理論實踐融合教學法在軟件工程課程中的研究與實踐

岳川　張健　劉桃麗

摘? 要：針對高等學校軟件工程專業(yè)的軟件工程課程在教學過程中存在的三個問題，即理論與實踐脫節(jié)、學生所學的專業(yè)知識與企業(yè)使用的技術(shù)和方法脫節(jié)以及教師的授課方式與企業(yè)的培訓方式存在較大的差異，分析解決這三個問題的思路、必要性和可行性，提出一種理論與實踐相融合的教學方法。該教學方法不再區(qū)分理論課和實踐課，而是將它們?nèi)诤显谝黄疬M行教學。通過近兩年的教學數(shù)據(jù)對比，顯示該教學法效果良好。

關(guān)鍵詞：理論實踐融合教學法;軟件工程;校企合作

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）05-0062-05

Abstract： This paper discusses the three problems existing in the teaching process of Software Engineering course of software engineering major in colleges and universities： disconnection between theory and practice;the professional knowledge learned by students disconnected from the technology and methods used by enterprises;a big difference between the teaching method of teachers and the training method of enterprises.This study analyzes the ideas， necessity and feasibility of solving these three problems， and puts forward a teaching method that integrates theory and practice. The study shows that the teaching method no longer distinguishes between theoretical and practical courses， but blends them together for teaching.The comparison of teaching data in the past two years shows that the teaching method is effective.

Keywords： theory and practice integrated teaching method; Software Engineering; university-enterprise cooperation

在我國經(jīng)濟高質(zhì)量的發(fā)展中，包括軟件及其產(chǎn)業(yè)鏈的信息技術(shù)發(fā)揮了基礎(chǔ)性、支撐性和戰(zhàn)略性的作用，推動了信息化與工業(yè)化的融合，促進了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，維護了國家的安全。2020年7月27日，國務院印發(fā)了《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》（國發(fā)〔2020〕8號）[1]，該政策明確指出：軟件產(chǎn)業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的核心，是引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量。相關(guān)政策的出臺，極大地提升了軟件相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動力，也為軟件產(chǎn)業(yè)進一步的提升注入活力，相關(guān)環(huán)境的改善也提升了產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力和發(fā)展質(zhì)量。數(shù)據(jù)顯示，2020年1-10月，在新冠肺炎疫情的不利環(huán)境下，我國軟件行業(yè)仍實現(xiàn)利潤8 026億元，勞動生產(chǎn)力位于各行業(yè)之首[2]。在此大背景下，加強高校軟件專業(yè)建設，支持產(chǎn)教融合發(fā)展已成為一個大的發(fā)展趨勢。軟件工程專業(yè)作為高校培養(yǎng)軟件相關(guān)產(chǎn)業(yè)人才的主要專業(yè)，如何培養(yǎng)出符合產(chǎn)業(yè)需求、能提升產(chǎn)業(yè)質(zhì)量的人才，是擺在軟件工程專業(yè)教師面前的一個值得思考的問題。

為此，本文擬提出一種理論與實踐相融合的教學新方法，并成功應用于軟件工程課程的教學之中。這種教學方法的實施，除了能極大地改善傳統(tǒng)教學方法的不足外，可望開辟高校教學的新途徑，進而對信息產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展提供應用型人才支撐。

一、軟件工程課程教學現(xiàn)狀

軟件工程課程主要介紹了軟件工程的基本概念和基本原理，重點是軟件過程中的四項基本活動：軟件規(guī)格說明、軟件設計與實現(xiàn)、軟件確認和軟件演化[3]。該課程是軟件工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的核心課程。對培養(yǎng)學生在實際項目中的知識應用和理論實踐能力非常重要，其教學效果會很大程度上影響專業(yè)人才的培養(yǎng)成效。在卓越工程師培養(yǎng)、新工科等政策和概念提出后，各高校在軟件工程課程教學中都進行了大量各具特色的改革，逐漸重視工程實踐能力的培養(yǎng)[4-5]，加大了產(chǎn)學結(jié)合的力度[6]。在工程教育的背景下，進而又提出了面向產(chǎn)出（OBE）的教育新理念[7]。這些改革措施已經(jīng)獲得了較好的教學效果[8]，但縱觀國內(nèi)大部分高校，軟件工程專業(yè)改革的過程中也暴露了諸多問題，大致可以總結(jié)為三點：（1）教學中理論與實踐脫節(jié)，學生學習效率不高;（2）學校所教授的內(nèi)容與企業(yè)使用的技術(shù)方法脫節(jié);（3）教師的授課方式和企業(yè)的培訓方式差異大。

