智慧教學導向的軟件工程專業教學方法探索

諸峰 張曉如 王東升

[摘 要]“互聯網+”計劃的實施以及以人工智能為代表的現代信息技術的發展，對高校軟件工程專業教學提出了新要求。課題組通過分析軟件工程專業的培養目標，結合教學實踐中遇到的實際問題，探索了一種以智慧教學為導向的新型教學方法。教學實踐表明，該方法既符合軟件工程專業的發展需要，又能夠培養兼具理論知識和實踐應用能力的高層次人才，具有良好的教學效果。

[關鍵詞]教學方法；智慧教學；軟件工程

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）07-0033-03

2015年3月5日，李克強總理在十二屆全國人大三次會議上首次提出“互聯網+”行動計劃，大力推進互聯網、云計算、大數據、物聯網等信息技術與傳統行業的緊密結合。2016年3月16日，谷歌公司的AlphaGo以4：1的成績戰勝了圍棋九段大師李世石，這一勝利標志著人工智能算法以及相關計算機軟硬件技術的進步。在這樣的時代背景下，高校軟件工程專業迎來了前所未有的機遇，同時也給專業課程的教師帶來了嚴峻的考驗[1]。一方面，軟件工程專業課程更加注重學生編程思想和軟件開發實踐能力的培養，這就需要專業教師及時跟蹤產業界和學術界的最新技術和科研成果，通過不斷的學習和實踐新技術來提升自身的專業技能。另一方面，專業教師需要更新教育教學理念，在教學實踐中對現有的教學方法和模式進行提煉和創新，使之既符合軟件工程專業的發展需要，又能夠培養兼具理論知識和實踐應用能力的高層次人才。

一、 軟件工程專業的培養目標與教學現狀

（一）培養目標

以清華大學軟件工程專業為例，從知識、能力和素質等維度對軟件工程專業本科層次提出了具體的培養要求。首先是個人素質方面，要求學生具有較強的社會責任感、良好的工程職業道德、追求卓越的態度和強烈的愛國敬業精神。在知識方面，要求學生具有從事工程工作所需的數學、自然科學、人文社會科學方面的基礎知識，又掌握軟件工程領域所需的專業知識，包括軟件需求分析、軟件設計、軟件構造、軟件測試、軟件演化、軟件過程、軟件質量與管理等。另外，還應當具有領域應用的知識，如信息系統、信息安全、游戲動畫多媒體等應用。在能力方面，則要求學生具有較強的運用知識能力，包括軟件分析與開發能力、過程控制與管理能力、工具使用與實驗技能、團隊協作與溝通能力、面向領域的應用能力。同時，良好的創新發展和創業能力也隨著“互聯網+”的提出而成為學生培養目標中的重要方面。

（二）教學現狀

在課程設置上，高校軟件工程專業普遍注重學生實踐能力的培養，開設包括專業基礎課程、程序設計語言、軟件及Web開發、軟件質量保障與測試等專業應用類課程。在教學模式上，通常采用教師課堂操作演示與學生上機實踐相結合的方式，注重基礎知識和實踐能力的綜合發展。在教學評價上，也不再依賴單一的試卷測評分數，而是越來越關注對學生實踐能力和平時表現的綜合測評。但是在教學實踐過程中，仍然存在一些問題，值得總結與反思。為此，我們對本校計算機學院10名專業教師開展走訪交談，并對軟件工程專業79名學生進行問卷調查，最終收到有效問卷75份。通過整理和分析，下面就當前教學中突出的幾點問題進行討論。

1.課堂學習參與度問題

在課堂教學中，學生逃課、睡覺、玩手機等現象比較常見。產生這一現象的原因有很多，從學生的角度來看，一部分學生自我管理能力比較薄弱，對專業學習沒有興趣，認為能夠得到學分就行。另外，對課程內容在生產實踐中的具體應用沒有認識，課后又不愿意對課程內容做進一步的學習。當然，也有一部分學生是因為自身學習能力較弱，往往不能及時掌握和消化所學知識，在一些課程難點上卡住后，漸漸失去學習的動力。因此，作為專業課程教師，有必要反思當前的教學模式和方法，思考怎樣使課堂教學滿足不同層次學生個性化學習的需要，在培養學習興趣的同時，兼顧能力的培養，讓學生真正參與到課堂教學中來[2]。

2.課程評價過程性問題

軟件工程專業課程更加注重實踐能力的評價。然而，當前實驗與課程教學的評價不利于考察每一個學生，教師往往關注對實驗結果的檢查，卻缺乏有效的手段對實驗過程進行跟蹤，這使得一些學生不愿意動手實踐，互相抄襲、代為實驗等情況頻現，最終導致一些學生眼高手低，實驗能力得不到提高。因此，有必要利用現代信息化等技術手段，對教學過程，特別是實驗過程進行全面跟蹤，實現過程性評價[3]。

3.課程內容陳舊性問題

軟件工程專業課程，特別是軟件開發應用類的課程，其技術的更新換代很快。而由于課程設置、實驗條件、師資力量的限制，在目前的教學中，很難做到對教學內容及時更新，所講授的知識往往還是多年以前的，授課內容不能做到與時俱進。這就導致學生專業技能與企業的具體需求存在一定的脫節。因此，有條件的學校可以適當在高年級增設一些專業選修類課程，并邀請企業工程師開展技術講座，以方便學生了解最新技術和企業需求[4]。

