軟件工程課程“四合”教學模式的探索與實踐

鄭山紅 趙輝 彭馨儀 王國春 董亞則

摘 ?要：軟件工程課程是軟件工程專業的一門重要核心課，是學生建立工程意識掌握工程方法必須學習的專業基礎課。針對軟件工程課程教學普遍存在的“五個割裂”問題，設計并實踐了一種“四合”教學模式，即基于“內容整合”構建課程知識體系，基于“文化融合”激發學習興趣，增強民族和文化自信，基于“方法結合”創新教學方法，基于“校企聯合”實施軟件工程教學，應用該教學模式進一步提高了人才培養質量，對軟件工程專業其他工程類核心課程建設具有指導意義。

關鍵詞：軟件工程;課程建設;“四合”教學模式;五個割裂

中圖分類號：TP20 ? ? 文獻標識碼：A

Abstract：Software engineering is a core course of software engineering specialty.It is a basic course for students to establish engineering consciousness and to master engineering methods.Aiming at the common problem of Five Splits in software engineering course teaching，a Four-in-One teaching model is designed and practiced，which is to construct curriculum knowledge system based on content integration，to stimulate learning interest based on cultural integration，to enhance national and cultural self-confidence，to innovate teaching methods based on method combination and to implement software engineering teaching based on school-enterprise combination.The application of this teaching model further improves the quality of personnel training and has a guiding significance for the construction of other core courses of software engineering.

Keywords：software engineering;course construction;Four-in-One teaching model;Five Splits

1 ? 引言（Introduction）

軟件工程一詞誕生于1968年[1]，由于全社會各領域對軟件需求的持續快速增長，促使軟件工程的理論、方法、技術和工具呈現爆發式發展的狀態，短短五十年，軟件工程已經從一個術語發展成一種技術、一門課程、一個專業、一個學科，乃至一個產業，日益受到計算機行業的廣泛重視[2]。軟件工程課程是軟件工程學科的一門專業基礎課，其核心內容是軟件開發方法學等[3]，由于軟件工程課程基礎概念理論枯燥、實踐性突出、應用性強，而實際課程教學又多數采用傳統的以講授為主的教學方法，常常出現各環節、內容之間的脫節與割裂現的問題，使學生在缺乏社會活動體驗和軟件實際開發經驗[4]的前提下，很難理解軟件工程課程中的概念和原理，實踐能力培養更是難上加難。因此，如何在軟件工程教學中充分利用抽象思維和形象思維[5]，從教學內容組織、教學方法設計、教學手段創新、教學資源建設等方面開展研究，以工程人才培養為目標，以教學模式綜合改革為重點，構建更合理的軟件工程教學框架，是軟件工程課程改革的重中之重。本文深入剖析了軟件工程課程教學存在的問題，歸結為“五個割裂”問題，并基于此提出了“四合”教學模式，有力保證了軟件工程課程的教學質量，為軟件工程專業課程建設指出了可供借鑒和具有指導意義的改革途徑與方法。

2 “五個割裂”問題的提出（The proposal of Five Splits）

由于軟件工程發展的歷史原因和軟件工程教育的理論性、技術性、實踐性并重的特點，以及軟件工程飛速發展所帶來的各種問題，使得軟件工程課程教學普遍存在著學生學習興趣低、知識學以致用程度差、教師授課方法與知識特點不對接等眾多制約教學相長的現象，通過對這些現象的深入研究與剖析，我們將其歸結為“五個割裂”問題，即課程文化與民族文化割裂、專業理想與學習行動割裂、教學內容與技術體系割裂、方法手段與學習效果割裂，以及專業學習與實際應用割裂。

（1）課程文化與民族文化割裂

軟件工程領域的理論、方法與技術發源于西方，國內采用的相關教材與參考資料中的經典內容多數均取材于西方，課程教學內容普遍缺少中國元素，致使當代大學生崇尚西方文化現象比較普遍，民族自信心不足，文化自信缺失。

