軟件工程創新實踐班“五位一中心”育人模式探究

梁旗軍， 王鳳斌， 樊 鑫， 鄭 巍

（南昌航空大學軟件學院，南昌 330063）

0 引 言

我國正處于科技實力和經濟實力穩步上升的新時代，創新是驅動經濟和科技發展的主要源動力，青年尤其是大學生是創新創業的主力軍。國務院辦公廳以國辦發〔2015〕36號印發的《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》中主要任務和措施部分明確指出“強化創新創業實踐”“各高校要加強專業實驗室、虛擬仿真實驗室、創業實驗室和訓練中心建設”［1］。陳寶生部長2016年在新時代全國高等學校本科教育工作會議上的講話中也指出“持續深化創新創業教育改革，推動創新創業教育與專業教育緊密結合”“讓學生盡早參與和融入科研，早進課題、早進實驗室、早進團隊，提高學生科研實踐能力和創新創業能力”［2］。2020年，人民日報報道中指出“高校進一步加強創新創業教育，需要找準突破口”“以培養學生的創新精神、創業所需要的能力素質等為重點，讓更多學生接受創新創業教育，更好激發學生的創新精神和創業意識，提高學生的創新創業能力”“促進創新創業教育與專業教育融合”“豐富實踐教學方法，支持學生以科技創新成果、創業項目等形式申請學分”［3］。可見，長期以來，黨和國家對大學生創新能力培養的重視。

高校作為人才培養的主陣地，擔負著推動高等教育改革，培養創新型人才的重要任務。然而高校的主要教育途徑是專業教育，傳統上表現為一門門理論原理性較強，實踐創新性較弱的專業課。即使注重實踐創新性教學的工科類軟件工程專業，課程內的實踐性創新內容不論是深度還是廣度仍表現不足。因此，需要對現有的課程體系進行改革。此背景下，以學科競賽為牽引的軟件工程創新實踐班承擔了探索創新人才培養模式實踐的重任。

軟件工程創新班是在不改變原有軟件工程專業培養方案和教學計劃的前提下，利用課余時間結合專業特色通過招募成員的方式組建而成。如文獻［4］學科交叉融合的復合型培養模式，文獻［5］機器人專業特色的創新班。軟件工程創新班著重學科競賽特色，與獨立設立的“精英班”相比較，育人模式不是對原有專業培養方案和教學計劃的顛覆，而是在現有的專業課程和專業課程群進行的創新創業教育改革基礎上并行開設［6-7］。與短期“培訓班”或者實習實訓小學期相比較，不同在于以培養創新意識和能力強、實踐能力過硬的創新型人才為最終目標，是實現提高具備參加學科競賽能力創新人才培養質量的一個途徑［8］。目前，軟件工程創新班已經開設2期，并在實踐中探索出以競賽為牽引的“五位一中心”的育人模式，來進一步完善培養體系，培養創新型人才。

1 軟件工程學科競賽對軟件工程創新班的牽引作用

學科競賽是學生對知識的深度理解、消化吸收并再創造，從而創新的實踐過程，是創新人才培養的重要載體，起到融合牽引的作用［9-11］。軟件工程創新班的開設需要通過軟件工程學科競賽作為牽引，來實現創新型人才培養的目標。

1.1 軟件工程學科競賽特點分析

軟件工程學科競賽屬計算機類競賽范疇，如全國大學生軟件創新大賽、中國大學生計算機設計大賽、中國大學生服務外包創新創業大賽、中國高校計算機大賽的國賽和省賽等。它們多是以軟件類作品為主，以發掘社會生活熱點，解決實際問題為核心，利用軟件工具和技術構造可以運行于計算機設備的創新型應用。其需要提交的比賽材料多數包括軟件需求或者軟件開發（設計）類文檔、程序源碼及可運行程序、PPT、視頻簡介等，大部分競賽在入圍國賽后，還需要現場演示應用，進行問題分析和解決方案的講解等。考察以上學科競賽，以中國大學生計算機設計大賽為例，可以得到軟件工程學科競賽的主要特點有［12］：

