建立軟件實踐課程體系，全面培養工程型人才

多年來，如何培養軟件技術人才所必須的實踐能力、工程能力和創新能力，一直是國內高等教育面臨的課題。近年來，北京理工大學軟件學院充分發揮自身的機制優勢進行了有益的探索，通過調整課程體系、開設實踐課程、建設教學平臺、改進課程內容等有效手段，完成了由面向獨立課程的課程建設向課程體系建設的過渡，由突出理論教學向“實踐引領理論”教學的過渡。旨在培養高層次、實用型、復合型、具有國際競爭力的軟件工程型人才，使學生在思維創新的基礎上，提高技術創新和工程創新能力，提高軟件工程實踐和軟件工程管理能力。

1軟件領域工程型人才的培養目標

我們培養的從事軟件設計與開發的工程型人才應該是基礎扎實、理工結合、素質全面、具有較強工程實踐能力和創新能力的人才。要使學生在軟件領域具有良好的科學素養，較好地掌握計算機科學的基本理論和知識、軟件工程技術的基本技能與方法，掌握先進的工程化方法、工具和技術，能夠從事系統分析設計、開發和維護等工作。另外，培養的學生應具有項目組織、管理能力，具有團隊協作精神、技術創新能力和市場開拓能力，是高素質、實用型、復合型、國際化的高級軟件工程技術人才和軟件工程管理人才[1]。

本科教育階段是培養工程型人才的重要階段，軟件領域的人才是以計算機科學與技術專業和軟件工程專業為基礎的，無論計算機科學與技術專業，還是軟件工程專業，都是實踐性和應用性非常強的學科，理論教學與實踐的緊密結合，理論與工程應用的緊密結合一直是培養高水平人才的關鍵之一。為了培養高素質、高水平軟件領域的工程人才就必須在理論與實踐結合上下工夫，通過強化實踐教學來提高人才培養的質量。為了達到這一培養目標，在本科教育階段應該使學生具備以下四種能力：獨立獲取知識的能力、科學分析能力、組織管理能力和工程實踐能力。這四種能力相互聯系，相互促進。

對于軟件領域工程型人才能力的培養要從本科一年級開始，貫穿于本科教學的始終，為了實現能力培養的目標，我們建立了針對本科教學的實踐課程體系，將全部實踐課程劃分為四個層次：基礎理論與基本技能訓練、專業能力訓練、工程訓練和綜合訓練。層次從低向高逐步過渡，以學生個體能力培養為主要目標的基礎理論與基本技能訓練和專業能力訓練，為學生的專業發展打好基礎；以團隊合作能力為培養目標的小組項目開發和工程訓練，使學生在團隊合作的背景下建立軟件的工程意識，培養團隊合作精神、訓練交流和溝通能力；以工程應用能力為培養目標的開發實習、畢業設計等綜合訓練，全面培養學生的職業素養和工程意識；實現了從個體能力培養、團隊合作與工程意識培養到職業素質培養的全過程。實踐課程的層次和培養目標的關系見圖1。

2實踐課程體系的指導思想與設置

在傳統的計算機類和軟件工程類的主要課程中均有相應的課程實驗，這些實驗可以訓練學生掌握基本實驗技能、使用開發工具、驗證基本理論或成熟算法，有利于培養學生的實驗能力、獨立工作能力和協作能力，但距離培養出高水平、高素質的工程型人才的要求還有相當的差距，探索新的實驗教學的指導思想是建立實驗教學體系的關鍵，對實驗教學的內容、方法、手段、隊伍、管理及實驗教學模式的改革與創新將成為實驗教學體系的有利支撐。根據當前技術發展對于軟件類工程型人才的能力結構要求和知識結構要求，緊密結合軟件學院自身條件和特點，經過幾年的摸索與實踐，以市場需求和技術發展趨勢為導向，逐步建立了一套理論與實踐緊密結合、以能力培養為核心、綜合技能訓練為輔助的實踐課程體系。

