面向能力培养的软件工程实践教学体系

面向能力培养的软件工程实践教学体系

李红梅　张红延　卢　苇

在当今的软件人才市场中，一方面，高等院校软件及相关专业毕业生面临择业困境，人才供应过剩；另一方面，大批软件企业业务发展受困于招不到合适的人才，感到人才紧缺。这一状况源于软件人才培养存在着结构与质量问题，根本原因在于该专业领域高等教育与产业发展不相适应，理论脱离实际、实践环节薄弱、产学脱节问题较为严重。知识、能力与素质是高等教育人才培养关注的三个要素，明确能力培养目标及其内涵、探索能力培养的方法与途径、构建与软件产业需求相适应的软件工程实践教学体系与环境，是软件学院教学研究与改革的重要任务。

一、工程型软件人才能力培养的目标与途径

1.能力培养目标的分析

能力是指顺利完成某一活动所必需的条件，人类具有的能力多达200多种，主要能力包括自学能力、记忆能力、思维能力、应用能力、实践能力、研究能力与创新能力等，专业不同，对人才能力的要求也不同。通过对软件产业广泛地调研，追踪国际软件工程学科知识体系与专业教育框架的最新研究成果，按照CDIO国际化工程师人才培养的需求目标框架，明确能力培养的6个内涵：获取知识的能力——学习能力；运用知识的能力——分析与解决问题的能力；共享知识的能力——团队协作能力；发现知识的能力——创新与创业能力；传播知识的能力——交流与表达能力；国际环境下工作的能力——英语应用能力和对国际工业产品与过程标准的掌握与应用能力。在此基础上，开发出软件工程人才培养规格（以下简称“规格”）作为人才培养方案设计的依据。“规格”强调软件人才工程能力的培养，其内涵是指在社会与企业环境下，基于技术上的有效交流与沟通实现团队协作，完成对复杂产品/系统增值开发的能力，包括团队协作、问题求解、交流沟通、产品构建以及个人专业素质等多种要求。除此之外，在国家发展战略从产业链的低端向高端发展、“工业型经济”向“服务型经济”转变的今天，培养具有创新精神与创新能力的高素质人才是高等教育的一项重要任务，更是软件人才培养和关注的焦点。

2.能力培养途径的分析

能力的获取是在运用智力、知识和技能的过程中经过反复训练而形成的，软件人才能力培养的有效途径遵循由浅入深、单项到综合、循序渐进的客观规律，通过连续的、层次不同的实践训练，实现能力的渐进培养。高等学校人才能力培养主要通过实践教学体系完成，有多种实践教学环节。CDIO工程教育框架将工程能力水平分为5个等级，不同实践教学环节对应不同程度能力的训练（参见图1）。

图1　渐进的能力培养过程

二、实践教学体系的设计

1.实践教学体系框架

依据软件人才培养目标和规格，我们建立了与理论教学体系紧密结合的实践教学体系（参见图2），实践教学体系按能力培养的渐进规律，划分为基础、提高和创新三个层次，包含实验、课程实训、项目实训、企业实习、毕业设计、科学研究、社会调查、竞赛与认证等多种实践教学环节，构成了分层、多模块的实践体系框架。

如图2所示，基础层包含课程实验与实训，着重对学生进行基本技能训练。提高层包含项目实训与企业实训，实施专业特色培养，是对学生进行工程能力培养的主体。研究与创新层包含企业实习与毕业设计，着重培养学生综合实践能力与创新能力。科研训练体系、大学生创新性实践和学科竞赛等环节贯穿于整个实践教学过程，进行研究型学习，意在培养在工程应用方面具有创新潜能的拔尖学生。

图2　实践教学体系框架

课程实验是课程中的实验教学，着力培养学生的观察能力、思维能力和操作能力；课程实训以“做中学”的方式对学生进行专题技能训练，意在培养学生自主学习和应用知识的能力，侧重程序开发与个人软件过程等技术与技能方面的训练，提高学生的学习能力与独立分析问题、解决问题的能力。项目实训、企业实训是工程与项目能力训练的实践教学环节，以培养学生的软件开发、团队合作及项目管理能力。企业实习、毕业设计、大学生创新性实践等环节着重培养学生的创新与创业能力，增强他们的社会适应能力和拓展能力。

2.实践教学体系的特点

图3为北京交通大学软件学院软件工程专业实践教学体系课程模型，该体系与传统实践教学体系相比显著的特点是分阶段和渐进能力培养。能力提升的路线是：以软件编程与实现技术与技能训练为主的能力培养→以产品或系统构建能力培养为主的能力培养→以IT应用为主的业务解决方案制订能力培养→以适应社会并能够独立完成产品/系统研发工作的能力培养。该体系保持研发实践与素质教育不断线，拓展专业和学科视野，加强交叉学科知识的教学，实现人文与前沿技术讲座不断线。

体系强化课程间相互联系与支撑，强调以课程组为单位进行项目实训设计，以及项目实训强化课程组技能组合训练和阶段教学目标的实现，如“项目实训Ⅳ”进行软件过程实践，培养学生软件产品或系统的构建能力，所对应课程组的内容包括“软件系统分析与设计”、“软件工程管理”、“软件确认与验证”与“软件过程”4门课程。

