智慧教學(xué)導(dǎo)向的軟件工程專業(yè)教學(xué)方法探索

1、智慧教學(xué)導(dǎo)向的軟件工程專業(yè)教學(xué)方法探索 2015年 3 月 5日，李克強(qiáng)總理在十二屆全國人大三次會議 上首次提出“互聯(lián)網(wǎng) +”行動計劃，大力推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、 大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)的緊密結(jié)合。 2016年 3 月 16 日，谷歌公司的 AlphaGo 以 4：1 的成績戰(zhàn)勝了圍棋九段大 師李世石，這一勝利標(biāo)志著人工智能算法以及相關(guān)計算機(jī)軟硬件 技術(shù)的進(jìn)步。 在這樣的時代背景下， 高校軟件工程專業(yè)迎來了前 所未有的機(jī)遇， 同時也給專業(yè)課程的教師帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn) 1 一方面，軟件工程專業(yè)課程更加注重學(xué)生編程思想和軟件開發(fā)實(shí) 踐能力的培養(yǎng)， 這就需要專業(yè)教師及時跟蹤產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的最

2、 新技術(shù)和科研成果， 通過不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐新技術(shù)來提升自身的 專業(yè)技能。另一方面，專業(yè)教師需要更新教育教學(xué)理念，在教學(xué) 實(shí)踐中對現(xiàn)有的教學(xué)方法和模式進(jìn)行提煉和創(chuàng)新， 使之既符合軟 件工程專業(yè)的發(fā)展需要， 又能夠培養(yǎng)兼具理論知識和實(shí)踐應(yīng)用能 力的高層次人才。 一、軟件工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)現(xiàn)狀 （一）培養(yǎng)目標(biāo) 以清華大學(xué)軟件工程專業(yè)為例， 從知識、 能力和素質(zhì)等維度 對軟件工程專業(yè)本科層次提出了具體的培養(yǎng)要求。 首先是個人素 質(zhì)方面，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的社會責(zé)任感、 良好的工程職業(yè)道德、 追求卓越的態(tài)度和強(qiáng)烈的愛國敬業(yè)精神。 在知識方面， 要求學(xué)生 具有從事工程工作所需的數(shù)學(xué)、 自然科學(xué)、 人文

3、社會科學(xué)方面的 基礎(chǔ)知識， 又掌握軟件工程領(lǐng)域所需的專業(yè)知識， 包括軟件需求 分析、軟件設(shè)計、軟件構(gòu)造、軟件測試、軟件演化、軟件過程、 軟件質(zhì)量與管理等。另外，還應(yīng)當(dāng)具有領(lǐng)域應(yīng)用的知識，如信息 系?y、信息安全、游戲動畫多媒體等應(yīng)用。在能力方面，則要求 學(xué)生具有較強(qiáng)的運(yùn)用知識能力， 包括軟件分析與開發(fā)能力、 過程 控制與管理能力、工具使用與實(shí)驗(yàn)技能、團(tuán)隊協(xié)作與溝通能力、 面向領(lǐng)域的應(yīng)用能力。 同時， 良好的創(chuàng)新發(fā)展和創(chuàng)業(yè)能力也隨著 “互聯(lián)網(wǎng) +”的提出而成為學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)中的重要方面。 （二）教學(xué)現(xiàn)狀 在課程設(shè)置上， 高校軟件工程專業(yè)普遍注重學(xué)生實(shí)踐能力的 培養(yǎng)，開設(shè)包括專業(yè)基礎(chǔ)課程、程序設(shè)計語

4、言、軟件及Web開發(fā)、 軟件質(zhì)量保障與測試等專業(yè)應(yīng)用類課程。 在教學(xué)模式上， 通常采 用教師課堂操作演示與學(xué)生上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的方式， 注重基礎(chǔ)知 識和實(shí)踐能力的綜合發(fā)展。 在教學(xué)評價上， 也不再依賴單一的試 卷測評分?jǐn)?shù)， 而是越來越關(guān)注對學(xué)生實(shí)踐能力和平時表現(xiàn)的綜合 測評。但是在教學(xué)實(shí)踐過程中，仍然存在一些問題，值得總結(jié)與 反思。為此，我們對本校計算機(jī)學(xué)院 10 名專業(yè)教師開展走訪交 談，并對軟件工程專業(yè) 79 名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，最終收到有效 問卷 75 份。通過整理和分析，下面就當(dāng)前教學(xué)中突出的幾點(diǎn)問 題進(jìn)行討論。 1. 課堂學(xué)習(xí)參與度問題 在課堂教學(xué)中，學(xué)生逃課、睡覺、玩手機(jī)等現(xiàn)象比較常

