基于能力培養(yǎng)的軟件工程教學(xué)實(shí)踐

伍春香+劉斌+李小紅

摘 要：針對(duì)目前本科生普遍存在的系統(tǒng)分析能力欠缺、溝通表達(dá)能力不足、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)不強(qiáng)、文檔素養(yǎng)低等問題，分析本科階段培養(yǎng)目標(biāo)和軟件行業(yè)人才實(shí)際需求，闡述以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的軟件工程教學(xué)模式，提出用“能力—培養(yǎng)環(huán)節(jié)”矩陣指導(dǎo)教師落實(shí)能力培養(yǎng)的方法，并給出在軟件工程課程中的具體教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：能力培養(yǎng)；軟件工程教學(xué)；“能力—培養(yǎng)環(huán)節(jié)”矩陣；教學(xué)實(shí)踐

0 引 言

高等教育的3個(gè)主要出口是海外深造、進(jìn)入工作崗位、國(guó)內(nèi)科研院所繼續(xù)學(xué)習(xí)。從各個(gè)渠道反饋的消息得知，各方對(duì)高等教育培養(yǎng)出來的學(xué)生的滿意度都不是特別高。國(guó)外大學(xué)教授們反映，中國(guó)學(xué)生普遍上課發(fā)言少，習(xí)慣于被安排，不敢質(zhì)疑權(quán)威，作業(yè)或者課程項(xiàng)目難以提出創(chuàng)新的點(diǎn)子，討論參與度不高；雖然各個(gè)行業(yè)都有一部分留學(xué)生有了不錯(cuò)的成就，但相當(dāng)一部分學(xué)生畢業(yè)后的現(xiàn)狀與人們的預(yù)期不一致，即使取得成就的人，也多是局限于專業(yè)技術(shù)崗位，不能在更廣的范圍內(nèi)有所建樹。國(guó)內(nèi)企業(yè)界的反饋也不盡如人意，比如華為反饋學(xué)生需要再培訓(xùn)，不能立即進(jìn)入生產(chǎn)崗位。高校教師們也經(jīng)常提到研究生甚至博士生的科研素質(zhì)低，看不懂論文，不會(huì)寫文章，甚至連論文文字?jǐn)⑹觥D表格式、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等都需要老師去修改。因此，大學(xué)階段的教育，除了傳授專業(yè)知識(shí)，也需要培養(yǎng)學(xué)生的能力與素質(zhì)。

1 課程教學(xué)應(yīng)以能力培養(yǎng)為目標(biāo)

每一門課程在專業(yè)課程體系設(shè)置過程中，都有其對(duì)應(yīng)的教學(xué)目的，比如，軟件工程課程的教學(xué)目的是“使學(xué)生了解并掌握大型軟件開發(fā)，軟件測(cè)試、維護(hù)與管理的基本原理，從工程化角度培養(yǎng)學(xué)生從事軟件開發(fā)、測(cè)試、維護(hù)與管理的能力”。

課程的教學(xué)目的不能簡(jiǎn)單理解成“知識(shí)傳授”，而應(yīng)是“專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)”在該課程教學(xué)中的具體反映，因此，作為任課教師，在落實(shí)課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)該把“課程教學(xué)目的”與“專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)”的關(guān)系考慮在內(nèi)，不僅僅講授知識(shí)內(nèi)容，也要培養(yǎng)學(xué)生的能力和素質(zhì)，這樣才能真正體現(xiàn)“專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)”。在計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程教學(xué)中，這一點(diǎn)尤其重要。一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，使得很多專業(yè)課程涉及的內(nèi)容更新頻率很高，學(xué)生畢業(yè)后很快就會(huì)面臨新知識(shí)，掌握如何學(xué)習(xí)、運(yùn)用新知識(shí)的方法和能力，對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生尤其重要。

2 能力及其培養(yǎng)環(huán)節(jié)

2.1 能力及其體現(xiàn)

“能力”是能勝任某項(xiàng)任務(wù)的主觀條件[1]，也就是說，能力是完成一項(xiàng)目標(biāo)或者任務(wù)所體現(xiàn)出來的素質(zhì)。

大學(xué)生應(yīng)該具備什么樣的能力？計(jì)算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生，又該具備什么樣的能力？這應(yīng)與他們畢業(yè)后需要完成的任務(wù)結(jié)合起來考慮。

