面向工程教育专业认证的课程...系中的软件工程课程教学改革_杨焘.pdf

University Education收稿时间 2021-05-18基金项目 北京科技大学本科教育教学改革项目（JG2020M27，JG2021M26）；2019年北京市教学名师项目（2019bjgjxm02）。作者简介 杨焘（1987），男，山东人，博士，副教授，研究方向：流形理论及应用和机器学习。付冬梅（1963），女，辽宁人，博士，教授，研究方向：知识图谱、数据和图像处理、深度学习等。袁立（1978），女，河北人，博士，副教授，研究方向：模式识别与智能系统。李玉玲（1987），女，湖南人，博士，副教授，研究方向：遥操作机器人控制和分析。2022年12月December，2022University Education摘要 工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要基础。高校课程群体系是各学科课程之间的融合，以帮助学生建立知识整体联系。为进一步提高工程认证教育理念下课程群体系教学质量与效果，文章以智能技术课程群内的软件工程为案例，对该课程进行了教学改革与实践。改革后的教学方案符合专业认证标准，聚焦“以学生为中心”的能力培养，教学效果良好，课程教学达成度达到专业毕业要求，为今后持续深入的工程教育专业认证教学改革提供了借鉴。关键词 软件工程；工程教育专业认证；课程改革中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 2095-3437（2022）12-0043-04工程教育专业认证是针对高等教育工程类专业实施的专门性认证1-2,其核心就是要确认工科专业毕业生是否达到行业认可的既定质量标准要求。围绕工程教育专业认证的核心理念，北京科技大学（以下简称“我校”）自动化专业确定了专业的人才培养目标和毕业要求指标，并根据各课程之间的内在逻辑与内容的承接关系构建了课程群体系。智能技术课程群是典型的自动化专业课程群体系之一，由随着人工智能与工程技术发展而相互关联的若干门课程构成，包括兼顾工程思想与实践的软件工程、侧重技术基础的面向对象程序设计、以智能理论为主的模式识别和以知识应用为输出的数字图像处理技术课程。该智能技术课程群以工程教育专业认证为指导，从基础知识到实践应用，在图像、数据和应用研发等方面，将学生作为教学活动的中心，关注学生能够获得的工程技术能力与解决实际工程问题的能力，开展了一系列的教学改革及实践工作，以培养高水平、厚基础、强能力的自动化专业人才。本文以智能技术课程群中的软件工程课程为抓手，阐述在工程教育专业认证背景下的教学改革与实践工作。软件工程是一门指导计算机软件开发与维护的综合性课程3，旨在培养学生的软件应用研发相关能力以及团队协作等综合能力4-5。我国社会各行业对软件人才的需求较为强烈6，高校迫切需要在软件工程的人才培养上进行规划与实施。以工程教育专业认证要求为导向，软件工程课程对教学的三个方面开展改革，包括：（1）明确课程目标与专业认证毕业要求的关系；（2）调整和优化课程的考核方式；（3）课程群方式的课程内容优化。以上是软件工程课程要达到专业认证目标必须进行的改革任务。一、原课程存在的问题（一一）尚未明确课程目标与毕业要求指标关系尚未明确课程目标与毕业要求指标关系原软件工程课程以章节组成的教学日历形式给出教学目标，并未考虑工程教育专业认证的学生毕业要求指标。在这种情况下，相关教学活动没有站在人才培养的高度上，没有体现出对学生毕业要求指标的支撑关系。（二二）单一的课程考核与评价方式单一的课程考核与评价方式原软件工程课程的考核与评价方式存在“重知识，轻能力”的现象，主要以平时作业、考勤和期末考试为主，且期末考试占了很大比重。这种情况与工程教育专业认证提倡的面向行业需求的、强调能力培养和能力训练的教育模式是相悖离的。考核形式的多样性与平时考核比重的提升是专业认证指导下需要改进的方面。（三三）孤立的课程教学内容孤立的课程教学内容原软件工程课程的教学内容以书本为主，概念性知识点繁多且文字量大。