建立實踐教學體系的基本指導思想是：將軟件的工程化思想貫穿于整個教學體系，逐步培養學生工程意識；以實踐能力培養引領理論教學，建立與理論教學緊密聯系的系列實踐課程；將培養學生的獨立獲取知識的能力、科學分析能力、組織管理能力和工程實踐能力滲透到每一門實踐課程之中。

新建立的實踐類課程體系如圖2所示。圖中用粗線框起來的課程為新開設的實踐性課程。

整個實踐類課程體系具有以下特點：

2.1通過“實踐-理論-再實踐”實現“以實踐能力培養引領理論教學”

多年的教學實踐和思考使我們認識到，在學習計算機專業知識的過程中，應該先使學生通過實踐積累一定的感性認識，在實踐經驗積累到一定程度后通過系統的理論學習，將感性認識上升到理性高度，然后再通過實踐驗證理論、豐富理論，使理論指導下的實踐在新的高度進行再一次的感性積累。因此，“以實踐能力培養引領理論教學”是新的教學計劃中堅持的基本原則，在理論性課程之前增設必要的實踐性課程。例如，“程序設計方法與實踐”先于數據結構、算法分析與設計課程從應用的角度提出理論問題；“操作系統基礎實習”從應用的角度為學習操作系統原理積累經驗；“應用系統設計與實踐”為數據庫原理、計算機網絡提供應用背景。同時，專門設立具有階段總結和綜合性質的“軟件基礎實習”和“軟件開發過程綜合實訓”，通過實踐開闊學生視野，給理論一個發揮的空間，鍛煉學生的團隊意識和工程意識。

這樣“實踐-理論-再實踐”的學習過程，使整個教學過程成為一個有機的整體，使相對獨立的各門課程通過實踐聯系在一起。

2.2將軟件工程思想貫穿于整個教學體系

培養軟件工程意識，使工程化思想成為學生從事軟件開發工作的行動指南并不是一件容易的事情。在傳統的教學過程中，軟件工程往往是一門獨立的理論性課程，學生們認為軟件工程就是一些條條框框。缺乏實踐經驗，缺乏合作開發軟件的感性體會，使得學生在學習過程中難于理解軟件工程的精髓。

在新的課程體系中，軟件工程的思想貫穿于整個教學的始終。從第一門計算機入門課程“計算機科學導論”起，就開始灌輸軟件工程的基本思想；結合在低年級開設“個體軟件過程”和“小組軟件過程”等任選課，通過實踐課程使學生在系統學習軟件工程理論之前就先對軟件需求分析、軟件設計、軟件測試、進度控制、軟件質量、成本控制、文檔管理、團隊合作等有一個感性的認識，使學生從低年級就開始接觸并了解軟件工程，并具有初步的程序開發經驗，進而使學生在系統學習軟件工程理論時就可以結合自己的切身體會，完成從經驗積累的感性認識、到系統理論提升的過程。之后再通過實訓，用軟件工程的理論來指導軟件開發，最終使學生具備獨立完成需求分析、建模、設計、代碼編寫、測試、部署全過程的經驗、理論和能力。

2.3分層次設立獨立的實踐課程，逐步提升工程能力

根據實踐課程的難度和教學目標，將實踐課程劃分為四個層次：基礎理論與基本技能訓練、專業能力訓練、工程訓練和綜合訓練[2]。

(1) 基礎理論與基本技能訓練培養學生基本的分析問題能力和基本的編程能力，進行編程入門?；A理論訓練培養學生面對實際應用進行需求分析、綜合運用基本理論的能力，通過從實際應用中提出的簡單工程問題體驗工程項目的開發過程。