計(jì)算機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生需要完成的目標(biāo)或者任務(wù)，可能是繼續(xù)研究生學(xué)習(xí)與深造，也可能是進(jìn)入工作單位。他們首先面臨的工作目標(biāo)或任務(wù)，是與計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)的。如果一名計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生具備了解決具體專業(yè)問題的素質(zhì)，那么，他就具備了勝任專業(yè)問題求解的主觀條件——能力。

作為專業(yè)課的課程教學(xué)仍然是以專業(yè)背景下的能力培養(yǎng)為主要目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生在解決與專業(yè)相關(guān)的任務(wù)時(shí)所需要的素質(zhì)。

2.2 能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)矩陣

如何在大學(xué)課程的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力？

首先，要明確哪些素質(zhì)和能力對(duì)學(xué)生來說至關(guān)重要。在ACM和IEEE發(fā)布的《計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系規(guī)范2013》（CS2013）[2]有專門的陳述：計(jì)算機(jī)科學(xué)本科生教育應(yīng)該使學(xué)生為未來的工作做好全面準(zhǔn)備，而不僅僅是向他們傳授技術(shù)；而這些素質(zhì)和能力的培養(yǎng)是通過大學(xué)階段通識(shí)課程的學(xué)習(xí)經(jīng)歷和專業(yè)課程的教學(xué)活動(dòng)綜合作用達(dá)到的。關(guān)于這樣的能力，CS2013也有具體描述：事實(shí)上，學(xué)生的軟能力（soft skills）（如團(tuán)隊(duì)合作精神、口頭及書面表達(dá)溝通能力、時(shí)間管理能力、問題解決能力、靈活應(yīng)變能力等）及個(gè)人素質(zhì)（如對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的承受能力、合議共治能力、忍耐力、職業(yè)道德、機(jī)會(huì)的辨識(shí)力、社會(huì)責(zé)任感、對(duì)多元化的理解等）在未來工作中將起到至關(guān)重要的作用；一部分這樣的軟能力和個(gè)人素質(zhì)（如忍耐力、時(shí)間管理能力、職業(yè)道德、對(duì)多元化的理解等）將通過大學(xué)的學(xué)習(xí)生活經(jīng)歷而獲得，而其他部分則需要通過具體的課程教學(xué)活動(dòng)來培養(yǎng)[2]。

其次，要確定大學(xué)階段可以通過哪些手段或環(huán)節(jié)實(shí)施對(duì)上述能力的培養(yǎng)。大學(xué)期間，社團(tuán)活動(dòng)、業(yè)余科研、導(dǎo)師科研項(xiàng)目、企業(yè)實(shí)習(xí)等都可以給予學(xué)生一定的鍛煉機(jī)會(huì)；而從教學(xué)角度梳理，可以得到這樣一些教學(xué)環(huán)節(jié)：課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)、課外自主學(xué)習(xí)、個(gè)人課程實(shí)習(xí)、小組課程實(shí)踐、課堂報(bào)告與畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。這些教學(xué)環(huán)節(jié)側(cè)重點(diǎn)不同，對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的作用也不一樣。

將大學(xué)階段各種可能給予學(xué)生能力鍛煉和素質(zhì)培養(yǎng)的環(huán)節(jié)與其可能培養(yǎng)的能力對(duì)應(yīng)起來，得到表1中的各項(xiàng)指標(biāo)。本課程主要關(guān)注其中的教學(xué)環(huán)節(jié)，表1中陰影部分不是課程教學(xué)所涉及內(nèi)容，不在課程教學(xué)考慮范圍之內(nèi)。在各教學(xué)環(huán)節(jié)中，畢業(yè)設(shè)計(jì)不屬于某一門課程教學(xué)的范疇，也不在討論范圍之內(nèi)。

經(jīng)過表1的梳理，教師可以清楚看出哪些環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生哪些能力的培養(yǎng)有積極作用，只要針對(duì)當(dāng)前學(xué)生存在的問題，有的放矢，加強(qiáng)對(duì)應(yīng)培養(yǎng)環(huán)節(jié)的內(nèi)容和方法設(shè)計(jì)，便可以達(dá)到對(duì)學(xué)生某方面能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。

