党的二十大报告指出,加快建设网络强国､数字中国｡习近平总书记深刻指出,加快数字中国建设,就是要适应我国发展新的历史方位,全面贯彻新发展理念,以信息化培育新动能,用新动能推动新发展,以新发展创造新辉煌[1]｡在信息化大潮的推动下,大数据､人工智能､5G､元宇宙､ChatGPT等技术得到了蓬勃发展,智能化的概念也深入到生产､生活､学习､工作等方方面面｡面对着信息化和智能化的挑战,我国高等院校积极推进教学体系改革,推动工科专业进行实践教学体系优化与创新,构建迎合现代化发展､符合时代潮流的人才培养体系｡2017年,教育部提出了新工科的教学理念[2],进一步指明高等教育发展､改革和创新的方向,贯彻国家发展战略,为高质量经济发展､实现社会主义现代化建设培养高素质人才｡在新工科体系发展和建设过程中,高等教育工作者应不断探索适用于现代化教学的新理念､新方法,构建以综合素质培养为目标的教育新体系,形成适用于信息化时代的新模式,提升授课效果,保障教学质量｡本文结合中山大学智能工程学院软件工程课程在智能科学与技术专业､交通工程专业学生上的授课实践经验,探讨和分析对于该课程进行教学改革的必要性及可行路径,为新工科课程的改革和提升提供经验及参考｡

一、软件工程课程简介和当前存在问题

软件工程课程具有广泛的属性和内涵,其知识体系涵盖可行性分析､需求分析､形式化说明､总体设计､详细设计､实现､测试和维护､面向对象建模等软件工程学理论和方法｡软件工程课程有助于使学生了解软件开发的过程和方法,提高软件开发的质量和效率,旨在培养学生软件开发的基本技术和思维,帮助其树立科学的软件开发观念,形成良好的编程习惯,锻炼创新思维和解决问题能力;同时,通过示例,阐明文档和说明性文字对于复杂软件系统开发的重要作用,为从事计算机领域相关研究和工程应用提供基础｡

该课程面向智能科学与技术专业及交通工程专业的大三学生,授课对象已经具有较为扎实的编程基础,大部分已经掌握C语言､Python､MATLAB等多门编程语言或者开发工具的使用,对于测试方法的使用也有一定的认识｡通过以往课程的实践作业和上机题目解答,学生基本掌握了常见编程语法和工具箱的使用知识,能够独立解决一些较为简单的编程问题,也具备一定的团队合作经验;但是尚缺乏对于软件开发的科学认识,不了解软件设计和实现的基本过程,对于开发过程中涉及到的思想和模型也缺乏认知｡在此基础上,本课程以软件危机的来源为突破口,介绍自二十世纪七八十年代以来由于软件项目数量攀升和复杂度极具提高带来的工程问题,通过介绍科学的软件开发思想,从软件的背景(可行性分析)､起源(需求分析)､形态展示(形式化说明技术)､实现和测试及维护等几个角度,全面且具体地介绍软件系统的全生命周期,依托案例分析,讲述科学软件思想的重要性和必要性｡采用分组实践作业的形式,考察学生对于理论知识的掌握程度,并对于所设计软件开发方案的科学性和技术性进行考察及评估｡通过该课程的学习,帮助学生树立科学合理､体系完整的软件开发思想,并将所学的编程知识加以实践;以实际需求为引导,鼓励学生进行创新性设计,达到学而能用､学有所用､学以致用的目的｡

但是,在课程教学实践的过程中,笔者根据教学实际情况,对于学生的反馈进行总结､归纳,考虑当前软件产业飞速发展的现状,发现课程教学存在如下问题｡

第一,课程理论知识与编程实践之间存在障碍,学生学习兴趣不高｡软件工程理论源于工程实践,尝试将科学的管理思想和方法引入到软件项目管理中｡因此,学生不仅需要掌握软件开发的专业知识,还需要对于软件开发的流程和项目背景有较为深刻的认识,才能对于课程涉及的理论和思想有深入理解｡但是在当前阶段,绝大部分学生并未接触现实软件的研发工作,对于课程涉及的需求响应､维护､测试等知识没有客观认识,单纯的理论讲授并不能使学生了解软件开发过程中各个阶段性任务的重要作用,难以引发学生的学习兴趣｡与实操简单､技术具体的编程课程相比,软件工程的理论较为抽象,仅仅依靠个人无法在短时间内完全复现理论框架和模型体系;而诸如“白盒法”､“黑盒法”､集成测试等成熟理论和方法虽然经过了业界检验,证明了其价值和作用,但这些方法往往更适用于大型软件的性能测试和检验,在学生能够实现的中､小型软件或者程序的调试过程中价值不明显｡基于这些因素,一些学生认为软件工程相关理论的学习和实践对于其个人发展贡献不大,对于理论框架的了解浅尝辄止,缺乏兴趣进行深入的研究和探索,因而造成了授课效果的下降｡