（1）相對于ACM／ICPC，軟件工程學科競賽的作品更能體現綜合性、創新性、實踐性、持續性。作品根據學習生活、研究實踐的感悟提出創意直到效用和場景的完全完成。

（2）軟件工程學科競賽作品與教學相關且具有客觀可操作性。競賽包含的技術和工具幾乎涵蓋了軟件工程教學的全部內容，最后的成果也要經過生產生活的實際檢驗。

（3）軟件工程學科競賽可更好地檢驗學生項目能力、應用創新能力、團隊協作能力等。軟件工程學科競賽題目不是簡單的加強基礎、拓寬口徑或增強單項實踐能力就可以完成，它往往需要一個具有多項技能的團隊在較長的時間完成，少則幾個月，多則幾年。

從以上特點分析可見，軟件工程學科競賽是軟件工程專業創新能力、應用能力、團隊能力的綜合體現。

1.2 軟件工程學科競賽對軟件工程創新班的牽引

（1）軟件工程學科競賽是軟件工程創新班軟件項目源源不斷的的重要來源。通常絕大多數軟件工程學科競賽的最終交付物必定包含與軟件工程技術相關的可運行程序，大賽的命題也是以項目的形式展開的。如中國大學生服務外包創新創業大賽，企業命題A類可以細分為應用類、計算類和商業類。近3年該賽事企業命題A類類別統計情況如表1所示。

從表1來看，近3年應用類、計算類的題目占比為93%～96%，它們可以作為軟件工程創新班參賽題目，也可以作為訓練題目。因此，學科競賽賽題極大豐富了軟件工程創新班的項目題源。

表1 近3年企業命題A類題目類別統計表

（2）軟件工程學科競賽為軟件工程創新班指明最新學科前沿技術和工具。競賽包含的技術和工具不僅幾乎涵蓋了軟件工程教學的全部內容，而且提出許多前沿知識和工具的應用。如全國大學生軟件創新大賽，其命題圍繞主題自主選題。近3年該賽事主題和技術工具如表2所示。

表2 近3年學科競賽主題和技術工具表

從表2來看，競賽主題緊緊圍繞利用前沿的人工智能、深度學習、大數據等技術解決實際問題并采用企業界新的工具開發應用軟件。由此，學科競賽的技術和工具要求為軟件工程創新班指出了學習方向。

（3）軟件工程創新班通過軟件工程學科競賽可檢驗學生的創新素質和能力，學生在學科競賽中的參與度和獲獎等級是考核學生的重要標準。由于軟件工程競賽的自身特點，如團隊型的參與形式、新技術工具的應用、創新意識和服務的要求等，和創新型人才培養的目標要求一致，因此，軟件工程學科競賽是檢驗軟件工程創新班學生創新素質和能力的重要途徑。

2 軟件工程創新班對創新人才培養的支撐作用

以軟件工程創新班為支點，通過明確培養目標、豐富實踐內涵和鼓勵教學相長的形式，對培養創新型人才起到支撐作用。

2.1 明確培養目標，突出軟件工程專業創新特點

通過軟件工程創新班的教與學，明確培養目標如下：

（1）切實提高學生對軟件工程背景下各類項目開發的認識，深刻理解軟件開發的內涵及其軟件對社會的影響，激發學生參加軟件項目工作的興趣，并養成快速學習的習慣，基本形成軟件開發的意識。

（2）促進學生找到適合自己的軟件開發方法，較熟練掌握一項以上主流開發工具的基本方法和技能，為終身學習打下良好的基礎。

（3）根據不同軟件作品類、設計類競賽的特點，幫助學生在學科競賽上找準目標，可以獨立進行一般項目的管理和項目設計工作。同時，通過團隊合作，培養學生的團隊精神，學會正確處理競爭和合作的關系。

2.2 豐富應用內涵，融合專業課程實踐環節

軟件工程創新班的教學以實踐應用為主，在充分考慮本校工科類大學本科生的知識體系和結構，設定以下內容充實實踐，拓展學生知識面，提高實踐應用能力。

（1）互聯網項目敏捷開發模型的應用。互聯網項目追求創新，需求不確定性高，關注用戶行為，需要根據用戶體驗和反饋，通過反復小迭代來優化。敏捷開發模型容易出成果，可以快速提高軟件發布周期，可以將測試人員能夠盡早參與進項目中來，及時地處理需求變化和用戶反饋。

