渐进式PBL教学法在软件工程课程教学中的应用

1、    渐进式pbl教学法在软件工程课程教学中的应用    摘要：针对目前软件工程教学中大多存在“重理论、轻实践”，课程以讲授为主、学生被动接受，以及课堂氛围沉闷、缺乏灵活性等问题，提出结合obe理念，在教学过程中采取渐进式pbl教学法的教学改革方案。以沈阳航空航天大学计算机科学与技术专业软件工程课程教学设计过程为例，探讨如何以学生对软件开发的认知顺序为主线，全面提高学生学习兴趣和实践能力，确保教学目标有效达成等。实践证明新模式下的课程教学能够提高教学效果。关键词：软件工程教学，obe模式，教学设计，渐进式pbl教学法0 引言随着工程教育专业认证工作的不

2、断深入，尤其是2016年我国正式成为“华盛顿协议”正式签约国成员后，国内大部分高校都积极开展了面向obe（outcomes based education，obe）模式的教学改革和专业建设工作。“以产出为导向的教育”作为工程教育的一种主流模式，已经在教育领域得到了广泛认可和推崇，是目前快速提高工程技术型人才培养质量的有效手段。因此，在工科类专业中开展工程教育专业认证工作和实施obe教育，可以实现人才培养与国际全面接轨，对于推动我国产业发展起到至关重要的作用1-4。软件工程作为一门计算机类专业的主干课程，可使学生初步具备工程化思想，学会以软件的生命周期为主线，掌握现代软件设计、开发与管理的基本原

3、理、方法和技术，为后续软件类综合实践环节乃至今后就业都打下良好基础。而作为一门边缘学科，它又涉及软件开发技术、工具及环境、经济、管理、规范等多门学科，研究范围较广，课程理论内容较多，抽象且具有一定难度，尤其是大部分授课教师和学生在校期间很少接触到实际软件项目，因此各高校教学效果普遍不理想5。1 软件工程课程教学改革国内很多高校的软件工程课程仍采用传统教学方法，主要以经典瀑布型模型为主线讲授各关键技术，课堂中强调教师主体地位，教学内容以理论为主，实践环节较少，甚至很多学校不设置实践环节。有的课程实践虽然有工程规范文档写作、项目模拟等环节，但往往与实际脱离，内容空洞，学生由于无法理解而感到枯燥，甚

4、至滋生了厌学情绪。国外obe理念和工程教育思想引入较早，已成为各国工程教育的主流理念6。各高校软件工程课程紧紧围绕其教学目标进行教学模式改革。由于教学目的不同，国外高校软件工程教学更重视学生理论分析、自主学习和沟通交流能力培养，学生通过高强度阅读大量文献，了解知识的来龙去脉，激发学习兴趣7。国内软件工程教学更重视学生工程实践能力、沟通能力和团队合作能力培养，因此很多课程教学改革更强调pbl（project based learning）方式的实际应用。基于项目的学习（pbl）是一种以学生为导向、由教师推动的学习方法。教师提出一个项目，学生在教师的指导下通过项目锻炼，实现整个研究和项目阶段实施流

5、程系统化。强调在教学过程中将理论与实践有效结合，以项目为基础，围绕项目引导学生自主学习和合作学习，提高创新和实践能力8-11。但是，很多课程教学都是采用将一个完整项目贯穿于全部教学过程的方式，由于学生缺乏实际项目经验，很难将教学内容与项目实践有机结合，无法达到预期效果。沈阳航空航天大学计算机科学与技术专业于2016年开始进行工程教育专业认证申请和建设工作，作为一门对学生能力培养体系起到重要支撑作用的核心课程，授课团队积极改革教学方法，在参考各高校优秀方法的基础上，提出在obe模式下利用渐进式pbl教学法全面提高教学质量。渐进式pbl教学法指在教学过程中不围绕一个单一实训项目开展教学，而是以学生