3 基于能力培養(yǎng)的軟件工程教學(xué)實(shí)踐探索

3.1 以課程實(shí)踐帶動(dòng)能力培養(yǎng)

能力是和實(shí)踐結(jié)合在一起的。離開了具體實(shí)際問題求解，既不能展現(xiàn)與發(fā)揮人的能力，也不能發(fā)展和鍛煉人的能力。只有將能力的培養(yǎng)和解決具體問題的過程聯(lián)系起來，才可能真正達(dá)到鍛煉和培養(yǎng)能力的目的。軟件工程課程按照這一思路著重突出了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

借鑒企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐和國(guó)外大學(xué)課程的教學(xué)方法，根據(jù)能力培養(yǎng)需求設(shè)計(jì)了一系列實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，如表2所示。在軟件產(chǎn)品生產(chǎn)過程之前，會(huì)有組長(zhǎng)競(jìng)選、組長(zhǎng)與組員雙向選擇的團(tuán)隊(duì)組建、小組的自由選題3個(gè)環(huán)節(jié)。工程化開發(fā)出軟件產(chǎn)品后進(jìn)行成果展示和課程小結(jié)。在課程實(shí)踐過程中，從不同角度培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力和素質(zhì)。

實(shí)踐環(huán)節(jié)與能力培養(yǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系提供了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)在實(shí)踐教學(xué)中的具體對(duì)應(yīng)關(guān)系，為教學(xué)實(shí)踐的實(shí)施起到了具體指導(dǎo)作用。

3.2 以能力培養(yǎng)為目標(biāo)設(shè)計(jì)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)

在教學(xué)實(shí)踐中，軟件工程課程教學(xué)利用表2的實(shí)踐教學(xué)“能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)”矩陣，針對(duì)當(dāng)前學(xué)生存在的特點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)了某些環(huán)節(jié)，從不同角度采用不同手段解決學(xué)生系統(tǒng)分析能力欠缺、溝通表達(dá)能力不足、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)不強(qiáng)、文檔素養(yǎng)低等問題。

（1） 組長(zhǎng)競(jìng)選帶動(dòng)管理知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。課程采用毛遂自薦和民主選舉的方式確定實(shí)踐小組的組長(zhǎng)。要求每位同學(xué)通過查閱文獻(xiàn)自學(xué)“項(xiàng)目經(jīng)理”這個(gè)角色的相關(guān)內(nèi)容，包括項(xiàng)目經(jīng)理需要掌握的知識(shí)，應(yīng)該具備的能力，需要與哪些人打交道以及職責(zé)范圍，在此基礎(chǔ)上，思考“我（不）適合做組長(zhǎng)/項(xiàng)目經(jīng)理的理由”并以文字表達(dá)。所有認(rèn)為自己適合做項(xiàng)目組長(zhǎng)的同學(xué)有1分鐘向全班同學(xué)陳述理由，然后全班同學(xué)選舉他們認(rèn)可的項(xiàng)目組長(zhǎng)。

這一過程，使每位學(xué)生學(xué)習(xí)項(xiàng)目管理的相關(guān)知識(shí)，并實(shí)踐了運(yùn)用這些知識(shí)來分析自身的特點(diǎn)以及比較、判斷組長(zhǎng)候選人。

（2） 團(tuán)隊(duì)組建體驗(yàn)真實(shí)生存壓力。團(tuán)隊(duì)組建采用雙向選擇。競(jìng)選成功的組長(zhǎng)有權(quán)選擇自己希望招納的組員，其他同學(xué)也有權(quán)在所有組長(zhǎng)中選擇自己更信服的組長(zhǎng)。這樣一場(chǎng)真實(shí)的“市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)”，讓學(xué)生們?cè)谕其N自己的過程中體會(huì)到了壓力，一定程度上也推動(dòng)了他們?cè)诤罄m(xù)積極參與課程學(xué)習(xí)，以針對(duì)性地提升自己。

課程教學(xué)中，理論課堂采取以小組為單位就座聽課、討論。實(shí)踐部分，小組成員以團(tuán)隊(duì)方式完成一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際開發(fā)。這種全方位的團(tuán)隊(duì)合作，使學(xué)生自始至終都意識(shí)到團(tuán)隊(duì)的存在，時(shí)刻想著以團(tuán)隊(duì)的方式完成所有的學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