（2）以用戶為中心的產品設計思想的應用。完成從軟件開發為中心到用戶為中心產品設計的轉變，從作品提升到產品，通過產品設計的3個關鍵環節，用戶分析、功能分析、流程分析來挖掘軟件項目創新點和實用性。

（3）軟件項目類文檔的寫作。文檔編寫是軟件開發過程的一個重要工作，對軟件工程來說具有非常重要的意義。它是軟件開發人員、管理人員、維護人員以及用戶之間的橋梁。以競賽項目的文檔寫作為基礎，分析必要的文檔、文檔格式和文檔內容。

（4）與專業課程（群）實踐環節的有機融合。單個課程（群）的教學案例往往拘泥于該課程的教學知識點，或者幾個知識點的串聯，往往不具有較全面的應用代表性。單純依靠專業課程（群）的實踐環節做實踐類創新教育，顯然是無法在短期內形成教育效果的。軟件工程創新班注重對專業課程（群）的實踐環節和實際問題的粘合和擴展，使之真正落到實處，解決應用落地的問題，實現兩條腿走路，互為依托，有機融合。

2.3 鼓勵教學相長，導師保障快速自我學習

軟件工程創新班以項目為載體，以導師為保障，以成果為目標，導師和學生共同成長，提高學生的自學和動手能力。

（1）以講授引導項目方向。通過教師的講授，將教學內容作為基本點，引出學生的求知欲，帶動學生從一個點擴散到面的方式，制定項目方向，圍繞項目核心內容，快速制定項目目標和范圍。

（2）以項目帶動快速自學。通過項目形式，將每個學生都投入到一個項目實踐中，通過項目的設計、開發、測試和上線，掌握快速學習的能力，訓練團隊合作意識，以及新技術和方法的應用。

（3）以競賽帶動實踐教學。通過參加專業競賽給學生提供了較大的自主學習的時間和空間。分析計算機（軟件）作品類、設計類競賽的特點，讓學生掌握相應的編程和實踐技能，達到競賽所要求的技能。

3 “五位一中心”育人模式設計

在軟件工程創新班的育人實踐中，提出了以學生為中心，項目孵化驅動的運行模式、敏捷開發的開發過程、產品導向的設計思想、混合組隊的團隊建設和軟件創新大賽為核心的競賽群建設的“五位一中心”育人模式。這5個方面將緊緊圍繞以學生為中心通過一系列的教育理念和舉措活動，來培養學生的創新意識、創新思維、創新能力。該育人模式體系如圖1所示。

圖1 “五位一中心”育人模式體系

3.1 以學生為中心的教育理念

以學生為中心的教育理念對于當代教育，特別是高等教育的改革具有很強的指導意義［13-14］。目前，我院的專業課都實現了基于產出導向的從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變。軟件工程創新班亦然。貫徹以學生為中心的教育理念可操作性的核心關鍵在于調整并處理好師生關系，滿足師生的共同需求。在軟件工徎創新班實踐教育教學的過程中，堅持從以下3個方面做起。

（1）理解尊重學生。教師應當理解并接受學生的優勢與弱點，特長與不足，情感和追求。當代大學生往往見多識廣，思維敏捷，勇于并善于接受新事物。教師應該與時俱進，與自己的學生同步成長，尊重學生，發揮他們最大的潛能。

（2）關愛服務學生。從學生的需求出發，換位思考，優化教育環境，為學生排憂解難。堅持言傳身教，啟迪學生，培養學生的自覺性，堅持杜絕部分學生懈怠和抄襲的不良習慣。

（3）啟發激勵學生。教師應因材施教，釋放學生的潛能和才華，不能用標準化的指標去評價，從而扼殺學生的個性。而應該激勵學生各盡其力，各顯所能，做好結果。為學生的創造力和和想象力釋放施展的空間。

3.2 項目孵化驅動的運行模式

以項目孵化形式驅動軟件工程創新班是最基礎的運行模式。具體包括以下3個方面：

（1）強調創新，精選項目。項目選擇應以應用性、創新性較強的，能夠解決社會和生活的實際問題或者某一個領域現實問題為指導，可以選擇往年的命題式競賽的項目題目、教師科研教研項目、企業實際項目作為項目來源。將之做精、做細、做到實處，項目強調文檔化和傳承性，使之能夠長久做下去，避免項目的中途夭折。

