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标题

面向解决复杂工程问题能力培养的课程体系构建

范文

张淑丽张宏国唐光义

摘? 要：文章针对软件工程专业现有课程体系中存在的人才培养与人才需求之间不能很好对接的问题，提出了面向解决复杂工程问题能力培养的课程体系建设思路，通过使用复杂软件工程问题“MES作业车间调度子系统”贯穿整个教学过程，重新进行了课程设计和教学设计，起到了较好的效果。

关键词：课程体系;教学设计;课程设计;软件工程

中图分类号：G640 文献标志码：A? ? ? ? ?文章编号：2096-000X（2020）04-0066-03

Abstract： In view of the problem that the talent training and talent demand existing in the existing curriculum system of software engineering cannot be well connected， this paper puts forward the idea of constructing a curriculum system for solving the problem of complex engineering problems， through the use of complex software engineering problems "MES operation The workshop scheduling subsystem runs through the entire teaching process， re-training the curriculum design and teaching design， and has achieved good results.

Keywords： course structure; instructional design; course design; software engineering

引言

软件工程专业是一门新兴的工科，主要培养具备良好的思想品德和人文社会科学素养，扎实的数学、自然科学和软件工程专业知识，能够在软件工程应用领域从事软件开发、软件项目管理和软件运行维护等工作的工程应用型人才。同时随着社会经济的发展和技术进步，在软件工程实践中会引入很多的新方法、新思想和新理念，这就要求软件工程专业的课程体系、课程内容、教学方法、教学手段等要不断更新，着力提高学生解决复杂软件工程问题的能力[1]。本专业一直坚持“产出导向、以学生为中心、持续改进”的教育理念，同时本专业也是黑龙江省一流专业建设点、黑龙江省重点专业、黑龙江省“卓越工程师教育培养计划”实施专业和黑龙江省高等学校专业综合改革试点专业。

一、软件工程专业课程体系存在的弊端

软件工程专业自成立以来为我国的现代化建设，特别是信息化建设培养了大量的高素质人才，为经济社会的发展做出了重要贡献，但是由于軟件工程是一门快速发展的学科，在课程建设上与传统的学科存在较大的差异[2-3]。

我国的软件工程专业成立时间相对比较晚，发展相对比较滞后，并且软件工程人才培养模式主要借鉴国外高校软件工程改革已经取得成功的经验，从人才培养的定位，培养目标、课程体系、实践体系、创新创业教育、校企合作等方面进行改革，但实际的培养效果不是很显著[4]。同时由于我国软件人才培养模式的不合理严重影响了软件产业的发展，并带来了一系列的影响，首先是软件产业中的软件工程人才配置结构不合理，其次是软件工程人才缺乏实战及相关的训练，最后，是软件产业中的软件工程人才知识结构不合理。总之，究其根本原因在于我国软件人才培养的课程体系与人才的能力需求不能很好对接引起的。

二、软件工程专业复杂工程问题的特征

本专业就是培养学生解决复杂软件工程问题的能力，所有课程要围绕解决复杂软件工程而展开，工程教育专业认证给出了复杂工程问题的七个特征[5-6]：

特征1：必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决。

特征2：涉及多方面技术、工程和其他因素，并可能相互有一定的冲突。

特征3：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。

特征4：不是仅靠常用方法就可以完全解决的。

特征5：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。

特征6：问题相关各方的利益不完全一致。

特征7：具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。

其中特征1是必备项，其他特征具备部分或者全部。

三、软件工程专业课程体系构建

在软件工程专业的课程体系设计中围绕“MES作业车间调度子系统”案例为中心，具体描述为“将n个工件在m台机器上加工，每个工件包含具有工艺约束关系的多个工序，合理的安排工件的工序在机器上的加工计划，实现高效排产”，该案例具备复杂工程问题的七个特征，并且本专业的主干课程都可以为该复杂工程问题的解决提供支撑，如图1所示。

（一）围绕复杂软件工程问题进行课程设计

结合复杂软件工程问题的“特征1：必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决”进行课程建设。“MES作业车间调度子系统”是典型的运行软件工程知识解决复杂工程问题的案例，该系统的开发必须要深入运用数学与自然科学类的基础知识，例如：《线性代数》、《概率论与数理统计》等、人文社经管科类的基础知识，例如：《思想品德修养与法律基础》、《企业管理与技术经济学》等、专业核心课程的基础知识，例如《算法设计与分析》、《数据库原理》等、以及专业方向课程的基础知识，例如《软件开发架构》、《WEB前端设计》等，只有充分的综合应用课程的知识和深入的工程原理，才能进行系统的开发。

结合复杂软件工程问题的“特征2：涉及多方面技术、工程和其他因素，并可能相互有一定的冲突”进行课程建设。“MES作业车间调度子系统”在进行架构设计时，要综合考虑前端、服务器和数据库的实现技术和工具，要注意技术与技术、工具与工具之间的兼容性问题。要解决此问题必须要综合运用《系统分析与设计》、《软件系统结构》、《数据库系统》等课程的基本知识和原理。

结合复杂软件工程问题的“特征3：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”进行课程建设。“MES作业车间调度子系统”生产计划日程安排管理需要处理大量的数据表，需要设计高质量的E-R图模型，以便构建合理的表与表之间的关系，以支持系统的高效运行，同时建立高质量的数学模型有助于问题得到高效的求解。《高等数学》、《离散数学》、《数据库系统》等能够为该问题的解决提供有力的支撑。

