軟件工程交叉學科實踐機制探索

摘要：交叉學科實踐機制對于交叉學科建設起著很重要的作用。文章提出通過采取推進交叉學科實踐內容的融合、建設高水平的綜合實驗平臺、組建交叉學科實踐人才隊伍、加強交叉學科工程實踐、建立國內外實習基地、設立交叉學科實踐模式等措施，推動交叉學科的健康發展。

關鍵詞：軟件工程；交叉學科；實踐機制

0.引言

近年來，我國高等教育非常重視交叉學科的發展。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》強調：“加強基礎科學和前沿技術研究，特別是交叉學科的研究”。就北航軟件學院而言，軟件工程領域工程碩士的培養目標是面向國民經濟信息化建設和發展需要，面向企事業單位對軟件工程人才需求，培養全面和諧發展的、創新型的、國際化的和市場急需的工程實用性人才。隨著國防、工業控制、移動通信等技術與市場的迅猛發展，嵌入式系統、通信工程、電子工程與軟件工程交叉學科的人才已成為行業發展迫切需要的。為了達到培養目標，滿足行業發展對復合型人才的需求，探索軟件工程交叉學科建設尤為重要。軟件工程領域工程碩士研究生不但要具有扎實的基礎理論和合理的專業知識結構，還要具有很強的工程實踐能力，也就是要具備運用先進的工程化方法、技術和工具從事軟件分析、設計、開發、維護等工作的能力，以及工程項目的組織與管理能力。所以，在軟件工程交叉學科建設中，探索軟件工程交叉學科的實踐機制有著重要的意義。

1.軟件工程交叉學科實踐機制建設的必要性

1.1促進科學技術發展的需要

中國科學院院長路甬祥曾經說過，“學科交叉點往往就是科學新的生長點、新的科學前沿，這里最有可能產生重大的科學突破，使科學發生革命性的變化”。在交叉學科建設中，交叉學科實踐機制不可或缺，對理工科學生尤為如此，它可以在學生學習交叉學科課程的基礎上，增強交叉學科工程碩士的實踐能力，有利于促進軟件技術的創新、科學技術的發展。

1.2學科建設及發展的需要

交叉學科可以綜合利用多個學科的理論和方法分析問題和解決問題，從而實現自然科學不同學科的滲透和融合，甚至還可以把自然科學與社會科學等對象結合成一個綜合體。軟件工程本身的性質決定了實踐機制是其交叉學科建設中不可缺少的部分。良好的實踐機制是推動交叉學科建設與發展的重要保障。

1.3培養創新型軟件人才的需要

中國工程院徐匡迪院士指出，培養創新型人才，學科交叉是正途。在學科交叉過程中，實踐機制可以增強工程碩士的動手能力，還可以拓展視野、開拓思路、拓寬知識面，培養學生利用多學科內容分析問題、解決問題，這“可以為研究生的認識從片面向全面、由低級向高級的發展打下認識論基礎，并使其思維方式在深度和廣度上都得到拓展，從而為科技創新奠定堅實的基礎”。實踐機制也有利于增強學生的競爭力，有利于學生適應社會發展的需要，增加就業機會。現在很多單位在招聘人員時，也強調應聘者要有多學科的知識背景和項目實踐經歷。

2.軟件工程交叉學科實踐機制面臨的問題

2.1交叉學科實踐內容缺乏有效的融合

北航軟件學院通過設立不同的專業方向，探索不同學科與軟件工程學科交叉學科人才的培養。但在教學過程中，我們發現大多數課程設置主要是將其他相關學科的課程直接引入，在學科的深入、有機的融合方面還遠遠不足。這就使交叉學科的“交叉”，變成了各學科課程的生拼硬湊，而沒有對各學科進行科學的融合，更無法很好地實現各學科實踐的融合，最終導致學生即便完成了交叉學科的實踐，所學到的內容也都是孤立的，無法很好地使不同學科知識彼此參照，更無法將另一學科的思維和實踐方式與該學科的相應內容進行融合。

