面向解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系構(gòu)建

張淑麗 張宏國 唐光義

摘? 要：文章針對軟件工程專業(yè)現(xiàn)有課程體系中存在的人才培養(yǎng)與人才需求之間不能很好對接的問題，提出了面向解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系建設(shè)思路，通過使用復(fù)雜軟件工程問題“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”貫穿整個教學(xué)過程，重新進行了課程設(shè)計和教學(xué)設(shè)計，起到了較好的效果。

關(guān)鍵詞：課程體系;教學(xué)設(shè)計;課程設(shè)計;軟件工程

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）04-0066-03

Abstract： In view of the problem that the talent training and talent demand existing in the existing curriculum system of software engineering cannot be well connected， this paper puts forward the idea of constructing a curriculum system for solving the problem of complex engineering problems， through the use of complex software engineering problems "MES operation The workshop scheduling subsystem runs through the entire teaching process， re-training the curriculum design and teaching design， and has achieved good results.

Keywords： course structure; instructional design; course design; software engineering

引言

軟件工程專業(yè)是一門新興的工科，主要培養(yǎng)具備良好的思想品德和人文社會科學(xué)素養(yǎng)，扎實的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和軟件工程專業(yè)知識，能夠在軟件工程應(yīng)用領(lǐng)域從事軟件開發(fā)、軟件項目管理和軟件運行維護等工作的工程應(yīng)用型人才。同時隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)進步，在軟件工程實踐中會引入很多的新方法、新思想和新理念，這就要求軟件工程專業(yè)的課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等要不斷更新，著力提高學(xué)生解決復(fù)雜軟件工程問題的能力[1]。本專業(yè)一直堅持“產(chǎn)出導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進”的教育理念，同時本專業(yè)也是黑龍江省一流專業(yè)建設(shè)點、黑龍江省重點專業(yè)、黑龍江省“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”實施專業(yè)和黑龍江省高等學(xué)校專業(yè)綜合改革試點專業(yè)。

一、軟件工程專業(yè)課程體系存在的弊端

軟件工程專業(yè)自成立以來為我國的現(xiàn)代化建設(shè)，特別是信息化建設(shè)培養(yǎng)了大量的高素質(zhì)人才，為經(jīng)濟社會的發(fā)展做出了重要貢獻，但是由于軟件工程是一門快速發(fā)展的學(xué)科，在課程建設(shè)上與傳統(tǒng)的學(xué)科存在較大的差異[2-3]。

我國的軟件工程專業(yè)成立時間相對比較晚，發(fā)展相對比較滯后，并且軟件工程人才培養(yǎng)模式主要借鑒國外高校軟件工程改革已經(jīng)取得成功的經(jīng)驗，從人才培養(yǎng)的定位，培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、實踐體系、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、校企合作等方面進行改革，但實際的培養(yǎng)效果不是很顯著[4]。同時由于我國軟件人才培養(yǎng)模式的不合理嚴(yán)重影響了軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并帶來了一系列的影響，首先是軟件產(chǎn)業(yè)中的軟件工程人才配置結(jié)構(gòu)不合理，其次是軟件工程人才缺乏實戰(zhàn)及相關(guān)的訓(xùn)練，最后，是軟件產(chǎn)業(yè)中的軟件工程人才知識結(jié)構(gòu)不合理。總之，究其根本原因在于我國軟件人才培養(yǎng)的課程體系與人才的能力需求不能很好對接引起的。

二、軟件工程專業(yè)復(fù)雜工程問題的特征

本專業(yè)就是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜軟件工程問題的能力，所有課程要圍繞解決復(fù)雜軟件工程而展開，工程教育專業(yè)認(rèn)證給出了復(fù)雜工程問題的七個特征[5-6]：

特征1：必須運用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決。

特征2：涉及多方面技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定的沖突。

特征3：需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性。

特征4：不是僅靠常用方法就可以完全解決的。

特征5：問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)

工程實踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中。

特征6：問題相關(guān)各方的利益不完全一致。

特征7：具有較高的綜合性，包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題。

其中特征1是必備項，其他特征具備部分或者全部。

三、軟件工程專業(yè)課程體系構(gòu)建

在軟件工程專業(yè)的課程體系設(shè)計中圍繞“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”案例為中心，具體描述為“將n個工件在m臺機器上加工，每個工件包含具有工藝約束關(guān)系的多個工序，合理的安排工件的工序在機器上的加工計劃，實現(xiàn)高效排產(chǎn)”，該案例具備復(fù)雜工程問題的七個特征，并且本專業(yè)的主干課程都可以為該復(fù)雜工程問題的解決提供支撐，如圖1所示。

