新工科理念下软件工程专业实践教学研究

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　　摘 要：相对于传统的工科人才而言，新工科人才更注重实践、创新能力培养。基于新工科理念，通过把握软件行业发展趋势和产业政策，结合软件工程人才培养目标，提出“三层递进式”实践教学体系，从顶层设计上推进实践教学模式创新。以合肥工业大学软件工程专业为例，介绍其实践教学体系整体构建过程，将新工科教育理念贯穿于软件工程师培养全过程，旨在培养适应经济结构调整和软件行业发展的工程人才。
　　关键词：新工科;软件工程;实践教学
　　DOI：10. 11907/rjdk. 192064 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2020）002-0184-04
　　英标：Study on Practical Teaching of Software Engineering Under the Concept of New Engineering
　　英作：YUAN Yang-hua，ZHENG Li-ping，XU Ben-zhu
　　英单：（School of Software， Hefei University of Technology， Hefei 230000， China）
　　Abstract： Compared with the traditional engineering talents， new engineering talents pay more attention to the cultivation of practice and innovation ability. Based on the concept of new engineering and technical disciplines， the article puts forward the concrete “three-tier progressive” practical teaching system by grasping the software industry development trend and industrial policy. The system promotes the innovation of the practical teaching mode from the top design. Taking the major of software engineering in Hefei University of Technology as an example， the paper introduces its overall construction process， aiming to realize talent training goal of software engineering.
　　Key Words： new engineering and technical disciplines; software engineering; practical teaching
　　0 引言
　　为满足国家战略、产业发展和经济结构改革对工程人才的需求，教育部于2017年开始启动新工科建设。新工科建设的目标是培养能适应经济新常态、具有国际竞争力、工程实践能力强的创新型人才[1]。这一教育理念的提出，体现了我国高等工程教育以提高人才培养的实践性与创新性为中心，要求高等教育从引领新经济发展战略视角，加强与产业密切合作，注重学生工程素养和实践能力培养。因而，在新工科人才培养中，高校的实践教育教学体系是关键[2]。
　　2015年国家制定了“互联网+”行动计划，在大数据、云计算、移动互联网等新技术支撑下已经在各行各业全面铺开。软件在“互联网+”中处于核心地位，软件工程专业获得良好的发展契机。然而，《中国工程教育质量报告》指出，工科毕业生动手实践能力相对薄弱，工程能力和实践创新能力亟待加强，软件工程专业毕业生的工程实践和创新创业能力成为软件工程卓越工程师培养的关键 [3]。
　　本文基于新工科理念，通过把握软件行业发展趋势和产业政策，结合软件工程人才培养目标，提出建立 “三层递进式”实践教学体系，从顶层设计上推进实践教学模式创新，将新工科教育理念贯穿于软件工程师培养全过程，培养适应经济结构调整和软件行业发展的工程人才。
　　1 实践教学体系构建
　　相对于传统的工科人才而言，新工科人才更注重实践、创新能力培养，以适应新经济和新兴产业需求，且具备国际竞争力。不难发现，类似大数据、云计算、人工智能等相关的新工科专业都蕴含一个很重要的技术，那就是软件。软件技术作为一项核心竞争力，应用于人们工作生活的方方面面，比如政府、银行、企事业单位、航空、医疗等。作为一门实践性很强的学科，软件工程人才的培养不仅需要系统的理论知识，更需要工程实践的综合锻炼[4]。因此，高校在培養工程人才时，要顺应时代变迁进行改革和调整，积极探索创新，提升学生动手实践能力 [5]。