（2）以“三小”作為孵化器。“三小”項目是我校面對全體同學的特色項目，是學生進行創新創業的重要孵化平臺。經過“三小”項目立項，通過1年期的項目實施，強化創新特性，完成項目的整個生命周期。

（3）選擇賽道參加競賽。分析項目類型和特點，匹配軟件工程學科競賽賽事的特點，選擇1～2項目作為參賽賽事。依托該賽事的具體評分要求，梳理完善項目功能和應用文檔。

3.3 敏捷開發的開發過程

敏捷開發模型容易出成果，可以快速提高軟件發布周期，可以將測試人員能夠盡早參與到項目中來，及時處理需求變化和用戶反饋。每個學生都投入到一個項目實踐中，通過反復小迭代來優化，可以有較好的成就感。

軟件工程創新班項目開發過程拋棄需求分析、設計、編碼實現、測試、交付這樣的一個完整鏈條，轉而選擇初始、評估、雙迭代、交付4個階段的“雙迭代過程”［15］。測試組和開發組各自執行自己獨立的迭代過程，前后依托，注重需求，多數情況下，兩個迭代的周期不需要嚴格的同步，完成當前的迭代周期就可以自行進入下一個迭代周期。雙迭代的敏捷開發可以有效提高項目組人員效率。

3.4 產品導向的設計思想

在項目開發過程中，以用戶為中心的產品設計思想，完成從軟件開發為中心到用戶為中心產品設計的轉變，從作品提升到產品，通過產品化的3個關鍵環節，用戶分析、功能分析、流程分析來挖掘軟件項目創新點和實用性［16-17］。

以中國高校計算機大賽-微信小程序開發賽為例，其對軟件應用的產品特性是：使用體驗要求流程邏輯清晰，設計合理，重點突出，標識清楚，操作簡單，易懂易用；界面設計要求UI設計美觀，設計風格一致，核心功能突出；產品運營要求具有詳細、合理、可行的運營方案，運營方案符合微信平臺的運營規范。由此可知，項目產品化是提高項目質量的必由之路，也是實際應用的真實需求。

3.5 混合組隊的團隊建設

團隊人員應包括大一到大四不同年級的同學，以大二、大三的學生為主，大一、大四的學生為輔，每1年完成正常的新老交替，完成團隊的梯隊建設，在補充新生力量的同時，歡送老隊員的離隊。大二、大三的學生作為主力，應該作為核心中堅力量，大四的同學應該充當半個導師的角色，指導其他同學。

同時，團隊成員依據雙迭代敏捷開發過程分別擔任不同角色，如項目經理、產品經理、測試人員、開發人員等，形成測試組和開發組。一人多個角色，各盡其力，充分發揮團隊力量，同時，利用大學生利他協作學習模式產生激勵和評價。這也是軟件項目管理中最基礎的人力資源。

3.6 軟件創新大賽為核心的競賽群建設

以全國大學生軟件創新大賽為核心構建競賽群。在水平方向上，堅持以參與學校認定的學生水平高、含金量高、難度較大的中國大學生服務外包創新創業大賽、中國高校計算機大賽、全國高校大數據應用創新競賽為邊界，在垂直方向上，以各級大賽的省賽或者區域賽，如江西省計算作品等為依托，形成有所側重，但相互互補的競賽群格局。

依托競賽群，即為軟件工程創新班的項目提供出口，也可以檢驗軟件工程創新班的培養效果。建設多層級階梯狀的競賽選擇路徑，不僅是優中選優，更多的是對全體學員不同層次實踐能力的鍛煉。

4 Attack足球項目實例分析

在軟件工程創新班中，從最初的項目創意、項目團隊建設，到雙迭代敏捷開發過程、項目產品化、再到項目文檔化和參賽準備以及后續對項目的應用和推廣，整個過程中，不僅可以啟發學生創新意識、激發學生軟件開發思維，而且可以鍛煉團隊合作、解決實際問題的實踐能力，提高創新創業精神。Attack足球項目是軟件工程創新班在中國高校計算機大賽-微信小程序應用大賽國賽中獲得一等獎的作品。以此為例，進一步說明競賽牽引的“五位一中心”育人模式對創新人才培養的促進作用。

