基于項目驅動的學案式軟件工程教學方法改革

劉秀燕， 熊曉蕓，周煒

(青島理工大學信息與控制工程學院，山東青島 266520)

隨著計算機與軟件技術的迅猛發展，在人工智能與大數據時代背景下，新型軟件已逐步滲透到人們生活的各個方面，然而軟件在開發、運行及維護時存在一系列嚴重問題，嚴重影響軟件的可靠性。因此，軟件工程為解決軟件危機而產生的一門新興學科，指導人們如何更規范地開發、維護與管理軟件。軟件工程是計算機科學與技術等相關專業的核心必修課程，具有較強的理論性、綜合性、實踐性等特點，這就需要學生具有較強的獨立分析問題、解決問題的綜合實踐創新能力。社會對軟件人才的需求也不斷更新與變化，對軟件工程課程如何培養符合社會發展需求的高質量軟件人才提出了更高的要求[1]。因此，如何充分利用課堂教學提高學生軟件開發能力與水平是計算機與軟件工程專業學科不斷探索與研究的課題。

一、研究現狀分析

軟件工程作為一門理論性、實踐性、應用性及工程性很強的課程，由于軟件更新換代速度很快，需要教師與學生不斷進行自主學習，更新知識儲備量，同時也對教師教學方法與模式的與時俱進性提出更高的要求[2]。因此，越來越多的研究學者從不同角度對軟件工程培養方法、教學方法與手段、實踐教學環節等方面進行了改革與探索。

近年來，基于案例驅動的互動式教學模式作為理論與實踐相結合的新型教學方法得到越來越廣泛的應用，為培養新型高質量軟件人才奠定基礎。案例驅動教學模式旨在通過選取現實生活中合理的案例調動學生的積極性、創造性和主動性，引導學生主動思考并參與教學，通過案例實踐讓學生真正將理論及技術應用于實際軟件開發中，達到理論聯系實際的目的，進而實現解決實際復雜工程問題的目標。趙輝等人[3]通過深入研究軟件工程課程特點，提出“項目導向案例驅動”的教學模式，通過項目案例充分調動課堂活躍氛圍，激發學生的學習興趣與積極性。張耀民[4]針對軟件工程傳統教學模式中存在的問題，提出“項目驅動+案例教學”的教學方案，通過講解相關案例調動學生的主動性，加強學生理論與實踐教學的聯系，提高學生解決實際問題的能力。

目前，軟件工程大部分案例庫側重軟件開發案例庫的建設，不能滿足軟件工程自身發展的實際需求和社會的新技術發展需求，因此孫小兵等人[5]根據軟件工程學科發展特點，提出建設基于實踐驅動的軟件工程教學案例庫，總結并介紹了14種面向軟件工程實踐的課程案例庫。李娟等人[6]通過分析軟件工程案例教學方法的必要性、實施方法等方面，對軟件工程課程教學模式進行了改革，主要從如何建設課程案例庫及如何在課堂上以項目化方式進行課程實踐內容進行了改革。楊楠等人[7]提出“一體兩翼”的軟件工程教學模式，從學生角度出發建立貼近學生實際的案例庫，讓學生直接參與教學案例庫的建設，從而減少構建案例庫的成本，學生在參與的過程中不斷提高實踐水平，而且學生構建的案例也有利于提升案例教學效果。項目實踐教學方法是目前比較流行的能夠促進學生自主學習、自主發展的新型教學手段，旨在實際項目的驅動下，讓學生在解決實際工程問題過程中提高實踐能力。但是，目前在軟件課程教學過程中沒有得到實際廣泛的應用，主要因為典型案例的有效性、完整性、復雜性及易于理解性是直接影響案例教學效果的關鍵因素，因此選取合適的教學案例對教學課程改革起著關鍵作用。