這些問題同樣出現(xiàn)在廣東海洋大學軟件工程專業(yè)的管理和建設中。針對以上問題，本課題組對軟件工程課程進行了深入的改革，在課程教學中推廣理論和實踐相融合的教學方法，收到了顯著的教學效果。本文通過介紹和總結(jié)這一教學改革成果，期待該成果推廣到其他高校的軟件工程專業(yè)，提高高等學校軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

二、問題分析

目前，在軟件工程課程中，理論教學和實踐培訓還是兩個相對獨立的環(huán)節(jié)。以廣東海洋大學之前的教學管理為例，軟件工程相關(guān)課程安排在三個學期中，從大二下學期到大三下學期，依次為：軟件工程Ⅰ、軟件工程Ⅱ和軟件工程實踐，這三門課在軟件工程專業(yè)中的定位可參照表1。在大二下學期講授軟件工程Ⅰ，主要介紹軟件工程的基本概念，軟件企業(yè)商業(yè)策劃的基本知識和方法，軟件項目規(guī)劃和管理的基本知識和方法，軟件需求工程的需求獲取、需求分析、需求規(guī)約以及需求變更管理的基本知識和方法;能夠應用所學知識和掌握的方法參與中小型軟件企業(yè)商業(yè)策劃、項目規(guī)劃管理和軟件需求分析與管理等實際工作;大三上學期講授軟件工程Ⅱ，以實際案例為切入點，講解如何針對具體項目進行需求分析、系統(tǒng)設計等內(nèi)容，并介紹相關(guān)的UML圖的畫法、產(chǎn)出文檔和編程技術(shù);大三下學期進行軟件工程實踐，是一個綜合性的軟件項目開發(fā)實踐課程。用一個實際項目來覆蓋軟件工程項目的基本流程，包括項目規(guī)劃、需求分析、系統(tǒng)設計、詳細設計、編碼實現(xiàn)、系統(tǒng)集成與測試、軟件驗收及交付等內(nèi)容，通過該實踐來提升學生將軟件工程課程的理論知識運用到實際項目中，完成文檔和代碼編寫的能力。這樣的安排兼顧了理論學習、知識應用和項目實踐。但在實際的操作中，受到教室到實驗室的空間阻隔和理論課到實驗課（實踐課）的時間阻隔的影響，學生在課堂上學習知識的同時并不能及時地進行實踐操作，影響了學生對于知識的消化吸收。另外，三個學期的學習，由于時間跨度長，導致在進行實踐課程時，學生又淡忘了理論知識，使教學和實踐的效果大打折扣。

眾所周知，軟件行業(yè)的技術(shù)更新速度快，特別是在提倡創(chuàng)新的大背景下，企業(yè)會傾向?qū)W習和使用新技術(shù)以提升自身產(chǎn)品的競爭力。而學校所教授的內(nèi)容往往需要按著教學大綱的要求來教學，教學大綱的更新頻率很難跟上企業(yè)技術(shù)的迭代速度，學生從學校畢業(yè)進入企業(yè)往往要進行二次培訓才能勝任相關(guān)工作。這種學校培養(yǎng)內(nèi)容和企業(yè)需求不完全匹配的情況影響了學校教育對于軟件產(chǎn)業(yè)的貢獻。

另外，學校的教師隊伍普遍缺乏工程實踐的經(jīng)歷，難于勝任卓越工程師的培養(yǎng)任務。學校教師往往是由博士、碩士畢業(yè)后直接進入高校做教師，其中大部分人沒有參與過企業(yè)的工程項目，沒有工程實踐的經(jīng)驗，導致了學校教育方式與企業(yè)培養(yǎng)方式之間存在偏差。

三、理論實踐融合教學法的探索和改進

針對以上的問題，在軟件工程課程教學過程中，本課題圍繞著“如何將理論與實踐、學校教學培養(yǎng)和企業(yè)需求有機地融為一體”這一目標開展工作。在相關(guān)教學管理細則制定、理論與實踐相融合教學法的實踐、教學平臺軟硬件搭建等方面進行了有益的探索和改進。

