工程教育認(rèn)證下基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程教學(xué)設(shè)計(jì)

鄧 娜，林 松，熊才權(quán) ，康瑞華 ，閤大海

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430068，2.海軍指揮學(xué)院 戰(zhàn)略教研室，江蘇 南京 210016）

0 引 言

2016年6月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》，通過認(rèn)證協(xié)會(huì)認(rèn)證的工程專業(yè)，畢業(yè)生學(xué)位將得到《華盛頓協(xié)議》其他組織的認(rèn)可，這將極大地提高我國工程教育的國際影響力[1]。自此，各大高等院校積極開展各個(gè)工程專業(yè)的認(rèn)證準(zhǔn)備工作，高等教育工作者也紛紛致力于工程教育認(rèn)證方面的研究[2-3]。工程教育認(rèn)證從各個(gè)方面對(duì)工程專業(yè)畢業(yè)生的能力提出了新的要求，同時(shí)也要求教育工作者解放思想、轉(zhuǎn)換觀念，以工程認(rèn)證的畢業(yè)要求為輸出導(dǎo)向，探索適應(yīng)工程教育認(rèn)證的新穎高效的教學(xué)模式。

軟件工程導(dǎo)論是湖北工業(yè)大學(xué)開設(shè)的一門面向軟件工程專業(yè)大二學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)特色課，在該專業(yè)籌備申請(qǐng)工程教育認(rèn)證的推動(dòng)下，針對(duì)傳統(tǒng)課程的各種局限和不足，我們提出基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，以期提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生達(dá)到各項(xiàng)畢業(yè)要求提前做好準(zhǔn)備。

1 工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求

工程教育認(rèn)證對(duì)工程類專業(yè)畢業(yè)生從工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理、終身學(xué)習(xí)等不同的方面提出了12條畢業(yè)要求。這12條畢業(yè)要求大致可以分為理論素養(yǎng)、實(shí)踐能力、個(gè)人素養(yǎng)3個(gè)類別。具體如下：

理論素養(yǎng)：工程知識(shí)、問題分析和研究這3個(gè)方面要求畢業(yè)生具備利用各種理論知識(shí)和科學(xué)原理來分析、解決和研究復(fù)雜工程問題。

實(shí)踐能力：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案和使用現(xiàn)代工具兩個(gè)方面要求畢業(yè)生能利用現(xiàn)代工具來設(shè)計(jì)和開發(fā)復(fù)雜工程問題。

個(gè)人素養(yǎng)：工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理和終身學(xué)習(xí)等7個(gè)方面要求畢業(yè)生對(duì)社會(huì)、環(huán)境負(fù)責(zé)，具有良好的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通能力，以及終身學(xué)習(xí)等個(gè)人素養(yǎng)。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是一種培養(yǎng)工程人才的新穎的教學(xué)方法。它以項(xiàng)目為載體, 將課程講授的主要內(nèi)容穿插其中，注重課程理論體系的完整性,實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐一體化、傳授知識(shí)與培養(yǎng)能力一體化、“教、學(xué)、做”一體化，特別適合于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程[4]。

跟傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法有以下不同之處：

（1）教學(xué)對(duì)象不同。傳統(tǒng)教學(xué)方法適合于幾乎所有的教學(xué)對(duì)象，通常采取“教師講、學(xué)生聽”的模式來講授理論知識(shí)，這種教學(xué)方式較為呆板，教學(xué)效果不好；而項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法特別適合于工程類專業(yè)學(xué)生，用項(xiàng)目來貫穿整門課程的教學(xué)，既讓學(xué)生掌握了理論知識(shí)，也鍛煉了工程實(shí)踐能力。

（2）教學(xué)過程不同。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，教師依據(jù)事先定好的教學(xué)進(jìn)程，以章節(jié)為主線，逐步教授各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容；而在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)過程中，教師可以不再受章節(jié)的限制，而是以項(xiàng)目的開展為主線，從項(xiàng)目的準(zhǔn)備工作開始，到項(xiàng)目各個(gè)階段的進(jìn)行，再到項(xiàng)目的結(jié)束，在這些環(huán)節(jié)中，穿插著理論知識(shí)的教授，讓學(xué)生體會(huì)到“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。