另外，因学时有限，讲授过程只能以描述概念与现象为主7。这一点与工程教育专业认证中的“目标导向”理念不相符，即未能理论联系实际，面向工程教育专业认证的课程群体系中的软件工程课程教学改革杨焘1，2付冬梅1，2袁立1李玉玲11.北京科技大学自动化学院控制系，北京1000832.北京科技大学顺德研究生院，广东佛山52830043从而拓展学生的学习兴趣和能力。思考如何采用课程群中各课程之间的前后承接关系，达到知识贯通和相互应用的效果，是该课程在专业认证启发下的优化方向。二、课程方案的改革和优化措施（一一）确立课程目标与毕业要求指标的关系确立课程目标与毕业要求指标的关系软件工程课程使学生掌握软件与软件工程基本概念和基本知识，能够运用结构化程序设计的编程思想，通过面向对象分析和常用的设计工具，建立软件设计模型等，最终实现软件项目的分析、设计、实现和维护工作。由此，确立的课程目标如表1所示。表1软件工程课程目标的确立课程目标点课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5课程目标内容掌握软件生命周期及其常用开发模型，能够根据用户需求，设计系统流程图、数据流图和实体联系图，能够对图形进行解释和说明针对软件设计阶段的任务，能够掌握面向数据流的设计流程，并能够掌握程序流程图的绘制及其复杂度的度量，能够对较复杂的程序流程图进行一定的简化和解释说明掌握常用的黑盒与白盒测试方法，了解测试的对象特点从而选择合适的测试技术。基本掌握软件维护的过程及其特点，明确软件维护在软件设计开发中的作用与意义基本掌握面向对象的软件设计方法，能够绘制对象模型、功能模型和状态模型，了解面向对象设计中常见的设计模式，并能够了解团队与人员在软件设计中的协调和配合作用在对软件工程知识点掌握的基础上，能够针对一个特定的需求，给出较为全面的软件开发与实践的设计报告，能够基本涵盖软件开发过程中的必要环节，已获得对知识的实践应用能力，增强自主学习和终身学习意识为了能有效地支撑毕业要求指标，将毕业要求的指标点经过细化分解，落实到每一个课程目标上，从而确定课程目标与毕业要求之间的关系，如表2所示。表2软件工程课程目标与毕业培养要求的关系确立毕业要求3.设计/开发解决方案10.沟通11.项目管理毕业要求指标点3.4：能够对自动化系统或装置的控制方案、系统资源、应用软件等进行详细设计与开发10.2：能针对自动化专业领域的复杂工程问题撰写文档，并能够进行文档式交流及审查11.4：能够将管理、经济应用于自动化工程领域新系统、新装置、新产品、新技术的研发课程目标对毕业要求的支撑和占比目标10.400目标20.300.3目标3000.4目标40.300.3目标5010确立课程目标与毕业要求指标的关系之后，课程教学目标将从传统的知识掌握转换为“以学生为中心”的能力培养。此外，根据如表2所示的关系，课程中的教学环节与内容设置将以毕业要求为中心，侧重不同知识点对指标点的不同支撑贡献，达到优化教学活动的目标，如表3所示。表3多样化课程考核和评价与课程目标的支撑关系成绩构成及比例平时成绩100 分，占总成绩的40%期末考试成 绩 100分，占总成 绩 的60%考核依据课堂考勤随堂参与度平时作业小组成绩设计报告单选题多选题判断题填空题主观题分值16分14分20分20分30分15分10分10分15分50分对课程目标的支撑和占比目标10.10.20.20.10.20.40.40.50.30目标20.10.10.20.10.20.20.20.50.70.2目标30.10.40.30.10.20.20.2000.3目标40.10.20.10.50.20.20.2000.5目标50.60.10.20.20.200000（二二）多样化的教学考核与评价优化措施多样化的教学考核与评价优化措施工程教育专业认证要求课程评价在“知识、能力、素质”多个方面有所体现。