（一）教學管理

經(jīng)過課題組的申報，學校審批通過成立軟件工程卓越班。通過廣東海洋大學軟件工程專業(yè)2017級的學生自愿報名，軟件工程專業(yè)導師組集中面試、擇優(yōu)錄取的方式，組建了由40名學生組成的軟件工程卓越班。卓越班的學生在固定的機房上課，每名學生配有一臺電腦，學生的所有專業(yè)課的學習均在此機房中進行，且平時可以在機房個人位置上自習。組建班級后，更新調(diào)整了原來的培養(yǎng)方案，并制定了相關(guān)的管理細則和卓越班考核標準，該班級采用末位淘汰制：每學期學生期末成績的績點如果低于普通班任何一名學生，即被淘汰;如果績點高于普通班所有學生，但在卓越班排名后三名，亦被淘汰。嚴格的考核機制給卓越班的學生更多的學習動力。

（二）理論與實踐融合

將理論實踐融合教學法融入到軟件工程課程的日常教學中，需要針對軟件工程專業(yè)的特點，結(jié)合應用型人才培養(yǎng)的基本定位，構(gòu)建模擬企業(yè)真實軟件開發(fā)的教學實踐環(huán)境，并在這一教學環(huán)境下進行專業(yè)理論和專業(yè)實踐的全部教學活動。在卓越班的教學中，教師需要將講授的內(nèi)容進行知識點拆分，將單個知識點的講授時間控制在10分鐘左右;每個知識點，都經(jīng)過教師講解介紹、相關(guān)案例的解析、學生動手實踐及教師點評的四個基本步驟。以軟件工程課程的需求分析章節(jié)為例，該教學法的授課方式和原授課方式的對比請參考表2和表3。理論實踐融合教學法最大的特點是將之前放在三個學期的三項教學活動，分解融合在多個15～20分鐘的時間里。在固定的機房中，這種授課方式可以大大地方便學生在學習知識的同時實時地實操練習，并且學生和老師的屏幕可以互相分享，讓教師可以隨時看到學生的練習情況，并和其他學生一起對某名同學的實踐情況進行點評和分析，對于一些常見易犯的錯誤，方便及時糾正。而在以前的教學模式中，學生認知錯誤的發(fā)現(xiàn)往往要等到實驗課或者第二學期的實踐課，實驗報告提交給老師后才能發(fā)現(xiàn)并糾正。同時在這樣的環(huán)境下，老師和學生的溝通大大增加，由于交流而產(chǎn)生的思想碰撞也增多了，這樣學生對于知識的深入理解提供了很好的支持，課堂的活躍度，學生的學習興趣都有大幅提高。這種課堂傳授的理論知識實時讓學生進行動手實踐，最大程度地提升理論和實踐的融合度的方式，消除了之前理論課、實踐課排課時間間隔長的影響，提升學生對于知識的消化吸收。

（三）學校與企業(yè)融合

為了更好地在軟件工程課程教學中應用理論實踐教學法，模擬企業(yè)真實軟件開發(fā)的教學實踐環(huán)境是硬件基礎(chǔ)。在此環(huán)境中，一款軟件/文檔版本管理工具是必不可少的，之前學校的實踐教學中，代碼、文檔管理往往是由學生個人把控，這并不符合企業(yè)對于工程師的要求。引入一套全流程的管理工具，目前使用Git相關(guān)軟件，包括需求管理、文檔管理、代碼管理和測試管理等內(nèi)容。在日常課程中，學生所有的實踐、練習、作業(yè)，都上傳到GitHub上進行統(tǒng)一備份，這樣所有的材料都可以永久保留，以便學生之后對內(nèi)容進行回顧。同時配備一臺真正的服務器給學生使用，或者每個團隊租用一部云服務器，用作項目實訓中的項目服務器，每個小組學生的代碼最終都部署在服務器上，實訓結(jié)束后，學生作出的軟件系統(tǒng)應在服務器上正常運行才可以通過驗收。而不是單機開發(fā)、單機演示的學校模式。同時，開放了與企業(yè)合作的在線課程資源，在這個資源平臺上，提供了企業(yè)講師講授的相關(guān)課程，供學生課上、課外學習。

