新工科背景下軟件工程專業創新實踐體系構建

林 菲, 龔曉君, 馬 虹

(杭州電子科技大學 計算機學院, 浙江 杭州 310018)

相對于傳統的工科人才,新興產業和新經濟需要工程實踐能力和創新能力更強、更具國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才?！靶鹿た啤笔枪こ探逃母锏男路较騕1-4],“復旦共識”[5]“天大行動”[6]“北京指南”[7]的發布,指明了我國新工科發展的方向。新工科工程教育模式強調創新,通過校企合作等模式培養學生的實踐能力[8]。因此,高校在新工科人才培養中,必須以學生為主體,在新工科建設指導下,集聚學校和外部資源,構建開放的全過程創新實踐教育環境,以滿足當今社會對工程應用創新型人才的需求。

1 軟件工程專業新工科人才培養現狀分析

信息產業是國民經濟的戰略性、基礎性支柱產業。隨著我國產業轉型升級,對計算機軟件工程人才的需求不斷擴大。我校軟件工程專業在培養軟件工程應用型人才方面有很多成功的經驗,也存在以下問題:

(1) 培養方案和課程體系結構不夠完善。例如:課程體系和教學內容陳舊,沒有體現新工科“學科交叉融合”的特征；學生實踐能力、創新能力和國際競爭力都有待加強；課程教學過程中信息化程度不高,成績評價方式單一。

(2) 產教融合、校企合作、協同育人的深度不夠。學校師資隊伍工程實踐經驗不足[9],實踐教學環節的訓練項目范圍偏窄,模擬項目較多、實戰項目少,特別是與新產業結合的項目更少,對學生在解決復雜工程問題方面訓練也不足。

(3) 企業需求和學生實際能力之間存在一定落差。企業需要具有團隊意識、創新精神、跨界學習能力的工程人才,但是學生在這些方面還不夠強。

為滿足新工科背景下的工程專業人才培養的需要,培養出具有較強工程實踐能力、創新能力和國際競爭力的計算機軟件高素質復合型新工科人才,我校在軟件工程專業人才培養模式上進行了深入改革,建設了“五個課堂”[10]創新實踐體系。

2 “五個課堂”創新實踐體系的核心理念

“五個課堂”全過程創新實踐體系(見圖1)是在新工科建設思想指導下,以學生發展為本,以OBE(outcomes-based education)理念為指導創建的。在軟件工程專業人才培養中,通過創建五類課堂,構建全過程開放的創新實踐體系,形成具有我校特色的“需求牽引、能力導向、校企協同、創新實踐”軟件工程創新型人才培養模式,整體提升人才培育成效。

第一課堂是傳統的課堂教學,是理論和專業基礎知識技能教育教學的主渠道；

第二課堂是校內實踐,給學生不受教學計劃約束、開展豐富多樣的學習實踐活動的機會；

第三課堂是校外實踐,是培養學生的社會實踐能力和應用能力的重要途徑；

第四課堂是國際交流,學生走出國門,開拓全球化視野；

第五課堂是在線課程,通過隨時隨地的網絡學習,滿足學生個性化、終身化學習的需求。

通過聚集課內外、校內外、海內外、線上/線下的學習資源,形成“以學生為本”的“五個課堂”協同培養模式,實現學生自我能力的全面提升。

圖1 “五個課堂”全過程創新實踐體系

3 “五個課堂”創新實踐體系的實踐

3.1 第一課堂培養學生掌握專業知識與技能

依據新工科人才特點和OBE理念,反向重構專業課程體系,培養學生掌握軟件工程專業知識與技能。

(1) 教學大綱的制定與執行?；贠BE理念,在培養方案中明確培養目標和畢業要求。在編制課程教學大綱時,明確課程目標與畢業要求的對應關系,對課程知識點進行合理分解,形成對學生畢業能力的有效支撐,并在教學大綱中體現以學生為本、產出導向、強化實踐、注重實效的基本原則。任課教師嚴格按照教學大綱進行教學內容和方法設計、教學實施以及教學考核,以確保達成預期的教學效果。