为此，将课程考核方式分为三个方面：（1）过程成绩，包括课堂出勤、平时作业和随堂参与度，其中随堂参与度采用了信息化教学软件平台，如雨课堂等方式，增加教师与学生的互动频率；（2）小组成绩，课程将设置若干个应用于实际工业企业的软件系统的题目，每68个学生形成一组，小组内部根据软件工程的基本原理和方法，讨论在设计这些软件系统时应该使用的技术、方法和流程，来实现预先设想的目标，并给出小组讨论结果；（3）报告成绩和考试成绩，报告是让学生针对单一明确的软件设计任务，使用所学的方法来撰写一份设计报告，考试即期末闭卷考试，考查学生对总体课程知识点的掌握情况。以上三种方式的考核评价应与课程目标点相对应，体现以学生为中心的思想，将评价标准落实到学生毕业要求的具体指标上，达到可操作、可检查、可执行的考核评价目的，从而反馈到课程教学环节中，检验是否达到学校标准要求。改革优化后的考核方式与评价，采用了多种形式相结合的方法，加大了平时考核的比例，减少了期末考核的比重，且贯穿整个教学过程，更加注重过程化考核。这样可以有效地促进学生对平时知识积累的重视，教师也可在考核中发现问题，及时反馈调整，以获得更好的教学效果。（三三）课程群内相关联的链条式教学内容课程群内相关联的链条式教学内容首先，考虑工程教育专业认证中的“目标导向”理念，以提升工程素质和实践能力为出发点，在教学内容的设计上，将课程知识点融入软件工程的实际应用项目，将讲授过程转换为从案例到一般性原则的过程，由浅入深地让学生掌握知识概念及应用层面。其次，考虑智能技术课程群建设，这是由软件工程与面向程序语言设计、数字图像处理技术和模式识别三门课程形成的一44University Education种小型教学培育网络8，其所提供的课程内容相互关联、相互依托。由此，改革软件工程的教学内容，形成一种项目案例型教学方法。该教学方法主动引导和联系课程群内不同课程之间的承接关系，设计相应的链条式教学环节，引导学生在实际应用案例中，学习到软件工程的基本知识，实现在课堂中理论联系实践的目的。基于课程群教学内容的改革优化，学生能够在学习软件工程的同时，为后续的图像处理和模式识别热点领域的学习和应用研究打下基础，提升实践应用能力。如图1所示。不同于以书本为主的知识传授，改革后的内容以实际实践应用案例为入口，拆解出各教学单元中的软件工程课程知识点，强化和凸显重点和难点，使得课程教学过程有所侧重，达到部分知识学生可自学、难点知识由教师点拨的弹性学习效果。同时，利用课程群的建设机制，培养学生理论联系实践的能力，将软件工程课程内容与其他课程学习内容有机结合，形成链条式教学内容，启发学生应用前序课程的知识点解决后序课程的实际问题，在经过软件工程课程的工程化思维锻炼后，能够更好地从应用角度理解图像以及视觉识别等复杂理论问题。三、改革优化的教学效果按照工程教育认证教学规范，本文以20192020年秋季学期的整个教学活动为例，根据改革优化给出的表2和表3中的课程目标、考核、评价和毕业要求之间的关系，以及整个学期学生的实际考核结果，计算软件工程课程目标达成和毕业要求指标达成的情况，如表4所示。表4面向工程教育专业认证的软件工程课程达成情况（a）课程目标达成情况表目标1目标20.8590.86080%90%80%90%课程目标点实际达成度期望达成率目标3目标4目标50.8120.8040.77580%90%75%85%70%80%（续表）课程目标点实际达成度期望达成率（b）毕业要求指标达成情况表毕业要求指标点3.410.211.4实际达成度0.8430.7850.824期望达成率80%90%70%80%75%85%上述评价结果将基础知识、课堂表现、个人作业和团队项目结合在一起，具备知识考核和能力评价的双重功效。从达成度结果来分析，课程目标1至目标4属于对主要或重点知识的掌握和理解，通过采用改革措施中的将课程知识点融入课程群建设下的实际应用案例的方式，以及优化考核方式和评价等方案，整体达成情况均满足期望要求。课程目标5属于过程考核的重点，达成情况满足要求，但也说明学生的过程学习还有进一步提升的空间。对于毕业要求指标达成而言，学生均达到了要求，其