新工科背景下“軟件工程”課程教學與實踐改革研究

廖卓凡 王靜 熊兵

摘? 要： 新工科是相對于傳統工科而言的，是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、創新創業能力新要求而提出的我國工程教育改革方向。軟件工程課程，也是我校計算機科學與技術專業和軟件工程專業普通班和卓越班的基礎核心課程。圍繞教學方案與資源組織、實驗實踐設計、拔尖參賽組織和考核評估四個方面，對軟件工程課程進行改革嘗試，旨在解決當前大部分軟件工程教學方案呆板、實用性不強等問題。

關鍵詞： 新工科; 軟件工程; 教學; 實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）05-81-03

Research on the reform of teaching and practice for software engineering

course conforming to New Engineering Education

Liao Zhuofan， Wang Jing， Xiong Bing

（School of computer and communication engineering， Changsha University of science and technology， Changsha， Hunan 410004， China）

Abstract： Compared with the traditional engineering course， New Engineering Education is the direction of China's engineering education reform based on the new needs of national strategic development， the new situation of international competition， and the new requirements of innovation and entrepreneurship ability. Software engineering course is also the basic core course of computer science and technology majored and software engineering majored ordinary class and excellent class. This paper attempts to reform the software engineering course from four aspects： teaching scheme and resource organization， experiment and practice design， top-notch competition organization and assessment， aiming to solve the problem that most of the current software engineering teaching schemes are inflexible and not practical.

Key words： New Engineering Education; software engineering; teaching; practice

0 引言

新工科（Emerging Engineering Education，簡稱為3E）是相對于傳統工科而言的，是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、創新創業能力新要求而提出的我國工程教育改革方向。以“信息技術+互聯網技術”的協同創新和廣泛應用為基礎，以互聯網+工業制造雙向融合為動力的第四次工業革命，推動了以新技術、新產品、新業態和新模式為特點的新經濟的快速形成和發展[1]。新經濟的快速發展，需要更多和更新型工科人才的支撐，這對高等工程教育改革和發展提出了新的挑戰，使得高等工程教育改革受到空前重視和普遍關注。高校迫切需要創新工程教育的理念，進行“新工科”建設[2]。

隨著創新驅動發展、互聯網+、中國制造2025、人工智能2.0、一帶一路等國家戰略的提出，以及人工智能、物聯網、大數據、云計算、網絡安全等新型IT技術的發展和應用，迫切要求將信息技術特別是軟件技術，與各行各業進行深度融合，促進相關行業的轉型和升級，從而進一步促進新經濟發展，這對軟件工程專業的特色建設和人才培養提出了更高的要求。

軟件工程（Software Engineering，簡稱為SE）是采用工程的概念、原理、技術和方法來開發與維護軟件的一門工程學科，自從2018年各大示范性軟件學院建立后，中國的軟件產業開始起步、騰飛。中軟、東軟、華為、騰訊、阿里等中國大型軟件企業中都活躍著大批軟件學院的畢業生[3]。軟件工程課程，也是我校計算機科學與技術專業和軟件工程專業普通班和卓越班的基礎核心課程[4]，其前置課程為C/C++/JAVA等高級程序設計語言。對于剛開始學習程序設計語言的學生來說，該門課的開設，有利于培養學生的軟件素質和軟件開發能力，為后續課程的學習和未來從事軟件開發工作奠定基礎。

1 國內外研究現狀

1990年微軟誕生以后，軟件產業蓬勃發展，美國高等教育在這20年里不斷把力量聚集到軟件人才培養上，積累人才資源來促進產業崛起[5]。我國新工科建設自2017年由教育部提出至今，經歷了五個發展歷程。期間，軟件工程學科與課程一線教育工作者主動響應國家號召，對軟件工程課程和實踐進行了初步探索。