（2）專業理想與學習行動割裂

國內高校的軟件工程課程普遍開設在大二下學期或大三上學期，這一時期的多數學生開始對專業有所認知，逐漸開始形成自己的專業理想，然而由于軟件工程知識抽象性的特點以及多種其他原因，致使學生對課程的學習興趣不高，學習動力不足，學習行動與專業理想背道而馳。

（3）教學內容與技術體系割裂

軟件工程技術日新月異、發展迅速，新技術和新方法不斷涌現，新知識和新理論不斷更新，然而由于很多方法與技術比較單一，尚未形成完善的體系，國內采用的相關教材在內容組織上均無法快速融入最新技術與方法，各種理論和知識之間尚無法建立完善的關聯，導致教學內容相對零散，難成體系。

（4）方法手段與學習效果割裂

軟件工程課程在教學方法和教學手段的改革上不斷探索，勇于嘗試，持續開展基于信息技術和互聯網的方法與手段創新，然而由于軟件工程課程的教學方法與手段的改革一直以來僅重在信息技術與互聯網技術在資源的構建與表現形式的創新上，未能很好地實現方法手段與知識模塊的對接，未能將方法手段改革與學生特點有機結合，致使教與學割裂，教學過程中雖然采用了先進的信息化手段和方法，但是學生在學習過程中知識理解困難，學習效果差，教學質量難以保證。

（5）專業學習與實際應用割裂

軟件工程課程知識具有明顯的工程特征，主要教學目標就是學生軟件建模和工程實踐能力培養，通過課程學習應該可以直接將所學知識應用于實際的軟件項目研發，然而由于學生對知識的理解程度差，以及軟件應用領域無所不在的特點，致使學生即使完成了軟件工程課程的學習，也很難快速勝任軟件建模與研發的實際工作，學非所用，用非所學，學與用的裂痕普遍存在。

3 “四合”教學模式的設計（Design of Four-in-One teaching model）

針對軟件工程課程教學普遍存在的“五個割裂”問題，軟件工程課程教學團隊在教學內容、教學方法、教學手段、教學策略、教學效果等方面持續開展教學改革與研究，全面分析專業學生的特點，全面剖析課程理論與課程體系，全面解析新時代發展要求，全程追蹤教學過程中教學方法與教學手段的運用，不斷探索應對“五個割裂”問題的策略與途徑，提出并實踐了軟件工程“四合”教學模式，即“文化融合、內容整合、方法結合、校企聯合”，有效解決了上述教學問題，有力保證了教學質量。

3.1 ? 文化融合

軟件工程在短短50年的發展過程中，由于歷史的原因，其概念、原理、技術、方法、工具均來自于西方國家，教材內容也多是西方經典教材的簡單裁剪，技術的表達、闡釋方法與形式也多采用西方文化的習慣。由于文化的差異，導致學生對教學內容難以理解，進而降低學習興趣，打消學生學習積極性，學生學習動力不足。另外由于不斷受到西方文化的影響，加劇了學生對西方文化的崇尚，學生民族自信心和文化自信受到削弱，實質上是“課程文化與民族文化割裂”的問題。針對該問題，我們在多年的教學研究與實踐探索中發現，冥冥之中，中華民族的先哲們，在幾千年前就已經為現代軟件工程奠定了哲學基礎和理論基礎。現代軟件工程的許多概念、原理、技術和方法都能追溯到中華優秀傳統文化中的那些經典名句中。例如“類（Class）”可以追溯到“物以類聚，人以群分”，“聚合”可以追溯到“聚沙成塔、集腋成裘”，“模塊化”原理可以追溯到“分而治之”，“頭腦風暴”可以追溯到“三個臭皮匠，頂個諸葛亮”，“軟件的特點”可以追溯到“大象無形”，等等。為此我們大膽探索并實踐了將中華優秀傳統文化與現代軟件工程技術進行文化融合與滲透，在教學過程中用中華經典名句去詮釋現代軟件工程的概念、原理、技術和方法，有效降低了學生對知識的理解難度，激發了學生的學習興趣和學習動力，更為顯著的是有效增強了學生的民族自信和文化自信。

