軟件工程人才實踐培養(yǎng)模式探究

石兵 李連欣 饒文碧

摘 要：對軟件工程專業(yè)人才實踐創(chuàng)新培養(yǎng)模式進行探索，瞄準軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)急需解決的兩大教學難題，借鑒多元協(xié)同理念，開展一系列多層次的教學研究與改革，包括：推進多元協(xié)同的軟件工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究與實踐;以計算思維與程序設計、軟件工程和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，科學重組課程體系，整體優(yōu)化教學內容，促進科教融合，構建開放式、多層次實踐教學體系;科教融合，校企合作，創(chuàng)建“以學生為中心”的實踐教學云平臺，推進虛實結合、開放共享學習模式改革。該探索對促進軟件工程專業(yè)發(fā)展、提高教學質量有較大作用和意義。

關鍵詞：軟件工程;實踐創(chuàng)新;教學改革

DOI：10. 11907/rjdk. 192421 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）007-0236-05

A Study on the Practice Training Model for Software Engineering Undergraduates

SHI Bing， LI Lian-xin， RAO Wen-bi

（School of Computer Science and Technology， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China）

Abstract： This paper discusses and explores the practice innovation training for software engineering undergraduates with the aim to solve the two major teaching problems urgently needed to be solved in the training of software engineering professionals， and draws on a multi-level collaborative concept to carry out a series of multi-level teaching research. In more detail， this paper promotes the research of multi-disciplinary software engineering practice innovation ability training mode. Furthermore， this paper reorganizes the curriculum system based on computational thinking and programming skill， software engineering and innovation ability training， in order to optimize the teaching content as a whole and promote the integration of science and education， and build an open and multi-level practical teaching system. This paper also integrates science and education， school-enterprise cooperation， in order to create a student-centered practical teaching cloud platform， and promote the reform of the combination of virtual， real and open sharing learning model. This study can play an important role for promoting the development of software engineering and improving the quality of teaching.

Key Words： software engineering; practical training innovation; teaching reform

0 引言

當前，計算機技術已從初期的科學計算與信息處理進入到以移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算與大數(shù)據(jù)為主要特征的新時代，新的商業(yè)模式和應用均依賴于各類復雜軟件系統(tǒng)。因此，培養(yǎng)具備系統(tǒng)能力的軟件工程專業(yè)人才已成為國內外教育專家的共識。國家創(chuàng)新體系建設進程與大學創(chuàng)新性人才培養(yǎng)力度息息相關。劉永彬等[1]指出各種新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)品在國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略背景下不斷涌現(xiàn)，這一現(xiàn)象有效激發(fā)了社會創(chuàng)造力并推動了國民經(jīng)濟快速發(fā)展。在這種背景下，我國高校軟件工程專業(yè)提出構建與時俱進的人才培養(yǎng)模式、實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，培養(yǎng)適應能力強、實干精神強、創(chuàng)新意識強，具有國際競爭力的人才。同時，工程實踐能力在軟件工程專業(yè)中也越發(fā)重要，實踐教學作為教學整體的重要組成部分，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、實踐能力、分析問題、解決問題的能力等方面起著不可替代的作用。

目前，國內外許多學者對軟件工程人才實踐培養(yǎng)模式進行了研究。Gou等[2]根據(jù)海外華文大學軟件工程專業(yè)自身情況，提出了一種軟件工程校企合作項目實踐培訓模式改革方案。它根據(jù)學生類型的不同而細分，并在校園、省外（省內）和國外（原地區(qū)）進行，使得高年級本科生充分了解企業(yè)需求，并不斷提高自身能力水平;Zhang等[3]以同濟大學工程能力訓練為導向，提出了一種計算機專業(yè)“多重耦合貫穿式”教學模式改革方案;Wei等[4]基于O2O學習模式構建以學習者為中心的教學改革框架，并取得了良好效果;謝雅等[5]提出了一種在新工科背景下的軟件工程課程教學改革整體框架，該框架從學習資源庫、教學團隊、角色課堂、評價體系4個方面構建了以學生為中心的“四位一體”的教學模式，以提高學生項目開發(fā)實踐能力，提高人才培養(yǎng)質量;張靖等[6]結合行業(yè)和企業(yè)需求，實施PTC（崗位、課程、能力）聯(lián)合培養(yǎng)，探索“四階段、四級”校企聯(lián)合培養(yǎng)軟件工程應用型人才模式和機制。本文探索與上述研究不同，主要借鑒多元協(xié)同理念，開展一系列多層次的教學研究與改革，包括：①推進多元協(xié)同的軟件工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究與實踐;②以計算思維與程序設計、軟件工程和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，科學地重組課程體系，整體優(yōu)化教學內容，促進科教融合，構建開放式、多層次實踐教學體系;③科教融合、校企合作，創(chuàng)建“以學生為中心”的實踐教學云平臺，推進虛實結合、開放共享學習模式改革。