　　合肥工业大学软件学院于2009年开始招收软件工程专业本科生，采用3+1培养模式（3年校内学习+1年校外实习）。在教育教学过程中不断摸索，面对新工业革命和新科技革命的竞争态势，学院根据IT产业发展创建崭新的课程体系和教学模式，将实践教学环节贯穿于学习的整个过程。学院在开展软件工程专业教学过程中，从培养卓越工程师基本实践能力、专业实践能力、综合实践能力3个层面，把实践教学分为基础实验教学、新工程能力实训和工程应用实习3个层次的实践教育体系[6]，形成理论教学与实践教学互补的人才培养新模式，注重学生扎实的工程基础理论和专业知识传授，将教育过程延伸到工程领域的实践环节，让学生主动参与教学，运用所学知识解决工程实际问题[7]。 　　2 三层递进式软件工程专业实践教学体系
　　学生工程能力和工程素养培养是新工科人才培养的核心内容，培养能力导向的软件工程专业人才同样是软件工程教学的核心[8]。为此，不同层次的高校都在积极调整培养方案，加大实践环节课程设置[21]。
　　学院整合设计了人工智能与大数据、数字媒体和移动计算3个专业选修方向，增加课程实验、课程设计、校内实训、校外实训、工程应用实习等课程的学时数，使实践教学的学时数比例提高到40%以上，突出面向实践能力培养特色，改变以往直接从传统单一的基础实验到专业实习的实践教学过程，形成基础实验、新工程能力实训和工程应用实习3个层次递进的软件工程专业实践教学体系，如图1所示。
　　“三层递进式”指“实验、实训、实习”，从基础夯实层、专业提高层和综合创新层，分别对应于一般实践能力、专业实践能力和综合实践能力培养，渐进进行，从而保证软件工程人才培养对实践教学的要求[9]。
　　2.1 基础实验教学
　　基础实验教学由穿插在专业课程学习中的课程实验与独立于专业课程的课程设计两部分组成，巩固和加深对特定理论知识点理解。如开设的19门学科基础课和专业必修课中，有15门课程安排实验教学，26门专业选修课中有20门课程安排实验教学，专业实验课程占比近80%。专业课程设计以小型软件项目为训练题目，由有经验的教师指导，项目小组一般由2-4人组成，主要训练学生软件编程技巧，提高学生软件编程能力。
　　基础实验教学强化学生所学的理论知识，以学生编程和实验报告等环节为考核方式，是软件工程专业实践教学体系的基础，更是帮助学生打下扎实的专业基础不可或缺的环节[10]。
　　2.2 新工程能力实训
　　新工程能力实训贯穿大学前6个学期，实训地点从校内逐步走向校外。为期6个月的实训从算法实训顺延到Java实训、移动开发实训，逐步加强软件工程基本功;从软件工程实训顺延到虚拟现实实训、嵌入式软件实训，逐步提高学生的专业实践能力。
　　校内实训课程由经验丰富的教师或企业导师指导，以中型软件项目为训练题目。项目小组一般由4-6人组成，主要训练学生系统开发能力。如软件工程专业2015级学生由Oracle认证Java企业级应用开发专家、Oracle-Sun认证企业架构师开展为期30天的Java实训。通过真实的企业项目带动学生应用和掌握各种技术知识，熟悉软件开发流程规范、获得实际项目经验，从而有效提高学生项目开发能力和各项综合能力。
　　校外实训课程由企业导师指导，以具有一定规模的软件系统为训练题目。项目小组一般由6-10人组成，主要训练学生对大型项目的开发和管理能力，对软件生命周期各个环节的认识，以规范的过程和标准有效开发、管理软件系统。如软件工程专业2014级学生校外实训在达内时代科技集团杭州实训基地开展，历时30天。根据学生兴趣和选择，开设Android开发和iOS开发两个实训班。校外实训单位由学校招标确定，教师会同达内时代科技集团为学生量身定做实训方案，并安排企业教师、企业班主任和学院教师组成双导师团队，教授Android和iOS开发平台搭建、开发框架、开发流程及最新开发技术，要求学生完成實际项目，并在实践中领会并掌握以上知识和技术，为学生进入“3+1”最后一年在企业开展工程应用实习奠定基础。
　　2.3 工程应用实习
　　工程应用实习指 “3+1”培养模式，将大四这一年的课堂教学移到企业，要求学生在企业参与实际项目开发，与企业导师、学校指导教师根据真实项目讨论选题，结合实习成果完成毕业设计和毕业论文撰写[11]。工程应用实习是软件工程专业实践教学体系中至关重要的一环，总学时长达36周，共计24个学分。
　　新工科建设需要社会力量积极参与，工程应用实习这种方式，整合了校内外资源，打造工程教育开放融合新生态，通过实践工作培养学生综合应用所学知识分析解决实际问题的能力。完成“3+1”培养模式中至关重要的是“1”。以2018届学生为例，90%的学生与大型上市IT企业单位签订了校外实习协议，实习质量得到有力保障。
