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软件教育产科教融合多阶段渐进式实践教学模式探索

2024-11-12 36 上传者：管理员

摘要：针对“新型平台软件&行业应用软件关键技术”对复杂系统和复杂工程问题求解实践性的特定要求，以及计算机软件类专业实践教学中存在的问题，基于产教科融合校企合作准一本“2.5+0.5+1”三阶段人才培养模式，提出面向复杂问题求解胜任力的多阶段渐进式实践教学模式，从体系构成、组织模式、实施路径、过程化管理、成效评价等方面阐述其特点与教学成效，为地方本科高校培养适应新质生产力发展需要的计算机软件类专业人才提供借鉴参考。

关键词：
产科教融合
复杂工程问题
复杂软件系统
胜任力模型
软件教育
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教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会先后提出了5类专业的知识体系和必修课程描述规范，是高校计算学科专业和课程设置的指导性文件[1]。自2010年以来，我国高等教育的定位由知识传授改为能力培养，把工程能力和职业素质培养作为软件人才培养的核心任务之一[2-3]。特别是，CC2020推出了未来计算课程的范式[4-6]，指出未来计算课程将从“知识本位教育”转向“能力本位教育”转变，并提出了面向胜任力模型的计算课程教育，对于未来计算机类专业人才培养指明了方向。国内高校计算机软件类专业是一个厚基础、宽口径、重实践、求创新的多层次理工科专业，虽然CC2020胜任力模型清晰地描述了未来计算机类专业的人才特征，但如何结合国情研制出适合地方高等本科院校的软件类专业设置和课程体系仍须进一步研究和探索。通过特色化软件类专业实践教学模式探索与实践，构建解决复杂工程问题的胜任力模型，改革软件类课程体系和教学内容，强化面向胜任力的教学质量提升，对于实现“新工科”和“工程教育专业认证”所强调的“以能力培养促进工程科技创新和产业创新”的目标有着重要的促进作用和重要意义。

1、面向复杂问题求解胜任力模型的实践教学模式

1.1 复杂软件系统

复杂软件系统是复杂系统的一种，通常涉及多个领域的知识和技术，具有高度的复杂性和不确定性。复杂系统的特性，不是简单等于子系统特性之和，子系统间的关系才是复杂系统特性的关键[7]。

新型平台软件关键技术和行业应用软件关键技术均有其独特的复杂性，需要在设计和开发过程中综合考虑各种因素，以确保系统的稳定性、可靠性和高效性。从复杂软件系统角度看，新型平台软件关键技术的复杂性主要体现在技术栈的多样性、分布式系统的复杂性、性能与可伸缩性的挑战等。行业应用软件关键技术则是针对特定行业或领域，为了解决特定业务问题而采用的关键技术和方法,通常与行业的业务流程、数据特点、用户需求等密切相关。

1.2 复杂工程问题

文献[7]中提出复杂工程问题特征属性具有“1+6”特点（如图1所示），即必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决，同时具备下述特征(1)—(6)的部分或全部：(1)涉及多方面技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突；(2)需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；(3)不是仅靠常用方法就可以完全解决的；(4)问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中；(5)问题相关各方的利益不完全一致；(6)具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。

复杂工程问题在毕业要求12条中有8条涉及复杂工程问题求解的指标要求，是工程教育专业认证标准与评价的重要指标[8]。

图1 复杂工程问题特征属性

1.3 CC2020胜任力模型

CC2020提出的面向胜任力模型的计算课程教育，即针对某项任务的知识、技能和品行教育，如图2(a）所示。知识对应胜任力的“了解维度”。技能是胜任力的“诀窍维度”。品行构成胜任力的“知道为什么维度”，并规定任务执行的必要特征或质量。其中，对知识技能的掌握应用情况基于布鲁姆认知法则进行评价，如图2(b）所示。对于复杂系统和复杂工程问题求解能力培养需要达到布鲁姆认知法则的高级认知层级。

图2 CC2020胜任力模型和布鲁姆认知法则

1.4 面向复杂问题求解胜任力的培养过程

以软件科学与技术和软件工程知识体系及核心能力要求、新工科软件人才培养质量要求、行业产业发展和CC2020对软件岗位需求标准、科学研究对技术创新的需求标准为依据，遵循“认知—实践—创新”的人才培养过程规律，设置多层次立体化理论课程设置、多阶段渐进式实践环节设置、单项胜任力培养、综合胜任力培养4个子过程，设计构建了面向复杂系统和工程问题求解胜任力的人才培养过程（如图3所示）。

1.5 多阶段渐进式实践教学模式设计思路

以特色化示范性软件学院软件类专业为例，面向复杂系统和复杂工程问题求解胜任力的多阶段渐进式实践教学模式设计思路为紧紧围绕人才培养定位与目标、毕业要求对培养目标的支撑矩阵、课程体系对毕业要求的支撑矩阵、核心课程群目标支撑专业核心能力矩阵，基于产科教融合校企合作准一本“2.5+0.5+1”三阶段人才培养模式，在第一二课堂融合产业资源和科技资源，构建实践教学质量保障体系，通过阶段实践目标达成评价，做到实践教学持续改进（如图4所示）。