第二,课程教学过程中融入了案例分析等要素,但是案例质量参差不齐,时效性不强,难以响应信息化､智能化发展的要求｡考虑到软件工程课程的实操性和实践性,案例教学是该课程常用的授课方法,旨在通过具体的软件设计和实现示例,将理论知识通过具体开发案例呈现,将理论要点具象化,增强知识点的可理解性,便于学生学习和记忆｡考虑到软件工程理论发展已经颇具渊源,一些经典案例虽然在教科书中得以收录,但是个别案例的应用背景和研发起源已然无法满足当下发展需要｡较为陈旧的专家系统､数据库､人机交互等软件已然被近些年兴起的云储存､语音助手､虚拟化系统､ChatG-PT等技术或软件取代,针对经典系统的深入分析已然无法满足当下学生对于新知识､新技术的要求｡另外,移动支付已然兴起,线上社交和媒体已经深入日常生活,诸如健康码､大数据分析､智能物流等应用在疫情防控阶段得以实现和发展,学生经历了这些技术的发展,也体会到这些新兴应用带来的便捷｡经典教材中的案例一般不具有时效性,难以与这些应用产生关联,这对于教学工作的开展带来了困难｡

第三,考核及测评方法较为单一,难以评估教学效果,缺乏对于学生知识掌握程度的合理考评标准｡软件工程相关知识具有较强的工程价值,面向真实存在的软件行业危机,通过执行科学开发流程,运用综合管控策略,结合用户环境需要,综合保障软件系统的可用性和可靠性,提升其应对风险和不确定因素的鲁棒性能｡从知识点考察的角度来说,笔试作答的形式将知识体系过于细化,过分强调具体知识点对于软件开发过程的影响和作用,缺乏对于软件生命周期的全流程监控｡因此,笔试测试的形式难以对于学生的知识掌握程度进行有效考察,反而让学生误以为“死记硬背”才是本课程考核的关键｡从实践的角度来说,指导学生进行软件开发是一种可选的考评方法,如由学生自行组队,自有选题,完成软件设计和开发任务,并进行汇报展示｡这种模式类似现实软件产品开发流程,在完成任务过程中能够综合测试学生对于软件开发理论的掌握程度,也考察了其编程实践､逻辑分析及语言表达能力｡从形式上来讲,这种依托于软件开发的考核方法更加符合课程设计的需要,而且将考核压力分散到数周的教学和实践环节中,容易被学生接受｡但是,软件的开发过程包括调研､设计､编码､测试等多个流程,具有一定的工作量,一般来讲无法独立完成,因而需要多个同学进行组队配合｡在小组组队的过程中,每个人的任务具有一定的针对性,如同学甲主要负责软件功能和架构设计,同学乙负责编码实现,同学丙负责软件系统的测试,同学丁负责文档记录和汇报展示｡这种方式也存在一定的局限性:其一,学生在完成作业过程中的任务较为单一,对于其他人负责的任务或者工作涉猎较少,因而并未实际参与到软件全流程的开发和实践过程;其二,个别学生存在惰性,在执行任务过程中不愿付出时间进行学习和实践,而小组作业主要展示的是整个团队的成果,对于个人的贡献缺乏有效考量,“滥竽充数”“浑水摸鱼”的现象屡见不鲜;其三,日常生活接触到软件种类很多,个别学生试图通过课程的学习全面掌握复杂软件的全栈､全平台设计方法,对于课程安排进行质疑,提出过诸如为什么本课程不讲授Java编程语言､为什么不讲解Android编程､为什么不讲解Kotlin脚本语言等等问题｡从学生的角度出发,软件开发和实现的重点在于代码编写;而从软件工程理论的角度出发,科学的项目管理和资源调度方案直接影响着软件开发的成本和质量｡由于知识层次和主要任务不同,学生的期望和行业的要求并未达成统一,这也为课程的有效评估带来困难｡

综上,由于理论知识体系､行业发展要求､学生学习规划等因素,软件工程课程在教学和实践过程遇到了一些困难,一些学生对于课程安排提出了疑问,传统的评测方法也难以满足课程考核需要｡在智能化技术广泛应用的当下,结合新工科的发展需求,如何对软件工程的授课体系和教学方法进行改革和创新,是亟待解决的问题｡