二、智慧教學導向的新型教學方法

針對當前專業課教學中出現的典型問題，結合軟件工程專業特點，課題組探索了一種以智慧教學為導向，兼顧能力和興趣培養的教學新方法。該方法以智慧教學平臺為核心，以服務教師和學生為目標，將案例教學、任務驅動式教學、小組合作學習、項目探究學習等多種教學方法融入實際的教學過程中，在教學評價上則更加注重形成性評價[5][6]，其教學過程如圖1所示。

智慧教學平臺是該教學方法得以實施的基礎和關鍵，它是聯系教學各個階段的紐帶。目前，該平臺主要由教學案例管理、教學素材管理、教學資料管理、教學評價管理以及支持小組協作的移動探究教學平臺等五個模塊組成。其中，前四個模塊主要面向教師，由教師根據課程內容進行維護和管理，最后一個模塊由教師和學生共同參與使用和管理。

（一）面向教師端的教學過程

在教學設計和導入階段，首先由教師操作教學案例和教學素材管理模塊，進行課程案例的設計和維護，并對復雜的案例任務進行分解。有條件的話，教師也可以與企業合作，共同設計面向實際應用的教學案例。在平臺使用初期，由于教學案例庫還不豐富，需要教師在前期投入大量精力，上傳課程的相關素材，包括課件、試卷、習題、圖片、音視頻等各類資源。后期，在積累了一定的案例后，教師再次開設該課程時，就可以直接選擇已經設計好的課程案例。另外，教師也可以設置案例的共享等級，可以把設計好的案例共享給所有或者特定的教師。在此基礎上，教師根據課程和案例任務的需要，對涉及的基礎知識進行講授。

在教學實踐階段，需要教師和學生相互協作。教師可以靈活的和學生開展互動，進行網上在線輔導和答疑，并可以通過平臺提供的實時學習情況分析功能，以可視化的形式隨時查看學生案例任務完成進度情況、任務提交情況等，在教學評價階段，對學生學習情況進行綜合評價。智慧教學平臺會根據學生使用協作探究學習系統的時間、頻度、學習任務的完成情況等若干指標進行統計分析，給出可視化的學習情況匯總。另外，教師也可以根據教學過程中學生的學習情況給出相應的評價，最終的成績會根據教師和系統給出的分數，進行一個綜合的打分。在教學資料整理階段，教師可以操作教學資料管理模塊對教學過程中和教學結束后產生的各類表格進行統一的管理，包括學生的考勤信息表、學生上機實驗信息表、學生在線協作探究學習信息表以及學生成績信息表、教學分析和總結信息表等。

（二）面向學生端的學習過程

支持小組協作的移動探究教學平臺是整個智慧教學平臺的核心，該平臺支持移動式教學，讓師生之間的互動不再局限于課程，利用泛在學習提升學習效率和學習興趣，學生可以隨時隨地的進入平臺進行學習。

在學習過程中，學生首先對發布的案例任務進行確認，學習相關基礎知識，然后可以以個人或小組為單位，開展案例的探究學習。如果以小組為單位，每組需配備一名組長，小組中每個人都有明確的目標和任務安排，并且在探究學習過程中，組長需要掌握小組成員的學習情況，并進行記錄，小組成員可以定期就探究情況和遇到的問題開展交流和討論。在這一過程中，學生可以隨時給教師留言，與教師進行互動。在實踐階段，各小組成員通過上機操作實現各自的子案例，學習平臺會自動記錄每次學習登錄時間、學習時長、項目進度和代碼文檔更新情況，從而為后面的形成性課程評價提供依據。另外，學生還可以通過課程云平臺發布問題，其他同學或教師可以參與解答。

三、課程教學探索與實踐

為了驗證新型教學方法的有效性，本文以HTML5應用程序開發課程為例，開展教學實踐。

（一）明確案例設計目標，進行案例任務分解

結合HTML5應用程序開發課程教學目標和大綱，分別就“Javascript編程回顧”、“HTML5新表單元素應用”、“HTML5多媒體播放器設計”、“基于Canvas的繪圖與動畫”、“文件拖拽與數據存儲”、“基于Web Socket的網絡聊天室”、“基于DIV+CSS的網頁布局”、“CSS3新技術展示”、“Jquery實戰演練”、“Bootstrap實戰演練”等10個專題開展案例設計。以“基于DIV+CSS的網頁布局”為例，本案例設計的目標是讓學生掌握使用DIV + CSS 進行頁面元素的布局，最終任務是使用DIV+CSS完成一個網站首頁的設計。為了實現這一目標，我們采用任務分解的方法將案例任務分解成若干可以操作的子任務，每一個子任務還可以進一步的細分，一直到給出明確的、可操作的原子學習任務為止。

在該案例設計中，各子任務分別為：（1）學習DIV標簽，掌握CSS中盒子模型和浮動、定位方法；（2）通過實例學習導航欄及下拉菜單的制作方法；（3）完成頁面中水平和垂直導航欄的設計；（4）使用DIV及定位方法實現頁面內容區域的定義；（5）完成頁面底部的設計。以子任務（1）為例，還應當繼續進行分解，如（1.1）學習DIV標簽概念，在HTML代碼中添加DIV標簽，在頁面中查看效果；（1.2）學習盒子模型概念，在HTML代碼中實現空白邊、邊框、填充、內容區設置，在頁面中查看效果；（1.3）學習左浮動、右浮動、清除浮動概念，實現各類浮動效果；（1.4）學習固定定位、相對定位、絕對定位概念，實現各類定位效果。

（二）獨立探究，師生互動

區別于傳統的課堂教學，智慧教學導向的新型教學方法以學生為主導，學生是探究學習任務的主體，教師起到協調、輔導、答疑的作用。學生登錄探究學習系統后，首先選擇探究案例任務，然后開展獨立學習。在上面的例子中，學生通過學習，了解到