基于OBE的軟件工程課程教學(xué)改革
——以合肥學(xué)院為例

張新，劉登勝，程知，張琛，屠菁，華珊珊，朱家兵

(1.合肥學(xué)院大數(shù)據(jù)與信息工程系，安徽合肥230601；2.淮南師范學(xué)院電子工程學(xué)院，安徽淮南232038)

1 課程概述

合肥學(xué)院軟件工程專業(yè)是教育部第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”專業(yè)，同時(shí)也是國家一流專業(yè)。軟件工程課程是軟件工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，為軟件分析與設(shè)計(jì)、軟件測(cè)試等課程提供基礎(chǔ)支撐。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生樹立工程化思想，掌握軟件開發(fā)過程和常見的軟件分析設(shè)計(jì)技術(shù)，具備使用軟件工程工具的能力[1]。

軟件工程面向大二本科生授課，大部分學(xué)生雖然具備一定的編程基礎(chǔ)，但是缺乏工程思維，系統(tǒng)性解決復(fù)雜工程問題的能力不足；課程本身理論知識(shí)點(diǎn)抽象，導(dǎo)致很多學(xué)生存在畏難情緒；另外，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確，自主學(xué)習(xí)性和積極性也相對(duì)較差。

作為專業(yè)核心課程，已有的教學(xué)手段存在各種缺陷：傳統(tǒng)教學(xué)無法提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，翻轉(zhuǎn)課堂無法實(shí)時(shí)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況[1]。學(xué)生因此無法寓學(xué)于樂，現(xiàn)有教學(xué)模式也無法適應(yīng)新工科背景下培養(yǎng)大量應(yīng)用型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的信息化需求[2]。

2 創(chuàng)新改革需求

在《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》背景下，對(duì)于普通本科院校的軟件工程專業(yè)，如何培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才是亟待解決的問題[3-4]。

OBE(Outcome-Based Education)教學(xué)理念遵循的是一種以成果輸出為導(dǎo)向的反向設(shè)計(jì)的教學(xué)思維，即強(qiáng)調(diào)教育過程應(yīng)集中圍繞實(shí)現(xiàn)學(xué)生的預(yù)期學(xué)習(xí)成果進(jìn)行設(shè)計(jì)、組織和重構(gòu)[5-6]。基于OBE(Outcome-Based Education)的反向教學(xué)設(shè)計(jì)與工程認(rèn)證理念相符。因此，結(jié)合行業(yè)需求以及合肥學(xué)院辦學(xué)定位，以培養(yǎng)軟件工程專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才為目標(biāo)，筆者為軟件工程課程制定支撐畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)，教育教學(xué)過程基于OBE理念進(jìn)行設(shè)計(jì)、組織和重構(gòu)。結(jié)合軟件工程課程特點(diǎn)以及學(xué)生實(shí)際情況，教學(xué)創(chuàng)新改革主要解決以下問題：

1)如何扎實(shí)學(xué)生理論基礎(chǔ)的同時(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性？

2)如何提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)造力？

3)如何在項(xiàng)目實(shí)踐中提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通表達(dá)水平？

3 基于OBE教學(xué)理念的課程教學(xué)改革

3.1 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新：基于案例、新技術(shù)、思政的教學(xué)內(nèi)容重組

3.1.1 抽象理論融入真實(shí)案例

本課程使用的教材是由呂云翔教授編寫，機(jī)械工業(yè)出版社出版的國家“十三五”規(guī)范教材——《軟件工程理論與實(shí)踐》。全書在講述軟件工程的基本概念、原理和方法的基礎(chǔ)之上，詳細(xì)而全面地介紹了軟件開發(fā)的各種方法。筆者實(shí)時(shí)跟進(jìn)社會(huì)需求，基于OBE 制定軟件工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，重新組織教材內(nèi)容。結(jié)合課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，引入公司實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)案例，將抽象理論融入具體的案例(如表1 所示)中，真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，使課程教學(xué)內(nèi)容不再枯燥。

表1 真實(shí)案例教學(xué)

3.1.2 補(bǔ)充新技術(shù)，適應(yīng)新需求

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，軟件工程學(xué)科中不斷涌現(xiàn)出新的概念、技術(shù)和方法，現(xiàn)有的教材內(nèi)容無法適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)要求。以國內(nèi)常用的軟件工程課程教材為例，目前還是主要介紹結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)兩大工程思想，但是實(shí)際上基于構(gòu)件的軟件工程思想正蓬勃發(fā)展，而這正是教材中不曾涉及或者很少涉及的內(nèi)容。因此，筆者分析了IEEE發(fā)布的最新的軟件工程知識(shí)體系，充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)以及大學(xué)慕課、雨課堂、超星學(xué)習(xí)通等教學(xué)平臺(tái)[7]根據(jù)學(xué)時(shí)和教學(xué)大綱，結(jié)合基礎(chǔ)理論、新進(jìn)技術(shù)和工程實(shí)踐等方面補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，不僅可以開闊學(xué)生視野，還為后續(xù)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。

