面向復(fù)雜工程問題的CBL教學(xué)設(shè)計

林琳　年軼

[摘 要]工程教育認證對于復(fù)雜工程問題有明確的要求。需求工程課程組通過基于案例的教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生通過分析和團隊合作解決有一定復(fù)雜度的工程問題，從而提高學(xué)生掌握行業(yè)規(guī)范及獨立探索的素養(yǎng)。調(diào)查問卷表明，學(xué)生對于課程教學(xué)方法的設(shè)計滿意度較高。

[關(guān)鍵詞]復(fù)雜工程問題;工程認證;CBL;需求工程

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）04-0106-04

2016年6月，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，成為《華盛頓協(xié)議》教育體系下的正式成員國，申請通過工程教育認證的高校專業(yè)必須按照協(xié)議的要求培養(yǎng)人才[1]。《華盛頓協(xié)議》特別針對“復(fù)雜工程問題”提出了具體的要求，明確了培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)該具有的工程能力和工程素質(zhì)，這就要求高校著力培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和修養(yǎng)，使他們能夠切實具有解決工程實際問題的能力[2]。江蘇大學(xué)軟件工程專業(yè)于2019年進行了工程教育認證的現(xiàn)場考察并順利通過認證，說明專家認可了專業(yè)課程中的復(fù)雜工程問題設(shè)置。本文以軟件工程專業(yè)中的核心課程——需求工程為例，對教學(xué)設(shè)計中的復(fù)雜工程問題加以探討。

需求工程是軟件工程專業(yè)的核心課程，是應(yīng)用已證實有效的技術(shù)、方法進行需求獲取和需求分析，幫助分析人員理解問題并定義目標系統(tǒng)的所有外部特征的一門學(xué)科。本課程的任務(wù)是讓學(xué)生具有使用實際有效的建模技術(shù)、分析方法進行需求獲取、需求分析、需求建模及需求定義的能力;使得學(xué)生能通過合適的工具、記號系統(tǒng)地描述待開發(fā)系統(tǒng)及其行為特征和相關(guān)約束，形成需求文檔。教師對多種教學(xué)手段的運用，有利于學(xué)生工程意識的培養(yǎng)和工程思維的建立，讓學(xué)生在案例的引導(dǎo)下，在完成“任務(wù)”的過程中，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。

一、課程概況

需求工程是軟件工程專業(yè)理論與實踐兼具的課程，課程的教學(xué)宗旨在于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程思維能力，使他們能夠理解復(fù)雜問題涉及多方面的沖突因素，能以創(chuàng)新的思路或方法提出解決問題的方案。如果知識的傳授方式仍然沿用課堂講授的傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)將索然無味，不能保證教學(xué)效果與培養(yǎng)目標的有效達成。為此，我們將CBL教學(xué)模式[3]（Case based Learning，案例教學(xué)法）引入課程的需求獲取和需求分析等相關(guān)章節(jié)的教學(xué)中，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)過程中教師的角色，讓教師成為教學(xué)過程的組織者、引導(dǎo)者和激勵者。教學(xué)開始先按項目成組，教師通過案例構(gòu)建出一定問題域場景并設(shè)計問題。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過文獻的查閱、小組的研討以及自主學(xué)習(xí)等形式，深入理解項目建設(shè)的目標（業(yè)務(wù)需求）與需求的關(guān)聯(lián)關(guān)系;通過剖析系統(tǒng)的瓶頸問題以識別系統(tǒng)的各類架構(gòu)形式，并選擇合適的系統(tǒng)架構(gòu)形成問題解決方案。基于案例教學(xué)的流程如圖1所示。

二、面向復(fù)雜工程問題的教學(xué)過程

在以往的教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，隨著課堂內(nèi)容的逐漸深入、難度的不斷加大，一些學(xué)生開始產(chǎn)生一些畏難厭學(xué)的情緒。需求工程是軟件工程專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)選修課程，具有較強的實踐性，對知識的寬度及專業(yè)知識的綜合運用有著較高的要求。如果學(xué)生只是按照教師的要求機械地完成教師布置的任務(wù)，沒有對知識點進行深入思考，是難以真正做到融會貫通的。造成這種現(xiàn)象的根本原因是，教學(xué)內(nèi)容沒能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生沒有真正地動腦去思考。

（一）教學(xué)設(shè)計

由于大部分學(xué)生的形象思維能力較強，抽象思維能力相對較弱，教師上課時如果太強調(diào)原理的來歷、理論推導(dǎo)和論證的過程，會讓學(xué)生覺得難以理解。因此，教師在講授知識內(nèi)容時應(yīng)側(cè)重于過程性知識，以情境性為主、科學(xué)性為輔，尤其要將抽象理論及概念具體化，重點考慮如何用實際的案例和任務(wù)將課程內(nèi)容銜接起來。這樣更符合學(xué)生的認知特點，學(xué)生接受起來難度系數(shù)會大大降低。

