基于项目驱动的学案式软件工程教学方法改革

刘秀燕， 熊晓芸，周炜

(青岛理工大学信息与控制工程学院，山东青岛 266520)

随着计算机与软件技术的迅猛发展，在人工智能与大数据时代背景下，新型软件已逐步渗透到人们生活的各个方面，然而软件在开发、运行及维护时存在一系列严重问题，严重影响软件的可靠性。因此，软件工程为解决软件危机而产生的一门新兴学科，指导人们如何更规范地开发、维护与管理软件。软件工程是计算机科学与技术等相关专业的核心必修课程，具有较强的理论性、综合性、实践性等特点，这就需要学生具有较强的独立分析问题、解决问题的综合实践创新能力。社会对软件人才的需求也不断更新与变化，对软件工程课程如何培养符合社会发展需求的高质量软件人才提出了更高的要求[1]。因此，如何充分利用课堂教学提高学生软件开发能力与水平是计算机与软件工程专业学科不断探索与研究的课题。

一、研究现状分析

软件工程作为一门理论性、实践性、应用性及工程性很强的课程，由于软件更新换代速度很快，需要教师与学生不断进行自主学习，更新知识储备量，同时也对教师教学方法与模式的与时俱进性提出更高的要求[2]。因此，越来越多的研究学者从不同角度对软件工程培养方法、教学方法与手段、实践教学环节等方面进行了改革与探索。

近年来，基于案例驱动的互动式教学模式作为理论与实践相结合的新型教学方法得到越来越广泛的应用，为培养新型高质量软件人才奠定基础。案例驱动教学模式旨在通过选取现实生活中合理的案例调动学生的积极性、创造性和主动性，引导学生主动思考并参与教学，通过案例实践让学生真正将理论及技术应用于实际软件开发中，达到理论联系实际的目的，进而实现解决实际复杂工程问题的目标。赵辉等人[3]通过深入研究软件工程课程特点，提出“项目导向案例驱动”的教学模式，通过项目案例充分调动课堂活跃氛围，激发学生的学习兴趣与积极性。张耀民[4]针对软件工程传统教学模式中存在的问题，提出“项目驱动+案例教学”的教学方案，通过讲解相关案例调动学生的主动性，加强学生理论与实践教学的联系，提高学生解决实际问题的能力。

目前，软件工程大部分案例库侧重软件开发案例库的建设，不能满足软件工程自身发展的实际需求和社会的新技术发展需求，因此孙小兵等人[5]根据软件工程学科发展特点，提出建设基于实践驱动的软件工程教学案例库，总结并介绍了14种面向软件工程实践的课程案例库。李娟等人[6]通过分析软件工程案例教学方法的必要性、实施方法等方面，对软件工程课程教学模式进行了改革，主要从如何建设课程案例库及如何在课堂上以项目化方式进行课程实践内容进行了改革。杨楠等人[7]提出“一体两翼”的软件工程教学模式，从学生角度出发建立贴近学生实际的案例库，让学生直接参与教学案例库的建设，从而减少构建案例库的成本，学生在参与的过程中不断提高实践水平，而且学生构建的案例也有利于提升案例教学效果。项目实践教学方法是目前比较流行的能够促进学生自主学习、自主发展的新型教学手段，旨在实际项目的驱动下，让学生在解决实际工程问题过程中提高实践能力。但是，目前在软件课程教学过程中没有得到实际广泛的应用，主要因为典型案例的有效性、完整性、复杂性及易于理解性是直接影响案例教学效果的关键因素，因此选取合适的教学案例对教学课程改革起着关键作用。