5、見。 產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有很多， 從學(xué)生的角度來看， 一部分學(xué)生自 我管理能力比較薄弱， 對專業(yè)學(xué)習(xí)沒有興趣， 認(rèn)為能夠得到學(xué)分 就行。另外，對課程內(nèi)容在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用沒有認(rèn)識，課 后又不愿意對課程內(nèi)容做進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。 當(dāng)然，也有一部分學(xué)生 是因?yàn)樽陨韺W(xué)習(xí)能力較弱，往往不能及時掌握和消化所學(xué)知識， 在一些課程難點(diǎn)上卡住后，漸漸失去學(xué)習(xí)的動力。因此，作為專 業(yè)課程教師， 有必要反思當(dāng)前的教學(xué)模式和方法， 思考怎樣使課 堂教學(xué)滿足不同層次學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需要， 在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的 同時，兼顧能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生真正參與到課堂教學(xué)中來 2 。 2. 課程評價過程性問題 軟件工程專業(yè)課程更加注重實(shí)踐

6、能力的評價。 然而， 當(dāng)前實(shí) 驗(yàn)與課程教學(xué)的評價不利于考察每一個學(xué)生， 教師往往關(guān)注對實(shí) 驗(yàn)結(jié)果的檢查， 卻缺乏有效的手段對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行跟蹤， 這使得 一些學(xué)生不愿意動手實(shí)踐，互相抄襲、代為實(shí)驗(yàn)等情況頻現(xiàn)，最 終導(dǎo)致一些學(xué)生眼高手低，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ貌坏教岣?。因此，有必?利用現(xiàn)代信息化等技術(shù)手段， 對教學(xué)過程， 特別是實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行 全面跟蹤，實(shí)現(xiàn)過程性評價 3 。 3. 課程內(nèi)容陳舊性問題 軟件工程專業(yè)課程， 特別是軟件開發(fā)應(yīng)用類的課程， 其技術(shù) 的更新?lián)Q代很快。 而由于課程設(shè)置、 實(shí)驗(yàn)條件、 師資力量的限制， 在目前的教學(xué)中， 很難做到對教學(xué)內(nèi)容及時更新， 所講授的知識 往往還是多年以前的， 授

7、課內(nèi)容不能做到與時俱進(jìn)。 這就導(dǎo)致學(xué) 生專業(yè)技能與企業(yè)的具體需求存在一定的脫節(jié)。 因此， 有條件的 學(xué)?？梢赃m當(dāng)在高年級增設(shè)一些專業(yè)選修類課程， 并邀請企業(yè)工 程師開展技術(shù)講座，以方便學(xué)生了解最新技術(shù)和企業(yè)需求 4 。 二、智慧教學(xué)導(dǎo)向的新型教學(xué)方法 針對當(dāng)前專業(yè)課教學(xué)中出現(xiàn)的典型問題， 結(jié)合軟件工程專業(yè) 特點(diǎn)，課題組探索了一種以智慧教學(xué)為導(dǎo)向， 兼顧能力和興趣培 養(yǎng)的教學(xué)新方法。 該方法以智慧教學(xué)平臺為核心， 以服務(wù)教師和 學(xué)生為目標(biāo)，將案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)、小組合作學(xué)習(xí)、項(xiàng) 目探究學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方法融入實(shí)際的教學(xué)過程中， 在教學(xué)評價 上則更加注重形成性評價 56 ，其教學(xué)過程如圖 1

8、所示。 智慧教學(xué)平臺是該教學(xué)方法得以實(shí)施的基礎(chǔ)和關(guān)鍵， 它是聯(lián) 系教學(xué)各個階段的紐帶。目前，該平臺主要由教學(xué)案例管理、教 學(xué)素材管理、 教學(xué)資料管理、 教學(xué)評價管理以及支持小組協(xié)作的 移動探究教學(xué)平臺等五個模塊組成。 其中， 前四個模塊主要面向 教師， 由教師根據(jù)課程內(nèi)容進(jìn)行維護(hù)和管理， 最后一個模塊由教 師和學(xué)生共同參與使用和管理。 （一）面向教師端的教學(xué)過程 在教學(xué)設(shè)計和導(dǎo)入階 段，首先由教師操作教學(xué)案例和教學(xué)素材管理模塊， 進(jìn)行課程案 例的設(shè)計和維護(hù)，并對復(fù)雜的案例任務(wù)進(jìn)行分解。有條件的話， 教師也可以與企業(yè)合作， 共同設(shè)計面向?qū)嶋H應(yīng)用的教學(xué)案例。 在 平臺使用初期， 由于教學(xué)案例庫還不

