合学习环境下BOPPPS教学模式的设计与实证研究[D].大连：辽宁师范大学，2022：4-6.

[4] 罗宇，付绍静，李暾.从BOPPPS教学模型看课堂教学改革[J].计算机教育，2015（6）：16-18.

[5] 顾佩华，胡文龙，陆小华，等.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017（1）：24-43.

[6] 许清，张翼飞.CDIO模式下软件工程能力的精细化考核与评价[J].计算机教育，2021（8）：194-198.

[7] 赵胜楠，朱立才，张辉.基于CDIO模式的Python程序设计课程教学实践研究[J].计算机时代，2022（3）：83-85.

【通联编辑：唐一东】