通過實踐創(chuàng)新培養(yǎng)模式建設，樹立以學生為中心的教育教學理念，尊重學生個性發(fā)展。培養(yǎng)具有軟件工程專業(yè)共有基礎知識，系統(tǒng)掌握軟件工程科學理論，在某一領域具有特長、具備創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的軟件工程專業(yè)高級專門人才，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高素質人才。

軟件工程專業(yè)是一個實踐性很強的專業(yè)，在實踐教學中，傳統(tǒng)培養(yǎng)模式遠遠不能滿足當前教育體制下的教學需要。為創(chuàng)新人才培養(yǎng)開創(chuàng)新局面，有必要探索創(chuàng)新實踐訓練的新模式。要推進以人為本的培養(yǎng)模式，根據(jù)學生個體差異及個性發(fā)展情況，組織多元化教學，營造有利于創(chuàng)新素質培養(yǎng)的良好環(huán)境。

1 實踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

創(chuàng)新是計算機行業(yè)人才的一致追求，計算機技術的創(chuàng)新使軟件工程應用更加廣泛，也促進了計算機產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。因此，實踐創(chuàng)新培養(yǎng)模式對于軟件工程人才培養(yǎng)具有十分重要的意義。培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的軟件工程人才有兩個急需解決的問題：①培養(yǎng)模式與教學內容滯后于軟件工程技術的快速發(fā)展，需要多元協(xié)同構建先進的人才培養(yǎng)模式、教學與實踐體系及平臺;②傳統(tǒng)培養(yǎng)體系主要以知識為導向進行構建，需要以能力導向觀和貫通思想實現(xiàn)課程體系及實踐教學體系改革。

針對上述問題，國內各高校紛紛結合自身特色對計算機相關專業(yè)實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制進行研究，如：哈爾濱工業(yè)大學計算機學院將企業(yè)培訓資源和科研成果融入大學人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)，形成了具有特色的工程實踐教育模式和人才培養(yǎng)機制;南京大學在軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)機制、實踐教學體系方面進行了大量研究與實踐，并在此基礎上建設了國家級實驗教學示范中心;清華大學、北京航空航天大學、浙江大學、西北工業(yè)大學、國防科技大學、華中科技大學和武漢大學等以增強學生的系統(tǒng)設計與創(chuàng)新能力為重點，對計算機相關專業(yè)學生能力培養(yǎng)和實踐教學體系進行研究與實踐，取得了寶貴經(jīng)驗，發(fā)揮了示范作用。

國內各高校無論是在軟件工程相關專業(yè)實踐教學模式構建、教學體系優(yōu)化與實施，還是在實驗平臺搭建等方面都在不斷尋求改革與創(chuàng)新。武漢理工大學計算機科學與技術學院軟件工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具有軟件工程領域扎實的基礎理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識，能夠適應學科進步及軟件產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)需要的復合型創(chuàng)新人才，建設國內外有一定影響力的軟件工程研究與應用團隊，與實際應用領域相結合，形成面向領域和面向服務的方法與技術，促進成果轉化，發(fā)揮科研的社會價值。本文基于武漢理工大學學科特點和人才培養(yǎng)定位，對軟件工程專業(yè)人才實踐創(chuàng)新培養(yǎng)模式進行探索與實踐，瞄準軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)急需解決的兩大教學難題，借鑒多元協(xié)同理念，開展一系列多層次的教學研究與改革，在專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革、實踐教學體系建設與改革、實驗平臺建設、教學方法改革等方面，推出一套提升軟件工程專業(yè)人才實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)質量的改革機制，為軟件工程專業(yè)建設與發(fā)展起到示范和帶動作用。