2.2缺少綜合的交叉實驗平臺

對于交叉學科，不僅要求在理論上實現內容的融合，更要求提供綜合的實驗平臺，使學生可以在該平臺上完成綜合性的、多學科、多專業的實驗。之前，學院的實驗室大多提供單學科的實驗內容，缺少根據交叉學科的特點組建的實驗平臺。由于學科交叉涉及多個專業，各專業的學科需要不同的實驗環境、實驗設備，如何獲得獨立的學科建設經費去采購這些實驗設備、組建實驗環境，也是我們在交叉學科建設時遇到的主要問題。如果沒有綜合性的交叉實驗平臺，學生就不能對交叉學科的內容進行實驗，從而導致專業實踐技能欠缺。

2.3交叉學科實踐人才隊伍匱乏

交叉學科的實踐往往需要具有多學科背景的出色帶頭人，但是，這方面的人才相對匱乏。現在的普遍情況是學院缺乏穩定的人才隊伍來建設和發展交叉學科。一方面，有些交叉學科的授課教師固守原有學科的研究思維，僅僅講授本學科的知識，既不強調學科的交叉和融合，又不利用交叉學科的實踐，不能很好地體現出交叉學科的特色。另一方面，由于交叉學科很難在學科中獲得獨立的位置，導致現在有些交叉學科的授課教師雖然名義上屬于交叉學科專業的兼職教師，卻很難在交叉學科實踐上投入較多的時間和精力，最終會阻礙交叉學科的發展。這些老師培養出來的學生，自然也很難具有堅實的交叉學科理論基礎和研究思維，從而導致交叉學科建設的人才儲備不足。從長遠看，這種情況不利于交叉學科的建設和發展。

3.北航軟件學院推進交叉學科實踐機制的措施

在交叉學科實踐機制的建設方面，北航軟件學院提出了軟件工程與交叉學科融合的專業實踐及企業實習的設置與建設方案。

3.1推進交叉學科實踐內容的融合

在交叉學科實踐內容的融合上，學院成立軟件工程交叉學科實踐研究組，其成員由軟件項目開發經驗豐富的學院教師和部分軟件行業一線人員組成。其任務主要為制定交叉學科實踐課程大綱，對交叉學科實踐所涉及的項目和實驗中的各個環節進行論證，明確協調配合完成交叉學科實踐的具體人員，同時還負責對實踐環節的實施進行監督檢查。該研究組的工作，可以確保交叉學科實踐內容的有效融合。

在實驗內容建設上，根據培養過程的漸進性，通過從基本應用實驗、特定專業應用實驗和綜合應用實驗到自主應用實驗4個層次來構建實驗教學內容體系，重點強調綜合實踐能力和自主創新能力的培養，從而達到“鞏固知識、提高能力、綜合應用、團結協作、創新發展”的實驗教學目的。

3.2建設高水平的綜合實驗平臺

實驗體系建設側重于課程學習階段的實驗環境和內容建設。建設原則是充分利用學校已有的實驗環境，不搞重復建設，立足建設幾個“面向研究生并兼顧本科生”、高水平、開放式的綜合實驗室，在課程學習階段為學生營造接近實際研發的綜合實踐環境。基于這一思想，學院建設了軟件綜合實驗室、Unix環境實驗室、嵌入式系統實驗室、集成電路設計實驗室以及學生創新創業中心等實驗平臺，并與計算機學院共享計算機網絡實驗室和計算機組成原理實驗室。學院還與企業合作，建設了一批校企聯合實驗室，如HTC實驗室、愛立信實驗室、聯想實驗室、Adobe實驗室等，這些實驗室可以滿足交叉學科的實驗要求。同時，以綜合實驗室為平臺，將企業引進來，讓教師與學生一起走出去，具體包括：引入企業項目，建立校內實訓實習基地，學生在教師指導的情況下實習，可以提升實習效果；加強教師實踐、工程方法等研究，為企業提供培訓、咨詢服務，學生作為助研參與這些活動，在參與這些活動的過程中獲得豐富的案例分析經驗；加強軟件工程理論、實踐研究，以市場需求為導向，跟蹤企業技術與管理，最終推動需求、指導企業技術與管理。

3.3組建交叉學科實踐人才隊伍

組建交叉學科實踐人才隊伍，對交叉學科實踐教師進行專業實踐培訓。交叉學科對應專業的教師彼此聽課；定期召開交叉學科專業知識交流會；與企業聯合，關注行業動態的發展。通過以上舉措來提高教師在交叉學科領域的業務水平。專業的人才隊伍可以有更多的時間投入到交叉學科實踐中去，這為提高交叉學科實踐水平奠定了基礎，也為交叉學科的長期發展提供了人才貯備。