(2) 教學內容的與時俱進。為適應新工科軟件工程人才培養的需求,學校每年根據教學實施情況和各方反饋意見對培養方案和課程大綱進行審核、修訂。學校積極促進科研成果轉化為教學內容,鼓勵教師將科研成果轉化為教材和教學案例,創新教學內容；鼓勵教師開設創新實踐系列課程,將前沿領域的科研課題帶入課程教學中,讓學生跟著教師開展前沿技術的探索和實踐。

(3) 教師教學方法和學生學習方式的多樣化。改進傳統的知識傳授模式,重視營造良好的課堂教學氛圍,構建優質、高效課堂。推動小班化教學,強調在教學中以學生為主體,教師和學生充分互動,激發學生的學習興趣[11]。鼓勵教師開展網絡在線教學,探索翻轉課堂、線上/線下混合教學模式和以學生的學習產出為導向的教學改革。關注學生的學習效果,以提升學生的知識、能力和素質為目的,采用課前視頻學習與課堂討論學習的混合式教學模式,加強網上輔導和答疑,注重對教學效果的跟蹤評價和改進。

(4) 課程評價考核方式的多元化。鼓勵教師對課程考核方式進行改革,可根據課程的具體情況選擇閉卷筆試、開卷筆試、上機考試、口試、報告、課程論文、實際操作(設計)等考核方式,或采用多種方式相結合的考核。重視學生成績評價的多元性,規定學生成績應根據平時成績和期末考核成績綜合評定。平時成績由實驗、測驗、研討、作業、工程訓練和學科競賽等情況綜合評定,占總評成績的30%～60%,期末考核成績占總評成績的40%～70%。

3.2 第二課堂培養創新與團隊協作精神

在校內實踐教學中,循序漸進地開設軟件工程專業創新實踐課程,4年不斷線。安排學生在大一參觀知名IT企業,了解IT行業；大二開始參與“走進實驗室”活動,從課程設計到創新實踐課程群,再到畢業設計,提升學生對復雜系統設計及解決具體問題的能力。在課堂教學和課程實踐教學環節外,以專業社團為載體,開展多層次、遞進式的創新實踐活動,增強學生協同創新能力與團隊協作精神。

(1) 導師制、項目驅動的創新實踐教學模式。在學院強大的科研團隊的支撐下,采用了導師制、項目驅動的創新實踐教學模式,開展持續4個學期的項目式實踐教學活動。每15名左右的學生配備一位具有科研或工程背景的導師,圍繞導師的研究方向和課題,開展2年(4個學期)不間斷的項目研究和實踐,做到科研反哺教學,提高學生的創新實踐能力。在導師的指導下,學生可以發表研究論文、申請發明專利、參加學科競賽等。通過4年的教學實踐,我校出了一批學生科技成果,學生發表SCI論文和申請發明專利數逐年穩步提升,學科競賽成績獲得重大突破。此外,課題的研究讓學生深入了解了計算機領域的各類前沿技術,激發了繼續深造的動力,因此這幾年考研比例大幅上升。

(2) 專業社團/俱樂部的校企合作模式。與國際知名企業合作,校企共建專業社團和俱樂部,讓學生深入企業,了解企業最新技術,并在企業的指導下開展各類創新實踐活動。例如,與蘋果公司合作建立了iOS移動開發俱樂部,俱樂部在企業和學校的指導下制定了培訓計劃和拓展計劃,企業派出專業人員為俱樂部成員做培訓和指導。通過校企合作,促進專業社團/俱樂部的迅速發展,拓展了學生的知識面,提升了學生的創新實踐能力[12]。

(3) 形式多樣的創新訓練項目。進行學生科研項目立項,開展科技活動,鼓勵學生進行具有創新性、探索性和實用性的綜合實踐。例如讓學生參加學科競賽、科技活動、教師科研項目等形式的創新實踐活動,培養學生的科研創新意識、創新思維、創新能力,挖掘學生的創造潛能,強化學生的專業技能。

學校通過舉辦學生課外科技競賽講座和交流會,努力為學生營造參與課外科技活動的良好氛圍；配備骨干教師指導學生參加國內外科技競賽活動。近2年來,學生獲獎數量逐年增多,參加競賽的領域越來越廣泛,競賽成績也日漸提高,其中2017年獲全國大學生挑戰杯競賽一等獎1項、三等獎2項,2018年在國家級服務外包大賽中獲獎項等級和數量位居全國第一。

