面向卓越工程師教育的軟件工程專業(yè)實訓教改研究

雷 晏，付春雷，金世鋒，張 毅

（重慶大學 大數(shù)據(jù)與軟件學院，重慶 400044）

0 引言

2018 年，教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院聯(lián)合發(fā)布《關于加快建設發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0 的意見》，重慶大學積極響應號召，其大數(shù)據(jù)與軟件學院軟件工程專業(yè)入選國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。實訓是高校軟件工程專業(yè)教學重點［1］，高校軟件工程專業(yè)實訓教學，在具體實施過程中存在理論過重、實踐內(nèi)容脫節(jié)等問題，可能影響學生在高校軟件工程專業(yè)實訓中的效果。因此，為了推動卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的實施，重慶大學大數(shù)據(jù)與軟件學院對軟件工程本科專業(yè)實訓進行了教改實踐。

1 “卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”與軟件工程實訓面臨的問題

隨著我國高校招生數(shù)量的增加，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對軟件人才的需求不斷增加，將有力地支持國家工業(yè)體系的發(fā)展［2］。因此，高校有義務培養(yǎng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)所需人才，學校和軟件企業(yè)有必要在產(chǎn)學研方面進一步加強合作。對此，教育部于2018 年啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0”［3］。該計劃旨在推動高校在軟件卓越工程師人才培養(yǎng)方面的創(chuàng)新，培養(yǎng)一大批以推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術創(chuàng)新為使命的國際一流新一代軟件專業(yè)人才后備軍。

在此背景下，重慶大學大數(shù)據(jù)與軟件學院對軟件工程專業(yè)進行了一系列教學實踐改革，其中包括軟件工程專業(yè)實訓。原有軟件工程實訓還存在一些不足，培養(yǎng)的人才與社會需求存在一定差距，難以真正達到“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”要求的人才標準［4］。其主要問題體現(xiàn)在：

（1）實訓仍以理論為主，忽略了實踐的重要性。軟件工程專業(yè)自身特點決定了學生無法完全靠“聽”“講”學習軟件工程的專業(yè)技能，而需要在實際的“做”和“實踐”中去體驗和掌握軟件工程思想［5］。雖然理論教育是建立基礎知識的重要部分［6］，但過度關注理論教育可能會導致學生在實際應用中的技能和經(jīng)驗不足，嚴重違背了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的宗旨。這些都反映出高校軟件工程專業(yè)對實訓的實踐教學重視不夠。

（2）學生對實訓興趣不高。由于實訓內(nèi)容單調(diào)，缺乏趣味性，學生對實訓的興趣并不高。許多實訓內(nèi)容缺乏挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性和實際應用，往往難以激發(fā)學生的學習熱情，導致學生缺乏對實際工作的預見性和主動性。

（3）實訓內(nèi)容無法與前沿企業(yè)建立聯(lián)系。目前，許多高校和前沿企業(yè)之間缺乏有效的合作機制，許多學生無法接觸到最新的軟件工程技術和實踐，導致實訓內(nèi)容與實際工作脫節(jié)［7］，從而會影響他們的就業(yè)競爭力和職業(yè)發(fā)展。此外，缺乏與前沿企業(yè)的聯(lián)系也會影響高校軟件工程實訓的質(zhì)量和水平，使其無法滿足行業(yè)的快速發(fā)展需求。

2 教改方案與實施

為推動前沿信息技術的普及與認知，實現(xiàn)院校教學與產(chǎn)業(yè)實踐的有機結合，提升軟件工程領域?qū)W生的深度學習能力和技術創(chuàng)新能力，重慶大學大數(shù)據(jù)與軟件學院和中國高科集團組織實訓以“應用+創(chuàng)新”為主題，依據(jù)學校人才培養(yǎng)目標，融合JavaWeb+大數(shù)據(jù)及人工智能專業(yè)學科背景和訓練要求，以實踐技能訓練為主線，與專業(yè)能力培養(yǎng)需求相匹配，以現(xiàn)場授課的形式開展教學，強化工程實踐能力及創(chuàng)新意識培養(yǎng)。

