基于PBGS的軟件開發(fā)能力培養(yǎng)模式研究*——以應(yīng)用型本科院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例

◆王子須 崔巖 王燕玲

作者：王子須，洛陽(yáng)師范學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)員，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代教育技術(shù)教學(xué)技能培訓(xùn)；崔巖，洛陽(yáng)廣播電視大學(xué)（471000）；王燕玲，洛陽(yáng)師范學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院（471022）。

隨著信息化進(jìn)程的逐步深入，全國(guó)700多所高校開設(shè)了電子商務(wù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)，培養(yǎng)層次全面覆蓋。據(jù)工業(yè)和信息化部公布的數(shù)據(jù)表示[1]：2013年底，軟件業(yè)從業(yè)人數(shù)為470萬(wàn)，年增速為12.4%。但是，自2011年以來(lái)，中國(guó)大學(xué)畢業(yè)生就業(yè)報(bào)告連續(xù)多年把計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)列入就業(yè)紅牌或黃牌專業(yè)。巨大的企業(yè)用人缺口與畢業(yè)生就業(yè)困難之間存在差距的主要原因是：1）計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)按照原來(lái)的本科專業(yè)培養(yǎng)方式培養(yǎng)學(xué)生，其培養(yǎng)方案針對(duì)性較差，企業(yè)入職培訓(xùn)成本較高；2）計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)理論課較多，學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力較弱。

這些問(wèn)題主要是因?yàn)橛?jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)能力在校期間并未得以訓(xùn)練和提高。本文首先通過(guò)分析知識(shí)、技能和能力之間的關(guān)系，討論應(yīng)用型本科院校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)所需能力要求，并以軟件開發(fā)能力為例進(jìn)行討論；其次，為了提高學(xué)生的軟件開發(fā)能力，在培訓(xùn)過(guò)程中采用“基于項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)（PBGS）”的教學(xué)模式。

1 知識(shí)、技能與能力

王綱[2]提出知識(shí)是獲得的客觀世界的信息；技能是通過(guò)訓(xùn)練獲得的能完成任務(wù)的動(dòng)作系統(tǒng)；而能力是分析問(wèn)題并運(yùn)用知識(shí)、技能來(lái)解決問(wèn)題。知識(shí)、技能和能力之間的關(guān)系是螺旋型相互促進(jìn)的關(guān)系：知識(shí)、技能和能力的高低無(wú)法同步；能力水平影響掌握知識(shí)與技能的深淺；知識(shí)與技能的增長(zhǎng)有助于能力的提高。對(duì)于高校專業(yè)培養(yǎng)來(lái)講，需要根據(jù)社會(huì)需求確認(rèn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，分解人才培養(yǎng)目標(biāo)確定所需專業(yè)能力，由所需培養(yǎng)的專業(yè)能力確認(rèn)專業(yè)知識(shí)和技能并在人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱中體現(xiàn)出來(lái)，從而形成知識(shí)——技能——能力一體化的培養(yǎng)模式。

具體到應(yīng)用型本科院校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，參考高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范[3]，根據(jù)社會(huì)需求，提出本專業(yè)的能力培養(yǎng)方案，并細(xì)化到技能和所需知識(shí)。總體上本專業(yè)需要掌握三大能力，即軟件開發(fā)應(yīng)用能力、網(wǎng)絡(luò)管理能力和硬件設(shè)計(jì)能力，不同的專業(yè)方向可以側(cè)重某能力的培養(yǎng)。其中，軟件開發(fā)應(yīng)用能力[4]需要具備如下知識(shí)、技能和能力。

1）基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能。為了提高軟件開發(fā)應(yīng)用能力，需要具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能，如計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法導(dǎo)論、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和軟件工程等相應(yīng)課程。

2）軟件設(shè)計(jì)技能。軟件分析和設(shè)計(jì)要求學(xué)生經(jīng)過(guò)各種訓(xùn)練理解軟件設(shè)計(jì)開發(fā)不同方法的優(yōu)劣，根據(jù)情況選擇不同的模型；掌握軟件開發(fā)的整體觀、大局觀。