2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，與會高校對新時期工程人才培養進行了討論，達成了“工科優勢高校要對工程科技創新和產業創新發揮主體作用”、“新工科建設需要加強研究和實踐”等共識[6]。2017年6月9日，教育部在北京召開新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議，全面啟動、系統部署新工科建設。30余位來自高校、企業和研究機構的專家深入研討新工業革命帶來的時代新機遇、聚焦國家新需求、謀劃工程教育新發展，審議通過《新工科研究與實踐項目指南》，提出新工科建設指導意見[7]，明確要求注重模式創新、更加注重質量保障。這些共識和指導意見軟件工程學科和課程建設提供了明確的指導方向。

2018年3月15日，教育部辦公廳發布《教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》[8]。2018年4月2日，教育部辦公廳發布關于印發《高等學校人工智能創新行動計劃》的通知，要求推進“新工科”建設[9]。在這一年，西安理工大學張愛玲等人[10]通過分析高校軟件工程人才培養模式問題，提出了建立面向企業需求的軟件工程人才培養理念，主校企深度融合才能培養出實踐能力強并具有創新意識的軟件工程人才。湖南工程學院謝雅等人提出以學生為中心，從學習資源庫、教學團隊、角色課堂和評價體系四個方面，全方面提高學生的項目開發實踐能力[11]。廣東第二師范學院沈海波[12]等人提出了從提煉新理念、改變教育觀念、創新培養模式、構建專業培養新體系等方面的軟件工程專業建設途徑。呂梁學院的高文蓮[13]等人提出了構建以理論教學為基礎，以實踐操作為主線，以創新創業為導向的軟件工程創新人才培養模式。

2020年5月，為推進新工科建設再深化、再拓展、再突破、再出發，推動高校加快體制機制創新，做好未來科技創新領軍人才的前瞻性和戰略性培養，搶占未來科技發展先機，教育部決定在高等學校培育建設一批未來技術學院。清華大學林健等人[14]研制了新工科人才培養質量通用標準，標準包括九方面共十六條，其中包括基礎知識、專業知識、工具使用和復雜工程問題的研究、分析與解決。天津科技大學張賢坤等[15]提出了軟件工程基本實踐能力的一個體系、產教結合解決復雜工程的兩個協同的改革體系。合肥工業大學的袁楊華等人[16]提出“三層遞進式”實踐教學體系，從基礎實驗教學——新工程能力實踐——工程應用實習三層進行推進式的實踐教學體系。

縱觀新工科建設的發展與軟件工程一線教育者的改革研究，對軟件工程課程的改革課總結為以新工科人才培養為目標，從基礎教學、實踐設計、反應產業需求三方面為切入點進行改革，為本項目的開展提供了豐富的借鑒先例。

2 改革研究框架與具體措施

結合新工科建設發展規劃為導向，借助互聯網實現教學信息和教學資源的遠程共享，依賴本院優勢研發團隊和軟件作品大賽的實際案例，以提高學生軟件工程基礎知識、研發能力和維護能為等工程能力為目標，從教學改革、實踐創新和考核與反饋三個方面進行建設，這三個方面形成了一個互相促進的外循環，而在每個方面內部，又是一個自我調適的內循環過程。其研究主要分以下幾個方面。

2.1 變革教學內容，體現課程的高階性

高階性就是知識、能力、素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。實際教學和總結發現，軟件工程原先課程內容陳舊、與其他課程內容聯系不緊密。為了建立工程概念，需根據熱門工程問題和難點，對軟件工程課程的知識點進行組織。知識點可以分為基礎層次、應用層次和綜合開發層次。基礎層次的講授，是讓學生直觀認識什么是軟件工程操作系統，能夠獨立安裝visio等軟件流程可視化設計、Linux操作系統、各種程序語言繼承開發環境， 對該系統下的基本命令和系統的基本結構有一個充分認識;應用層次的講授是讓軟件工程基礎的學生從應用層面去學習相關的知識;綜合開發層次的講授是使學生掌握軟件工程下的一些開發工具和平臺，進行軟件設計平臺的搭建、管理甚至代碼的實現。在實踐中我們發現以上三個層次不是孤立存在的，而是相互聯系，相輔相成的。