4.1 創意的由來

Attack足球的創意來源于我院學生足球隊和教工足球隊的一場比賽。比賽期間，教練使用實體戰術板做戰術指導和安排，但由于球員人數眾多，出現“擁不進、聽不清、板子小、看不見”等問題。球隊同學提議如果可以在各自手機上看到電子戰術板就好了。沿著該思路展開，結合移動端微信小程序“無需安裝、用完即走、隨時可用”的特點，從而確定了微信小程序應用項目--Attack足球。

Attack取其“進擊”之意，鼓勵人們無論是在球場上還是生活中，都應該拼搏向前，銳意進取。該項目經過同學申請，進入軟件工程創新班進行孵化，且順利入選“三小”項目。

4.2 定位和團隊

Attack足球項目經過軟件工程創新班師生對全校多個學院足球隊的需求調研，召開“頭腦風暴”會議，確定了項目的定位。如表3所示，定位描述分為實用需求、目標用戶、使用場景和功能簡述4部分。

表3 Attack足球項目定位

特別需要說明的是功能簡述中的“排兵布陣”是指挑選預設陣型或自定陣型，將隊員安排在合適的戰術位置；“實時演練”是指在球隊內的隊員可以利用手機實時在線，同步觀看已制定的戰術或者錄屏；“講解投屏”是指教練可以將戰術講解過程通過互聯網投射到網絡電視等大屏幕上，方便多人觀看；“球隊管理”是指球隊創建、增減隊員等基本管理功能。

貫徹“混合組隊”的團隊建設方案，經過內部遴選，自我推薦后由4名同學組成了“NCHU＿文體兩開花”隊，取其“編程是世界級的藝術，足球是世界級的體育，文娛與體育，兩面皆開花”之意。同時，依據“雙迭代”敏捷開發過程，以及組員的技術特點，分為測試組和開發組。團隊人員和角色分配如表4所示。

表4 團隊人員和角色分配表

4.3 產品和設計

軟件項目產品導向的3個關鍵環節是用戶分析、功能分析和流程分析，具體體現為使用體驗、界面設計和產品運營。Attack足球項目以產品導向為設計思想，以用戶體驗為中心進行產品設計。產品運營按照微信平臺的運營規范，依托微信小程序管理后臺做實施。下面主要從用戶體驗和界面設計展開。

用戶體驗的點睛之筆在于情感化設計。如圖2所示，在logo的設計部分融入足球元素，包括運動員、獎杯、計分板、足球和角旗等物品的設計布局，符合足球運動員本能的視覺感受。可以喚起參與足球運動的記憶、情感，從而對APP產生認同感。

圖2 小程序logo的設計圖

界面設計是功能分析和流程分析的用戶層呈現，尤其注重感官體驗和瀏覽體驗。如圖3所示，Attack足球主界面從V1.0版到V3.0版，完成了從功能堆疊到結構清晰，再到美感設計蛻變。又如圖4所示，將交互體驗的主要功能統一集中在主界面，通過扁平化，色彩比對，突出重點功能，適合用戶的感官體驗。

圖3 用戶界面迭代過程圖

圖4 主界面設計圖

4.4 技術和文檔

Attack足球是一個典型的具有前后端的微信小程序項目，具有數據層、服務層、控制層和表現層4層系統結構。后端服務層技術選型使用Spring Cloud Eureka＋Feign的微服務架構，數據層采用分布式的MySQL和Mybatis＋Druid連接池。前端控制層和表現層技術選型人機交互采用wxml＋wxss＋JS，前后端的通信采用官方API＋WebSocket，數據的存儲采用云開發＋云存儲。在研制過程中，前后端出現的主要技術難點及其解決方案如表5和表6所示。