6、对软件项目开发的认知顺序调整教学内容，将实训项目细化为3个相互衔接、难度逐级递加的细粒度任务，使学生逐渐了解真实软件的实际开发过程，并逐渐适应和学会与他人合作完成任务。实践证明，这种方法能够更加有效地激发学生学习兴趣，取得良好效果。2 课程设计思路在工程认证理念下，软件工程课程教学重点已经从传统以理论知识讲授为主，转为重点对各技术和非技术能力指标的达成上。尤其是作为边缘学科，该课程对非技术能力指标的达成起到了无可替代的作用。由于课程贯穿了软件项目开发全部环节，涵盖了较多的技术和非技术内容，因此在对12条毕业要求分解后的指标点中，该课程共支撑了6条毕业要求中的8个指标点，具体包括：“能够运用专业

7、知识分析与评价计算机领域复杂工程问题，并得到有效结论”、“能够针对计算机领域复杂工程问题，确定其功能需求和非功能需求”、“能够结合社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素对解决方案的可行性进行评价”、“了解和熟悉计算机领域的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规”、“能够在计算机领域工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任”、“能够在多学科背景下理解团队的角色构成和职责分工”、“理解并掌握计算机领域工程项目涉及的管理原理与经济决策方法”和“能够将管理原理与经济决策方法应用于多学科环境下的工程项目中”。为了保证本专业上述毕业要求的顺利达成，课程教学设计紧紧围绕obe理念，重新理顺教学内

8、容，改革教学方法，并在近两年的教学过程中，根据学生学习和评价效果不断持续改进。2.1 教学大纲修订为了实现对各毕业要求的支撑，课程团队重新修订了教学大纲，由于学生在学习本课程时只有简短的编程经历，对软件开发的其它环节并不熟悉，为此本课程改变了传统以瀑布型模型为主线的教学顺序，将教学内容调整为个人技术、结对技术和团队技术3种，并在其中穿插软件工程师职业道德规范、软件质量保证等内容，从学生最熟悉的部分入手，并逐渐培养学生的规范意识和质量意识，具体如图1所示。在教学目标和内容方面，采用布鲁姆教学目标分类法，以动词为引导，明确学生对各知识点的能力要求，教学目标与毕业要求具体对应关系如表1所示。2.2

9、教学方法改革从表1可以看出，在本课程内容体系中，对非技术指标的支撑是课程教学重点，尤其是对课程思政环节也从专业课角度进行了有益尝试，既体现了本课程在专业课程体系中的重要性，也保证了课程配置对毕业要求支撑的合理性，为了保证这些教学目标的实现，团队对教学方法也进行了一系列改革。（1）在教学理念上强调“做中学”，要求学生在实践中理解理论内容。在课堂讲授基础上，基于渐进式pbl教学理念，为学生布置不同形式的作业，包括个人作业、结对作业和团队作业，既保证学生能力得到足够锻炼，又适当降低学生负担，增加了趣味性，作业实例如表2所示。（2）所有作业环节全部引入信息化手段，降低管理工作量，提高工作效率。鼓励学生

10、使用github等业界主流工具完成任务，提高学生毕业后岗位适应能力。（3）在评价手段方面，所有作业以博客形式公开展示，接受专家和同行点评。针对团队作业，引入校企联合评价机制，学生以团队方式合作完成企业实训项目，企业导师进行评价和考核，提高评价的准确性和科学性。通过该方式，学生可以直接接受企业一线工作人员的指导，有助于其了解软件企业实际工作流程，快速熟悉工作岗位。（4）混合式教学和翻转课堂合理使用。受课程学时所限，不可能对每项内容都全面展开讲解，因此课程打破传统教学内容学时安排，利用“辽宁省优质课程资源共建共享项目”和国家级精品在线课程进行线上线下混合教学模式改革，目前已实现至少20%内容的线上