三、能力培养的实践教学模式与组织

能力培养的关键要素有4个：实践教学体系与环节、实践教学模式、产业背景的师资队伍以及工程实践环境。以下重点阐述实践教学模式与教学组织。

1.螺旋式人才培养模式

基于能力培养的渐进性，实践教学体系采用“学习—实训—再学习—再实训”的螺旋式培养模式。大学本科1～6学期进行课程实验和课程实训，每学期末进行为期三周的集中项目实训。第6学期末安排学生到企业实训基地进行为期1个月的企业实训，第7～8学期进入企业实习并完成毕业设计。

2.以项目牵动的“做中学”教学模式

实践教学体系课程模型中的课程实训采用以“案例牵引、项目驱动、团队合作、引导互动”为特征的“做中学”教学模式，该模式突出以学生为主体的主动学习，学生是“演员”，教师是“导演”，学生以团队方式，按照企业过程标准实际完成一个产品或系统由构思、分析、设计、实现到交付的完整构建过程训练。通过该实践环节的教学，让学生在实践的过程中获取知识、发展技能和培养工程能力，同时提高学生个人职业素养和团队协作能力，并积累工程实践经验。

3.实践教学的组织

课程实训与项目实训方案由企业教师负责设计和教学，校企联合专家组评审。企业实训在校外企业实习基地开展，由基地负责实训的方案设计和指导，学生分组以项目方式组织实施。企业实习是为期一年的带薪实习，实习期间，学生以一个企业准员工的身份全职在企业工作，并完成其毕业设计。除了上述实训教学环节外，学校还开展多种课外科技活动，如大学生创新性实验计划项目、学科竞赛、学生创办虚拟公司等，这些课外科技活动均被纳入实践教学体系，能够有效地提高学生的创新与创业能力。

四、工程实践教育环境的构建

工程实践教育环境的构建意在搭建符合企业软件生产工程环境的教育环境，包括产业背景的教学团队建设、工程实践教学环境建设以及基于过程的教学质量体系建设等内容。师资队伍是核心，实践环境是基础，质量体系是保障。

1.多元化教学团队的建设

多元化教学团队是师资队伍建设在管理体制与机制上的创新，整合产业与学校优秀的人才资源，有以下3种组织方式。①校企联合教学指导委员会。选择优秀的软件企业，组建校企联合教学指导委员会，让企业参与实践教学体系的规划、建设和开发，使实践教学体系满足企业需求。②专兼结合的师资队伍。建设理论知识、工程能力与经验兼备的多元化实验教学团队，团队成员包括校内专职教师、校内兼职教师和企业兼职教师。③双导师制。企业实习和毕业设计均采用双导师制，由校内专职教师和企业兼职教师共同指导学生完成企业实习报告与毕业设计。双导师制中，校内导师的职责是负责学生实习与毕业设计内容的理论水平与论文规范的指导与审定工作；企业导师的职责是为学生提供工程实践环境、工程项目及其技术的指导。

2.工程实践环境的建设

工程实践环境包含软、硬两个要素，软要素为建立符合企业标准的工程过程标准与规范；硬要素为平台建设，包括专业实验室、企业实习基地和学生创新创业中心。软要素的建设是为了培养学生工程化软件开发的能力和适应企业工业化生产的要求而提出的，从项目管理、产品过程以及工程指南等多方面进行建设；硬要素为课程实训、项目实训和大学生创新性实验提供较为完整的软件工程实践平台。

3.基于过程的教学质量保证体系的构建

基于过程观点建立人才培养全过程的教学质量保证体系，包含目标、方针、过程到教学工作规程4个层次，覆盖四个教学关键实践域，即教育管理过程域、教学执行过程域、教学质量保证过程域和教学研究过程域。

五、结语

上述成果应用于北京交通大学软件学院实践教学体系的建设，在该院5年的建设实践中，成果得到不断的完善和修正。实践结果表明，该实践教学体系培养的学生具有较强的工程实践能力，体现在：北京交通大学软件学院毕业生深受企业欢迎，连续三年一次性就业率达100%；连续三年均有学生成功地以科技“专长人才”保送研究生；该院学生已成功申报国家级、北京市级大学生创新性实践项目各一项；该院“精英型软件工程师能力培养的探索与实践”成果获北京市教学成果一等奖。能力培养是高等工程教育改革的重要任务，强化能力培养还需要在已有成果的基础上进一步完善各实践环节的内容与规范，使得软件人才培养与企业需求真正地“无缝衔接”。

参考文献：

［1］信息产业部电子信息产品管理司，信息产业部经济体制改革与经济运行司，中国软件行业协会.中国软件产业年鉴：2007年中国软件产业发展研究报告［M/OL］.http://www.mii.gov.cn.

［2］潘懋元.地方综合大学人才培养模式整体改革研究［M］.桂林：广西师范大学出版社，2001.

［3］查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略［J］.高等工程教育研究，2008（1）.

［4］王永生.建设有利于创新人才培养的实践教学体系［J］.中国高等教育，2006（22）.

［5］张红延，李红梅.教育系统模型与过程模型的研究与应用［J］.计算机教育，2007（3）.

［6］Zhang Hongyan，Lu Wei，Li Hongmei.Software Engineering Specialty Education System and Practice［J］.Journal of Harbin Institute of Technology（New Series），2005，12（Sup.）.

［7］Michael Collins.Industry－oriented Software Education in Practice：A Case Study［J］.Journal of Harbin Institute of Technology（New Series），2005，12（Sup.）.

［8］中国工程院教育研究课题组.我国工程师培养的重要性与培养途径研究［J］.高等工程教育研究，2005（1）.

（作者单位：北京交通大学；文章来源：《高等工程教育研究》2009年第2期）