图3 面向复杂系统和工程问题求解胜任力的人才培养过程

2、多阶段渐进式实践教学体系

2.1 实践教学设计

根据实践教学环节具有阶段渐进性的特点，各阶段之间有先后呼应和螺旋上升关系，即前阶段的实训实习均为后阶段的实训实习提供支撑。以本科软件类专业为例，设计构建多阶段渐进式产科教融合实践教学体系，如图5所示。

针对软件类专业多阶段渐进式实践能力培养的特点，总结出“3个目标”，即课程实验以满足学期课程设计、单项基础实践能力训练为目标，学期课程设计以满足综合实训、综合能力训练与提升为目标，综合实训以满足新型平台软件&行业应用软件关键技术、毕业设计为目标。最终，毕业设计检验与持续改进以满足复杂系统和复杂工程问题求解为目标。通过设置“3个目标”，条理化了多阶段实践教学环节接口及任务，明确了专业教育各实践教学阶段目标方向。

2.2 实践教学组织模式

围绕复杂系统和复杂工程问题求解胜任力培养这一核心任务，依据“1232”模式组织产科教融合多阶段渐进式实践教学。

图4 多阶段渐进式实践教学模式

图5 多阶段渐进式产科教融合实践教学设计

“1”是指围绕复杂系统和复杂工程问题求解胜任力培养，深度融合产科教协同育人的教育教学理念，即将产业资源、科技资源融入第一二课堂，使得课程理论教学与实践教学始终坚持“产中学、学中研、研中转、转中创、创中用”。

“2”是指围绕复杂系统和复杂工程问题求解胜任力培养，实施面向复合型工程技术人才培育、面向科学研究与创新型人才培育两类实践教学模式。前者，即在第一二课堂的工程技术等实践教学环节，全程采取“产教融合校企合作协同育人”模式，建设校内校外实训基地和校内工程训练平台，引入企业优质教学实训资源，建立校企合作长效机制和组织管理模式，达到专业知识教育与实践能力教育的良性持续迭代。后者，即在第一二课堂基础研究、工程创新和技术创新实践教学环节，全程采用“科教融汇&产教融合校企合作协同育人”模式，将科学研究与工程技术创新融入第一二课堂，通过校内创新实践平台，不断强化学生对创新创造的认知与实践，提升学生创新创造能力及水平，达到创新素质与能力教育的良性迭代升级。两类实践教学模式融合交替进行。

“3”是指围绕促进理论提升的人才培养实践设计，3个实践阶段层次、3个支撑和3种机制。“3个实践阶段层次”即学期课程（课程群）初中级设计、中级综合实训和中高级毕业设计（论文）；“3个支撑”即课程教学支撑学期课程（课程群）设计、课程（课程群）设计支撑综合实训、综合实训支撑毕业设计（论文）；“3种机制”是指小助教分组教学机制、校企分工协作机制、项目驱动&任务驱动胜任力培养机制，用以保障实践教学质量，促进实践教育教学落地。

“2”是指围绕第二课堂的两类讲座和两类竞赛活动。“两类讲座”即“专业认知讲座&学科前沿讲座”和“前沿技术讲座”，以入学专业认知教育和毕业前学科前沿技术教育，系统认知学科专业内涵和特点，熟知大学4年专业学习路径与方法，结合前沿技术实训提高升学深造和就业核心竞争力，同时强化学科专业对职业发展的引领导向作用。“两类竞赛”即“学科竞赛”和“大创项目竞赛”，参加全国性、省部级和行业性的学科专业技能竞赛、双创活动等，做到以赛促学、以赛促教、教学相长。

2.3 实践教学过程化管理

针对多阶段渐进式实践教学体系设置，为保障“3个实践阶段”实训实习环节的实践教学质量、迭代循环和螺旋上升，须加强实践环节的过程化管理。通过制订校企合作实践3环节、实训过程3阶段管理及实施规范，进行实践教学过程化管理，明确实践3环节校企双方职责划分与协作接口，细化校企实训过程3阶段协作实施方案，以保障实践教学的通畅、协同和高效，提升实践技能和促进人才培育质量。

2.4 实践教学成效评价

针对产科教融合项目驱动和任务驱动开展实践教学，基于胜任力模型和布鲁姆分类法法则考核学生实践环节教学进行成效评价。(1)考核小组团队成员基础知识与专业知识要素记忆、理解与应用情况；(2)考核团队成员对知识的分析、评估与创造等专业技能情况；(3)考核团队分工协作、专业性、创造性、主动性、目标导向性以及个人任务的完成度、对团队整体任务的贡献度等品行情况。

3、多阶段渐进式实践教学模式的应用

以特色化示范性软件学院软件类专业为例，对多阶段渐进式实践教学体系进行实践。

3.1 软件类专业课程体系结构设置

依据实践能力需求及定位，遵循分层原则设计了适合软件类专业的课程体系（如图6所示）和实践教学体系，来设定课程体系结构。

图6 基于分层的软件类专业课程体系

课程体系结构采用“3+1”分层模式，即第1—3学年主要学习素质课程、专业基础课程和专业核心课程，同时进行专业认知见习、课程（课程群）设计、综合实训；第4学年进行专业实习、毕业实习、毕业设计（论文）。