二、新工科背景下软件工程课程的教学方法

软件工程的知识体系围绕真实软件研发涉及到的理论体系和实践方法,以章节式的形式进行展开,结合软件的全生命周期,具体讲授软件工程的基本原理､技术方法､开发全过程;从宏观管控层面,介绍了软件项目组织和管理等方面知识,突出了用户需求对于开发过程的重要价值,展现了应用环境对于软件测试和使用的约束,印证了科学管理策略对于复杂系统的关键作用｡根据上述内容知识和理论体系,课程在教学过程中可能涉及到案例分析和展示,包括工程原理案例库､开发方法案例库､测试方案案例库､软件实例案例库､开发文档案例库以及项目管理案例库等等｡在教学过程中,合理运用案例资源,穿插讲解理论知识,能够有效提升课程的丰富程度,吸引学生的注意力,保持课堂趣味性,同时寓教于乐､寓教于例,将枯燥､抽象的理论知识进行具象化,便于理解和记忆[3]｡在课程迭代过程中,往届学生也完成了一些软件作业,这些软件的来源和背景往往与学生的日常学习､生活､娱乐活动紧密相关｡对于这些作业的展示与讲解能够更好地将学生自身生活和学习进行结合,拉近理论知识和实际应用之间的距离,为学生的实践和未来规划提供信息与指引｡与此同时,我国软件产业的发展也历经艰难,很多领域的产品都有“落后—跟跑—追赶—超越”的发展历史,在不断探索､实践､试错的过程中,从业人员的智慧也值得学生学习和关注｡课程设计应该关注软件产业发展历史蕴含的思政元素,充分发挥思政育人效果,将创新精神､理想信念､奋斗热情等思政要素与案例紧密结合[4],通过分析使学生受到感染和鼓舞,达到潜移默化､润物无声的授课效果｡应用这些思想和方法,软件工程课程包括如下教学方法｡

(一)案例引导的教学方案设计

综合线上线下多种资源,将理论讲解与案例分析紧密结合,通过实际案例解释､分析和演绎,体现理论知识的重要作用｡例如,在需求分析章节中,将我国电子商务产业的发展历史作为实际案例｡在二十世纪末,国内已经有370余家电商平台,其中由eBay投资的易趣网为行业“领头羊”,其市场占有率高达80%,有300余万用户｡当时,淘宝网刚刚创立,如何抢占市场是淘宝网决策和技术人员必须解决的问题｡考虑我国经商环境和国人购物习惯,淘宝进行了深入的调研,切实调研用户的需求并获悉目前电商平台的不足｡经过充分分析,总结出大部分电商平台采用店铺收费策略增加营收､缺少买卖双方沟通渠道､产品宣发投入不足等几项行业发展不足,并制定了具有针对性的发展策略,包括无推广费､无服务费的免费店铺开设模式,买家-卖家线上沟通交流平台“阿里旺旺”的研发和上线,依托广告和娱乐节目､线上线下混合的宣传模式等途径｡经过数年的耕耘和发展,至2005年,淘宝已经占据57.1%的市场份额,成为中国电子商务市场的“领头羊”｡直至2022年,我国电商相关产业交易规模突破万亿元,已然成为推动我国经济发展的重要驱动力,“电商出海”也成为我国在世界舞台的一张名片｡该案例突出了有效､合理､深入的需求分析对于软件研发和推广的重要作用,以耳熟能详的应用软件作为媒介,展示了用户需求对于软件发展的指引作用;与实际生活联系紧密,使学生感同身受,从案例中挖掘了理论知识的价值和具象形式,为课程的推进打下基础,将需求分析的任务､获取需求的方法等知识点有机串联,加深课程深度又不失趣味性,有效提升了教学效果｡

(二)结合学生作业的实践分析方法

软件工程课程关注软件的全生命周期,旨在培养学生对于软件研发工作的宏观思维和科学管理意识;因此,与传统的笔试测试方式相比,进行软件开发设计和实现的作业更加符合课程的考核需求及人才培养目标｡在课程迭代过程中,一些学生小组通过团队的形式完成了一些软件作品,这些作品在学生日常生活中寻找需求点和应用空间,将课上所学知识付诸实践,编程实现了具有针对性的小型软件系统,可供学生参考和学习｡例如,19级智能科学与技术专业的学生组队完成了名为“和居助手”的软件,通过微信小程序的方式应对学生宿舍生活中的种种事项,包括内务处理､舍费缴纳､生活动态记录､楼群信息分享等,具有界面清晰､功能明确､软件轻量化的特点,在研发过程中体现了小组同学对于日常生活的思考和对于所学知识的应用,突出了课上知识对于实际学习､生活的贡献｡19级交通工程专业学生组队完成了“噪声监测软件”,利用所学的Python语言,结合人工智能领域知识和技能,旨在解决城市管理过程中的噪声判断和检测问题,辅助进行交通管控｡软件实现过程中涉及到了傅里叶变换､神经网络､深度学习等多门课程涵盖的知识或技术,对于以往所学知识进行了综合应用及实践｡在开发过程中积极响应了国家对于文明城市建设的号召,实现了理论知识和实践操作的统一,为学生提供了范例｡上述作业示例虽然没有复杂的界面设计和庞大的软件体系,但是软件设计的任务与学生生活息息相关,通过运用所学知识解决了一些日常问题,具有实际引导价值｡在软件开发的过程中,学生能够综合利用所学知识,与编程语言､机器学习､人工智能等课程学习产生联动效应,形成综合应用,全面提升学生的实操能力｡通过案例指引,帮助学生将知识“落地”

