軟件工程專業創新性人才智慧學習模型研究

李川, 劉洲洲, 程傳旭, 蘇世雄

(1.西安航空學院,計算機學院,陜西,西安 710077; 2.西北工業大學,計算機學院,陜西,西安 710072)

0 引言

軟件工程專業在我國經過一段輝煌之后進入了瓶頸期。上世紀80年代起,我國開始逐步重視軟件人才培養問題,2001年全國成立了35所示范性軟件學院[1],2011年軟件工程被列為一級學科,一時間軟件工程專業成為受人歡迎的專業[2]。然而近年來,軟件工程專業的發展遇到了一些危機:一是很多軟件工程專業畢業生無法適應社會需求,不能勝任軟件工程的相關崗位;二是中國軟件一直處于一種服務外包與跟跑的狀態,缺乏自主產品,導致軟件工程專業熱度消減[3]。這些問題凸顯出軟件工程專業人才培養與社會需求之間存在差距。

雖然當前軟件行業的增長速度有所放緩,但軟件行業依然是朝陽產業,軟件行業的創收及從業人數持續增長[4]。近年來軟件行業創收情況如圖1所示。軟件行業從業人數情況如圖2所示。當前是一個“互聯網+”及人工智能的時代,社會對軟件工程人才的需求已不再是單一性人才,而是具有創新意識的高素質人才[5],但目前一般高校培養的軟件工程專業人才大多數只掌握了一般的技能,缺乏創新意識及實踐能力。

圖1 近年來軟件行業創收情況

圖2 軟件行業從業人數

需求的增長和人才培養模式的滯后影響了軟件工程專業的發展。雖然現在很多高校采用工程專業教育認證的模式,但如何提高軟件工程專業人才的創新意識依然是人才培養中需要研究的重點。

1 智慧學習的研究

傳統學習注重知識傳授,而現代教育要以人為本,提倡翻轉課堂、學生自主學習、老師助學、學生總結性學習的學習模式,這樣可以提高學習的自主性、創造性和創新性。人才培養的過程如果是簡單的知識學習,很多學生成效就一般,如果將知識與技能、過程與方法、學習態度與價值觀這三者結合起來形成一個三維的學習目標,將會使人才培養水平上升至一個新的臺階。其中,結合現代信息技術的智慧學習是一種很好的實現三維學習目標的模式。

智慧學習以物聯網、大數據、人工智能等技術為基礎[6]構建多元交互的學習環境。根據個體差異進行個性化教學,對學習數據進行實時統計和精準分析,將結果反饋給教師,使學習過程形成一個有效的閉環,從而提高學生的學習能力,而且智慧學習還有效提升了學生的創新能力意識。

目前,國內外對智慧學習模式研究較為豐富。FUCHS等[7]設計了一種內生式系統,為學習者提供個性化的學習路徑,系統包含學習出錯反饋,是一種早期的自適應學習模型。逯行等[8]提出了智能學習需求平衡模型,該模型分析了智能技術與學習環境之間的關系以及計算學習環境的需求平衡程度,但該模型沒有經過實踐證明。童名文等[9]提出了自適應學習系統動力模型,從學習者的學習目標開始,與學習效果進行差值對比維系系統的協調推進,但該模型適用于一般的教學學習,很難開發學生的高階能力。

以上研究對于構建提升學習者創新能力都存在一定缺陷,學習者的創新能力屬于高階能力,必須通過個性化的精細教學設計來實現。因此,如何根據專業情況、學生情況設計教學就是本文的研究重點。本研究首先根據學習者個性及學習內容制定個性化的初始學習目標,按照知識與技能劃分學習階段,在學習者經歷一個階段學習之后,根據學習效果對比學習目標的完成情況,構建下一個階段的學習任務,每三個階段進行一次抉擇,決定是否調整初始目標,每個階段對學習者學習中的問題、興趣進行歸納并進行解答和引導,激發學習者的創新意識。為了完成這一系列的過程,結合應用型本科軟件工程專業實際情況,建立軟件工程專業創新性人才智慧學習模型,該模型包括軟件工程知識體系模型、過程與方法模型、學習態度與價值觀模型、自適應模型等四個維度構成的四維一體的智慧學習模型。該模型能夠為應用型本科軟件工程專業構建智慧學習提供框架與方法,幫助教師與學生改善教學效果,提升教學質量,更重要的是提高學生創新性的高階學習能力。

2 創新性人才智慧學習模型基本要素

軟件工程專業創新性人才智慧學習模型包括軟件工程知識體系模型、過程與方法模型、學習態度與價值觀模型、自適應模型等4個基本要素,以下分別對這4個要素進行詳細介紹。

2.1 軟件工程知識體系模型

智慧學習模型以工程教育認證為導向,針對應用型本科軟件工程專業存在的危機,設計一種軟件工程知識體系模型。工程專業教育認證的三大核心理念是學生學習過程中的3個階段:OBE是人才培養的設計階段;SC是人才培養的實施階段;CQI是人才培養的反饋階段。整個過程圍繞學生開展。設計階段的模型如圖3所示。