　　学院针对课堂教学、实验实践、创新创业等教学核心环节，构建振兴本科教育的长效机制和制度保障。根据信息产业发展，以市场需求为导向，创建崭新的实践教学课程体系和教学模式，通过“实验、实训、实习”渐进培养学生的实践能力[12]。“三层递进式”软件工程专业实践教学体系蕴含的是实践教育不断线的“6+12”目标，即校内实验、实训达到6个月，校外实习达到12个月，建立“学习—实训—再学习—再实训”的螺旋式能力培养体系，形成鲜明特色，了走出一条“重教学质量、强实习实训”的特色之路。
　　3 实践教学体系落实与完善
　　国务院先后印发《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》、《促进大数据发展行动纲要》、《新一代人工智能发展规划》等文件，全面支持移动互联网、大数据、云计算、人工智能等技术崛起和腾飞，给予了软件工程专业良好的发展契机[15]。
　　在新工科理念下，高等工程教育更注重加强与行业产业合作，通过融合各方面资源推动工科教育发展，改进现有实践教学模式[13]。“三层递进式”软件工程实践教学体系与传统实践教育模式不是对立关系，而是根据新工科理念引领，更注重实践模式创新，通过社会力量的积极参与，使学习更适应新技术、新产业、新经济发展。进一步完善了软件工程专业知识体系，提高工程教育的国际竞争力。
　　（1）建立校内外实践教学基地，实现优势互补、资源共享。软件工程专业是一门实践性很强的学科，需要接触并掌握行业最新开发技术和方法，仅仅依托学校的教学资源难以取得良好的教学效果。而新工科背景下的实践教学需要整合校内外资源，积极引进外部力量，与社会建立广泛联系[14]。
　　学院重视实验室和实践教学基地建设，制定了实践教学基地建设方案，并逐步实施和完善。新建的5间学生实验室可以容纳近400名学生同时开展实验，并建有“金山软件俱乐部”、“大数据与医疗健康”、“程序设计与算法”等校内创新实践基地。与Cisco、科大讯飞、微软、Zoom、天源迪科、亚信科技、工大高科、科大国创、宇信科技、中科院苏州研究院等国内外著名企业建立广泛联系，为学生创造了大量优质的实习工作机会，为进一步优化实习实训质量、提高学生工程应用能力提供了条件。通过创建软件工程人才培养实践教学基地，企业可以帮助学院制定更加适合软件开发市场需求的课程培养方案，有效促进实践教学课程体系改革，同时也为学生就业开拓了市场。 　　（2）构建软件工程实践教学质量保障机制。为落实“三层递进式”软件工程专业实践教学体系实施，学院成立实践教学质量保障组织机构，明确实践教学的要求和实习实训管理制度，要求企业兼职教师不仅要熟悉软件企业的系统研发过程，更要参与到高校实际教学中[16]。严格落实实习实训基地筛选制度、实习实训过程管理制度、实践教学督导反馈制度等。考核评价包括工具使用与使用技能评价、过程管理与制度评价、工程设计与实现评价、团队协作与沟通评价等[17]。
　　（3）第二课堂与第一课堂协同育人。学院设置了班主任导师制度和竞赛教学团队，指导学生参与科研项目、申请大学生创新创业训练项目，鼓励学生参与学科竞赛等，督促学生加强专业学习，为实践能力的提升打好坚实基础。以中国计算机学会组织的CCF CSP認证考试为例，学院要求所有专业学生参加这一程序和系统能力标准化评测。实践教学改革后，考试平均成绩逐年大幅提升，从2016年200分以上仅占考生总数的10%到2017年200分以上达到42%;从2016年0分考生占总人数的24%降低到2017年0分考生占8.5%，如图2所示。
　　以2017年和2018年同期两次考试为例，高分成绩人数（200分以上）增长167.76%，从31人增加到83人，比例提升明显，从18.13%增长到39.9%。尤其在2018年9月的考试，成绩300分以上共有4人，其中两名2017级大二学生分别获得400分和380分，同期全国最高分为430分，如图3所示。
　　（4）构建软件工程实践教学的良好生态环境。新工科建设不是闭门造车，应开门办学，主动适应国家产业升级规划，面向行业或地方人才需求，争取来自政府、社会、企业的支持。软件工程专业的人才培养需要从“生态圈” 中获取资金、技术、人力支持，同时输出大量优秀的卓越工程技术人才。政府和学校指导人才培养目标，同时给予政策和经费上的支持[18];企业和社会向软件学院提出人才需求，同时提供创新创业实践平台与实习基地，向学生提供在行业龙头企业就业和职业发展的机会与平台。由此可见，在人才实践教学培养方面，学校、学生、企业3者相互支持、相互补充，政府、社会、国际伙伴等[19]相互促进。
　　4 结语
　　工科教育研究推动我国人才培养更上一个台阶。软件工程专业是新工科的重要组成部分，新工科理念下开展软件实践教学体系研究尤为迫切[20]，基于工程创新教育的实践教学体系改革任重道远。后续将进一步优化“三层递进式”实践教学体系，完善实践环节评价体系，优化创新创业教育体系，让新工科思想渗透到专业教学的每个环节。
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　　（责任编辑：杜能钢）
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