（3）自主選題提升系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力。教學(xué)不是教師單方面的任務(wù)，只有學(xué)生參與進(jìn)來才成其為“教學(xué)”。學(xué)生參與課程教學(xué)是一切教學(xué)方法改革的基礎(chǔ)。為此，課程在實(shí)踐項(xiàng)目選題上做了改革，采用學(xué)生自主選擇感興趣的題目。當(dāng)可以自己做主選擇做什么的時(shí)候，學(xué)生的主觀能動(dòng)性被大大激發(fā)，他們自主確定的實(shí)踐選題充分展示了什么叫做“創(chuàng)新”。比如，校園快幫、寢室阿拉丁、Miko游戲平臺(tái)、資訊集中閱覽器“閱讀者”、背單詞軟件、“買買買”、校園導(dǎo)游咨詢等，當(dāng)然，教師要在題目的可行性等問題上給予學(xué)生小組適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。

在軟件工程的實(shí)踐選題改為自主選擇題目后，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)投入程度空前高漲，對(duì)待開發(fā)系統(tǒng)高度投入，對(duì)過程中遇到的問題不愿意回避，必解決之而后快。完整的項(xiàng)目做下來，學(xué)生們的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力都得到了實(shí)質(zhì)性鍛煉和提高。

（4）“示范小組”傳播真實(shí)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。由于資源限制，無法讓每個(gè)小組都有直接參與實(shí)際項(xiàng)目的機(jī)會(huì)。課程采取了示范小組模式，即讓某小組參與某企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目，與企業(yè)的實(shí)際開發(fā)團(tuán)隊(duì)并行完成同樣的項(xiàng)目開發(fā)，并把完整過程向其他同學(xué)匯報(bào)。每周，示范小組都有成員去企業(yè)參加業(yè)務(wù)溝通會(huì)，課程則定期安排示范小組在課堂上報(bào)告他們的進(jìn)展和體會(huì)，示范小組反饋回來的一些在學(xué)校不會(huì)遇到的問題，讓其他學(xué)生體會(huì)到課程實(shí)踐與真實(shí)產(chǎn)品研發(fā)的不同，同時(shí)也感受到課程知識(shí)對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用。

（5） “錯(cuò)組結(jié)對(duì)”擴(kuò)大實(shí)踐內(nèi)容。在實(shí)踐過程中，采用“錯(cuò)組結(jié)對(duì)”的方式，如圖1所示，每個(gè)小組將以管理小組的角色管理某個(gè)生產(chǎn)小組的開發(fā)活動(dòng)，讓每位同學(xué)在開發(fā)軟件實(shí)踐的同時(shí)，也體驗(yàn)到作為管理者應(yīng)該承擔(dān)的角色內(nèi)容。

3.3 以自主學(xué)習(xí)提升學(xué)習(xí)的有效性

有效教學(xué)理論的大規(guī)模教育心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：學(xué)生通過閱讀的學(xué)習(xí)效率是10%，通過聽講的學(xué)習(xí)效率是20%，通過試聽并用的學(xué)習(xí)效率是30%，采用與他人討論的方式學(xué)習(xí)效率是70%，采用實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)效率是80%，采用教別人的方式學(xué)習(xí)效率是95%[3]。

課程選擇“教別人”的方式設(shè)置了自主學(xué)習(xí)部分，即每個(gè)小組選擇一個(gè)與課程內(nèi)容相關(guān)的選題在課下自學(xué)，形成學(xué)習(xí)報(bào)告，并在課堂上展示學(xué)習(xí)成果，以讓其他同學(xué)掌握其所展示的內(nèi)容為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。最近一輪完成的課程教學(xué)中，自主學(xué)習(xí)選題有：敏捷開發(fā)、函數(shù)式編程、軟件開發(fā)社區(qū)、程序設(shè)計(jì)語言介紹、需求工程、開源軟件的意義與使用、軟件升級(jí)包的制作、基于平臺(tái)的開發(fā)、軟件著作權(quán)及其對(duì)軟件開發(fā)的指導(dǎo)意義、游戲開發(fā)等內(nèi)容。