2.1 實訓實踐框架

重慶大學大數(shù)據(jù)與軟件學院和中國高科集團的實訓實踐體系，首先構建在已知的技術課程體系之上，然后按照行業(yè)尋找合適的企業(yè)項目，將企業(yè)項目設計成適合不同階段與目標的實訓實踐內(nèi)容，形成包含體驗實踐、工程實踐、綜合業(yè)務實踐、綜合技術實踐、知識點實踐等多層次的實訓實踐體系，最后研發(fā)成教學資源以支持實訓實踐教學，并用工程方法論解決實訓實踐教學過程中可能出現(xiàn)的風險，以提升學生在企業(yè)真實環(huán)境中的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。

2.1.1 實訓階段與目標設計

如圖1 所示，重慶大學大數(shù)據(jù)與軟件學院和中國高科集團的實訓實踐項目根據(jù)業(yè)務角度可分為兩類，即經(jīng)典實訓實踐和企業(yè)實訓實踐。這兩類實踐項目在本科教學過程中持續(xù)為期4 年，服務于課程的分散實踐與集中實踐體系。

Fig.1 Design of practical training resource product圖1 實訓資源產(chǎn)品階段設計

經(jīng)典實訓實踐是一種脫離企業(yè)業(yè)務的實踐，其主要目的是幫助學生理解、鞏固和應用所學知識點。通過實踐，學生可以通過實際操作和練習加深對知識的理解，并將其用于解決實際問題。這種經(jīng)典實訓實踐有助于學生在學術層面上建立扎實的基礎，并培養(yǎng)他們的問題解決能力。

與此相反，企業(yè)實訓實踐則是依托真實企業(yè)項目進行的實踐。其主要目的是增加學生對知識的綜合應用和工程實踐能力。學生將在真實的企業(yè)項目中獲得實踐經(jīng)驗，學習如何將所學理論知識應用于實際項目，解決實際業(yè)務問題。通過與企業(yè)合作，學生將更好地了解行業(yè)實踐、工作流程和職業(yè)要求，提高與企業(yè)的溝通與合作能力。

上述兩類實踐項目在教學過程中相輔相成。經(jīng)典實訓實踐有助于學生基礎理論知識的鞏固和運用，幫助他們夯實學術基礎；企業(yè)實訓實踐則將學生置于真實的企業(yè)環(huán)境中，使他們能夠?qū)⑺鶎W知識應用于實際項目，并勇于面對真實的業(yè)務挑戰(zhàn)。這樣的綜合實踐有助于學生全面發(fā)展，培養(yǎng)他們的問題解決能力、團隊合作意識和職業(yè)素養(yǎng)。

軟件工程專業(yè)實訓教改的目標是提高學生在軟件開發(fā)實踐中的能力和素質(zhì)，使他們能夠適應快速變化的技術和市場需求。針對綜合實訓與工程實訓的實訓目標如表1所示。

Table 1 Goals of practical training表1 實訓目標

在綜合實訓中，學生將學習如何閱讀和理解設計文檔，包括需求文檔、技術規(guī)范和架構設計等。他們將了解如何解析文檔中的要求和說明，并將其應用于實際的軟件開發(fā)過程。

在工程實訓中，將著重提高學生的企業(yè)業(yè)務邏輯設計與實現(xiàn)能力。他們將學習如何分析業(yè)務需求、建立數(shù)據(jù)模型、設計系統(tǒng)架構等。通過實際項目實踐，掌握將業(yè)務邏輯轉(zhuǎn)化為代碼的能力，選擇合適的編程語言和開發(fā)工具，并將業(yè)務需求轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的軟件實現(xiàn)。

2.1.2 實訓結構設計

中國高科集團在合作過程中構建了相對成熟的實訓服務結構體系（見圖2），主要關注3 個要素即訓什么、怎么訓、訓怎樣，并在高校的實訓實踐過程中持續(xù)迭代優(yōu)化，持久地、更好地服務于高校實踐教學。

Fig.2 Overall structure of practical training service圖2 整體實訓服務結構體系

（1）訓什么？不僅是內(nèi)容的選擇，還有實訓資源準備和計劃制定。具體包括建立實訓相關技術文檔、設置合理的實訓目的、編制科學的實訓大綱、設計恰當?shù)膶嵱杻?nèi)容與實訓周期、制定可行的實訓實施計劃。一個好的實訓實踐項目，必須有充足的資源與計劃準備。