3.3 第三課堂增強解決實際問題的能力

通過在企業和校企合作實訓基地實習,讓學生參與真實工程項目,在實踐中增強解決工程問題的能力。

目前軟件工程專業已建設有44個校外實習和實訓基地,大都是知名IT企業,相關企業的指導教師均具有豐富的項目開發或管理經驗。學生在合作基地的學習的方式有2種：一是基地按需集中面試招聘一批實踐學生;二是學生根據自己的學業情況,自主聯系基地進行實踐。不管是哪種方式,每個進入基地實踐的學生,由校內教師和企業導師進行雙重管理。實踐基地的企業導師具有5年以上的項目開發或管理經驗,主要負責學生實踐任務的布置、檢查和驗收；校內導師主要負責學生的跟蹤考核等。

3.4 第四課堂培養學生的全球化視野

通過與國內外高校、研究機構的交流與合作,組織學生赴海外院校訪問交流,推進國際化教育,培養學生全球化視野和創新精神。

目前,我校已與德國Fraunhofer IMK媒體研究所、德國信息與自動化研究院(IFAC)、澳大利亞悉尼科技大學、英國女王大學、意大利羅馬大學、我國香港科技大學、日本山梨大學、美國伊利諾伊理工大學、瑞典克里斯蒂安斯塔德大學、俄羅斯斯科爾沃科理工學院(SKOLVTECH)、法國國家信息與自動化研究所、日本理化研究所等科研院所、高校建立了良好的合作關系,來我校講學、交流與合作的海內外知名學者逐年增多。我校支持青年教師赴國內外高校訪問與進修。近幾年來多次舉辦或承辦國際學術會議,在學生交流、學術交流、聯合辦學等方面取得良好的成果。

學校根據教育國際化的戰略和學生出國(境)交流工作的管理規定,認真進行學生選拔、經費資助、學分轉換和帶隊教師選拔等工作,積極拓展對外交流合作的廣度和深度,與國內外高校開展多層次、多領域合作,完善開放辦學機制,拓展學生的國際視野和提升學生的國際競爭力。

3.5 第五課堂優化學習方法、提高學習效率

建設優質數字化教學資源，為學生打造全方位、沉浸式和信息化學習環境,鼓勵學生通過網絡學習在線課程,改進學習方法、提升學習效率，通過多維平臺實施線上線下學習聯動[12],為軟件工程專業課程學習提供自主、互動、協同的合作學習模式,提高學生的快速學習能力、行業適應能力和創新實踐能力。

(1) 網絡教學平臺。通過網絡教學平臺為教學過程提供全方位的資源和應用支撐服務。學生可以在平臺上獲得網絡課程資源和教學輔導,按進度完成學習任務；可以規劃個性化的學習內容和學習進度。教師通過平臺可以獲得網上教學支持,發布學習任務、回收學生作業、監控學生的學習進度和任務完成情況、記錄和統計學生的學習情況,有針對性地開展個性化輔導。教學管理者可以通過平臺進行網上教學評價,第一時間獲取學生對課程教學的反饋和評價,并對教師的教學活動情況進行監控。

(2) HDOJ程序在線測試平臺。HDOJ是杭州電子科技大學開發的程序在線評測系統,提供編程題目及在線測評功能,擁有良好的運行速度和較高的測評正確率。該平臺支撐了國內外多所高校的C、C++、Java等編程類課程的在線練習、作業提交等功能,也可用于ACM隊員的日常訓練,為我校5次進入ACM全球總決賽提供了重要保障。

(3) 項目協作開發平臺。根據軟件工程過程管理的要求,通過制定不同的項目實踐過程模板,管理完整的軟件工程項目協同開發過程,為創新實踐類學科競賽和學生科研項目提供平臺支撐,從而提升學生的軟件開發實踐能力和水平。

4 結語

在軟件工程專業應用型人才創新實踐能力培養過程中,通過聚集各方學習資源,加強“五個課堂”的協同培養,構建了開放的全過程教育生態環境,形成了新工科背景下符合專業實際、具有工程教育特色的軟件工程人才創新實踐能力培養體系。我校軟件工程專業在“五個課堂”創新實踐體系實踐中取得了很好的效果,得到了各級專家的認可,并在2018年順利通過了國家工程教育專業認證的進校考察。該成果可供軟件工程特色專業建設和教學實踐所借鑒。