人才培養的實施階段是學生在校的學習階段,是整個工程教育認證體系中的重要一環,在該環節中要注重學生創新意識的培養。實施階段的模型如圖4所示。

圖4 軟件工程知識體系實施階段模型

反饋階段是一個持續改進的動態過程,實施階段的每個過程都要進行反饋。反饋階段的模型如圖5所示。

圖5 軟件工程知識體系反饋階段模型

2.2 過程與方法模型

建立科學的學習方法能夠促使學習取得良好的效果,目標是讓學生會學知識。按照工程專業教育認證的理念[10],過程與方法要使用探究性學習方法,強調在實踐過程中學習。學習方法應該針對不同課程不同內容具體設定,方法應伴隨著知識的學習、技能的訓練、情感的體驗、審美的陶冶等過程動態變化。過程與方法模型如圖6所示。

圖6 過程與方法模型

2.3 學習態度與價值觀模型

高等教育注重能力培養,學習者的意識形態、學習態度、價值觀都有很大的個性差異,學習態度與價值觀模型主要用來描述學習者學習的特征指標,如學習興趣偏好、基礎知識、基本技能等。學習態度與價值觀以不同的方式影響著整個智慧學習模型的適應性,它影響著學習者的學習目標、任務、速度、研究導向等方面。學習態度與價值觀模型通常是軟件工程知識體系模型的映射結構,學習者學習態度與價值觀結構到軟件工程知識體系模型是一種一對多的映射關系,如果能合理地建立這種映射關系,即可找到學習的專業學習方向與創新點,進而提升學習者的創新意識。學習態度與價值觀模型如圖7所示。

圖7 學習態度與價值觀模型

2.4 自適應模型

自適應模型能夠在軟件工程行業需求、技術變更、個人認知等外部環境因素變化的情況下修正智慧學習模型的知識體系結構模型、過程與方法模型,保持模型與學習者學習過程同步。自適應模型需要制定一組教學策略和規則,當學習者的某些外部因素發生了變化,需要根據這組規則適應性的調整學習目標和學習方法。自適應模型如圖8所示。

圖8 自適應模型

3 軟件工程專業創新性人才智慧學習模型構建

軟件工程專業創新性人才智慧學習模型構建過程主要分為以下步驟。

(1) 根據工程專業教育認證的核心理念,經過社會需求分析、學情分析等設計出軟件工程知識體系結構模型,該模型要突出人才培養中的創新創業意識培養,也要根據自適應模型的調整而變化。

(2) 根據學習者的特征指標、學習態度、知識積累、情感認知等情況構建學習態度與價值觀模型,將學習態度與價值觀模型中的各項指標映射到軟件工程知識體系結構模型中的相應指標,即得出學習者的特征對專業學習的支撐情況,這里的映射可以是多對多的復雜映射關系,進而得出每個學習者的專業學習創新方向集合,即個性化的學習方案。該模型要根據自適應模型的調整而變化。

(3) 過程與方法模型要求學習者根據個性化的學習方案進行工程實踐,積累工程經驗,將理論知識轉化成工程應用,滿足社會需求,開拓了創新意識。學習方法要因人而異、因課而異、因知識點而異、因環境而異。總之,學習方法應該是動態變化的,與教師、學生、知識、環境都有很大的關系,可以采用項目導向、情景設計、學情分析等設計學習方法。該模型要根據自適應模型的調整而變化。

(4) 自適應模型是整個學習模型的核心內容,當學習者的學習方案選定以后,整個學習模型開始運行。運行一個階段以后,要對學習效果進行評估,計算該階段學習者的學習效果與學習方案要求之間的差值,差值可能是負值,也可能是正值,根據差值調整學習者學習進度、學習方案、學習方向、創新突破點、學習方法等,即自適應模型可以動態調整其他模型,而且這種調整是雙向動態的。其中,過程與方法模型還會雙向動態地調整個性化學習方案,這實質是間接地調整自適應模型,自適應模型對學習態度與價值觀模型的調整表現為隱式影響或促進引導作用。自適應模型是整個學習模型的持續運行的源動力。整個軟件工程專業創新性人才智慧學習模型如圖9所示。

圖9 軟件工程專業創新性人才智慧學習模型

4 總結

本文通過分析軟件工程專業社會需求與當前專業人才培養方案的差距,研究了內生式學習系統、智能學習需求平衡模型、自適應學習模型等幾種國內外常見智慧學習模型系統。針對這些模型系統的優缺點,本文提出了包括軟件工程知識體系模型、過程與方法模型、學習態度與價值觀模型、自適應模型等4個基本要素構成的四維一體軟件工程專業創新性人才智慧學習模型,旨在為學習者定制個性化學習方案,提高每個學習者的創新意識。整個智慧學習系統以自適應模型為核心,動態調整軟件工程知識體系模型、個性化學習方案、學習過程與方法模型,隱式調整學習態度與價值觀模型,并且這些模型對于自適應模型也起到自適應規則創建及調整的作用。本學習模型對于應用型本科軟件工程專業教學設計、智慧學習系統開發起著導向作用,設計智慧學習系統也將是下一步的研究方向,并在模型的實踐應用過程中對模型進一步的優化。