二、软件工程教学改革理念

软件工程课程对实践能力的要求极高，因此在教学中除了提供正常的线下（课堂、研讨）教学，还需要在线上提供全面的实践平台，这种教学模式能够充分保证学生随时随地都能寻求到实践、学习的机会，全面做到“以教师为主导、以学生为主体”的教学模式。针对软件工程课程在实际教学中存在的问题，全面提高软件工程实践课程教学质量，改变软件工程教学难的局面，以案例驱动的新型教学模式不断涌现。通过让学生积极参与项目实践研究，锻炼学生的思维能力及解决复杂问题的能力。优秀的案例对提高教学质量与教学效果起着决定作用，优秀案例的选取与设计也是实现案例教学模式的关键。因此，案例的选取需要考虑案例的知识相关性、典型性、趣味性、启发性、综合性、难度与复杂性等标准[8]。选取的案例应该与教学目标、专业理论知识相契合，能够激发学生的内在学习动力及求知欲，促进学生自主学习、主动学习的积极性。为提高软件工程教学质量，本文提出基于案例驱动的新型互动教学模式，注重多元化教学模式，通过引入生动案例而加强实践教学内容，注重过程评价，着眼于科学全面地评价学生的综合素质和创新能力。基于以上理念，本项目的改革思路框架如下：

（一）加强实践教学环节

实践能力的培养是课堂所缺乏的，要实现软件工程教学改革实践，就要把理论知识和实践能力相结合，设计出更加合理的教学计划，通过实践对理论知识进行巩固。主要改革方法是确定新的教学目标，即全面提升学生的综合实践能力，培养创新能力，所有的教学内容都应围绕此目标进行设定。

（二）改革教学方法

转变原有教学模式，提高学生主动性，把教学课堂主角交给学生，采用多元化的教学模式。运用不同的教学方法，激发学生的积极性和好奇心，在课堂中重视学生的主体地位，可在课堂中添加案例分析，案例分析能提高学生分析能力，体现学生学习的自主性。

（三）提高教师教学质量

教师的专业能力与课堂教学效率存在着一定的联系，软件工程要提高学生专业能力，首先要从老师专业能力的提升入手。应该加强与企业的联系，完善校企联合项目，学校方面可以邀请一些有经验的教师，为学生带来一些新的企业背景知识，只有不断提高教师的专业能力，教学质量才能得到保障，可以组织教师培训及参与大型软件开发项目。

（四）精心设计典型软件项目案例

立足目前软件工程领域缺少成熟的教学案例的现状，为增强软件工程学科的实践性教学深度和广度，深化课程理论讲授和实践实训能力融合，培养学生解决复杂软件工程问题的能力，本项目在传统课堂模式中融入案例教学及互动式模式，精心设计典型的案例，鼓励教师及学生参加CCF-SE软件工程教学案例大赛，以推进软件工程领域实践教学的理念。

（五）改革考核机制

考核方式多样化，注重过程考查。在教学课程中，要添加一定的考核制度，从传统的笔试考核制度上增加实践能力的考查。学生可以通过考核评估自己的学习效果，通过分析考核结果对自己成果进行总结。老师还可以将学生划分为几个不同的小组，让小组成员相互合作，相互监督，共同完成一个作品。老师对各个小组的作品进行点评，小组自评、组间互评，这种方式不仅可以增强学生之间的合作精神，加强老师与学生之间的交流与沟通，还可以完善老师对各小组同学成绩的考核方式。

三、软件工程教学改革方法

（一）项目驱动的“学案”式教学方法

以课堂讲授为导向的“学案”式基础实践能力培养模式，主要采用案例/项目驱动法和小组讨论法的混合教学手段，教师通过课堂上讲解典型案例，通过分解小项目，布置学习任务及实训小项目，根据学生反馈的问题课堂进行答疑、点评与指导，学生则分组讨论，组间相互沟通、协作完成课堂实训并现场演示，进行组间互评，最终提交完整的软件开发设计文档，通过让学生主动参与实训项目，变被动学习为自主学习，实现基于学生视角的递进式“学案”式教学模式改革。

学生的课程学习活动是在项目开发与实践过程驱动下完成的，每个项目小组合作开发完成，项目组成员一般为4～5人。案例选题可以是下列可供参考的案例，也可以是学生根据自己的兴趣自拟题目，逐步完善案例库。

一些村的财务管理制度缺乏相应的执行力，资金管理制度不够健全，执行力缺乏。在新农村建设的过程中广大农村尚未建立起固定资产明确账目，村级财务账本没有专人进行保管，容易出现固定资产流失或者是村级固定资产被占用的情形，无法达到固定资产管理的效果，不利于我国村级财务管理工作的开展。