3.1.3 思政進(jìn)課堂，培養(yǎng)價(jià)值觀

教師不僅要“傳道授業(yè)解惑”，更要“立德樹人”，培養(yǎng)學(xué)生的德智體美勞全面發(fā)展[8]，在教育教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀和價(jià)值觀。軟件工程課程知識(shí)點(diǎn)瑣碎復(fù)雜，容易讓學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，筆者深入挖掘這門課程的思政元素，將思政知識(shí)和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合在傳授知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神和意志品質(zhì)。

3.2 教學(xué)方法創(chuàng)新：以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，融合多元教學(xué)方法

軟件工程專業(yè)的大二本科生已經(jīng)具備了計(jì)算機(jī)思維和一定的編程基礎(chǔ)，但是由于該課程知識(shí)點(diǎn)繁多瑣碎，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往存在畏難情緒，學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的應(yīng)用實(shí)踐能力相對(duì)欠缺，學(xué)習(xí)熱情都相對(duì)較低。針對(duì)這些問題，在課程教授的過程中，采用真實(shí)案例激發(fā)學(xué)生的好奇心和好勝心進(jìn)行理論教學(xué)，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的小組合作形式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)將課程思政與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)融合，精心設(shè)計(jì)豐富多彩的教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。因此結(jié)合學(xué)校定位、行業(yè)需求和工程認(rèn)證的理念，制定了本課程的教學(xué)目標(biāo)，包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。課前制定自主學(xué)習(xí)清單、發(fā)布自主學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過自主探究的方式完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)；課中環(huán)節(jié)通過案例導(dǎo)入、互動(dòng)教學(xué)和翻轉(zhuǎn)教學(xué)等豐富多彩的教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)行重難點(diǎn)的精講和細(xì)講，在傳授知識(shí)的過程中融入思政教學(xué)，以潤物細(xì)無聲的方式引領(lǐng)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀，課后和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用合作探究的方式提升學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

3.2.1 課前自主探究教學(xué)

自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是課程改革、教學(xué)改革的關(guān)鍵。在這個(gè)環(huán)節(jié)中教師必須對(duì)軟件工程課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深度把握，理清知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。因此，筆者將重組后的教學(xué)內(nèi)容依據(jù)難度劃分為基礎(chǔ)類、應(yīng)用類和拓展類三個(gè)級(jí)別。相對(duì)應(yīng)地，在安排自主學(xué)習(xí)方面，基礎(chǔ)類主要涉及基本概念，因此可以設(shè)計(jì)簡單的客觀題進(jìn)行自主學(xué)習(xí)效果檢驗(yàn)。應(yīng)用類和拓展類知識(shí)則將實(shí)際項(xiàng)目按照開發(fā)流程切割成不同的階段，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行根據(jù)視頻案例講解進(jìn)行需求建模、分析建模、設(shè)計(jì)建模，最后完成編碼和測(cè)試。

3.2.2 互動(dòng)式、翻轉(zhuǎn)課堂理論教學(xué)

每次線下上課之前，筆者會(huì)利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)收集自主學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)(課前視頻觀看情況、知識(shí)點(diǎn)測(cè)驗(yàn)成績)，通過數(shù)據(jù)分析及時(shí)掌握課前學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)向。每節(jié)課將自主學(xué)習(xí)中存在的主要問題作為課上教學(xué)目標(biāo)要點(diǎn)。課上教學(xué)活動(dòng)主要圍繞存在的問題、教學(xué)目標(biāo)、知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，為鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，課上教學(xué)活動(dòng)可以組織為知識(shí)競賽的形式，競賽內(nèi)容按照知識(shí)點(diǎn)順序、由易到難設(shè)計(jì)，可以充分利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)采用搶紅包、搶答、選人以及投票等形式進(jìn)行。對(duì)于重難點(diǎn)，教師可以先借助信息化手段對(duì)知識(shí)點(diǎn)精講，也可以設(shè)計(jì)有難度的題目，鼓勵(lì)師生討論加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。另外，為了增加課堂的趣味性積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，鼓勵(lì)學(xué)生理論付諸實(shí)踐解決現(xiàn)實(shí)問題。比如有些學(xué)生愛打“王者榮耀”，可以鼓勵(lì)這些學(xué)生組成小組討論哪種軟件開發(fā)過程更適合開發(fā)王者榮耀這種大型游戲。當(dāng)然也可以把課堂交給學(xué)生，隨機(jī)進(jìn)行課堂小翻轉(zhuǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生積極表達(dá)、參與互動(dòng)和討論。

