软件工程专业创新性人才智慧学习模型研究

李川, 刘洲洲, 程传旭, 苏世雄

(1.西安航空学院,计算机学院,陕西,西安 710077; 2.西北工业大学,计算机学院,陕西,西安 710072)

0 引言

软件工程专业在我国经过一段辉煌之后进入了瓶颈期。上世纪80年代起,我国开始逐步重视软件人才培养问题,2001年全国成立了35所示范性软件学院[1],2011年软件工程被列为一级学科,一时间软件工程专业成为受人欢迎的专业[2]。然而近年来,软件工程专业的发展遇到了一些危机:一是很多软件工程专业毕业生无法适应社会需求,不能胜任软件工程的相关岗位;二是中国软件一直处于一种服务外包与跟跑的状态,缺乏自主产品,导致软件工程专业热度消减[3]。这些问题凸显出软件工程专业人才培养与社会需求之间存在差距。

虽然当前软件行业的增长速度有所放缓,但软件行业依然是朝阳产业,软件行业的创收及从业人数持续增长[4]。近年来软件行业创收情况如图1所示。软件行业从业人数情况如图2所示。当前是一个“互联网+”及人工智能的时代,社会对软件工程人才的需求已不再是单一性人才,而是具有创新意识的高素质人才[5],但目前一般高校培养的软件工程专业人才大多数只掌握了一般的技能,缺乏创新意识及实践能力。

图1 近年来软件行业创收情况

图2 软件行业从业人数

需求的增长和人才培养模式的滞后影响了软件工程专业的发展。虽然现在很多高校采用工程专业教育认证的模式,但如何提高软件工程专业人才的创新意识依然是人才培养中需要研究的重点。

1 智慧学习的研究

传统学习注重知识传授,而现代教育要以人为本,提倡翻转课堂、学生自主学习、老师助学、学生总结性学习的学习模式,这样可以提高学习的自主性、创造性和创新性。人才培养的过程如果是简单的知识学习,很多学生成效就一般,如果将知识与技能、过程与方法、学习态度与价值观这三者结合起来形成一个三维的学习目标,将会使人才培养水平上升至一个新的台阶。其中,结合现代信息技术的智慧学习是一种很好的实现三维学习目标的模式。

智慧学习以物联网、大数据、人工智能等技术为基础[6]构建多元交互的学习环境。根据个体差异进行个性化教学,对学习数据进行实时统计和精准分析,将结果反馈给教师,使学习过程形成一个有效的闭环,从而提高学生的学习能力,而且智慧学习还有效提升了学生的创新能力意识。

目前,国内外对智慧学习模式研究较为丰富。FUCHS等[7]设计了一种内生式系统,为学习者提供个性化的学习路径,系统包含学习出错反馈,是一种早期的自适应学习模型。逯行等[8]提出了智能学习需求平衡模型,该模型分析了智能技术与学习环境之间的关系以及计算学习环境的需求平衡程度,但该模型没有经过实践证明。童名文等[9]提出了自适应学习系统动力模型,从学习者的学习目标开始,与学习效果进行差值对比维系系统的协调推进,但该模型适用于一般的教学学习,很难开发学生的高阶能力。

以上研究对于构建提升学习者创新能力都存在一定缺陷,学习者的创新能力属于高阶能力,必须通过个性化的精细教学设计来实现。因此,如何根据专业情况、学生情况设计教学就是本文的研究重点。本研究首先根据学习者个性及学习内容制定个性化的初始学习目标,按照知识与技能划分学习阶段,在学习者经历一个阶段学习之后,根据学习效果对比学习目标的完成情况,构建下一个阶段的学习任务,每三个阶段进行一次抉择,决定是否调整初始目标,每个阶段对学习者学习中的问题、兴趣进行归纳并进行解答和引导,激发学习者的创新意识。为了完成这一系列的过程,结合应用型本科软件工程专业实际情况,建立软件工程专业创新性人才智慧学习模型,该模型包括软件工程知识体系模型、过程与方法模型、学习态度与价值观模型、自适应模型等四个维度构成的四维一体的智慧学习模型。该模型能够为应用型本科软件工程专业构建智慧学习提供框架与方法,帮助教师与学生改善教学效果,提升教学质量,更重要的是提高学生创新性的高阶学习能力。

2 创新性人才智慧学习模型基本要素

软件工程专业创新性人才智慧学习模型包括软件工程知识体系模型、过程与方法模型、学习态度与价值观模型、自适应模型等4个基本要素,以下分别对这4个要素进行详细介绍。

2.1 软件工程知识体系模型

智慧学习模型以工程教育认证为导向,针对应用型本科软件工程专业存在的危机,设计一种软件工程知识体系模型。工程专业教育认证的三大核心理念是学生学习过程中的3个阶段:OBE是人才培养的设计阶段;SC是人才培养的实施阶段;CQI是人才培养的反馈阶段。整个过程围绕学生开展。设计阶段的模型如图3所示。