(2) 專業能力訓練是結合各個專業課程，有針對性地完成各項實踐。

(3) 工程訓練是在軟件工程理論的指導下，以典型的實訓項目或實際的工程項目為背景，進行軟件開發過程訓練，體驗完整的軟件開發全過程。

(4) 綜合訓練是通過實際應用項目使學生參與實際項目開發。

在新的課程體系中，通過實踐課程使學生逐步完成“個體能力培養-小組項目合作-工程項目開發”的能力訓練過程。

2.4強化理論課程的實踐環節，新增實踐課程采用“1+1”教學模式

理論教學在傳統的教學體系中已經形成了比較完整的體系，各門課程在理論上已經相對完整和成熟，在教學方法上也積累了較豐富的經驗，新的實踐教學體系要在保持原有理論課程體系完整性的前提下，進行調整和充實。

從整體而言，在理論課程中要繼續保持原有的理論特色和深度，針對具體的知識點開展驗證性的實驗，充實原有的實驗內容，提高實驗難度要求。通過研究課程之間的聯系，刪除重復內容，適當壓縮理論課程的教學學時，加大不同課程實驗之間的難度差異，使得不同課程在實驗上可以相互協調和銜接。

在設置實踐系列課程時，堅決避免原有理論課程中驗證性實驗的簡單“搬家”。主要的實踐課程要與理論教學課程密切配合，采用“1+1”模式，即“實踐課程+理論課程”的模式。與理論課程相配合的實踐性課程以設計性、綜合性、大型實驗為主，一般為2學分32學時，其中教師課上集中指導或講授僅在8學時左右。實踐課程要強調對學生實踐創新能力和自學能力的培養，無論是個體的實踐題目還是小組的協同實踐，課程中涉及的技術和設計方法均有一部分是學生還沒有接觸到的，學生需要通過自學來掌握，實踐的結果則強調創新性，鼓勵學生把各課程和自學的知識融合起來，并結合社會的真實需求(課程中作適當的簡化)創造性地從系統結構、數據結構、程序技術等方面提出自己的觀點，以全局架構、時空效率、功能等進行評價，變“教師主導”為“學生主導”。

2.5對技術課程進行分類，引導學生進行系統學習

計算機技術日新月異，新技術新方法不斷出現，如何能夠較為系統地掌握不同的技術路線，或者把握不同技術路線的差異，對于學生來說是比較急迫的問題。我們在教學計劃的設置上，針對不同的技術路線，對技術課程進行了分類[3]，開設了專業基礎、JAVA、微軟、LINUX、電子商務、嵌入式開發、軟件理論、媒體技術、網絡與安全、游戲開發等系列課程，引導學生能在不同路線上進行較為系統的學習。同時根據技術的發展，我們也適時對課程大綱進行調整，把軟件領域的最新發展反映到課程中。

3新開設的實踐系列課程簡介

在新的課程體系中，主要開設的實踐性課程介紹如下。

3.1程序設計方法與實踐

“程序設計方法與實踐”是針對低年級學生開設的第一門實踐類課程。在學生掌握了C語言的基礎上，培養學生個體的編程能力。通過設置具有實際背景的題目，使學生經歷問題抽象、建立數學模型、算法設計和數據結構設計、編程調試等過程，通過具有實際背景的題目使學生在理論學習之前就從應用的角度開始接觸線性表、隊列和棧等數據結構，開始接觸一些復雜的算法。課程讓學生從編寫長度為幾十行的代碼起步，逐步達到能夠編寫300行以上C語言程序的水平，具備基本的編程能力和良好的編程習慣，逐步鍛煉學生自學能力和問題抽象能力。

3.2用戶界面設計基礎

“用戶界面設計基礎”是針對低年級學生的設計性實驗。使學生初步掌握LINUX或DOS字符方式下開發用戶界面的主要技術，以及Windows環境下圖形用戶界面的開發方法。使學生初步體驗用戶界面設計的重要性和設計技術，體會用戶界面將是用戶需求的重要部分，理解“用戶的軟件才是我的軟件”。本課程與程序設計方法與實踐主要側重于個體能力的培養。