(三)融合思政元素的价值引领教学

软件工程作为一门工科传统课程,在授课和教学过程中常将注意力集中于知识的讲授和技能的培养,并未足够重视学生在道德品质方面的发展｡软件设计本身是极具挑战性的工作,在实现过程中可能会遇到诸多困难,这要求从业者需要具备坚强的意志和百折不挠的精神[5]｡与此同时,我国的软件和相关产业仍处在高速发展阶段,但在操作系统､编译器､光刻机､机密机床等领域仍需依赖进口,时刻面临着“卡脖子”问题｡如华为公司遭受的芯片技术封锁､2020年国内一些高校也遇到了MATLAB软件封禁｡在社会主义现代化建设的过程中,我国仍然面临着严峻的挑战和来自西方国家的掣肘,在关键技术和领域的研究中继续突破,占领技术高地､摆脱西方制约｡在课程进行的过程中,需要融入思政元素,将工匠精神､团队精神､爱国主义精神与知识教学相融合,帮助学生树立正确的人生观､价值观,培养其意志力,提升思想境界｡将课程知识相关的“才”与个人品质相关的“德”紧密结合,实现德才兼备育人,为社会输送人才储备力量｡考虑到软件工程课程具有理论性较强的特征,单纯进行思政要点的讲授可能造成“德育”和“才育”的分离,使授课过程过于生硬,不能做到以潜移默化的方式进行思政教育｡结合案例教学思路,如果能够通过事例讲授的形式,依托前人经验进行讲授,与课程主题有机融合,通过事迹的形式实现对于优秀精神的弘扬,能够有效提升思政教学效果｡在总体设计章节中,可以通过介绍国内新型电子商务平台的发展历史,展示助力其成功的关键要素｡例如,京东2004年开始进入电商市场,2007年更名为京东商城,当时淘宝网已经占据国内电商的大片市场,如果采用与淘宝相同的发展模式,产品竞争力会尤为不足､收效甚微｡经过仔细调研和设计,京东将发展战略侧重于自营仓储和物流的构建和运营上,大力建设地区性仓库,提升物流时效和配送服务质量,重视商品的品质和售后保障服务,以此为竞争力成功占据市场｡至2022年末,京东已经在全国运营超过1500个仓库,且大力研发自动化､智能化管理和运输工具,转运效率明显提升｡软件产品的产生和发展与个人成长类似,需要厚积薄发､不断积累,提升核心竞争力,不畏艰险不断前进,才能达到成功的彼岸｡在其他章节的内容讲授过程中,也可融合国产社交软件､输入法､移动支付和新能源汽车等领域取得的成绩,介绍产品研发历史和经历的困难,给学生以启迪,达到思政育人的目的｡

(四)教师､助教､学生多元融合的评估体系

在传统的课程讲授过程中,教师是评判学生知识掌握程度的唯一角色,对于成绩的评定负责;这种模式在应试课程中尤为适用,通过客观题对知识点掌握情况进行准确评估,通过主观题进行量化判断｡但是考虑到软件工程课程具有实操特性,单纯的试题测试不能全面反映课程重点,也无法测试学生对于软件工程设计科学开发思想的掌握程度｡结合授课经验和学生反馈,在授课过程中采用小组汇报的形式,要求学生组队完成自选题目的软件设计和测试任务,对于软件开发的全流程进行评估,包括选题新颖性､设计合理性､开发完整性､测试完备性以及维护及拓展可行性等几个方面,进行综合打分,用于考量学生的知识掌握情况｡打分过程由教师评分､助教打分和学生小组互评三部分构成,综合多种人员的知识背景和专业角度,进行成绩评定｡教师负责从宏观层面进行把控,重点关注小组学生对于知识体系的掌握程度;助教负责从实现层面进行评价,重点关注软件设计和实现应用的框架及编程语言;学生小组互评从应用层面进行考核,结合学生自身的学习和生活经验对于软件设计的实用性进行评估｡通过这种方式,一定程度上避免主观倾向对于小组成绩的影响,且考虑了小组互评的形式,保证了评分的公平性｡在小组内部,一方面由自由报名的组长统筹内部进度,并对于各个成员的贡献进行评分;另一方面,组内成员撰写文档,说明各自在软件开发过程中负责的任务以及对应任务的完成情况,留存文件作为打分依据｡利用上述方式,建立多种角色参与的评分体系,考虑多元化要素对学生的课程学习情况进行评估和检验,提升学生的课堂参与程度｡