（3）教學(xué)目標(biāo)不同。傳統(tǒng)教學(xué)方法的教學(xué)目標(biāo)簡單單一，就是讓學(xué)生掌握相關(guān)理論知識(shí)，而這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不適用于當(dāng)前社會(huì)和工作崗位對(duì)學(xué)生的要求。為了培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的學(xué)生，不僅要求學(xué)生具備扎實(shí)的理論功底，更重要的是要求學(xué)生不能紙上談兵，而是應(yīng)該擁有解決實(shí)際問題的動(dòng)手實(shí)踐能力，而這正是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的目標(biāo)。

3 對(duì)應(yīng)關(guān)系

通過分析工程教育認(rèn)證對(duì)畢業(yè)生提出的12條畢業(yè)要求和總結(jié)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)這二者之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表1。

表1 工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法特點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

從表1中可以看出，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法跟工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求有著高度的契合度。畢業(yè)要求中三大類別的能力和素養(yǎng)都能通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法得到鍛煉和培養(yǎng)。具體說明如下：

（1）在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中，讓學(xué)生在項(xiàng)目中穿插學(xué)習(xí)理論知識(shí)，跟純粹通過教師 “滿堂灌”相比，更容易讓學(xué)生理解和掌握。更重要的是，學(xué)生在項(xiàng)目中遇到問題時(shí)，他們會(huì)有一個(gè)思考的過程，這個(gè)過程能幫助提高學(xué)生分析問題和研究問題的能力。

（2）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法能在理論與實(shí)踐之間搭起一座橋梁。學(xué)生實(shí)際實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的項(xiàng)目時(shí)，從項(xiàng)目初期的設(shè)計(jì)，到項(xiàng)目中后期的開發(fā)，本質(zhì)上，學(xué)生已經(jīng)是在設(shè)計(jì)/開發(fā)復(fù)雜工程問題的解決方案了，而在整個(gè)過程中，項(xiàng)目所需的各種類型的現(xiàn)代工具就自然而然地使用熟練了。

（3）個(gè)人素養(yǎng)是工程教育認(rèn)證特別要求的。這些素養(yǎng)很難在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中得到培養(yǎng)，而在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中，項(xiàng)目實(shí)施中不可避免的交流、溝通以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作，遇到問題需要主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考等，都能在潛移默化中使個(gè)人素養(yǎng)得到培養(yǎng)和提高。

4 基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程課程教學(xué)設(shè)計(jì)

軟件工程課程是軟件工程專業(yè)的核心專業(yè)課，它主要教授如何將工程化的思想應(yīng)用到軟件的開發(fā)之中。教學(xué)章節(jié)內(nèi)容涵蓋了從軟件項(xiàng)目初期的可行性分析、軟件立項(xiàng)到需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測試、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，跟實(shí)際的軟件項(xiàng)目開發(fā)過程完全吻合。因此，軟件工程課程非常適合于使用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法來進(jìn)行教學(xué)。

以章節(jié)內(nèi)容為覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，我們對(duì)傳統(tǒng)軟件工程教學(xué)過程進(jìn)行改革。我們選擇學(xué)生非常熟悉的圖書館管理系統(tǒng)為貫穿整門課程的軟件項(xiàng)目，基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法重新設(shè)計(jì)該課程的教學(xué)過程見表2。

表2 基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程課程教學(xué)設(shè)計(jì)

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程課程教學(xué)過程具體如下。

（1）在課程開始時(shí)，教師向?qū)W生布置關(guān)于課程項(xiàng)目的任務(wù)，包括各個(gè)開發(fā)環(huán)節(jié)需要提交的文檔和源代碼等；由于圖書館管理系統(tǒng)是學(xué)生非常熟悉的小型軟件系統(tǒng)，通常項(xiàng)目組人數(shù)在10～12人比較合適，因此向?qū)W生說明分組的人數(shù)要求；根據(jù)學(xué)生對(duì)編程語言的熟悉和掌握程度，選定項(xiàng)目開發(fā)語言。

（2）可行性分析是項(xiàng)目立項(xiàng)前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，這一章的教學(xué)通常比較枯燥：由教師列出各種類型的可行性分析，包括政策可行性、技術(shù)可行性、成本/效益分析、SWOT分析等，學(xué)生聽完這些理論之后可能仍會(huì)覺得沒落到實(shí)處，遇到一個(gè)真實(shí)項(xiàng)目時(shí)，會(huì)覺得無從下手。在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法中，由學(xué)生自行去搜集資料，做好每種類型的可行性分析并撰寫好可行性分析文檔。在這個(gè)過程中，學(xué)生獨(dú)立思考了，并且通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成了資料的調(diào)查和文檔的撰寫，對(duì)可行性分析內(nèi)容的理解會(huì)更加深刻。