3.2.3 合作探究實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是對(duì)所掌握理論知識(shí)的檢驗(yàn)，同時(shí)提升學(xué)生實(shí)踐能力的重要階段。全班同學(xué)根據(jù)所選軟件項(xiàng)目完成分組，每組由組長組織整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，包括項(xiàng)目可行性分析、需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼和測(cè)試。教師通過對(duì)項(xiàng)目的執(zhí)行情況和任務(wù)完成情況來檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐能力和知識(shí)的掌握情況。項(xiàng)目實(shí)施完畢之后，組織學(xué)生進(jìn)行課堂大翻轉(zhuǎn)，并在此階段對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力和水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)項(xiàng)目成果通過組間互評(píng)、組內(nèi)互評(píng)和教師評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行。如發(fā)現(xiàn)學(xué)生還有未掌握的知識(shí)，則需要返回自主學(xué)習(xí)階段進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，還可以在線上和教師、同學(xué)實(shí)時(shí)聯(lián)系，尋疑求解。軟件開發(fā)項(xiàng)目的完成，不僅可以鍛煉學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力，還可以進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信。

3.3 教學(xué)評(píng)價(jià)：工程認(rèn)證模式下的多維度課程目標(biāo)考核方式

軟件工程課程有4個(gè)課程目標(biāo)，分別對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.5、5.1、6.1 和11.1，如表4 所示。課程考核分5 類：過程考試、學(xué)習(xí)通任務(wù)、課程論文、實(shí)驗(yàn)考核、期末考試，其中過程考核采用測(cè)驗(yàn)、學(xué)習(xí)通采用在線任務(wù)、課程論文采用設(shè)計(jì)報(bào)告等形式。測(cè)驗(yàn)采用閉卷方式；學(xué)習(xí)通任務(wù)由教師在學(xué)習(xí)通上發(fā)布，學(xué)生在線完成；課程論文由教師在課程后期發(fā)布設(shè)計(jì)題目，學(xué)生利用2周時(shí)間完成設(shè)計(jì)并提交報(bào)告。

4 個(gè)課程目標(biāo)的考核項(xiàng)目均包含多個(gè)。按照權(quán)重設(shè)計(jì)原則，設(shè)定考核點(diǎn)權(quán)重如表2所示。

表2 軟件工程課程目標(biāo)分考核項(xiàng)目權(quán)重表

按照表2，對(duì)每位同學(xué)進(jìn)行逐個(gè)課程目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，得到課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)結(jié)果，在課程目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)后，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性分析，并加強(qiáng)此方面的教學(xué)。

4 創(chuàng)新成果

4.1 學(xué)生的自主性和積極性提高

軟件工程課程周學(xué)時(shí)7 周，課程網(wǎng)站總訪問次數(shù)13321 人次，平均每人為23.79 次/周，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯增強(qiáng)。在超星學(xué)習(xí)通上發(fā)布任務(wù)點(diǎn)73個(gè)，學(xué)生平均完成進(jìn)度為68.5(圖1所示)，未完成部分有4個(gè)任務(wù)點(diǎn)為翻轉(zhuǎn)課堂成果展示，此部分任務(wù)點(diǎn)學(xué)生已通過線下課堂完成，因此在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上不做考核要求。基于超星學(xué)習(xí)通的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，95%的學(xué)生能按時(shí)完成老師布置的自主學(xué)習(xí)活動(dòng)，包括觀看視頻、課堂討論、隨堂測(cè)驗(yàn)等。

圖1 課堂學(xué)習(xí)進(jìn)度

4.2 學(xué)生科技創(chuàng)新能力提高

近3 年軟件工程專業(yè)的學(xué)生獲科技創(chuàng)新類省級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)統(tǒng)計(jì)表共計(jì)73項(xiàng)，其中國際級(jí)3項(xiàng)、國家級(jí)18項(xiàng)。這說明學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力以及溝通表達(dá)能力等方面都得到了顯著提升。同時(shí)，合肥學(xué)院大數(shù)據(jù)與信息工程系畢業(yè)生多年來一直受到用人單位的歡迎，大部分畢業(yè)生都能得到心儀的工作崗位和較滿意的薪水，并在各自崗位上發(fā)揮著重要的作用。

5 總結(jié)

為了提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步提升學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，筆者對(duì)軟件工程課程進(jìn)行了教學(xué)改革。首先，在教學(xué)過程中引入了以學(xué)生為中心的OBE教學(xué)理念；其次，融合項(xiàng)目案例、新技術(shù)和思政教育對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組；再者，嘗試自主探究、翻轉(zhuǎn)課堂理論教學(xué)和合作探究實(shí)踐教學(xué)的多元教學(xué)方法；最后基于工程認(rèn)證建立了多維度的課程評(píng)價(jià)體系。經(jīng)過二個(gè)周期的課程教學(xué)，結(jié)果顯示教學(xué)改革成效明顯，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、科技創(chuàng)新能力等均顯著提升。