表1 學(xué)生年級(jí)與分組情況表

3）團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。目前軟件項(xiàng)目越來(lái)越大，個(gè)人無(wú)法獨(dú)立完成，需要成立開發(fā)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)協(xié)作決定了項(xiàng)目成敗，因此要求學(xué)生遵紀(jì)守法和相互交流，了解項(xiàng)目實(shí)施的目標(biāo)。

傳統(tǒng)教學(xué)中主要采用的教學(xué)模式有“做中學(xué)”[5]、啟發(fā)式教學(xué)法[6]、項(xiàng)目引導(dǎo)法[7]等。這些方法強(qiáng)調(diào)教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生為主體，教師為指導(dǎo)者和教學(xué)活動(dòng)組織者。軟件開發(fā)能力培養(yǎng)過(guò)程中，這些方法可以培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能以及軟件設(shè)計(jì)技能，無(wú)法培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)來(lái)說(shuō)，由于畢業(yè)生就業(yè)主要面向各類軟件開發(fā)公司，而在開發(fā)系統(tǒng)時(shí)需要各職能人才協(xié)作共同開發(fā)，因此，除了基于項(xiàng)目的教學(xué)方式提高學(xué)生實(shí)踐能力之外，更需要培養(yǎng)協(xié)作能力和合作能力。

基于項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)[8-10]（Project Based Group Study，簡(jiǎn)稱PBGS），其方法是由教師設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，將學(xué)生團(tuán)隊(duì)導(dǎo)入一個(gè)仿真或真實(shí)的情境，在引導(dǎo)、啟發(fā)、鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行協(xié)作完成教學(xué)項(xiàng)目的過(guò)程中掌握知識(shí)和能力。PBGS的本質(zhì)是一種探究性、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式，但更強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)的作用。

為了提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，在高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、Web程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)和軟件工程課程設(shè)計(jì)等課程教學(xué)中采用“基于項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)（PBGS）”，研究其區(qū)別。

2 PBGS

PBGS[8-9]可以理解為：

P：具有實(shí)際意義且需要分工合作的項(xiàng)目。

G：團(tuán)隊(duì)，是組織起來(lái)了的一個(gè)教育教學(xué)共同體。

S：主動(dòng)性、探究性和創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)。

目前，PBGS應(yīng)用存在一些問(wèn)題。

1）項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)在當(dāng)前教學(xué)中應(yīng)用較少。雖說(shuō)當(dāng)前國(guó)內(nèi)基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的培訓(xùn)開展得如火如荼，但是在實(shí)際課堂教學(xué)中采用PBGS相當(dāng)少。

2）項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的分組方式單一。對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組所采用的方式，基本上是按照學(xué)號(hào)簡(jiǎn)單進(jìn)行分組，從而未考慮學(xué)生個(gè)體性差異情況，也未對(duì)所有學(xué)生的情況進(jìn)行綜合考慮和分配。

3）項(xiàng)目小組的任務(wù)委派不清。分組之后，一般指定每組的第一位學(xué)生為組長(zhǎng)，組內(nèi)任務(wù)由組長(zhǎng)分配。這樣容易出現(xiàn)組長(zhǎng)任務(wù)過(guò)重。

由于這些原因，本文主要探討分組方式對(duì)教學(xué)的影響和在系列課程、比賽培訓(xùn)中運(yùn)用PBGS教學(xué)方法的異同。

3 基于PBGS的軟件開發(fā)能力培養(yǎng)模式

培養(yǎng)計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)能力的課程主要有大一開設(shè)的高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、大二開設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和軟件工程、大三開設(shè)的Web程序設(shè)計(jì)和在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中的專業(yè)項(xiàng)目競(jìng)賽培訓(xùn)等。根據(jù)學(xué)生的接受能力，在不同階段采用不同的分組方式和不同課程采用不同的培養(yǎng)方法。本節(jié)探討不同年級(jí)階段如何進(jìn)行分組；在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程和競(jìng)賽培訓(xùn)中如何運(yùn)用PBGS教學(xué)方法。