這些選題既延伸了課程內(nèi)容，又讓學(xué)生在自學(xué)工作中，鍛煉了文獻(xiàn)查找與研讀及論文的撰寫。課堂展示環(huán)節(jié)則給了學(xué)生一次再創(chuàng)作的體驗(yàn)，“程序設(shè)計(jì)語言介紹”和“需求工程”兩個(gè)學(xué)習(xí)小組甚至將所學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成了小品在課堂上展示，幽默詼諧的表演不僅詮釋了學(xué)習(xí)內(nèi)容，也展現(xiàn)了小組每位成員的優(yōu)秀風(fēng)采。這樣“教他人”的方式讓“教”者意氣風(fēng)發(fā)，讓“學(xué)”者印象深刻。相信這樣學(xué)習(xí)到的知識(shí)，會(huì)讓這些“教”者終生難忘。

3.4 以預(yù)期評(píng)測(cè)目標(biāo)引導(dǎo)能力培養(yǎng)

管理學(xué)上有句名言：?jiǎn)T工只做被考核的事，這句話同樣適用于教學(xué)中。學(xué)生因?yàn)橹R(shí)體系不完善，對(duì)問題的認(rèn)識(shí)存在一定局限性，一定程度上看重分?jǐn)?shù)是很正常的。合理地把握這樣的學(xué)生心理并予以引導(dǎo)是有助于達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的。

（1）提前發(fā)布文檔標(biāo)準(zhǔn)。課程實(shí)踐的文檔評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在課程開始初期就發(fā)布給學(xué)生，并將“武漢大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）書寫印制規(guī)范”作為文檔形式規(guī)范和學(xué)術(shù)規(guī)范的基本標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生在“得高分”的原始目的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的重要得分點(diǎn)要求的標(biāo)準(zhǔn)去做，看似為了得高分，實(shí)際上引導(dǎo)學(xué)生遵循文檔規(guī)范，同時(shí)也了解了基本學(xué)術(shù)論文的撰寫要求，提升了文檔素養(yǎng)。

（2）提前發(fā)布成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。圖2所示為課程最新一版的成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

第一節(jié)課就發(fā)布課程的最終成績(jī)?cè)u(píng)定方法。在課程進(jìn)行中會(huì)分階段發(fā)布課程成績(jī)，這可以促使學(xué)生及時(shí)調(diào)整自己在課程中的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)目標(biāo)。在這樣的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生時(shí)刻都能知道自己目前已得到的成績(jī)，在切身利益相關(guān)的情況去做判斷與選擇，時(shí)間管理、風(fēng)險(xiǎn)分析、靈活的計(jì)劃調(diào)整等能力得到了直接鍛煉和提升。

4 結(jié) 語

大學(xué)教育應(yīng)該為學(xué)生一生的發(fā)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)，大學(xué)階段對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)通過每一門具體課程的教學(xué)活動(dòng)來落實(shí)，因此，課程教學(xué)應(yīng)直接、具體地落實(shí)“專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)”。

軟件工程課程在教學(xué)實(shí)踐中做了一系列探索，通過“能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)”矩陣幫助教師梳理培養(yǎng)不同能力的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，從而針對(duì)性地設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施方法，從系統(tǒng)分析能力、溝通表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、文檔素養(yǎng)等多方面鍛煉和提升了學(xué)生的能力和素質(zhì)，大大改善了課程的授課效果。當(dāng)學(xué)生以匿名的方式在課程群里發(fā)出圖3所示的個(gè)人時(shí)間分配比例，并且說出“然后發(fā)現(xiàn)軟工又有用又好玩，花的時(shí)間就不在乎了……”，就可以看到作為選修課的軟件工程在學(xué)生心目中的印象得到徹底改變。

教學(xué)研究成果是教師在教學(xué)實(shí)踐中探索出的經(jīng)驗(yàn)性積累，由于沒有規(guī)范性的表達(dá)，一直存在推廣的困難。一種有效的教學(xué)方法如果不能得到推廣，就無法在更廣的范圍檢驗(yàn)其成效。在軟件工程領(lǐng)域，軟件開發(fā)過程以框架模型的方式呈現(xiàn)，指導(dǎo)了諸多開發(fā)團(tuán)隊(duì)的工程實(shí)踐。在下一步的研究中，課程研究將借鑒這種思路，探索教學(xué)方法的規(guī)范化表達(dá)，以促成更多的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)在更大范圍的教學(xué)實(shí)踐中得到推廣，從而惠及更多師生。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：郭田珍）