（一）圍繞復(fù)雜軟件工程問題進行課程設(shè)計

結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的“特征1：必須運用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決”進行課程建設(shè)。“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”是典型的運行軟件工程知識解決復(fù)雜工程問題的案例，該系統(tǒng)的開發(fā)必須要深入運用數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類的基礎(chǔ)知識，例如：《線性代數(shù)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》等、人文社經(jīng)管科類的基礎(chǔ)知識，例如：《思想品德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)》、《企業(yè)管理與技術(shù)經(jīng)濟學(xué)》等、專業(yè)核心課程的基礎(chǔ)知識，例如《算法設(shè)計與分析》、《數(shù)據(jù)庫原理》等、以及專業(yè)方向課程的基礎(chǔ)知識，例如《軟件開發(fā)架構(gòu)》、《WEB前端設(shè)計》等，只有充分的綜合應(yīng)用課程的知識和深入的工程原理，才能進行系統(tǒng)的開發(fā)。

結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的“特征2：涉及多方面技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定的沖突”進行課程建設(shè)。“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”在進行架構(gòu)設(shè)計時，要綜合考慮前端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)技術(shù)和工具，要注意技術(shù)與技術(shù)、工具與工具之間的兼容性問題。要解決此問題必須要綜合運用《系統(tǒng)分析與設(shè)計》、《軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》、《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)》等課程的基本知識和原理。

結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的“特征3：需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性”進行課程建設(shè)。“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”生產(chǎn)計劃日程安排管理需要處理大量的數(shù)據(jù)表，需要設(shè)計高質(zhì)量的E-R圖模型，以便構(gòu)建合理的表與表之間的關(guān)系，以支持系統(tǒng)的高效運行，同時建立高質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型有助于問題得到高效的求解。《高等數(shù)學(xué)》、《離散數(shù)學(xué)》、《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)》等能夠為該問題的解決提供有力的支撐。

結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的“特征4：不是僅靠常用方法就可以完全解決的”進行課程建設(shè)。“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)” 需要對實現(xiàn)的算法進行集成，需要設(shè)計合理的算法接入接口機制，以便后續(xù)集成更多的求解算法，實現(xiàn)系統(tǒng)功能升級。這就需要考慮設(shè)計可擴展的系統(tǒng)架構(gòu)、可方便維護升級的算法、靈活的網(wǎng)絡(luò)接入方式等，需要綜合運用《計算機網(wǎng)絡(luò)》、《軟件體系結(jié)構(gòu)》、《軟件創(chuàng)新設(shè)計》等課程基礎(chǔ)知識和原理。

結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的“特征5：問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中”進行課程建設(shè)。“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”針對作業(yè)車間調(diào)度問題的求解算法多種多樣，能夠達(dá)到的效果也各不相同，在專業(yè)工程實踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中不可能對其進行約束，這就需要根據(jù)具體的場景、數(shù)學(xué)模型中的具體優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，選擇最適合的求解算法，并考慮后續(xù)采用的系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)架構(gòu)，最終確定實現(xiàn)算法的編程語言。這就需要具體的程序設(shè)計語言課程的支撐，同時需要《算法設(shè)計與分析》、《操作系統(tǒng)》等課程提供基礎(chǔ)保障。

結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的“特征6：問題相關(guān)各方的利益不完全一致”進行課程建設(shè)。“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”對于用戶來說，其希望制造企業(yè)按照約定要求，準(zhǔn)時的向其提交交付物;但是對于制造企業(yè)來說，其希望盡可能的提高其設(shè)備利用率，在一定的時間內(nèi)，盡可能的完成更多的生產(chǎn)訂單，獲得更多的經(jīng)濟收益，在設(shè)計數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化目標(biāo)時，需要考慮如何處理這一類利益沖突。這就需要考慮軟件系統(tǒng)的社會經(jīng)濟效益和項目管理能力，《企業(yè)管理與經(jīng)濟技術(shù)學(xué)》、《軟件項目管理》等課程能夠為這一問題的解決提供基本知識和原理。

結(jié)合復(fù)雜軟件工程問題的“特征7：具有較高的綜合性，包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題”進行課程建設(shè)。“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)” 生產(chǎn)計劃日常安排管理不僅涉及作業(yè)車間調(diào)度子問題，還需要考慮加工時的設(shè)備狀態(tài)管理、以及物料采購與庫存管理等其它子問題，同時多個模塊之間具有相互調(diào)用和通訊，這就需要綜合問題。《ERP原理與應(yīng)用》、《企業(yè)管理與技術(shù)經(jīng)濟學(xué)》等課程的基本知識、原理能夠為這一問題的解決提供保障。