人才培养的实施阶段是学生在校的学习阶段,是整个工程教育认证体系中的重要一环,在该环节中要注重学生创新意识的培养。实施阶段的模型如图4所示。

图4 软件工程知识体系实施阶段模型

反馈阶段是一个持续改进的动态过程,实施阶段的每个过程都要进行反馈。反馈阶段的模型如图5所示。

图5 软件工程知识体系反馈阶段模型

2.2 过程与方法模型

建立科学的学习方法能够促使学习取得良好的效果,目标是让学生会学知识。按照工程专业教育认证的理念[10],过程与方法要使用探究性学习方法,强调在实践过程中学习。学习方法应该针对不同课程不同内容具体设定,方法应伴随着知识的学习、技能的训练、情感的体验、审美的陶冶等过程动态变化。过程与方法模型如图6所示。

图6 过程与方法模型

2.3 学习态度与价值观模型

高等教育注重能力培养,学习者的意识形态、学习态度、价值观都有很大的个性差异,学习态度与价值观模型主要用来描述学习者学习的特征指标,如学习兴趣偏好、基础知识、基本技能等。学习态度与价值观以不同的方式影响着整个智慧学习模型的适应性,它影响着学习者的学习目标、任务、速度、研究导向等方面。学习态度与价值观模型通常是软件工程知识体系模型的映射结构,学习者学习态度与价值观结构到软件工程知识体系模型是一种一对多的映射关系,如果能合理地建立这种映射关系,即可找到学习的专业学习方向与创新点,进而提升学习者的创新意识。学习态度与价值观模型如图7所示。

图7 学习态度与价值观模型

2.4 自适应模型

自适应模型能够在软件工程行业需求、技术变更、个人认知等外部环境因素变化的情况下修正智慧学习模型的知识体系结构模型、过程与方法模型,保持模型与学习者学习过程同步。自适应模型需要制定一组教学策略和规则,当学习者的某些外部因素发生了变化,需要根据这组规则适应性的调整学习目标和学习方法。自适应模型如图8所示。

图8 自适应模型

3 软件工程专业创新性人才智慧学习模型构建

软件工程专业创新性人才智慧学习模型构建过程主要分为以下步骤。

(1) 根据工程专业教育认证的核心理念,经过社会需求分析、学情分析等设计出软件工程知识体系结构模型,该模型要突出人才培养中的创新创业意识培养,也要根据自适应模型的调整而变化。

(2) 根据学习者的特征指标、学习态度、知识积累、情感认知等情况构建学习态度与价值观模型,将学习态度与价值观模型中的各项指标映射到软件工程知识体系结构模型中的相应指标,即得出学习者的特征对专业学习的支撑情况,这里的映射可以是多对多的复杂映射关系,进而得出每个学习者的专业学习创新方向集合,即个性化的学习方案。该模型要根据自适应模型的调整而变化。

(3) 过程与方法模型要求学习者根据个性化的学习方案进行工程实践,积累工程经验,将理论知识转化成工程应用,满足社会需求,开拓了创新意识。学习方法要因人而异、因课而异、因知识点而异、因环境而异。总之,学习方法应该是动态变化的,与教师、学生、知识、环境都有很大的关系,可以采用项目导向、情景设计、学情分析等设计学习方法。该模型要根据自适应模型的调整而变化。

(4) 自适应模型是整个学习模型的核心内容,当学习者的学习方案选定以后,整个学习模型开始运行。运行一个阶段以后,要对学习效果进行评估,计算该阶段学习者的学习效果与学习方案要求之间的差值,差值可能是负值,也可能是正值,根据差值调整学习者学习进度、学习方案、学习方向、创新突破点、学习方法等,即自适应模型可以动态调整其他模型,而且这种调整是双向动态的。其中,过程与方法模型还会双向动态地调整个性化学习方案,这实质是间接地调整自适应模型,自适应模型对学习态度与价值观模型的调整表现为隐式影响或促进引导作用。自适应模型是整个学习模型的持续运行的源动力。整个软件工程专业创新性人才智慧学习模型如图9所示。

图9 软件工程专业创新性人才智慧学习模型

4 总结

本文通过分析软件工程专业社会需求与当前专业人才培养方案的差距,研究了内生式学习系统、智能学习需求平衡模型、自适应学习模型等几种国内外常见智慧学习模型系统。针对这些模型系统的优缺点,本文提出了包括软件工程知识体系模型、过程与方法模型、学习态度与价值观模型、自适应模型等4个基本要素构成的四维一体软件工程专业创新性人才智慧学习模型,旨在为学习者定制个性化学习方案,提高每个学习者的创新意识。整个智慧学习系统以自适应模型为核心,动态调整软件工程知识体系模型、个性化学习方案、学习过程与方法模型,隐式调整学习态度与价值观模型,并且这些模型对于自适应模型也起到自适应规则创建及调整的作用。本学习模型对于应用型本科软件工程专业教学设计、智慧学习系统开发起着导向作用,设计智慧学习系统也将是下一步的研究方向,并在模型的实践应用过程中对模型进一步的优化。