復(fù)雜工程問題主要體現(xiàn)為兩種類型，一類是問題與解決問題，另一類則是理論、技術(shù)與方法[4]。需求工程課程著重對前一類的解決問題能力進行培養(yǎng)。教學(xué)過程設(shè)計如圖2所示。

整個過程從縱向上可分為：工程案例分析、任務(wù)案例設(shè)計、成組學(xué)習(xí)的組織、組內(nèi)角色分配及任務(wù)分解、協(xié)同學(xué)習(xí)過程、質(zhì)性評價體系的構(gòu)建。階段性的成組學(xué)習(xí)研討既要完成學(xué)習(xí)過程的跟蹤，又要解決學(xué)習(xí)過程的控制與反饋問題。CBL教學(xué)法是根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容的要求，把要學(xué)習(xí)的知識點融入具體的教學(xué)案例中。

以事務(wù)性軟件系統(tǒng)開的業(yè)務(wù)架構(gòu)為例。在事務(wù)性軟件系統(tǒng)開發(fā)這個領(lǐng)域，開發(fā)人員面對的大都是復(fù)雜系統(tǒng)，這些系統(tǒng)中的各個部分互相依賴、互相關(guān)聯(lián)和互相作用，形成一個密不可分的復(fù)雜整體。因此，開發(fā)人員同樣需要體系，需要一個能夠保證軟件開發(fā)實施過程成功的理論體系。從目前來看，業(yè)務(wù)架構(gòu)體系可以說是一個比較適合的體系。

在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生通過文獻搜索、閱讀和研究相關(guān)領(lǐng)域知識，參照案例的分析過程，經(jīng)小組分析討論和研究，形成對給定問題域背景的透徹理解。利用多種資源開展文獻檢索和資料查詢，全面地理解問題域，能為后期的學(xué)習(xí)任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

變抽象為具體。在業(yè)務(wù)架構(gòu)的情境案例設(shè)計中，應(yīng)盡量減少理論與實際應(yīng)用之間的差距。比如，業(yè)務(wù)模型概念在學(xué)生思維中的形成，就是通過對業(yè)務(wù)案例正式場景的剖析，給出實際事例，進而推出業(yè)務(wù)模型的概念，以此提高學(xué)生對抽象概念的理解能力。有些問題的設(shè)計可能與教學(xué)無關(guān)，但能夠調(diào)動學(xué)生的積極性;或者能夠引導(dǎo)學(xué)生思維，展現(xiàn)學(xué)科的邏輯魅力。這就要求教師在教學(xué)中要很好地把握教學(xué)主題，利用相關(guān)的背景知識組織教學(xué)，讓學(xué)生共同參與分析和思考，從而掌握教學(xué)內(nèi)容。

對于業(yè)務(wù)架構(gòu)的抽取，通常不是僅靠常用的方法就可以解決的，因為問題中所涉及的因素需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中要體現(xiàn)一定的創(chuàng)造性（或是自己的見解）。教師要引導(dǎo)學(xué)生基于科學(xué)原理，融合專業(yè)知識結(jié)構(gòu)，對復(fù)雜軟件工程問題進行深入研究，通過實際的工程項目開發(fā)案例，從戰(zhàn)略視角、業(yè)務(wù)視角、管理視角、數(shù)據(jù)視角、應(yīng)用視角討論案例的關(guān)聯(lián)，抽取業(yè)務(wù)域結(jié)構(gòu)，分析其活動流程、活動內(nèi)容以及活動步驟。基于上述基礎(chǔ)，教師再引領(lǐng)學(xué)生從縱向橫向上進行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)。

通過對整個業(yè)務(wù)體系的剖析，向?qū)W生展示案例場景，引導(dǎo)學(xué)生面對場景眾多沖突因素，并運用所學(xué)習(xí)的知識結(jié)構(gòu)和工程經(jīng)驗，以創(chuàng)新的思路和方法進行領(lǐng)域建模。教師先把項目完成的結(jié)果展示給學(xué)生，讓學(xué)生知道自己完成成果的預(yù)期，通過成果去激發(fā)學(xué)生的探索欲。由于只展示了結(jié)果和大致的構(gòu)架，具體的實施細節(jié)和解決方案還需要學(xué)生自己去實現(xiàn)，學(xué)生只有充分掌握學(xué)科的基本理論和方法后，才能更好地設(shè)計解決方案。

（二）教學(xué)內(nèi)容

教師在課程教學(xué)中應(yīng)充分使用CBL教學(xué)模式。CBL教學(xué)模式是以案例為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法，是在一個可控制的環(huán)境中對現(xiàn)實世界的部分情景進行模擬[5]。在案例學(xué)習(xí)提供的情景中，學(xué)生可充分運用所掌握的知識，自主地進行分析或決策[5]。CBL教學(xué)法不僅能讓學(xué)生在討論中獲得知識，而且還能通過討論提高學(xué)生的人際溝通能力。由于教學(xué)中案例真實、素材豐富，更易于學(xué)生身臨其境地認真對待、分析和解決問題。