（二）圍繞復(fù)雜軟件工程問題進行教學(xué)設(shè)計

1. 課程授課內(nèi)容的“高階性”。在課程的教學(xué)內(nèi)容上要依據(jù)專業(yè)的畢業(yè)要求和課程對畢業(yè)要求的支撐情況，圍繞培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜軟件工程問題進行課程內(nèi)容的設(shè)計。重點體現(xiàn)對課程知識的分析、評價和綜合能力。課程的教學(xué)內(nèi)容上緊跟技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，不斷更新課程的知識體系，淘汰陳舊、不適應(yīng)技術(shù)發(fā)展和無實用價值的課程內(nèi)容，引入最新的技術(shù)、方法和工具等，使學(xué)校的授課內(nèi)容與企業(yè)的實際需要無縫銜接。

2. 課程教學(xué)方法的“高階性”。在課程的教學(xué)方法上要根據(jù)課程內(nèi)容的特點，選擇合適的教學(xué)方法。低階課程內(nèi)容可以采用理論講述、翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)等方法，高階課程內(nèi)容可以采用：探究式學(xué)習(xí)、專題研討、案例分析等方法。

3. 課程教學(xué)手段的“創(chuàng)新性”。根據(jù)課程內(nèi)容的不同，選擇和使用不同的教學(xué)手段，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。特別是現(xiàn)代信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的普及與滲透，為我們教學(xué)手段的創(chuàng)新提供了廣闊的空間，例如：線上學(xué)習(xí)、線上線下相結(jié)合、以賽促學(xué)等手段。

4. 課程考核方式的“創(chuàng)新性”。課程的考核方式要根據(jù)課程的特點、課程的內(nèi)容以及課程在解決復(fù)雜軟件工程問題中的應(yīng)用范圍和使用價值，采用形式各樣的考試方式。盡量避免“考試一張卷、過后全忘掉”、“紙上談兵”、“死記硬背”等考核方式，而是采用項目實踐、總結(jié)報告、案例分析、方案改進等非標(biāo)準(zhǔn)化的考核形式。

5. 課程學(xué)習(xí)的“挑戰(zhàn)度”。課程的學(xué)習(xí)應(yīng)該是一個爬坡的過程，要使學(xué)生和教師在課程教與學(xué)的過程中，花費時間和精力，付出努力才能夠完成，而不是“平坦大道”。教師要花時間和精力查閱資源、細(xì)心琢磨，課前認(rèn)真?zhèn)湔n、課上用心講授、課后輔導(dǎo)答疑;學(xué)生要根據(jù)任課教師的要求，課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備、上課認(rèn)真聽講并踴躍發(fā)問、課后復(fù)習(xí)并通過資料查閱文件檢索完成作業(yè)。

四、結(jié)束語

本專業(yè)圍繞解決復(fù)雜軟件工程問題“MES作業(yè)車間調(diào)度子系統(tǒng)”進行課程的教學(xué)設(shè)計，把解決該案例所需要的知識、能力和素質(zhì)進行課程任務(wù)分解，該案例貫穿整個教學(xué)過程中，每門課程承擔(dān)解決該問題所需要的知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，讓學(xué)生始終是帶著問題來進行學(xué)習(xí)，教師也是針對解決實際工程問題來進行課程教學(xué)，能夠起到較好的“教學(xué)相長”的效果。通過面向解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的課程體系構(gòu)建，使得本專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)積極性得到了較大幅度的提高，實際動手解決問題的能力得到了顯著的提高，同時畢業(yè)生的近三年就業(yè)率一直保持在90%以上，就是對本專業(yè)教學(xué)效果的一個很好的體現(xiàn)。

參考文獻：

[1]趙明，廖志芳，楊柳，等.軟件工程核心課程教學(xué)案例庫建設(shè)以及案例教學(xué)實踐[J].計算機教育，2019（08）：32-35+54.

[2]張錦，劉宏.以項目為核心的軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究[J].計算機教育，2019（08）：76-80.

[3]唐光義，高俊鋒，李繼革.基于工程教育認(rèn)證的JAVA課程體系的構(gòu)建[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2018（02）：53-54.

[4]吳雪萍，袁李蘭.美國研究型大學(xué)研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)、經(jīng)驗及其啟示[J].高等教育研究，2019，40（06）：102-109.

[5]蔡映輝.評估與“金課”建設(shè)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2019（05）：49-54.

[6]王駿飛，許萍，那麗.地方本科高校新工科人才培養(yǎng)模式研究[J].高教學(xué)刊，2019（17）：163-165.