（3）真實(shí)軟件項(xiàng)目有兩種來源，一個(gè)是訂單式軟件，一個(gè)是非訂單式軟件。簽訂合同和軟件立項(xiàng)分別標(biāo)志著這兩種來源軟件的立項(xiàng)。在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法中，學(xué)生收集文檔模板，自己嘗試著去撰寫平時(shí)甚少有機(jī)會(huì)接觸到的合同以及立項(xiàng)建議書，這為他們以后立項(xiàng)真實(shí)項(xiàng)目打好了基礎(chǔ)。

（4）軟件需求分析的任務(wù)主要包括需求建模和撰寫需求規(guī)格說明書。需求建模又包括建立數(shù)據(jù)模型、行為模型和功能模型。在小組內(nèi)，學(xué)生自行分配任務(wù)，承擔(dān)建模的不同任務(wù)，如構(gòu)建數(shù)據(jù)字典、ER圖、狀態(tài)圖、數(shù)據(jù)流圖或者各種UML圖。負(fù)責(zé)不同建模任務(wù)的學(xué)生同時(shí)負(fù)責(zé)需求規(guī)格說明書中相關(guān)內(nèi)容的撰寫。在這個(gè)階段，學(xué)生可以利用各類軟件工具來提高需求分析效率，如IBM Rational Rose等。

（5）軟件概要設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和撰寫概要設(shè)計(jì)說明書等。在小組內(nèi)，學(xué)生承擔(dān)不同的概要設(shè)計(jì)任務(wù)，如設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫表、構(gòu)建軟件結(jié)構(gòu)圖、設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面或者模塊接口等。學(xué)生可以利用各類軟件工具來提高概要設(shè)計(jì)效率，如Microsoft Visio、SQL Server等。

（6）軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)的任務(wù)主要包括模塊內(nèi)部算法的設(shè)計(jì)、過程設(shè)計(jì)和撰寫詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書等。學(xué)生承擔(dān)不同的概要設(shè)計(jì)任務(wù)，如畫程序流程圖、NS圖等。

（7）軟件實(shí)現(xiàn)是將設(shè)計(jì)變?yōu)榭蛇\(yùn)行代碼的一個(gè)環(huán)節(jié)。在小組內(nèi)，學(xué)生各自負(fù)責(zé)部分模塊的編程任務(wù)，使每一位同學(xué)的動(dòng)手實(shí)踐能力都得到鍛煉。

（8）軟件測試發(fā)現(xiàn)并改正程序中的錯(cuò)誤。從單元測試到集成測試、系統(tǒng)測試，遞進(jìn)式的關(guān)系讓學(xué)生對(duì)每一個(gè)層次的測試都非常清楚。

（9）由于最終課程中開發(fā)的圖書館管理系統(tǒng)不會(huì)有真實(shí)的用戶，學(xué)生在小組間交叉扮演用戶角色。在使用過程中報(bào)告的錯(cuò)誤可以提交給項(xiàng)目開發(fā)小組進(jìn)行改正性維護(hù)，由項(xiàng)目開發(fā)小組撰寫維護(hù)文檔。

在課堂以及項(xiàng)目開發(fā)的整個(gè)過程中，教師始終只扮演一個(gè)觀察者或者解惑者的角色，對(duì)學(xué)生遇到的共性問題和重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行解惑和講解。每位學(xué)生參與了項(xiàng)目從可行性分析到維護(hù)的全過程，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)理論、思考問題，不僅鍛煉了動(dòng)手能力，強(qiáng)化了對(duì)理論知識(shí)的理解，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作、相互交流和主動(dòng)學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。這些能力和素養(yǎng)正是工程教育認(rèn)證對(duì)畢業(yè)生的要求。

5 結(jié) 語

工程教育認(rèn)證對(duì)工程類畢業(yè)生提出了更高的要求，要求他們具備解決復(fù)雜工程問題的能力，包括掌握扎實(shí)的理論知識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作、終身學(xué)習(xí)等素養(yǎng)，而這些能力在傳統(tǒng)教學(xué)中很難得到鍛煉和培養(yǎng)。利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法與工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求之間高度的契合度，我們對(duì)軟件工程課程的教學(xué)過程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，以提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素質(zhì)。下一步研究工作是探索軟件工程課程實(shí)踐環(huán)節(jié)有效的教學(xué)模式。