二、軟件工程教學改革理念

軟件工程課程對實踐能力的要求極高，因此在教學中除了提供正常的線下（課堂、研討）教學，還需要在線上提供全面的實踐平臺，這種教學模式能夠充分保證學生隨時隨地都能尋求到實踐、學習的機會，全面做到“以教師為主導、以學生為主體”的教學模式。針對軟件工程課程在實際教學中存在的問題，全面提高軟件工程實踐課程教學質量，改變軟件工程教學難的局面，以案例驅動的新型教學模式不斷涌現。通過讓學生積極參與項目實踐研究，鍛煉學生的思維能力及解決復雜問題的能力。優秀的案例對提高教學質量與教學效果起著決定作用，優秀案例的選取與設計也是實現案例教學模式的關鍵。因此，案例的選取需要考慮案例的知識相關性、典型性、趣味性、啟發性、綜合性、難度與復雜性等標準[8]。選取的案例應該與教學目標、專業理論知識相契合，能夠激發學生的內在學習動力及求知欲，促進學生自主學習、主動學習的積極性。為提高軟件工程教學質量，本文提出基于案例驅動的新型互動教學模式，注重多元化教學模式，通過引入生動案例而加強實踐教學內容，注重過程評價，著眼于科學全面地評價學生的綜合素質和創新能力。基于以上理念，本項目的改革思路框架如下：

（一）加強實踐教學環節

實踐能力的培養是課堂所缺乏的，要實現軟件工程教學改革實踐，就要把理論知識和實踐能力相結合，設計出更加合理的教學計劃，通過實踐對理論知識進行鞏固。主要改革方法是確定新的教學目標，即全面提升學生的綜合實踐能力，培養創新能力，所有的教學內容都應圍繞此目標進行設定。

（二）改革教學方法

轉變原有教學模式，提高學生主動性，把教學課堂主角交給學生，采用多元化的教學模式。運用不同的教學方法，激發學生的積極性和好奇心，在課堂中重視學生的主體地位，可在課堂中添加案例分析，案例分析能提高學生分析能力，體現學生學習的自主性。

（三）提高教師教學質量

教師的專業能力與課堂教學效率存在著一定的聯系，軟件工程要提高學生專業能力，首先要從老師專業能力的提升入手。應該加強與企業的聯系，完善校企聯合項目，學校方面可以邀請一些有經驗的教師，為學生帶來一些新的企業背景知識，只有不斷提高教師的專業能力，教學質量才能得到保障，可以組織教師培訓及參與大型軟件開發項目。

（四）精心設計典型軟件項目案例

立足目前軟件工程領域缺少成熟的教學案例的現狀，為增強軟件工程學科的實踐性教學深度和廣度，深化課程理論講授和實踐實訓能力融合，培養學生解決復雜軟件工程問題的能力，本項目在傳統課堂模式中融入案例教學及互動式模式，精心設計典型的案例，鼓勵教師及學生參加CCF-SE軟件工程教學案例大賽，以推進軟件工程領域實踐教學的理念。

（五）改革考核機制

考核方式多樣化，注重過程考查。在教學課程中，要添加一定的考核制度，從傳統的筆試考核制度上增加實踐能力的考查。學生可以通過考核評估自己的學習效果，通過分析考核結果對自己成果進行總結。老師還可以將學生劃分為幾個不同的小組，讓小組成員相互合作，相互監督，共同完成一個作品。老師對各個小組的作品進行點評，小組自評、組間互評，這種方式不僅可以增強學生之間的合作精神，加強老師與學生之間的交流與溝通，還可以完善老師對各小組同學成績的考核方式。

三、軟件工程教學改革方法

（一）項目驅動的“學案”式教學方法

以課堂講授為導向的“學案”式基礎實踐能力培養模式，主要采用案例/項目驅動法和小組討論法的混合教學手段，教師通過課堂上講解典型案例，通過分解小項目，布置學習任務及實訓小項目，根據學生反饋的問題課堂進行答疑、點評與指導，學生則分組討論，組間相互溝通、協作完成課堂實訓并現場演示，進行組間互評，最終提交完整的軟件開發設計文檔，通過讓學生主動參與實訓項目，變被動學習為自主學習，實現基于學生視角的遞進式“學案”式教學模式改革。

學生的課程學習活動是在項目開發與實踐過程驅動下完成的，每個項目小組合作開發完成，項目組成員一般為4～5人。案例選題可以是下列可供參考的案例，也可以是學生根據自己的興趣自擬題目，逐步完善案例庫。