3.3軟件基礎實習

“軟件基礎實習”是為具有一定數據結構理論基礎的學生開設的綜合性實踐課程，是對前期課程(C語言程序設計，數據結構與算法，面向對象程序設計和用戶界面設計基礎)的一次綜合實習，是對軟件工程的第一次實踐。實習采用開發小組開發方式，通過設計一些超越學生當時已有知識水平的問題，例如具有操作系統背景、人工智能背景、編譯背景、數據庫背景的問題，引導學生進行自主學習，通過小組內協作開發，完成一個至少2 000行的小型系統。學生在小組內進行簡單分工，并進行角色互換，初步體會軟件開發過程，鍛煉學生獨立獲取知識的能力、科學分析能力和團隊合作與溝通能力。

3.4應用系統設計與實踐

“應用系統設計與實踐”以低年級學生為對象，以學生已經熟悉的簡單的業務系統為背景，采用開發小組的形式，開發網上數據庫應用系統(如網上購物系統，圖書借閱系統，學生成績管理，BBS等)，引導學生自主學習相關技術和知識(數據庫設計、網絡程序開發等)，體會應用軟件架構的重要性，鍛煉學生獨立獲取知識的能力和團隊合作精神。

3.5操作系統基礎實習

“操作系統基礎實習”以當前流行的操作系統Windows和Linux為背景，選擇具有應用性質的課題，從應用系統開發者的角度學習和研究操作系統，通過系統調用來使用操作系統提供的各種功能，區別于傳統的操作系統原理理論性為主的課程。通過對操作系統的認識，初步掌握軟件部署的方法。上述課程也開始培養團隊合作精神。

3.6專業能力訓練系列課程

“專業能力訓練”定位在設計性和綜合性實驗，與相應的理論教學配合。在實踐課程設置上考慮計算機軟、硬件的有機結合，開設了“嵌入式系統開發”，在軟件與硬件緊密結合的背景下強化學生的系統意識。為了使學生在校期間就可以接觸并了解當前的流行技術，專門開設以.NET技術或JAVA技術為背景的實踐課程；通過增加Linux平臺實踐內容，全方位培養學生的專業技能，拓寬學生視野，為學生今后的自主確立專業方向打好基礎。這些課程強調從系統高度來認識計算機，從軟、硬件兩個角度看待系統架構。

3.7軟件開發過程綜合實訓

“軟件開發過程綜合實訓”是以企業成熟的軟件開發模型為基礎，選擇企業根據實際軟件系統精選的案例對學生進行工程訓練。學生以開發團隊形式，按照步驟在規定的時間點完成規定的任務，體驗從需求分析建模(需求由案例給出)、設計、代碼編寫、測試、部署的軟件工程全過程。使學生熟悉企業化軟件開發流程，具備直接進入企業進行開發的能力。實訓模擬企業運作機制，模擬企業中實際存在的項目壓力和工作壓力，以考勤和項目的進度檢查點進行監控，以項目開發結果進行最后考核。學生將體會項目經理、設計人員、編碼人員、測試人員等各個角色的工作，培養學生職業精神、組織管理能力和設計綜合能力。

4實踐類課程對現有教學的影響

4.1實踐課程與理論課程相互支撐，相互促進，形成新的課程體系

新建立的實踐類課程使得傳統的理論教學課程體系發生了較大的變化。在我國傳統的計算機科學與技術專業或軟件工程專業的課程體系中，是以知識點為基本單位構建課程，重視基礎理論的抽象和學習，忽視理論的應用背景和實現技術；重視獨立課程自身的實驗過程，缺乏覆蓋不同課程、串聯不同知識的綜合性實驗；更多的是融合在理論課程中的驗證性實驗，沒有針對創新性能力培養的獨立課程。

在新的課程體系中，加強了低年級的專業基礎課程，使學生首先了解應用背景，并盡可能早地接觸專業內容，在低年級就完成“計算機科學導論-C語言程序設計-程序設計方法與實踐-用戶界面設計基礎-離散數學-數據結構與算法-面向對象分析與設計-軟件基礎實習”這樣相對完整的理論教學與實踐教學緊密結合的專業基礎教育課程體系，進而為后續的理論學習與提高打下良好基礎。在這個體系中，遵循“實踐—理論—再實踐”的循環方式，學生通過初步的實踐，積累必要的感性認識，再通過理論學習，通過新的實踐課程提出新的問題，學生通過自學和教師引導解決問題，并總結出理論上的欠缺進入新的理論課程，在這個螺旋式上升過程中，最大程度保持學生的興趣并使之能克服較大的自學和思維壓力，變學習壓力為學習動力，引領學生的獨立思考能力。