為防止學(xué)生從網(wǎng)上復(fù)制現(xiàn)成文檔，案例分析要求每個學(xué)生以自己身邊的家人或者朋友為采訪對象，以對象從事的職業(yè)為系統(tǒng)背景，進行需求獲取和需求分析。學(xué)生依據(jù)教師的案例引導(dǎo)，圍繞目標要求，將案例分析題目拆分成相關(guān)任務(wù)，并針對具體任務(wù)從書本、中國知網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及圖書館收集資料，圍繞主題組織材料，采用訪談、頭腦風(fēng)暴等形式，通過QQ、微信等通信平臺進行多次研討。這種形式不僅消除了學(xué)習(xí)交流過程中物理空間上的隔離，而且讓學(xué)生提前體驗真實場景中進行需求獲取的情景，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。最后，要求學(xué)生按規(guī)范要求制作PPT，進行成果展示，并撰寫相關(guān)報告。具體CBL教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式、考核和成績判定方式以及形成結(jié)果見表1。

課程的項目展示主要考查學(xué)生的總結(jié)能力和表達能力。該環(huán)節(jié)要求學(xué)生在完成項目實踐后，使用PPT對自己所做工作進行總結(jié)，時間限定在6～8分鐘，考查的內(nèi)容包括PPT是否規(guī)范、美觀，結(jié)構(gòu)是否合理，以及演講人的邏輯是否清晰、演講是否生動等。

三、教學(xué)成效分析

本文對課程的教學(xué)成效評價通過課程感知、教師感知和課程價值感知三方面加以說明。感知是思維的反應(yīng)，是理性的，是通過思維對客觀分析后的反應(yīng)，是通過分析得出的對某事的看法[6]。課程結(jié)束后，發(fā)放給學(xué)生問卷樣本75份，收回有效問卷63份，占總樣本數(shù)的84%。問卷的選擇項中包括完全同意、比較同意、不太同意、完全不同意4個選項。

在對于課程的感知上，我們設(shè)計了課時安排、教學(xué)內(nèi)容、上課形式、互動情況、考核方式、理論與實踐結(jié)合6個維度加以分析。從圖3中可見，總體評價呈良好態(tài)勢，但是在課程的互動性、理論與實踐結(jié)合兩個維度上，基本同意的占比較高。可見，這兩個維度是今后課程持續(xù)改進的主要關(guān)注點。

在對教師的感知上，從教師的教學(xué)態(tài)度、教師的專業(yè)知識面、教學(xué)方式、案例形式、引導(dǎo)學(xué)生思考、課后回答學(xué)生問題等6個維度統(tǒng)計了學(xué)生的評價，如圖4所示，總體呈良好態(tài)勢。其中，教學(xué)態(tài)度獲得了學(xué)生的高度認可。而教師積極引導(dǎo)學(xué)生思考方面，基本同意占比稍高，而這與課程互動的設(shè)計密切相關(guān)，兩者間具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，是課程持續(xù)改進的關(guān)注點。

在對課程價值感知上，如圖5所示，從拓展了學(xué)生的視野、提高了學(xué)生的專業(yè)能力、激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、有助于學(xué)生的自動性學(xué)習(xí)能力、對學(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展有幫助、啟發(fā)了學(xué)生的思維等6個維度統(tǒng)計了學(xué)生的評價，總體呈良好態(tài)勢，尤其在啟發(fā)了學(xué)生的思維上獲得了更多認可。

四、結(jié)語

教學(xué)過程中，通過教師的講述和自己的思考，學(xué)生對很多概念和課程內(nèi)容的理解比之前深刻。如某組學(xué)生就“網(wǎng)上招聘代理系統(tǒng)”案例進行分析，但在分析過程中如果重點關(guān)注招聘的內(nèi)涵，而忽略了招聘的外延，其獲得的結(jié)果就會“失之毫厘，謬以千里”。蘇軾有詩：“橫看成嶺側(cè)成峰，遠近高低各不同。”這句千古名句告訴人們，觀察事物與所處角度有關(guān)。為此，案例教學(xué)法的實施，不只是將案例以實例的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，而是要將案例與一系列問題相結(jié)合，讓學(xué)生真正地理解案例背后的原理及方法，讓學(xué)生自己基于科學(xué)原理，融合專業(yè)知識結(jié)構(gòu)，對復(fù)雜軟件工程問題進行深入研究，最終解決問題。否則一旦問題出現(xiàn)變更，學(xué)生就會束手無策。

教育的重要內(nèi)容不是知識的灌輸，而是讓學(xué)生學(xué)會推理、決策和解決生活中隨處可見的復(fù)雜問題。“授人以魚不如授人以漁”，課改的本質(zhì)不只是傳授給學(xué)生既有知識，而是要傳授給學(xué)生學(xué)習(xí)知識的方法。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]