（2）怎么訓？它是實訓實踐的實施過程，從企業(yè)的實施角度而言，實訓實踐本身就是工程過程，實訓實踐的結果決定于實訓實踐過程管理與實訓實踐方法論的應用。運用企業(yè)軟件工程的管理思想，實訓方法論使用符合軟件統(tǒng)一過程的面向?qū)ο蟮目蚣芩枷?，確保實訓實踐無失敗風險。從目前這種思想的使用效果看，只要保障一定的師資水平，基本可以保證實訓實踐的失敗風險為0。

（3）訓怎樣？一方面是檢驗與評估實訓實踐成果的科學標準建設，另一方面是實訓實踐的成果對下一屆學生的示范效果。

更為關鍵的是，通過長期的實訓實踐過程結構優(yōu)化，可以使得校企之間建立一個與院校培養(yǎng)計劃與方案同樣嚴謹且科學的實踐體系，讓學生從入學就知道未來需要達成的實踐應用目標與方向，以及企業(yè)應用型人才需要達到的應用項目對人才要求的標準。

2.1.3 企業(yè)視野設計

考慮在實訓中學生將累積更多的行業(yè)知識與經(jīng)驗，從團隊組建與管理、文檔規(guī)范、編碼規(guī)范、工具使用，到績效考核，都采用企業(yè)仿真與模擬的形式。更主要的是引入主流的企業(yè)技術和行業(yè)前沿技術，接觸到更多企業(yè)需求與技術的商業(yè)價值與應用場景。

2.1.4 質(zhì)量管理

為了確保軟件工程實訓教改質(zhì)量，需要采取一些有效的質(zhì)量管理措施，建立明確的質(zhì)量目標和標準，明確要求學生在實踐中開發(fā)出符合行業(yè)標準和最佳實踐的軟件產(chǎn)品。這些標準可以基于行業(yè)認可的軟件工程方法和規(guī)范，如軟件生命周期管理、敏捷開發(fā)方法等。

2.2 實訓過程與實施

實訓實施除了以最基本的實訓成果為導向外，還精心設計了實訓流程，制定實訓大綱與實訓計劃，提供嚴格的實訓教學管理，提供人性化的教學服務保障，最后以相對科學的評價體系驗收實訓成果，并給予得分評估。

如圖3 所示，實訓的過程是按照統(tǒng)一過程組織，實訓流程主要考慮4 個方面的因素：教學管理與服務、教學組織、基于軟件開發(fā)過程的實訓過程（教學內(nèi)容交付）、實訓評估與質(zhì)量管理。此外，還包含多次的階段驗收，實訓流程的順利實施需要教學管理措施與制度加以保障。實訓過程中會根據(jù)不同和差異進行實時調(diào)整，遵循更加合理的流程設計與驗收過程。

Fig.3 Organization of practical training process圖3 實訓過程組織

如圖4 所示，將實訓過程中的任務分成局部（每個組員的實訓任務）與全局（完整項目）兩個部分，每個人都作為組員完成各自的實訓任務，又都以項目經(jīng)理身份管理項目模塊與集成，并提交完整的項目成果，最后項目組內(nèi)進行評估，選擇一個最優(yōu)秀的項目成果作為項目組的提交成果物參與最后評審。項目任務分配中，任務模塊按照業(yè)務劃分，不按照技術分配，實現(xiàn)實訓過程技術應用的均衡性。

Fig.4 Design of practical training structure圖4 實訓結構設計

這次實訓教改的成果，是校企合作、團隊協(xié)作的結果，也是中國高科集團與重慶大學大數(shù)據(jù)與軟件學院對實訓理念、實訓設計的結晶。該過程既具備企業(yè)開發(fā)特點，也考慮院校教學特點，同時也是企業(yè)工程師團隊、企業(yè)資源、企業(yè)教學管理、企業(yè)實訓方法論與實訓設計的綜合體現(xiàn)。

（1）集中備課。從考量實訓均衡問題出發(fā)，對實訓進行了整體分析與設計，抽取了實訓的共性，區(qū)分每個項目之間的差異部分，將工程過程作為共性，提出了基于工程內(nèi)容整體教學與工程實訓實施的方式，團隊整體備課，明確工程任務、目標、要求、提交物以及過程注意細節(jié)［8］。同時，每個班級與項目組引導各實訓指導工程師根據(jù)情況差異化備課。