11、学习，极大节省了教学时间。教学设计与实施方案如表3所示。2.3 课程考核为了提高学生实践能力，并确保所有教学目标有效达成，课程摒弃了原有完全以期末考试决定学生最终成绩的方法，设置了多个考核环节，实现了针对学生能力的形成性评价机制，基本保证学生每周都有必须完成的任务。在考核过程中，企业专家和同行也给出了大量建设性意见，使得每年的作业质量都持续提升。专家给出的具体意见包括“作业不能只考虑保证落后学生完成，应该加大难度，以保证学生解决的是复杂工程问题”、“每次布置作业后，教师和助教应及时跟踪和考核，保证学生能够持续重视所有任务”、“学生应以提交可运行的程序为目标，而不是只满足于简单提交各种文档”。教

12、学团队高度重视上述意见，并及时加以改进，课程中学生各任务环节全部设置了考核点，并计入最终分数。为了保证学生将更大的精力投入到团队项目中，培育一些优质的软件作品，课程规定学生高质量完成团队项目并在项目中承担主要工作，通过教学团队考核后，可以免试，直接用平时成绩计入最终成绩。从实际运行效果看，学生普遍热情较高，每年都有一定数量学生经过严格审核获得免试资格，并成功培育一个创业项目。3 课程质量分析及评价自2016年对软件工程课程实施全面改革以来，虽然在教学过程中出现了一些不足，但在教学团队全体教师共同努力，以及企业及同行教师支持下，该课程依然取得了明显效果。虽然作业负担明显加重，但是绝大多数学生都能

13、按时完成，并且质量与以往相比有了本质上的提高。绝大多数学生对于本课程新的教学方式给予了支持。图2图5为课程满意度调查部分结果（彩图扫osid码可见）。从调查数据可以得出如下结论：95%以上的学生对本课程给予高度认可，并乐于推荐该教学方法（见图2）；97%以上的学生认为课程实践环节设置具有实际意义（见图3）；96%以上的学生认为很好地掌握了教学内容（见图4）；92%以上的学生认为通过本课程学习，实践能力得到明显提高。4 结语软件工程课程作为计算机科学与技术专业的一门软件类综合性课程，对于学生解决软件类复杂工程问题，提高学生软件开发能力、工程实践能力和项目管理能力具有不可替代的作用。对于该课程，课

14、题组在经历了较长一段时间的痛苦摸索后，找到了一种行之有效的解决方法，并且在听取了大量专家的意见和建议后，采取了具有颠覆性的改革措施。从最近几次教学过程看，改革效果明显。今后将严格按照工程教育专业认证的指导思想，紧紧围绕本专业毕业要求，持续改进教学过程和方法，促进教学目标、各毕业要求指标点的顺利达成，最终支撑毕业要求和培养目标实现。参考文献：1陆鑫.obe工程教育模式下课程教学设计研究j.计算机教育，2017，15（10）：135-139.2邱剑锋，朱二周，周勇，等.obe教育模式下的操作系统课程教学改革j.计算机教育，2015，13（12）：28-30.3温晓娟，梁彦清.基于obe理念的混合式

15、教学模式研究j.高等财经教育研究，2018，20（21）：45-49.4xu s，yuan x，xu r，et al. discussion on the reform of university teaching mode based on obe engineering education conceptj.destech transactions on social science，education and human science，2018.5金淑娟，杨滋荣.软件工程课程的教学改革探索j.教育教学论坛，2015，7（31）：110-111.6刘强.基于obe理念的“软件工程”课程重塑j.中国大学教学，2018，40（10）：25-31.7郭洪禹，张云.国外名校公开课对软件工程课程教学的启示j.计算机教育，2014，12（9）：124-126.8李兴娟，刘明铭，师文轩.基于cdio的高级语言编程实训课教学改革以南开大学夏季学期为例j.软件导刊，2020，19（2）：176-179.9潘理虎，解丹，张雷，等.以能力产出为导向的项目驱动教学法实践探索j.计算机教育，2019，17（8）：88-93.10张锦，刘宏.以项目为核心的软件工程专业人才培养模式研究j.计算