实践教学体系的制订遵循“2.5+0.5+1”模式，即第2—6学期期末分别设置为期1～2周的课程（课程群）设计，第6学期末后半程设置为期4～6周的综合实训，第7—8学期设置为期2周的专业实习、15周的毕业实习与毕业设计（论文）。课程（课程群）设计采用在校内实训基地方式进行，引入企业优质教学资源，由企业实训工程师负责实训。专业认知见习、综合实训与毕业实习在校内和校外实习基地进行。

3.2 实践环节教学路径

根据多阶段渐进式实践教学体系和软件类专业课程体系结构设置，结合产科教融合，软件类专业实践教学路径设置为3个阶段层次的实训实习，即学期课程设计、综合实训和毕业论文（设计）。软件类专业产科教融合多阶段渐进式实践环节教学路径如图7所示。

3.3 实践教学实施与成效

以省级特色化示范性软件学院计算机科学与技术（软件技术）专业人才培养为例，进行多阶段渐进式实践教学探索。该专业是国家一流本科专业建设点，面向省内一本招生。该专业紧紧围绕准一本人才培养定位与目标、毕业要求对培养目标的支撑矩阵、课程体系对毕业要求的支撑矩阵、课程群目标支撑专业核心能力矩阵，开展立体化实践教育教学。

经过多年实践检验，围绕复杂系统与复杂工程问题求解胜任力培养这一核心，依据“2.5+0.5+1”模式进行产科教融合多阶段渐进式实践教学，取得了较好的教学效果。据不完全统计，通过在第一课堂和第二课堂引入产科教融合的多阶段渐进式实践教学模式探索，研究团队主持河南省教育教学改革等省级项目4项、厅级教改项目10余项，获得河南省科学技术进步奖一等奖1项、二等奖2项，省级教育教学成果一等奖、二等奖各1项，授权发明专利3项，发布地方标准4部，软件著作权20余项，教材专著5部，发表教研论文10余篇。2020—2024年指导学生参加全国软件人才设计与开发大赛、天梯赛、计算机程序设计能力挑战赛等获得全国一等奖16人次，CCPC区域赛和省赛金奖3个（其中冠军1个）、银奖3个、铜奖3个，挑战杯和“互联网+”大赛省级一等奖、二等奖、三等奖3项，升学到更高等级学府深造、到大厂或前沿技术开发单位高质量就业率逐年上升，获奖质量、升学深造质量、高质量就业综合处于河南省本科高校第一方阵。

图7 软件类专业产科教融多阶段渐进式合实践环节教学路径

4、结语

人才培养多阶段渐进式实践教学模式的实施，在一定程度上缓解了软件类专业实践教学环节普遍存在的阶段实践项目内容间融合与衔接不够、真实产业项目案例支撑不足、实践教学效果评价缺少规范等问题，对地方本科高校培养适应新质生产力发展需要的计算机软件类专业人才提供了借鉴参考，但仍存在以下不足及改进方向。

(1）探索校企协同育人机制，加大产科教融合大规模极难等级项目的引入与实施。

(2）开展研究型实践教学，加强专业核心能力和复杂问题认知力系统性培养及评价。

(3）加强阶段职业素质教育，促进复杂系统和复杂工程问题求解能力培养成效。

参考文献:

[1]教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)[M].北京:高等教育出版社,2006:14.

[2]骆斌,赵志宏,邵栋.软件工程专业工程化实践教学体系的构建与实施[J].计算机教育,2005(4):25-28.

[3]席磊,张浩,张慧,等.软件职业教育多阶段关联渐进式实践教学体系[J].计算机教育,2013(8):89-92.

[5]张铭,陈娟,韩飞,等.从ACM/EEE CC2020胜任力模型到可持续竞争力[J].中国计算机学会通讯,2022,18(11):68-73.

[6]张铭,陈娟.ACM/IEEE CC2020胜任力模型对中国计算机教育发展的影响[J].计算机教育,2023(4):3-8,14.

[7]廖湘科.软件定义时代的基础软件[J].中国计算机学会通讯,2020,16(12):8-12.

[8]朱永东,叶玉嘉.美国工程教育专业认证标准研究[J].现代大学教育,2009(3):46-50.

基金资助:河南农业大学本科教育教学改革研究与实践项目“面向复杂工程问题胜任力的特色化软件类课程体系研究与实践”(2023XJGLX045);河南省教育厅——本科高校2023年度产教融合研究项目“产教融合视域下农业领域创新型软件人才培养课程体系改革与实践”(教办高[2024]13号——重点项目8); 河南省教育科学规划2023年度一般课题项目“基于产科教融合的三段式特色化软件类人才培养模式研究”(2023YB0038);河南省高等教育教学改革研究与实践项目“融合CDIO理念与Al赋能的混合式教学模式创新与实践”(2024SJGLX 0064);

文章来源:张浩,惠向晖,苏楠,等.软件教育产科教融合多阶段渐进式实践教学模式探索[J].计算机教育,2024,(11):210-215.