2 實踐創(chuàng)新培養(yǎng)模式探索

對于軟件工程人才實踐創(chuàng)新模式的探索與實踐，本文提出如下4點目標：與國家和地方行業(yè)需求、學校專業(yè)特色和優(yōu)勢相結合，多元協(xié)同（學校與行業(yè)協(xié)同、學校與企業(yè)協(xié)同、教學與科研協(xié)同、多學科交叉等）創(chuàng)建軟件工程專業(yè)人才實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式;依托產(chǎn)學研人才基地和實驗實踐教學平臺，以四類實踐能力（計算思維能力、程序設計能力、算法設計與分析能力和復雜軟件系統(tǒng)能力）與三類創(chuàng)新能力（工程創(chuàng)新能力、科研創(chuàng)新能力和交叉應用創(chuàng)新能力）培養(yǎng)為目標，以優(yōu)秀教學團隊為支撐，對課程體系進行改革;建設開放式、多層次的實踐教學體系，依托科研優(yōu)勢和校企合作機制，建設以學生為中心的實踐教學云平臺，為軟件工程專業(yè)的建設和發(fā)展起到示范和帶動作用，同時帶動其它計算機相關專業(yè)建設和改革，推動學生實踐創(chuàng)新能力整體提升。

2.1 研究并實踐多元化的軟件工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式

創(chuàng)建“校研企”深度融合的協(xié)同育人新機制和多維度教學組織機制，在此基礎上，建立理論教學、實驗教學、科學研究、工程實踐相互滲透的教學模式，構建“校研企”協(xié)同教育平臺。

立足武漢理工大學三大行業(yè)特色及數(shù)字傳播工程特色的計算機交叉學科融合實踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，依托武漢理工大學湖北省交通物聯(lián)網(wǎng)重點實驗室工程中心，面向湖北省信息技術戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型升級，加強與學?！敖煌ㄆ嚒碧厣袠I(yè)交叉融合，建設基于物聯(lián)網(wǎng)技術的車聯(lián)網(wǎng)、船聯(lián)網(wǎng)、物流信息管理等計算機實訓平臺。依托湖北省數(shù)字傳播工程中心、藏文化數(shù)字化國家工程中心、新聞出版廣電總局出版融合重點實驗室等，服務于國內首個開設的軟件工程（數(shù)字傳播工程）試點班建設，研究交叉學科人才培養(yǎng)模式，圍繞新媒體與數(shù)字傳播工程組建教學團隊建設，開設系列軟件工程與數(shù)字傳播工程學科交叉特色課程，同時邀請長江傳媒、湖北日報、廣電等企業(yè)導師合作授課，形成“產(chǎn)學研+交叉學科融合”的一體化生態(tài)閉環(huán)培養(yǎng)體系。

2.2 規(guī)劃重組課程體系，推進教學團隊建設并完善科教協(xié)同育人機制

以計算思維與程序設計、軟件工程系統(tǒng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線重組軟件工程課程體系，整體優(yōu)化教學內容，包括如下幾個方面：

（1）完善計算機大類培養(yǎng)模式與課程體系。前3學期統(tǒng)一設置大類平臺課程，著重于計算機基礎與系統(tǒng)的理解與應用，后5學期為專業(yè)核心與綜合教學階段，強調學生工程性、系統(tǒng)性、應用性、創(chuàng)新性和復雜工程問題解決能力培養(yǎng)。

（2）強調課程融合與創(chuàng)新。融合數(shù)學、思維、程序設計與算法等相關課程內容，從底層思維到形式化描述再到算法設計，構建計算思維及算法設計能力培養(yǎng)教學體系;融匯貫通軟件工程類課程知識體系，以復雜軟件系統(tǒng)設計為統(tǒng)一視圖，建立層次化、循序遞進、開放式的復雜軟件系統(tǒng)能力培養(yǎng)教學體系。

（3）強化多元合作的實驗實訓教學。與華為、中軟國際等企業(yè)合作，引入業(yè)界導師課程，通過線上線下結合方式，幫助學生走進產(chǎn)業(yè)前沿、了解行業(yè)發(fā)展，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、開拓意識的軟件工程人才奠定良好基礎。此外，在軟件工程卓越工程師班進行試點，與華為武研所深度合作探索理論課程共建、實習實訓共建等課程改革。

在優(yōu)化課程體系基礎上，通過專業(yè)責任教授帶動、企業(yè)合作、國內外交流等方式，以計算思維、系統(tǒng)能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線科學地建立課程群，重點打造計算思維與程序設計、復雜軟件系統(tǒng)能力培養(yǎng)、軟件工程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)等優(yōu)秀教學團隊，形成勇于探索先進教學方法、服務于計算機教育改革和發(fā)展、致力于高素質創(chuàng)新人才培養(yǎng)、鍛煉高素質教學與學術骨干人才的良好氛圍，推進教學改革。在教學方法上，以學生為中心，引入面向問題式、案例驅動式、MOOC與翻轉課堂、探究式、突破時間和空間限制的開放式教學方法，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思辨能力。