另外，教師在教學活動過程中，還需要根據(jù)業(yè)界的發(fā)展動態(tài)，實時更新教學的內(nèi)容和使用的工具。為達到此目的，軟件工程專業(yè)教師應多到企業(yè)培訓調(diào)研，了解企業(yè)的運作方式和技術(shù)體系，在教學大綱制定、教學方法革新及教學內(nèi)容選取等方面做到和企業(yè)良好對接，在這點上，就需要學校和企業(yè)的深度合作，創(chuàng)建聯(lián)合培養(yǎng)的模式。在實踐環(huán)節(jié)中，教師應轉(zhuǎn)變角色，以技術(shù)總監(jiān)的身份加入到學生的項目團隊之中，對學生的項目實踐進行指導，這個指導不單單是技術(shù)上的指導，更需要通過實踐，讓學生體會到如何對軟件工程項目和一個軟件項目團隊進行管理，這里就包括項目計劃的制定和實施、項目人員工作的分配、風險預測和預處理、項目預算評估和軟件質(zhì)量保證等內(nèi)容。這些內(nèi)容在授課教學中往往是空洞無趣的，而在實踐中可以更好地讓學生體會到其中的作用。因?qū)W校的實踐項目都是中小型的工程，將敏捷開發(fā)思想引入到實踐環(huán)節(jié)，帶動團隊成員相互交流協(xié)作是很有必要的。在本研究中，定期組織學生小組成員開項目組內(nèi)部的項目例會，每個人匯報自己的開發(fā)進度和遇到的問題，定期內(nèi)部審查項目代碼等做法都收到了學生的普遍認可。

以上諸多做法為更好地應用理論實踐融合教學法提供了政策支持、硬件基礎(chǔ)和軟件基礎(chǔ)。整個教學法的架構(gòu)如圖1所示。

四、教學改革成果

本教學方法已成功應用于廣東海洋大學軟件工程專業(yè)2017級的軟件工程Ⅰ、軟件工程Ⅱ以及軟件工程實踐的課程教學活動中，并正在2018級、2019級軟件工程專業(yè)學生的相關(guān)課程中繼續(xù)推廣。為了顯示理論實踐融合教學法在軟件工程Ⅱ課程的教學效果，現(xiàn)將該教學方法實驗前后的學生期末成績顯示如圖2。其中橫軸為學生人數(shù)，縱軸表示該學生的軟件工程Ⅱ課程期末考試成績。圖2顯示的成績是從學校教務系統(tǒng)導出，并按著從低到高排序后的結(jié)果。其中，軟件2016級學生的期末成績顯示為“-”線，軟件2017級學生的期末成績顯示為“-·-”線，使用理論實踐融合教學法進行授課的2017級軟件工程卓越班，其成績顯示為“---”線。

從圖2我們可以看出，使用理論實踐融合教學法進行授課后，2017級軟件工程卓越班的成績對于整個年級成績的拉動作用明顯，2017級的整體成績對比2016級有顯著提升，也顯示了理論實踐融合教學法對于學生知識吸收的促進作用。

除了圖2顯示的軟件工程Ⅱ課程成績的量化對比外，還可以從實驗前后學生的教學評價給出對比。實驗前，2016級軟件1163班的軟件工程實踐課程，評教成績?yōu)?1.309分;試驗后，軟件2017級卓越班學生對軟件工程實踐課程的教學評價分數(shù)為97.229分。這從另一個側(cè)面，反映出學生對于新的授課方式是普遍認可的。

五、結(jié)束語

理論與實踐融合的教學方法是集教學方法、教學資源和教學管理三位于一體的軟件工程卓越人才培養(yǎng)模式。在軟件工程的課程教學中，本課題組突破以往的理論課學習理論、實驗課上機實踐的教學方式。以知識點為基本單位，對每個知識點進行教師講解介紹、相關(guān)案例的解析、學生動手實踐和教師學生點評交流四個基本步驟，并搭建起與之配套的軟硬件環(huán)境，使該方法可以更好地服務于教學活動中。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，該方法是一套行之有效的教學方法。對以應用型人才培養(yǎng)為目標的各校軟件工程專業(yè)都具有普遍的推廣價值。

未來的研究中，將繼續(xù)拓寬校企合作共建教學資源的途徑，企業(yè)和學校的融合應該更加深入，教師應更多地去企業(yè)調(diào)研和鍛煉，增加工程實踐經(jīng)驗;企業(yè)也應更多地參與到學校的人才培養(yǎng)過程中。在理論與實踐融合的教學方法的軟硬件平臺搭建上進行更加深入的合作和實踐。

參考文獻：

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基金項目：廣東省教育廳“教學質(zhì)量和教學改革工程”建設項目“CDIO模式下嵌入式系統(tǒng)課程的教學改革和創(chuàng)新”（530001055）;廣東海洋大學2019年教學改革項目“理論實踐融合教學法在軟件工程課程教學中的研究與實踐”（570219088）;廣東海洋大學2019年專業(yè)核心課培育項目“軟件工程實踐”（571119134）;廣東海洋大學校級精品課程項目“軟件工程”（524207010）

作者簡介：岳川（1988-），男，漢族，河北邢臺人，碩士，講師，研究方向為軟件可信性評估。