9、豐富， 需要教師在前期投入 大量精力，上傳課程的相關(guān)素材，包括課件、試卷、習(xí)題、圖片、 音視頻等各類資源。后期，在積累了一定的案例后，教師再次開 設(shè)該課程時，就可以直接選擇已經(jīng)設(shè)計好的課程案例。另外，教 師也可以設(shè)置案例的共享等級， 可以把設(shè)計好的案例共享給所有 或者特定的教師。在此基礎(chǔ)上，教師根據(jù)課程和案例任務(wù)的需要， 對涉及的基礎(chǔ)知識進(jìn)行講授。 在教學(xué)實(shí)踐階段，需要教師和學(xué)生相互協(xié)作。 教師可以靈活 的和學(xué)生開展互動，進(jìn)行網(wǎng)上在線輔導(dǎo)和答疑， 并可以通過平臺 提供的實(shí)時學(xué)習(xí)情況分析功能， 以可視化的形式隨時查看學(xué)生案 例任務(wù)完成進(jìn)度情況、任務(wù)提交情況等，在教學(xué)評價階段，對學(xué) 生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行

10、綜合評價。智慧教學(xué)平臺會根據(jù)學(xué)生使用協(xié)作探 究學(xué)習(xí)系統(tǒng)的時間、頻度、學(xué)習(xí)任務(wù)的完成情況等若干指標(biāo)進(jìn)行 統(tǒng)計分析，給出可視化的學(xué)習(xí)情況匯總。另外，教師也可以根據(jù) 教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)情況給出相應(yīng)的評價，最終的成績會根據(jù) 教師和系統(tǒng)給出的分?jǐn)?shù)，進(jìn)行一個綜合的打分。在教學(xué)資料整理 階段，教師可以操作教學(xué)資料管理模塊對教學(xué)過程中和教學(xué)結(jié)束 后產(chǎn)生的各類表格進(jìn)行統(tǒng)一的管理，包括學(xué)生的考勤信息表、 學(xué) 生上機(jī)實(shí)驗(yàn)信息表、學(xué)生在線協(xié)作探究學(xué)習(xí)信息表以及學(xué)生成績 信息表、教學(xué)分析和總結(jié)信息表等。 （二）面向?qū)W生端的學(xué)習(xí)過程 支持小組協(xié)作的移動探究教學(xué)平臺是整個智慧教學(xué)平臺的 核心，該平臺支持移動式教學(xué)， 讓師

11、生之間的互動不再局限于課 程，利用泛在學(xué)習(xí)提升學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣， 學(xué)生可以隨時隨地 的進(jìn)入平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)。 在學(xué)習(xí)過程中， 學(xué)生首先對發(fā)布的案例任務(wù)進(jìn)行確認(rèn)， 學(xué)習(xí) 相關(guān)基礎(chǔ)知識， 然后可以以個人或小組為單位， 開展案例的探究 學(xué)習(xí)。如果以小組為單位，每組需配備一名組長，小組中每個人 都有明確的目標(biāo)和任務(wù)安排， 并且在探究學(xué)習(xí)過程中， 組長需要 掌握小組成員的學(xué)習(xí)情況， 并進(jìn)行記錄， 小組成員可以定期就探 究情況和遇到的問題開展交流和討論。 在這一過程中， 學(xué)生可以 隨時給教師留言，與教師進(jìn)行互動。在實(shí)踐階段，各小組成員通 過上機(jī)操作實(shí)現(xiàn)各自的子案例， 學(xué)習(xí)平臺會自動記錄每次學(xué)習(xí)登 錄時間、學(xué)

12、習(xí)時長、項(xiàng)目進(jìn)度和代碼文檔更新情況，從而為后面 的形成性課程評價提供依據(jù)。 另外， 學(xué)生還可以通過課程云平臺 發(fā)布問題，其他同學(xué)或教師可以參與解答。 三、課程教學(xué)探索與實(shí)踐 為了驗(yàn)證新型教學(xué)方法的有效性， 本文以HTML5應(yīng)用程序開 發(fā)課程為例，開展教學(xué)實(shí)踐。 （一）明確案例設(shè)計目標(biāo)，進(jìn)行案例任務(wù)分解 結(jié)合HTML5應(yīng)用程序開發(fā)課程教學(xué)目標(biāo)和大綱，分別就 “ Javascript 編程回顧”、“ HTML5新表單元素應(yīng)用”、“ HTML5 多媒體播放器設(shè)計”、“基于 Can vas的繪圖與動畫”、“文件 拖拽與數(shù)據(jù)存儲”、“基于 Web Socket 的網(wǎng)絡(luò)聊天室”、“基 于DIV+CSS的網(wǎng)