依托課程群建設教學團隊，從橫向和縱向兩個維度分別建立課程群團隊之間及內部教學研討平臺和機制，推動團隊教師之間的緊密合作，提高團隊教學質量;加強青年教學名師的培育和遴選，采用以老帶新、集體備課、鼓勵海外進修等方式提高教學能力;積極引導并將學科研究新進展、實踐發(fā)展新經(jīng)驗、社會需求新變化、產(chǎn)業(yè)變革新技術引入教學內容，按照國家精品課程“雙萬計劃”相關標準與要求打造“金課”，提高教學質量。

在課程體系改革和課程教學團隊建設基礎上，科教融合推進科教協(xié)同育人機制。以高水平科學研究支撐高質量本科人才培養(yǎng)，完善學?？蒲锌己嗽u價制度，鼓勵和支持教師將最新科研成果及時轉化為專業(yè)教學內容，依托個人科研項目和科研成果，開發(fā)、開設新課程、新實驗項目，出版學科前沿領域新教材;鼓勵教師指導學生進行科技創(chuàng)新實踐訓練，組織學生開展畢業(yè)實習、畢業(yè)設計;繼續(xù)推進科研基地向本科生開放，為本科生參與科研創(chuàng)造條件，推動學生早進課題、早進實驗室、早進團隊，為本科生參與科研創(chuàng)造條件，建立科教融合、相互促進的協(xié)同培養(yǎng)機制;鼓勵和支持教師利用科研成果、專利與學生創(chuàng)業(yè)團隊合作開展師生共創(chuàng)，推進科技成果轉化，打造有影響力的大學生創(chuàng)業(yè)團隊和創(chuàng)業(yè)企業(yè)。

2.3 構建開放式、多層次實踐教學體系

與培養(yǎng)目標和理論教學相呼應，系統(tǒng)地統(tǒng)籌規(guī)劃實驗課程體系和教學內容，建立開放式、多層次實踐教學體系，為學生提供一種全面的能力培養(yǎng)方案和個性化成長途徑，具體如圖1所示。

在專業(yè)基礎能力形成階段，以加強計算思維與算法設計、軟件編程基礎能力培養(yǎng)為主線進行課程設置，并與華為等企業(yè)合作建設編程思想、編程規(guī)范、軟硬件貫通實驗等課程。

在自主與綜合能力培養(yǎng)階段，按照貫通思路設計系列課程及實驗實踐環(huán)節(jié)，通過大型軟件工程項目實訓、傳播大數(shù)據(jù)技術綜合實訓、企業(yè)協(xié)同復雜軟件系統(tǒng)綜合實訓等環(huán)節(jié)訓練學生對復雜工程問題的架構、綜合設計和求解能力，并以第二課堂為補充進行自主與綜合能力訓練。

在創(chuàng)新能力培養(yǎng)階段，依托科研優(yōu)勢及與大型企業(yè)合作，將先進的科研成果和企業(yè)工程技術轉化為教學資源，同時以科技創(chuàng)新競賽為牽引、以實訓環(huán)節(jié)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動為基礎，強化軟件工程科技創(chuàng)新、工程創(chuàng)新和交叉應用創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

圖1 開放式、多層次實踐教學體系

2.4 集成創(chuàng)建開放運行的實踐教學云平臺

結合通識、基礎、創(chuàng)新等不同層面的實驗教學需求，利用云計算及虛擬化等技術，集成構建能夠提供個性化服務、實驗環(huán)境規(guī)范、開放程度高、以學生為中心的實踐教學云平臺體系。該體系包括5個子平臺和1個覆蓋全中心的實踐教學云平臺，5個子平臺分別是：計算機公共基礎、計算系統(tǒng)與軟硬件基礎、復雜軟件系統(tǒng)設計與開發(fā)、工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓平臺。

通過科教結合、校企合作，整合教學資源，分階段建設武漢理工大學軟件工程實踐教學網(wǎng)上資源，包括：計算機公共基礎和個性化課程類、軟件工程專業(yè)基礎類、專業(yè)綜合類、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類等。借助該平臺，學生可以在任何時間、任何地點、任何終端進行在線學習、實驗、作業(yè)提交等活動，實現(xiàn)基于云平臺的開放式實驗教學與管理，同時支持實驗的自助式服務、實驗課程跨學期彈性實施。