3.4加強交叉學科工程實踐

在交叉學科實踐體系建設方面，軟件學院針對學生數量大、學生生源復雜、計算機應用能力參差不齊、培養時間有限和師資短缺等諸多問題，一方面在交叉學科的理論課程學習過程中強調作業和課程設計等實踐內容，另一方面還專門成立了實訓與基礎部，配備項目經驗豐富的專職老師負責所有專業“一級工程實踐”課程的教學工作。一級工程實踐（個體工程實踐）是將程序設計語言、數據結構、操作系統、網絡編程融合在一起的綜合實踐課程，采用課堂教學與實踐相結合的方式，訓練學生的基本綜合編程技能，通過實驗、作業、討論、筆試等多種形式來保障教學質量，為后續專業課程學習奠定基礎，從而快速提升學生的計算機基本開發技能。另外，在每個專業方向內部，還設置了“二級工程實踐”課程。二級工程實踐（團隊工程實踐）中，學生自由組成4-6人的開發小組（團隊），遵循軟件開發過程管理規范，以團隊形式開發具有一定規模的應用性項目，通過立項、分析、設計、開發、現場答辯、演示等形式來保障教學質量，從而培養學生規范化軟件開發和協作管理的能力。

3.5建立國內外實習基地

歐盟研究咨詢委員會跨學科研究報告顯示，歐洲高校的跨學科教育在研究生層面表現為開設更多的交叉學科培訓計劃，并與企業人才需求掛鉤。北航軟件學院與美國、日本、印度等國家合作建立了多個國外學生實習和就業基地，通過學院的實習和就業基地，軟件學院已派出大量學生到國外實習和深造。對于國內實習基地，軟件學院在充分發揮北航在學科、辦學政策、地域等方面優勢的基礎上，采取多種合作形式，與國內多家企業合作，針對各專業需要，建立了相對穩定的國內實習基地。另外，軟件學院還與多家知名企業合作建立教學基地，為其定向培養復合式軟件工程碩士人才，為地方科研院所和企業培養高、精、尖后備人才貢獻力量。這些國內外實習基地為交叉學科實踐提供了綜合性的平臺。軟件學院培養方案要求學生在所有理論課程學習結束后，必須進入軟件相關企業完成為期一年左右的實習，通過親自參與的實際軟件工程項目，把不同學科的理論內容利用實踐很好地融合起來。

3.6設立交叉學科實踐模式

為了達到更好的實踐效果，北航軟件學院設立了5級實踐模式：課程實驗、個體編程實踐、團隊項目實踐、企業實習和團隊項目案例實訓。以專業方向為基礎，設計實踐項目，將基礎課程與專業方向課程的實踐貫通，以具體項目貫穿相關課程，讓學生深入理解交叉學科知識在項目中的應用。該實踐體系實現了由學校到企業，再回到學校的一個閉環實踐過程。學生在實習結束后回到學校實訓基地，要總結實習經驗，互相交流實習案例，與教師互動進行案例分析，在已有的編程和項目經驗基礎上，全程參與一個項目的需求分析、設計、實現、測試及項目的管理等所有活動。這樣，學生不僅可以提高編程能力，同時可以用所學知識對實習項目進行案例分析，糾正錯誤。此外，還可以讓學生體驗軟件系統分析、架構、研發管理等在實習過程中難以參與的活動。在此基礎上，由學院導師指導學生完成學位論文，從而大大提高論文質量。這樣，學生在一個循環上升、逐級加強、總結交流的過程中將理論與實踐相結合，取得很好的效果，同時可以回饋企業，推動產業發展，以實現交叉學科知識的融合。

4.結語

近5年來，北航軟件學院開設了嵌入式軟件、集成電路設計與物聯網、IT項目管理與產業信息化、SAP ERP咨詢顧問、移動云計算等多個和軟件工程密切相關的專業方向，為市場培養了上千名行業急需人才。通過實施上述措施，取得了很好的教學效果，推動了交叉學科的發展。