分組方式對(duì)教學(xué)的影響 組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)是實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)來(lái)講，實(shí)踐要求較強(qiáng)，而且學(xué)生在初高中階段接觸信息技術(shù)較少。

分組情況見(jiàn)表1，具體來(lái)說(shuō)：因?yàn)樾律雽W(xué)大家互相不熟悉，并且專業(yè)知識(shí)和管理能力較為薄弱，所以在第一學(xué)期高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)1中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員以教師依據(jù)就近原則進(jìn)行指定；因?yàn)榈?～4學(xué)期學(xué)生之間較為熟悉，但是對(duì)項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過(guò)程和有可能碰到的問(wèn)題比較模糊，所以在高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)2、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、軟件工程等課程教學(xué)中，教師根據(jù)學(xué)生的情況（如興趣、愛(ài)好等）對(duì)其進(jìn)行分組，小組人數(shù)為3～4人；在第5～8學(xué)期，因?yàn)閷W(xué)生之間互相熟悉且熟悉項(xiàng)目教學(xué)的各種情況，由學(xué)生根據(jù)興趣和工作能力等進(jìn)行自由組合，小組人數(shù)為3～5人，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)能力。

基于PBGS的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)包括概念、理論知識(shí)、實(shí)際開發(fā)和實(shí)施技能，它跨越了理論和實(shí)踐兩個(gè)層面，教學(xué)內(nèi)容較多，不容易理解。以數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程為依托，對(duì)課程引入PBGS教學(xué)方法，以下是具體步驟。

1）選擇項(xiàng)目。教師提供不同項(xiàng)目供學(xué)生選擇。例如：項(xiàng)目名稱為“**教學(xué)管理系統(tǒng)”，教學(xué)目的是為小型管理信息系統(tǒng)做數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

2）PBGS教學(xué)實(shí)施。

①測(cè)試。通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)類型。

②分組。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)類型對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每組3～4人，確定一人為組長(zhǎng)，小組成員共同制訂計(jì)劃、完成任務(wù)（需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)等）。

③完成項(xiàng)目。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容要求劃分子任務(wù)。

需求分析：前期準(zhǔn)備工作即對(duì)各個(gè)職能部門的工作和存在問(wèn)題進(jìn)行實(shí)地考察分析，了解其對(duì)**教學(xué)管理系統(tǒng)的需求。

概念設(shè)計(jì)：通過(guò)前期了解到的教務(wù)處、系教學(xué)辦公室、學(xué)生處、系輔導(dǎo)員、教師、學(xué)生等不同用戶對(duì)教學(xué)管理系統(tǒng)提出的功能要求，構(gòu)建**教學(xué)管理系統(tǒng)的實(shí)體聯(lián)系模型。

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：通過(guò)分析把實(shí)體聯(lián)系模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。

物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)：要求將關(guān)系模型在SQL Server中實(shí)現(xiàn)為表、視圖、約束、函數(shù)、觸發(fā)器等。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：使用代碼完成與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接、查詢、插入、刪除和修改功能。

總結(jié)和展示：小組編寫項(xiàng)目報(bào)告、需求分析說(shuō)明書、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書等，制作匯報(bào)PPT。

④考核評(píng)估。PBGS考核要求職業(yè)能力考核，所以變單一考核為綜合考核方法。項(xiàng)目完成，小組需要提交各種說(shuō)明文檔、數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件代碼，并進(jìn)行匯報(bào)和答辯。因此，說(shuō)明文檔占40%，數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件代碼占25%，現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)和答辯占35%。在現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)和答辯中包括了小組自評(píng)30%、小組互評(píng)30%、教師評(píng)價(jià)40%。由于組長(zhǎng)承擔(dān)工作較多，組長(zhǎng)相對(duì)組員總分多2%。

專業(yè)競(jìng)賽培訓(xùn)運(yùn)用PBGS教學(xué)方法 計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)為應(yīng)用型、工程型專業(yè)，需要提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。對(duì)于應(yīng)用型本科來(lái)說(shuō)，學(xué)生有學(xué)習(xí)的興趣，但是興趣的持續(xù)性和自制能力較差。為了提高學(xué)生參加比賽的熱情，在培訓(xùn)期間采用基于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的創(chuàng)新性學(xué)習(xí)模式。