表5 前端技術難點和解決方案簡表

表6 后端技術難點和解決方案簡表

軟件文檔是軟件定義的重要組成部分，是軟件項目管理和軟件開發過程中階段性交付物和里程碑，是項目進度、質量保證和管理的保障措施之一。Attack足球項目從“三小”項目中孵化，從微信小程序賽網賽起步、以第一名的成績沖出區域賽直到獲得國賽一等獎，每一個階段（里程碑）都有軟件文檔作為交付物。如表7所示。

表7 各階段軟件文檔列表

綜上所述，軟件工程創新班以學科競賽為牽引，項目孵化驅動的運行模式下，從項目孵化、成形、產出直到檢驗整個過程中，極大地考驗了學生在生產生活中發掘熱點，解決實際問題的創新意識、團隊合作開發、軟件項目管理、新技術應用、文檔寫作以及語言表達等能力。尤其是產品設計、技術難點解決、各級比賽答辯等環節，是學生的創新能力整體提升的關鍵實踐，可見軟件工程創新班對學生創新能力培養的促進作用。

5 軟件工程創新班育人模式實施成效

經過兩年的建設和培養，軟件工程創新班取得了階段性的顯著成效。

（1）促進學生創新實踐能力的成長。軟件工程創新班兩期學員共74人，營造了創新和實踐的氛圍，在項目申報、競賽成績和推免進學上都取得了顯著成績。2019年春季開班的軟件工程創新班學員積極申報，學院“三小”項目成功申報數量從2018年的45項，提高到了2019年的近80項，2020年基本和2019年持平，位于全校前茅。全體學員“三小”項目的主持或參與做到了全覆蓋，其中主持58人次。在學科競賽上，獲得省級競賽獎項的55人次，國家級競賽獎項的28人次。值得一提的是，2019年中國高校計算機大賽-微信小程序應用大賽中，“Attack足球”項目和“我去哪”項目在賽區比賽中以總分第一和第二的成績直接晉級國賽并在國賽上強勢獲得一等獎和二等獎。這是我校在該賽事上的第一次重大突破。在推免進學上，軟件工程創新班2019年和2020年各有1名同學因為學科競賽的加分，分別推免到江南大學和西北工業大學攻讀碩士學位。軟件工程創新班在促進學生個體創新實踐能力的提高上效果顯著。

（2）助推專業課程的創新教育改革。在軟件工程創新班的項目運行過程中，串聯了許多專業課的知識點和實踐內容，從而倒逼專業課程的創新教育改革。先后有6門專業課程申報為校級創新創業課程，既有學科基礎課，如程序設計基礎、面向對象程序設計基礎，也有學科核心課，如移動終端編程技術、Web技術基礎等。軟件工程創新班既從專業課程中汲取實踐經驗，又通過項目實施反哺專業課實踐環節，形成了良好的循環。

（3）補充完善現有實踐培養體系。我院現有獨立實踐環節包括大一到大三3個2周的課程設計、大一大二2個4周的小學期、大四3個6周的實習實訓和16周的畢業設計。課程設計基本在學期頭2周，小學期在7月暑假，以訓練單一能力為主，而到大四突然變成全棧全流程的畢業設計，中間缺少從點到線到面的訓練過程。軟件工程創新班的育人模式彌補了這一缺陷，從項目立項到競賽產出，是一個完整的閉環過程。經過軟件工程創新班的訓練，可以使學生順暢地進入大四的畢業設計環節。

雖然取得了比較顯著的成效，驗證了軟件工程創新班育人模式的可行性。但在人員、環境、投入、教學方法、教學內容等方面仍然存在很大的改進空間。如還需繼續改善實驗室環境，加大雙師型教師人數的投入，持續創新教學方法，優化教學內容，加大引入產研科研項目等。這是一個持續改進的過程。

6 結 語

從軟件工程學科競賽特點入手，以軟件工程創新班作為平臺，提出了以學科競賽為牽引的“五位一中心”的育人模式。該模式從運行模式、開發過程、設計思想、團隊建設和競賽群建設5個方面圍繞以學生為中心，形成了一個有機關聯的整體。從軟件工程創新班連續兩年的實踐上看，有效地增強了學生創新意識、創新能力和實踐水平，也為其他創新班提供思路。下一步的工作將主要集中在多維度的創新班建設上，結合課程思政、產研科研，進一步提升軟件工程創新班的內涵，持續提高學生的創新能力和素質。