2.2 以提高項目開發能力為目標的新模式實踐教學研究

軟件工程是一門應用型很強的課程，接觸項目是學好這門課程的關鍵途徑。我們將結合軟件生命周期，安排課堂知識點的講授順序，設計前后關聯的實驗內容，循序漸進地培養學生的實踐能力， 引導開發學生的創新意識。例如，把一個實驗設計成綜合案例，把大案例拆分成若干個簡單模塊。隨著課堂理論知識的逐漸展開，學生逐漸能夠將各個模塊開發完成，還可在完成簡單模塊的基礎上舉一反三，自主完成新的類似案例問題。

學生除了完成教學計劃中的實驗課以外，還應該向學生提供將知識轉化為能力的輔助課程設置。例如，鼓勵學生參加各種學科競賽、安排學生加入教師的科研項目、為學生設立大學生創新項目、安排學生到企業實習，以及提供海外交流機會等。為了給學生提供良好的企業實習機會， 應該積極尋求與在軟件設計與開發領域具有引領性的企業合作。

2.3 基于“凡路”團隊的實踐環節設計

充分利用本校本學院的軟件開發團隊資源，建立豐富的立體化的“教、學、練”指導體系。“凡路”團隊是我校計算機與通信工程學院于2012年9月成立的IT科技創新團隊，由算法應用部、前端開發部、移動開發部、應用策劃部等十個部門組成，以“創新、規范、傳承、感恩”為文化精神，集學科競賽、外包服務和科學研究于一體，以移動互聯網、物聯網和人工智能為特色。受“凡路”團隊的培養經驗啟發，軟件工程課程的實驗環節將采取由簡到難的分層遞進設計，同一層次上采用分組實驗，自主組隊的方式選擇軟件項目每個階段的實現。據統計，修習《軟件工程》課程的學生中有15%左右學生有“凡路”團隊經驗，為本課程的拔尖學生培養和示范帶頭作用奠定了良好基礎。

2.4 利用云平臺和數據分析的考核與反饋管理

完備的教學過程監控制度和跟蹤反饋機制是培養目標達成的保障，也是專業持續改進的基礎。教學過程管理包括教學各環節監控、教學質量考核與反饋、實驗結果分析與評價。研究如何利用云平臺搭建教學過程管理平臺，使教師對學生的學習和軟件生產過程進行實時的監控和情況了解;讓學生對教師授課進行評價以促進教學改進;使教師對學生的實驗結果進行有效評分。研究如何利用數據分析技術對實踐結果進行有效的分析，例如哪些知識點掌握程度低以決定需要調整哪個環節的教學方法與內容，以獲得更好的教學效果，幫助教師了解學生的實踐情況和薄弱環節，以進行更有針對性的指導。

3 結束語

新工科背景下軟件工程課程教學改革，以新工科建設發展規劃和工程教育認證為導向，以培養學生在人工智能、大數據問題上工程能力為目標，以課程設計和課堂實驗為主線，以學科競賽、創新活動實驗計劃、參與教師科研項目等為輔，旨在構建以項目開發為導向的軟件工程教學體系研究，利用互聯網+、云平臺技術搭建教學互動平臺和實驗教學過程管理平臺，開展軟件工程課程獨具特色的教學模式，預計其改革成果能為培養具有較強工程意識和合作能力的軟件工程專業人才提供有利的理論和實踐參考。

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[7] 中華人民共和國教育部辦公廳.教育部辦公廳關于推薦新工科研究與實踐項目的通知[OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202003/t20200313_430668.html？from=groupmessage，2017.2.

[8] 中華人民共和國教育部辦公廳.教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知[OL]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201803/t20180329_331767.html.教高司函[2018]17號，2018.3.15.

[9] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《高等學校人工智能創新行動計劃》的通知[OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.教技[2018]3號，2018.4.3.

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