團(tuán)隊(duì)分為比賽組和項(xiàng)目組兩大部分，其任務(wù)分別是參加國(guó)內(nèi)IT科技大賽。比賽類型分為作品類和編程類：作品類為學(xué)生小組在指定時(shí)間提交軟件作品和文檔，評(píng)委進(jìn)行評(píng)價(jià)；編程類為學(xué)生單人或三人小組在比賽現(xiàn)場(chǎng)使用規(guī)定時(shí)間編寫程序，完成題目要求進(jìn)行提交。作品類主要考查學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，而編程類考查學(xué)生對(duì)語(yǔ)言、建模和算法的熟練應(yīng)用能力。團(tuán)隊(duì)根據(jù)參賽項(xiàng)目的需要，根據(jù)隊(duì)員的興趣、專長(zhǎng)和職業(yè)規(guī)劃，將隊(duì)員分成若干項(xiàng)目小組。項(xiàng)目小組是培訓(xùn)團(tuán)隊(duì)開展學(xué)習(xí)活動(dòng)的基本單位，對(duì)項(xiàng)目小組提出以下要求。

1）以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體。培訓(xùn)團(tuán)隊(duì)成立以來(lái)，學(xué)生占主導(dǎo)地位，教師起輔助作用。大一新生開設(shè)高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)與問(wèn)題求解課程，經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)選拔優(yōu)秀學(xué)生參加培訓(xùn)隊(duì)。暑期舉行一個(gè)月的培訓(xùn)，主要由高年級(jí)資深隊(duì)員傳授主動(dòng)學(xué)習(xí)方法。培訓(xùn)期滿團(tuán)隊(duì)對(duì)新隊(duì)員進(jìn)行考核，根據(jù)綜合表現(xiàn)（如學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)態(tài)度等）確定是否正式加入團(tuán)隊(duì)。

2）以合作學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式。項(xiàng)目小組中高年級(jí)隊(duì)員擔(dān)任組長(zhǎng)并根據(jù)隊(duì)員專長(zhǎng)分配不同任務(wù)，隊(duì)員之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。學(xué)習(xí)時(shí)以自學(xué)為主，每周開展一次討論活動(dòng)，分享心得并討論問(wèn)題，這樣可以培養(yǎng)溝通能力。

3）以結(jié)果和平時(shí)表現(xiàn)為導(dǎo)向的考核方式。如項(xiàng)目組，在正式參賽前經(jīng)過(guò)多次選拔賽綜合排名，并由隊(duì)員民主投票確定人選。選拔的標(biāo)準(zhǔn)是參賽隊(duì)員所具備的綜合能力。這樣不以一時(shí)定終身的考核辦法可以維護(hù)團(tuán)隊(duì)的競(jìng)爭(zhēng)氣氛，從而激發(fā)所有隊(duì)員的斗志。

4 總結(jié)

研究結(jié)果表明，依據(jù)現(xiàn)代教學(xué)理論構(gòu)建的PBGS教學(xué)方法成效顯著。PBGS的第一輪實(shí)踐始于2010年，對(duì)計(jì)科系2009級(jí)開出，授課情況平穩(wěn)，學(xué)生、教師感覺(jué)良好。期末學(xué)生考核方式為閉卷筆試考核部分理論知識(shí)+上機(jī)考試考核SQL Server軟件使用水平+項(xiàng)目訓(xùn)練考核數(shù)據(jù)庫(kù)分析和設(shè)計(jì)能力。學(xué)生和后續(xù)相關(guān)課程教師感覺(jué)良好。負(fù)責(zé)培訓(xùn)隊(duì)期間，培訓(xùn)隊(duì)隊(duì)員獲各級(jí)各類比賽獎(jiǎng)勵(lì)共100余項(xiàng)，其中國(guó)家級(jí)十余項(xiàng)，優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)十人。

[1]2013年軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)最終核實(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)情況[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11294132/n12858477/15974912.html.

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