（2）任務備課。備課分統(tǒng)一備課與差異化備課，故在實訓授課方面分成兩個部分，集中備課的工程內(nèi)容作為公共實訓任務發(fā)布，差異化部分作為實訓指導由各項目組的指導工程師實施。任務發(fā)布的授課時間一般在30～120 min，根據(jù)任務的復雜度與涉及的新技能，初期的工程分析與設計時間控制在60～120 min，后期編碼的任務發(fā)布時間控制在30 min 左右，將更多的時間交給學生自主實踐探索。任務發(fā)布包含明確的任務與提交物要求，同時包含工程部分的指導與注意事項。其主要包含4 個部分：課堂任務、實訓主要工作內(nèi)容、實訓工作要求、實訓所需要的提交物。

（3）實訓指導。實訓指導分成兩3 個部分：①集中指導，通過線下及直播結合實施；②分散指導，根據(jù)實訓中存在的問題及時實施，采用線下實時解答；③對簡單且容易接受的問題通過提供文檔、代碼的方式進行指導（主要用于演示性實訓指導）。實訓指導主要以線下實時指導為主，使用騰訊會議輔助，每天集中實訓指導時間平均為在8 h 左右。分散指導時間根據(jù)問題不同，有時一個分體可能需要多次臨時直播。此外，每天19：00-21：00，有一名主講教師和一名輔助教師留在機房為學生現(xiàn)場答疑。

（4）進度監(jiān)控與問題答疑。項目實訓的成功除學生的努力外，還需要實訓指導工程師對進度加以監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控結果作必要答疑。進度監(jiān)控不僅僅是檢測監(jiān)督，還包括每個環(huán)節(jié)的完成情況、合理性以及可創(chuàng)新之處［9］。這種監(jiān)控會根據(jù)小組進度，開展適合小組實際情況的前瞻性實訓指導。

（5）技術攻關。技術攻關根據(jù)項目中學生的具體情況確定，有的是本身就需要的技術，但是學生沒有掌握，有的是學生想做創(chuàng)新嘗試，需要學習新的技術。這些技術通常在技術學習階段并沒有涉及，需要教師準備好，為學生講解的同時將其錄制成視頻。

2.3 教學服務

實訓中監(jiān)控、溝通、解決問題的效率都是教學管理中最重要的問題?？紤]到實訓部分學生基礎較為薄弱，實訓前便以高要求、高難度、高標準對他們提出具體要求，在實訓前、實訓中均充分調(diào)動他們的積極性，在幫助學生鞏固內(nèi)容的同時引導他們多完成創(chuàng)新的目標，并以此為任務發(fā)布基準，發(fā)揮他們團隊協(xié)作及自主學習能力。同時，以現(xiàn)階段企業(yè)協(xié)作相關要求為著眼點，在學習中、項目中、教學管理中均作出嚴格要求。整個實訓期間的教學管理落實在以下細節(jié)處：

（1）實訓教務管理機制。企業(yè)入駐高校實施實訓教學，線下教學更容易形成濃厚的學習氛圍，小組相互幫助更有有助于學習。教師可以對學生的學習進行有效監(jiān)督，并針對學生學習過程中出現(xiàn)的問題及時給予反饋，提高學生的學習效率［10］。但線下教學也存在一些弊端，由于參訓人數(shù)較多、教室較大，限于教學屏幕、聲音效果等條件，學習效果會受到影響。實訓文檔的交付、修改及交流使用云文檔的形式效率更高，也更便于監(jiān)督管理。同時，小組之間通過線上溝通、協(xié)同以及以小組為單位進行項目管理效率較高。線下實訓項目實施的同時采用騰訊會議線上同步進行，以彌補線下屏幕、聲音等條件問題，讓不能參加線下實訓的學生也可參加線上同步實訓，達到線上線下等質(zhì)實效。

（2）實訓前引導科學分組。中國高科集團共發(fā)布25個企業(yè)級項目，需要學生自主選擇感興趣的項目并自行組隊。針對已報名未組隊成功的情況，以隨機原則匹配項目組成員。在該過程中，有部分學生希望能調(diào)整分組，公司要求學生以企業(yè)員工的心態(tài)去看待分組和實訓，企業(yè)員工不可挑選同項目的同事，要趁此機會學習如何更好地解決團隊配合問題。