建立基于實踐教學云平臺的能力評估機制，依托云平臺整合各類資源，對學生的課程學習/實驗/實訓/競賽/創(chuàng)新活動等進行記錄和軌跡跟蹤，通過相應數(shù)據(jù)分析和挖掘技術，掌握學生的能力成長路徑、學習情況等信息，構建社會需求、實踐項目、能力達成度、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等評估和信息反饋機制，為教學過程的持續(xù)改進提供數(shù)據(jù)依據(jù)，促進學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制的不斷完善。

按照本科教育課程建設新要求，打造“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的虛擬仿真“金課”，課程內容反映前沿性和時代性，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。軟件工程專業(yè)積極建設國家虛擬仿真實驗教學項目，拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平，進一步破解實驗實訓難點問題。

3 實踐創(chuàng)新培養(yǎng)模式的實施方案

軟件工程專業(yè)人才實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制主要分為三大模塊：以能力導向觀創(chuàng)新多元化人才培養(yǎng)模式、以系統(tǒng)教育觀改革課程體系和多層開發(fā)的實踐教學體系、以學生主體觀創(chuàng)建先進的教學平臺、資源和方法，具體實施方案如圖2所示。

在上述方案中，著重結合武漢理工大學行業(yè)優(yōu)勢和特色，深化與華為公司、中軟國際等行業(yè)領軍企業(yè)合作，建設軟件工程專業(yè)面向可持續(xù)競爭力的人才培養(yǎng)體系。強化“武漢理工大學-華為公司ICT創(chuàng)新人才中心”、“武漢理工大學—中軟國際國家級實踐教育基地”建設，建設校院兩級校企聯(lián)合培養(yǎng)基地，為學生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供工程教育生態(tài)環(huán)境，與華為、百度等世界500強企業(yè)合作， 加強實踐教學內容的工程性、綜合性、先進性、創(chuàng)新性，打造實驗實訓精品課程。借助教育部修購計劃和企業(yè)力量，建設國內領先的“軟件工程”專業(yè)實驗實踐平臺，在實踐教學體系、實驗條件、實驗課程、教學團隊、開放運行模式與管理機制等方面強化湖北省計算機實驗教學中心建設。推進湖北省交通物聯(lián)網(wǎng)重點實驗室、湖北省數(shù)字傳播工程中心等科研基地向本科生開放，提升學生創(chuàng)新精神和科研能力。指導學生參加課外科技競賽活動，并舉辦省級以上的專業(yè)品牌大賽。建設軟件工程（數(shù)字傳播方向）試點班和軟件工程（卓越工程師）試點班，實踐“學科交叉+科教協(xié)同+校企協(xié)同”工程化育人模式，突出科技創(chuàng)新能力和交叉應用創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

進一步豐富“軟件工程概論”“信息安全概論”“多媒體技術與數(shù)字傳播概述”等一系列通識課程內容，加強文化素質類選修課程建設，打造高質量的專業(yè)通識教育課程群;按照系統(tǒng)化教育和貫通教學思路，建設程序設計、計算思維與算法設計、計算機系統(tǒng)、數(shù)字傳播工程和大數(shù)據(jù)等專業(yè)教育課程群，并與華為、中軟國際、亞馬遜、高通等知名企業(yè)合作，依托科研成果和國家級實踐教學基地，強化課程內容的工程性綜合性、先進性和可持續(xù)性;依托“交通物聯(lián)網(wǎng)技術湖北省重點實驗室”“湖北省數(shù)字出版工程技術研究中心”等研究和工程基地，設立“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”特色課程群。同時，聘請行業(yè)知名企業(yè)導師，植入“專業(yè)教育”“職業(yè)教育”等課程。

4 結語

本文對軟件工程人才實踐創(chuàng)新培養(yǎng)模式進行了探討，結合國家和地方行業(yè)需求、學校專業(yè)特色和優(yōu)勢，制定了以能力培養(yǎng)導向的實踐教學體系為主線，以創(chuàng)建多元化協(xié)同育人模式為重點，以實踐創(chuàng)新教學云平臺為支撐的多元合作、深度融合、協(xié)同創(chuàng)新的軟件工程專業(yè)人才實踐培養(yǎng)模式和具體改革內容，制定了實施方案。基于本文提出的軟件工程創(chuàng)新實踐培養(yǎng)模式，將進一步提升人才培養(yǎng)質量，為社會培養(yǎng)出大量優(yōu)秀的具有突出創(chuàng)新能力的軟件工程專業(yè)人才。

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（責任編輯：孫 娟）