3.2 ? 內容整合

軟件工程技術產生于計算機科學與技術并伴隨其發展而發展，到目前為止已經獨立成一門學科，形成產業。自軟件工程這一術語誕生到現在，在短短的50年時間里，軟件工程技術日新月異，發展迅速，但是很多新方法與新技術尚未形成完整體系，國內采用的相關教材在內容組織上均無法快速融入最新技術與方法，各種理論和知識之間尚無法建立完善的關聯，教學內容相對零散，難成體系，從而產生“教學內容與技術體系割裂”的普遍問題。針對該問題，我們以SEBOK（軟件工程知識體，SEI）為基礎，以教育部《本科軟件工程專業指南》為依據，對教學內容進行整合，構建了“一條主線三個維度合理交叉滲透的軟件工程課程知識體系”，如圖1所示。

在軟件工程課程知識體系中，一條主線即“十個節點循序漸進的教學主線”，其中十個節點是“問題、算法、模塊、程序、軟件、方法、系統、項目、工程、科學”;三個維度即“層次化、模塊化、過程化”，在模塊維中根據內容將課程劃分為理論、基礎、實踐、技術、過程、方法和工具等知識模塊;在層次維中將課程內容分為三個層次即理論層、平臺層和應用層;在過程維中根據軟件工程過程即需求獲取、系統分析、系統設計、系統構造、系統測試和系統維護進行知識的組織;合理交叉滲透即“在保證課程知識體系穩定性的前提下，隨著技術的變化不斷調整更新教學內容”，增強了課程知識體系的時代性、靈活性、合理性和多樣性，有效保證了課程知識體系的先進性和適用性。

3.3 ? 方法結合

軟件工程課程教學一直面臨嚴峻的挑戰，具體表現在（1）理論性強、技術性強和實踐性強的特征明顯;（2）領域知識龐大與課時量小矛盾突出;（3）教學內容滯后于產業技術體系發展;（4）智能手機的普及，導致學生有效學習時間的碎片成為普遍現象。這些現象對軟件工程教學方法教學手段的運用是極大挑戰，教師“教無效、管無效”，學生照樣“玩手機、睡大覺”，其根本原因在于“方法手段與學習效果割裂”，教學過程中雖然采用了信息化手段和方法，但是學生在學習過程中仍然存在知識理解困難、學習效果差的現象，教學質量難以保證。針對該問題，我們通過研究發現，由于軟件工程課程不同于其他課程的特點，單一的方法不能適用于軟件工程課程的教學，必須對教學方法與手段進行深層次創新與改革，教學方法與手段的運用必須實現與知識模塊的對接，必須與學生特點有機結合，基于這一認知提出并實踐了“問題驅動、案例驅動、項目驅動、翻轉課堂相結合”的教學方法和“基于信息技術的線上線下相結合”的教學手段，如圖2所示。

針對不同教學內容采取不同的教學方法，基本知識的理解采用問題驅動教學法，基本方法的掌握采用案例驅動教學法，軟件建模與工程實踐能力訓練采用項目驅動教學法，適當適時采用翻轉課堂教學法。充分運用信息技術和互聯網技術，在課程資源、課件制作、內容講授、課程實踐與過程監控等方面全方位開展教學手段的研究與改革，研發了“軟件工程多媒體教學系統”，建立了“軟件工程精品課教學網站”，開發了“軟件工程在線課程”，實施課上課下、線上線下相結合的教學手段。這些教學方法和教學手段的有機結合，有效地改善了“教”與“學”的效率和效果，明顯地提高了教學質量，達到了彌補“方法手段與學習效果割裂”的目的。

3.4 ? 校企聯合

隨著高等教育由“大眾化”向“普及化”逐步過渡，大學生“就業難”和用人單位“招聘難”的矛盾普遍存在，其根本原因是“專業學習與實際應用割裂”，學生即使完成了全部課程的學習，也很難快速勝任軟件建模與研發的實際工作。針對該問題，通過課題研究和教學應用，我們探索并實踐了“企業崗位知識需求驅動理論知識，企業崗位能力需求驅動實踐內容，企業崗位素質需求驅動學習方式”的校企聯合的機制與方法，開展全方位、全過程的校企深度合作，與企業聯合共同開展“軟件工程校企合作開發課程”的建設，如圖3所示。