①第一个案例是图书管理系统。因为学生还没有从头到尾做过一个完整的系统，这个案例完全是手把手式的讲授形式。教师选取一个比较简单的案例，手把手教学生如何从问题分析、可行性研究和需求分析阶段过渡到总体设计、详细设计、编码实现、测试等各个阶段，每个阶段的任务是什么，输出文档是什么，如何书写规范的软件开发文档。

②第二个案例是无人值守图书管理系统，这时的教学不再是教师为主导，变手把手式为半放手式教学形式。教师为学生列出这个案例开发的流程，每个阶段应该完成的任务，提交的时间，然后各个小组开始该项目的开发。开发过程中，教师全程跟踪指导，统一讲解典型问题。每个小组都有项目负责人，协调成员之间的工作，检查工作质量，督促项目进度。这个阶段，学生提高了自主学习的创新能力，彼此之间的协调更加默契，开发流程日益熟悉，各个方面的能力都有所提升。

③第三个案例是机器人博弈系统。这个案例完全由学生完成，属于全放手授课形式。案例的开发流程，每个阶段完成的任务和提交时间由小组成员协商确定，项目负责人收取所有资料，最后汇总到老师这里。这样进行后，每个小组的自主能力得到大大加强，小组成员根据自己的情况完成相应的任务，而不是老师让你做什么就做什么。协作能力也得到很大提升，流程也更加规范。

④第四个案例是多无人机编队管理系统。这个案例也是完全由学生完成，属于全开放式授课形式。学生独立把整个案例按软件生命周期各阶段进行拆分，并设计对应的阶段任务；之后学生根据自己的兴趣爱好自由组成团队、角色分工，并对其所选案例各阶段任务进行讨论、分析和提交解决方案；最后，各团队将本组所选案例进行项目演示、答辩和归纳总结，教师进行最终的考核评价。

基于项目驱动的学案式教学方法主要以学生为主体，以多元化评价方法为手段。通过案例教学真正激发学生自主学习的积极性，让学生参与项目开发的每个环节，注重理论与实践相结合，加强师生间的交流，增强学生的团队协作精神，提升实践教学的教学效果。

（二）多元化考核机制

课程考核机制是评价案例教学质量与效果的重要部分，以学案式的教学改革模式的考核机制兼顾理论教学的同时，也侧重于项目实践能力。课程考核包括期末考试和实践项目两部分，期末考试成绩占30%，采用闭卷笔试方式，实践项目成绩占70%，采用阶段评审方式对各小组阶段产出的工作产品进行评审，通过学员互评和教师评价相结合的方法确定团队成绩（40%）和个人成绩（30%）。学员分组进行讲解、答辩、成果演示，学员和教师分别对各组进行整体评价，获得团队成绩，个人成绩由组长根据组员在项目开发中的表现以及对项目的贡献大小获得。项目具体的评价指标：①项目规模、技术难度、工作量（20分）；②项目实现结果（可运行演示）（30分）；③团队分工与协作情况（10分）；④项目文档及报告的规范性（30分）；⑤答辩表现（10分）。案例实施过程考核结果将纳入最终考核指标中，使考核机制多元化。

四、结束语

软件工程是一门理论性和实践性很强的课程，针对目前软件工程课程在学生实践能力教学中存在的问题，本文提出基于项目驱动及案例分析的互动式教学改革方法，以开发综合创新实践能力为导向，在课堂教学与实验环节融入案例，合理有效地利用案例教学手段，学生通过参与案例研发与设计过程，能够提高自身实践动手能力，将软件开发理论与实践融会贯通，提高学生独立分析与解决实际工程问题的能力，进而提高教学质量与效果。

在今后的软件工程课程教学中，将逐步完善与更新教学案例库，使案例库的内容更贴近实际的社会需求，强化案例库的多样性、多维性与创造性，全面提升案例库的实际实用价值，为培养符合社会需求的软件开发人才提供基础。