4.2實踐類課程對教學模式、教學方法提出新的要求，為學生發揮創造性提供可能

要保證實踐類課程的教學效果，防止實踐類課程蛻變為理論教學，對于實踐類課程必須有新的教學理念、講授模式和課程管理機制。

教師首先要完成教學觀念的轉變，在教學過程中絕對不能再是“教師講授學生聽”的傳統模式，要樹立幫助學生自主學習、啟發學生創造性思維的觀念，以啟發式教學和研究性學習為核心。在教學方法上，要采用全新的教學方式，教師不再講述實驗的步驟和細節，不再講授原理和概念，而是將重點放在講解題目(項目)的背景(實驗需求)上，即向學生明確應用的背景、實驗目的、期望看到的結果、實驗的具體的參數和指標要求。同時適當點出實驗中可能涉及到的知識，然后由學生自己進行理論分析，自己建立問題的模型，自己掌握開發進程。

教師在實踐類課程中已經不再是傳統的課堂講授者，教師更像一位工程項目的經理，負責提出項目的要求、檢查項目(學生)的開發進度、監督開發過程、評定軟件質量。在課堂集中教學中，教師又像一位主持人，召開的是項目進度匯報會、技術交流會、軟件演示會等。

對技術上或設計架構上有相同的課程，我們鼓勵一些學生能以一個較大的項目貫穿始終，能逐漸把小系統完善成大系統，提高學生的成就感和榮譽感，提升學生的自信心；對題目難度類似的課程，我們鼓勵學生采用不同的架構和技術環境，擴大學生的知識面，培養學生的創新能力。

新的實踐類課程為學生開辟了更廣闊的思考空間，激發了學生的學習興趣和潛能，培養了學生的團隊協作意識和創新精神。不少學生們在實際課程中完成的算法設計，或者采用的理論指導出乎教師的意料，這對于教師同樣是促進和挑戰。

4.3網絡教學支撐平臺延展課堂空間，為學生自主學習、師生交流提供新的途徑

通過建立有效的網絡教學支撐平臺，為教學提供了有利的輔助工具。教學支撐平臺具有信息發布、布置多種形式的作業、C/C++/JAVA源程序自動測試、在線答疑和討論等功能，為主講教師、輔導教師、學生和訪客提供不同的權限。網絡教學支撐平臺支持多門課程，既解決了教學資源共享等一系列問題，同時也將傳統的“以教師為中心”的教學模式，轉變為“以學生為中心，在教師指導下的主動學習”模式，有效地達到了教學互動、教學相長的良好效果。同時網絡教學支撐平臺也遵循軟件工程的原則，在關鍵點設置時間節點以考察學生，把軟件工程的思想融入教學管理。

5結論

自2002年起，我們從單門課程的改革開始，逐步建立了實踐課程體系，通過教學實踐發現問題，再進行調整和充實，逐步完成了具有可操作性、行之有效的實踐課程體系，新設立的實踐類課程與理論課程有機結合，縮短了理論教學與工程應用的距離，實踐課程與理論教學相結合，并已收到良好的教學效果。

參考文獻

[1]教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會，高等學校計算機科學與技術專業發展戰略研究報告暨專業規范(試行)[M].北京:高等教育出版社，2006，254-255，264-265.

[2]陳朔鷹，李志強，李仲君. 軟件工程實踐類課程體系的建設與探索[J]. 北京理工大學學報(社會科學版)，2007，9(S1):85-88.

[3]北京理工大學教務處. 北京理工大學本科教學概覽[R]. 北京：北京理工大學，2006，243-254.