三、课程实施方案及育人目标

在教学工作开展的过程中,如何保证授课的科学性､高效性以及教学步骤的合理性是课程教学中的关键[6]｡笔者在进行软件工程课程授课过程中,深度结合了新工科发展及建设理念,融合了创新性的教学观念｡同时,课程应用了“雨课堂”线上平台进行作业的收集和随堂测试,结合话题讨论､问题分析等形式,提升学生的课堂参与度｡借助平台提供的签到功能,检查学生的到课情况,并实现随机点名,帮助学生提高专注度,调动课堂积极性,以线上讨论线下问答相结合的方式,引导学生深入思考,鼓励学生表达自己的观点,进行思想碰撞和头脑风暴[7]｡利用设计的教学方法,综合开发案例､学生作业､思政元素等多种形式丰富课堂内容,提升课堂趣味性和知识厚度｡在课程尾声安排学生分组完成各自软件作品的展示报告,综合考虑教师､助教､学生三种角色进行评估,确保评分的公平性[8]｡

本课程以软件开发的科学流程和管理思想为核心,融合案例教学和思政建设,从可行性分析､需求分析､设计､实现､测试和维护几个方面对软件开发设计的思想和工具进行阐述,相关的教学目标简述如下｡

学科知识相关目标｡掌握软件开发的全生命周期的含义;了解科学的软件设计思想和流程监控策略,理解软件结构化设计思想,掌握基本的软件设计和测试方法;能够从可行性分析出发,考虑用户需求进行软件的设计和实现,并进行性能测试;通过案例分析,培养爱国主义和奋斗精神,树立远大的理想,激发学生的探索热情[9],为后续的深造和工作打下基础｡

操作实践相关目标｡应用在前序课程中学习的编程语言,将软件工程理论和方法付诸实践;自助调研软件的需求现状和应用前景,选择合适的开发平台或工具,以小组分工的形式进行实践探索;完成预定任务,实现主体功能,并准备进行汇报展示;通过案例分析,认识我国软件相关行业与国际先进水平间的差距,鼓励学生投身于相关行业的深造和研究任务中｡

社会需求相关目标｡讲解软件工程思想发展历史,介绍先进的软件设计理论,逐渐形成系统性任务,将理论知识内化于应用实践中,达到知行合一的目的;通过软件开发尝试,锻炼学生的团队合作能力和问题分析能力,在小组讨论和互评中培养理性思维和批判思维,锻炼学生的创新能力,培养综合性人才｡

四、结束语

面对信息化､智能化发展带来的机遇和挑战,以新工科为背景的现代高等院校教育对于传统工科课程提出了更高的要求｡软件工程课程作为一门以实践为引导的计算机相关专业基础课程,融合了编程､项目管理､模型设计､测试维护等多项技术,在教学过程中应将理论与实践相结合,提升课程内容的丰富程度,并体现思政要素[10]｡在此背景下,传统的教学方法已然难以应对新时代教学要求｡为了提升教学效果,本文探讨了几项可行的教学改革策略,以案例分析､作业点评､思政要素､多元评估为突破口,结合智能科学与技术､交通工程学生特点及知识背景,对于教学结构和教学方法进行设计及提升｡综合利用各种现代化教学资源和教学平台工具,推动教学体系不断完善,切实落实高等教育立德树人的根本任务,为社会主义现代化建设事业培养立场坚定､专业扎实､德才兼备的高素质人才｡

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基金资助:国家自然科学基金“考虑结构损毁的网络信息传播过程鲁棒性研究及智能优化方法设计”(62203477);广东省基础与应用基础研究基金“复杂交通系统的网络化建模与智能优化算法研究”(2021A1515110543);中山大学教学质量与教学改革工程类项目“《软件工程》课程的案例融合模式教学改革与探索”(76160-12220011);

文章来源:王帅,莫惠玲.新工科背景下软件工程课程案例教学改革实践[J].高教学刊,2025,11(04):129-133.