基于上述校企聯合的方法，在教學內容的組織、教學過程的開展、教學方法與手段的應用等方面深度合作，企業工程師走進課堂、帶來項目，學生走進企業、感受技術與企業文化，教師與企業工程師共謀課程建設。具體做法是：與企業建立定期溝通機制，動態掌握企業對工作崗位的知識、能力、素質需求;與企業工程師共同制訂教學大綱和組織教學內容;聘請企業工程師參與教學，在理論教學環節以課程講座方式講授部分教學內容，在實踐環節直接利用企業實際項目參與教學指導;帶領學生參觀企業，感受企業技術文化。通過以上做法有效解決了“學非所用、用非所學”所導致的“專業學習與實際應用割裂”問題。

4 ? 教學實踐（Teaching practice）

長春工業大學軟件工程課程教學團隊于2006年開始，圍繞“五個割裂”問題，持續開展軟件工程課程“四合”教學模式的探索，并在三個層次（2個碩士專業、3個本科專業、5個專科專業）的四門軟件工程系列課程進行教學實踐，授課對象累計超過1萬多名學生。

應用“四合”教學模式開展軟件工程系列課程教學，有效提高了學生的工程實踐能力，學生優質就業率高，受到用人單位的普遍好評;激發了學生的創新意識，提高了學生的創新能力，近五年來團隊成員指導學生完成16項國家級、9項省級大學生創新創業訓練計劃項目，學生參加中國“軟件杯”大學生軟件設計大賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽和“互聯網+”大學生創新創業大賽等各級各類競賽，獲國家級獎勵20項、省級獎勵15項。

應用“四合”教學模式有效促進了課程建設。基于“四合”教學模式，圍繞課程建設“五個一流”的目標，著力開展軟件工程系列課程建設，取得了較為豐富的課程建設成果，軟件工程課程先后被評為校級優秀課、省級優秀課、省級精品課、省級在線開放立項建設課程、省級校企合作開發立項建設課程，團隊承擔的軟件建模與分析、軟件項目管理課程先后被評為校級優秀課、校級精品課和省級優秀課，參與建設的操作系統和編譯原理課程先后被評為校級優秀課、校級精品課、省級優秀課和省級精品課，如圖4所示。

5 ? 結論（Conclusion）

“四合”教學模式本探索與實踐了中華優秀傳統文化在專業課程教學中的融合與滲透，與黨的十八大以來提出的“四個自信”之“文化自信”高度契合，體現了大力宣揚與傳承中華優秀傳統文化的“新時代”主旋律和鮮明的“新時代”特征，是“專業思政”的實踐創新探索;在軟件工程課程中用中華優秀傳統文化詮釋和闡述現代軟件工程技術是一種軟件工程知識創新探索;在軟件工程課程教學中添加中國元素，體現中國風格，將課程文化與中華優秀傳統文化自然融合，是消減學生崇尚西方文化、增強民族自信、文化自信直接而有效的途徑創新探索。

參考文獻（References）

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[5] 樸勇，周勇，陳鑫，等.軟件工程教學中關于抽象思維和形象思維能力培養的思考[J].計算機教育，2015（17）：88-90.

作者簡介：

鄭山紅（1970-），女，博士，教授.研究領域：軟件工程，智能計算與大數據處理.

趙 ?輝（1972-），女，博士，教授.研究領域：軟件工程，智能數據管理.

彭馨儀（1979-），女，碩士，副教授.研究領域：軟件工程，本體與語義WEB.

王國春（1978-），男，碩士，副教授.研究領域：軟件工程，語義WEB與智能檢索.

董亞則（1982-），女，碩士，講師.研究領域：軟件工程，語義檢索與大數據分析.