13、頁布局”、“ CSS3新技術(shù)展示”、“ Jquery實(shí) 戰(zhàn)演練”、“ Bootstrap 實(shí)戰(zhàn)演練”等 10 個專題開展案例設(shè)計。 以“基于DIV+CSS的網(wǎng)頁布局”為例，本案例設(shè)計的目標(biāo)是讓學(xué) 生掌握使用 DIV + CSS 進(jìn)行頁面元素的布局，最終任務(wù)是使用 DIV+CSS完成一個網(wǎng)站首頁的設(shè)計。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們采 用任務(wù)分解的方法將案例任務(wù)分解成若干可以操作的子任務(wù)， 每 一個子任務(wù)還可以進(jìn)一步的細(xì)分， 一直到給出明確的、 可操作的 原子學(xué)習(xí)任務(wù)為止。 在該案例設(shè)計中，各子任務(wù)分別為：（1）學(xué)習(xí)DIV標(biāo)簽， 掌握CSS中盒子模型和浮動、定位方法；（2）通過實(shí)例學(xué)習(xí)導(dǎo) 航欄及下拉菜單

14、的制作方法；（ 3）完成頁面中水平和垂直導(dǎo)航 欄的設(shè)計；（4）使用DIV及定位方法實(shí)現(xiàn)頁面內(nèi)容區(qū)域的定義； （5）完成頁面底部的設(shè)計。以子任務(wù)（ 1）為例，還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn) 行分解，如（1.1 ）學(xué)習(xí)DIV標(biāo)簽概念，在HTML弋碼中添加DIV 標(biāo)簽，在頁面中查看效果；（ 1.2）學(xué)習(xí)盒子模型概念，在 HTML 弋碼中實(shí)現(xiàn)空白邊、邊框、填充、內(nèi)容區(qū)設(shè)置，在頁面中查看效 果；（ 1.3 ）學(xué)習(xí)左浮動、右浮動、清除浮動概念，實(shí)現(xiàn)各類浮 動效果；（ 1.4 ）學(xué)習(xí)固定定位、相對定位、絕對定位概念，實(shí) 現(xiàn)各類定位效果。 （二）獨(dú)立探究，師生互動 區(qū)別于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)， 智慧教學(xué)導(dǎo)向的新型教學(xué)方法以學(xué) 生為主

15、導(dǎo)，學(xué)生是探究學(xué)習(xí)任務(wù)的主體，教師起到協(xié)調(diào)、輔導(dǎo)、 答疑的作用。學(xué)生登錄探究學(xué)習(xí)系統(tǒng)后， 首先選擇探究案例任務(wù)， 然后開展獨(dú)立學(xué)習(xí)。在上面的例子中，學(xué)生通過學(xué)習(xí)，了解到 ? 飼啥丁邐牡抵械姆智？或節(jié)，可以把文檔分割為獨(dú)立的、不同 的部分，是一個塊狀元素，同時和標(biāo)簽進(jìn)行對比。學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識 后，系統(tǒng)給出具體實(shí)例， 學(xué)生在平臺上進(jìn)行實(shí)踐操作， 查看結(jié)果。 在探究任務(wù)完成后，系統(tǒng)會給出相應(yīng)反饋，進(jìn)行積分獎勵，同時 每天進(jìn)行統(tǒng)計，給出積分排名情況。在實(shí)際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)這 一舉措大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 以前一些不愛學(xué)習(xí)， 上課玩 手機(jī)、 睡覺的同學(xué)也積極登錄系統(tǒng)， 學(xué)生回到宿舍第一件事情不 再是打游戲、看電影，而是先登錄系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)刷分。當(dāng)然，有 些學(xué)生在探究過程中， 也會遇到無法實(shí)現(xiàn)案例任務(wù)的情況， 這就 需要教師的及時介入，定期對學(xué)生開展輔導(dǎo)和交流。例如，有些 學(xué)生無法實(shí)現(xiàn)水平導(dǎo)航欄的效果， 給教師發(fā)出問題請求， 教師通 過檢查代碼發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)榱斜眄?xiàng)（ li ）未設(shè)置左浮動（ float ： left ）效果，教師回復(fù)學(xué)生， 指出問題原因， 學(xué)生查看教師回復(fù)， 解決問題。這一過程往往迭代多次， 直到學(xué)生實(shí)現(xiàn)