一些村的財務管理制度缺乏相應的執行力，資金管理制度不夠健全，執行力缺乏。在新農村建設的過程中廣大農村尚未建立起固定資產明確賬目，村級財務賬本沒有專人進行保管，容易出現固定資產流失或者是村級固定資產被占用的情形，無法達到固定資產管理的效果，不利于我國村級財務管理工作的開展。

①第一個案例是圖書管理系統。因為學生還沒有從頭到尾做過一個完整的系統，這個案例完全是手把手式的講授形式。教師選取一個比較簡單的案例，手把手教學生如何從問題分析、可行性研究和需求分析階段過渡到總體設計、詳細設計、編碼實現、測試等各個階段，每個階段的任務是什么，輸出文檔是什么，如何書寫規范的軟件開發文檔。

②第二個案例是無人值守圖書管理系統，這時的教學不再是教師為主導，變手把手式為半放手式教學形式。教師為學生列出這個案例開發的流程，每個階段應該完成的任務，提交的時間，然后各個小組開始該項目的開發。開發過程中，教師全程跟蹤指導，統一講解典型問題。每個小組都有項目負責人，協調成員之間的工作，檢查工作質量，督促項目進度。這個階段，學生提高了自主學習的創新能力，彼此之間的協調更加默契，開發流程日益熟悉，各個方面的能力都有所提升。

③第三個案例是機器人博弈系統。這個案例完全由學生完成，屬于全放手授課形式。案例的開發流程，每個階段完成的任務和提交時間由小組成員協商確定，項目負責人收取所有資料，最后匯總到老師這里。這樣進行后，每個小組的自主能力得到大大加強，小組成員根據自己的情況完成相應的任務，而不是老師讓你做什么就做什么。協作能力也得到很大提升，流程也更加規范。

④第四個案例是多無人機編隊管理系統。這個案例也是完全由學生完成，屬于全開放式授課形式。學生獨立把整個案例按軟件生命周期各階段進行拆分，并設計對應的階段任務；之后學生根據自己的興趣愛好自由組成團隊、角色分工，并對其所選案例各階段任務進行討論、分析和提交解決方案；最后，各團隊將本組所選案例進行項目演示、答辯和歸納總結，教師進行最終的考核評價。

基于項目驅動的學案式教學方法主要以學生為主體，以多元化評價方法為手段。通過案例教學真正激發學生自主學習的積極性，讓學生參與項目開發的每個環節，注重理論與實踐相結合，加強師生間的交流，增強學生的團隊協作精神，提升實踐教學的教學效果。

（二）多元化考核機制

課程考核機制是評價案例教學質量與效果的重要部分，以學案式的教學改革模式的考核機制兼顧理論教學的同時，也側重于項目實踐能力。課程考核包括期末考試和實踐項目兩部分，期末考試成績占30%，采用閉卷筆試方式，實踐項目成績占70%，采用階段評審方式對各小組階段產出的工作產品進行評審，通過學員互評和教師評價相結合的方法確定團隊成績（40%）和個人成績（30%）。學員分組進行講解、答辯、成果演示，學員和教師分別對各組進行整體評價，獲得團隊成績，個人成績由組長根據組員在項目開發中的表現以及對項目的貢獻大小獲得。項目具體的評價指標：①項目規模、技術難度、工作量（20分）；②項目實現結果（可運行演示）（30分）；③團隊分工與協作情況（10分）；④項目文檔及報告的規范性（30分）；⑤答辯表現（10分）。案例實施過程考核結果將納入最終考核指標中，使考核機制多元化。

四、結束語

軟件工程是一門理論性和實踐性很強的課程，針對目前軟件工程課程在學生實踐能力教學中存在的問題，本文提出基于項目驅動及案例分析的互動式教學改革方法，以開發綜合創新實踐能力為導向，在課堂教學與實驗環節融入案例，合理有效地利用案例教學手段，學生通過參與案例研發與設計過程，能夠提高自身實踐動手能力，將軟件開發理論與實踐融會貫通，提高學生獨立分析與解決實際工程問題的能力，進而提高教學質量與效果。

在今后的軟件工程課程教學中，將逐步完善與更新教學案例庫，使案例庫的內容更貼近實際的社會需求，強化案例庫的多樣性、多維性與創造性，全面提升案例庫的實際實用價值，為培養符合社會需求的軟件開發人才提供基礎。