（3）建立項目組長機制，明確組長權限與職責。實訓即模擬企業(yè)項目開發(fā)形式，設立項目組長。組長責任重大，不單單需要進行出勤及作業(yè)等日常工作的配合，還需要統(tǒng)籌安排組內(nèi)開發(fā)計劃，合理分配組員工作任務，完成情況、困難解決、技術攻關等，在整個項目實訓中承擔著很重要的角色。

（4）教學過程監(jiān)控與問題答疑。實訓過程中，針對遲到、出勤、作業(yè)提交及態(tài)度不積極的學生及時進行原因追蹤，確定問題所在，及時疏導并在后續(xù)幾天重點關注。期間重點關注學生對課程的掌握和吸收程度，以及對技術教師的評價、各小組內(nèi)部發(fā)生的問題等［11］。

（5）重點學生關注。教務老師結合每日考勤情況，針對學生長期請假情況，對相關學生進行回訪并給予幫助，讓學生及時跟上實訓進度。

（6）反饋服務。為了解學生的真實學習情況和對技術知識的掌握程度，以及學生對實訓教學的建議，以更好地滿足學生的學習需求，實訓期間每兩天由助教負責對各小組進行調(diào)查，便于了解學生的真實情況，及時作出調(diào)整方案。

（7）實訓教學日報。項目實訓期間，啟動教學日報制度，向?qū)W校相關教師和領導匯報當天情況，做到有問題及時發(fā)現(xiàn)并解決。

（8）考勤服務。整個實訓期間對考勤作嚴格要求，學生不能遲到、早退，早晚各簽到一次，保留紙質(zhì)文檔并由教務老師在電子文檔中記錄，對遲到、早退及缺勤的學生扣取相應分數(shù)。

2.4 考核評價方式

學生實訓成績由4 部分構成，計算公式即總成績=（作業(yè)成績×10%）+（考勤成績×20%）+（實訓過程成績×40%）+（項目驗收成績×30%）。在項目最后，由企業(yè)教師給予每位學生適當?shù)脑u語。

該成績計算方式的設計是基于如下目的：①督促學生自我跟蹤與學習新技術，因為實訓最終檢測的還是技術學習效果，以及學生對技術體系化梳理的能力；②以實訓過程為重點，同時重視實訓結果［12］。

3 教改實施效果及總結

在最近三屆軟件工程專業(yè)本科生的實訓課程中實施該教改方案。通過問卷調(diào)查和成績分析發(fā)現(xiàn)，與以往教學效果相比，新教學模式獲得了較高的滿意度，主要體現(xiàn)在：

（1）自信心增強。很多學生在初期都對后期能否完成實訓持有懷疑態(tài)度，但是通過3 周日以繼夜的工作與學習，不僅沒有難倒他們，還激發(fā)了他們的潛能，自學意識非常高，得以完美地完成項目，極大增強了他們的自信心。

（2）專業(yè)能力提升。通過實訓對整個軟件開發(fā)流程有了全面認識，真正做到從書本中來到實踐中去，對整個軟件架構有了更清晰而深刻的認識。同時，很多學生還感悟到通過實訓能接觸到前沿的企業(yè)技術，比如人工智能、嵌入式等。

（3）線上云協(xié)作能力提升。通過運用云文檔協(xié)作與云代碼管理，提前實踐了企業(yè)線上工作的方法與流程。

（4）團隊協(xié)調(diào)能力提升。加強了學生的團隊意識，提升了項目組內(nèi)配合度，不管是組員還是組長，都對整個項目中的人員配合有了深刻認識和理解。

（5）問題解決能力提升。學生遇到問題及時想辦法去解決的能力有了顯著提升，首先是遇到問題不再害怕，而是通過溝通探討加以解決，每一次的碰撞對于他們都是一次提升。

（6）管理總控能力提升。學生的管理總控能力得到提升，尤其是組長，從最開始不知道如何分配任務，到最后可以整體規(guī)劃任務，整體管理能力得到很大提升。

4 結語

作為高校重點專業(yè)，軟件工程專業(yè)教學質(zhì)量與學生專業(yè)素質(zhì)涵養(yǎng)和綜合學習能力之間存在緊密聯(lián)系。本文根據(jù)國家教育部與重慶市教育委員會關于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的若干意見，在重慶大學大數(shù)據(jù)與軟件學院軟件工程專業(yè)本科生的實訓過程中實施新教改方案。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新教學模式提高了學生們的專業(yè)能力和團隊合作能力，能夠更好地達到培養(yǎng)卓越工程師的最終目標。