结合复杂软件工程问题的“特征4：不是仅靠常用方法就可以完全解决的”进行课程建设。“MES作业车间调度子系统” 需要对实现的算法进行集成，需要设计合理的算法接入接口机制，以便后续集成更多的求解算法，实现系统功能升级。这就需要考虑设计可扩展的系统架构、可方便维护升级的算法、灵活的网络接入方式等，需要综合运用《计算机网络》、《软件体系结构》、《软件创新设计》等课程基础知识和原理。

结合复杂软件工程问题的“特征5：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”进行课程建设。“MES作业车间调度子系统”针对作业车间调度问题的求解算法多种多样，能够达到的效果也各不相同，在专业工程实践的标准和规范中不可能对其进行约束，这就需要根据具体的场景、数学模型中的具体优化目标和约束条件，选择最适合的求解算法，并考虑后续采用的系统实现技术架构，最终确定实现算法的编程语言。这就需要具体的程序设计语言课程的支撑，同时需要《算法设计与分析》、《操作系统》等课程提供基础保障。

结合复杂软件工程问题的“特征6：问题相关各方的利益不完全一致”进行课程建设。“MES作业车间调度子系统”对于用户来说，其希望制造企业按照约定要求，准时的向其提交交付物;但是对于制造企业来说，其希望尽可能的提高其设备利用率，在一定的时间内，尽可能的完成更多的生产订单，获得更多的经济收益，在设计数学模型的优化目标时，需要考虑如何处理这一类利益冲突。这就需要考虑软件系统的社会经济效益和项目管理能力，《企业管理与经济技术学》、《软件项目管理》等课程能够为这一问题的解决提供基本知识和原理。

结合复杂软件工程问题的“特征7：具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题”进行课程建设。“MES作业车间调度子系统” 生产计划日常安排管理不仅涉及作业车间调度子问题，还需要考虑加工时的设备状态管理、以及物料采购与库存管理等其它子问题，同时多个模块之间具有相互调用和通讯，这就需要综合问题。《ERP原理与应用》、《企业管理与技术经济学》等课程的基本知识、原理能够为这一问题的解决提供保障。

（二）围绕复杂软件工程问题进行教学设计

1. 课程授课内容的“高阶性”。在课程的教学内容上要依据专业的毕业要求和课程对毕业要求的支撑情况，围绕培养学生解决复杂软件工程问题进行课程内容的设计。重点体现对课程知识的分析、评价和综合能力。课程的教学内容上紧跟技术的进步和社会的发展，不断更新课程的知识体系，淘汰陈旧、不适应技术发展和无实用价值的课程内容，引入最新的技术、方法和工具等，使学校的授课内容与企业的实际需要无缝衔接。

2. 课程教学方法的“高阶性”。在课程的教学方法上要根据课程内容的特点，选择合适的教学方法。低阶课程内容可以采用理论讲述、翻转课堂、案例教学等方法，高阶课程内容可以采用：探究式学习、专题研讨、案例分析等方法。

3. 课程教学手段的“创新性”。根据课程内容的不同，选择和使用不同的教学手段，以期达到更好的教学效果，提高学生的学习成效。特别是现代信息化技术的飞速发展，以及互联网+、物联网等新兴技术的普及与渗透，为我们教学手段的创新提供了广阔的空间，例如：线上学习、线上线下相结合、以赛促学等手段。

4. 课程考核方式的“创新性”。课程的考核方式要根据课程的特点、课程的内容以及课程在解决复杂软件工程问题中的应用范围和使用价值，采用形式各样的考试方式。尽量避免“考试一张卷、过后全忘掉”、“纸上谈兵”、“死记硬背”等考核方式，而是采用项目实践、总结报告、案例分析、方案改进等非标准化的考核形式。

5. 课程学习的“挑战度”。课程的学习应该是一个爬坡的过程，要使学生和教师在课程教与学的过程中，花费时间和精力，付出努力才能够完成，而不是“平坦大道”。教师要花时间和精力查阅资源、细心琢磨，课前认真备课、课上用心讲授、课后辅导答疑;学生要根据任课教师的要求，课前预习准备、上课认真听讲并踊跃发问、课后复习并通过资料查阅文件检索完成作业。

四、结束语

本专业围绕解决复杂软件工程问题“MES作业车间调度子系统”进行课程的教学设计，把解决该案例所需要的知识、能力和素质进行课程任务分解，该案例贯穿整个教学过程中，每门课程承担解决该问题所需要的知识、能力和素质的培养，让学生始终是带着问题来进行学习，教师也是针对解决实际工程问题来进行课程教学，能够起到较好的“教学相长”的效果。通过面向解决复杂工程问题能力培养的课程体系构建，使得本专业的学生学习积极性得到了较大幅度的提高，实际动手解决问题的能力得到了显著的提高，同时毕业生的近三年就业率一直保持在90%以上，就是对本专业教学效果的一个很好的体现。

参考文献：

[1]赵明，廖志芳，杨柳，等.软件工程核心课程教学案例库建设以及案例教学实践[J].计算机教育，2019（08）：32-35+54.

[2]张锦，刘宏.以项目为核心的软件工程专业人才培养模式研究[J].计算机教育，2019（08）：76-80.

[3]唐光义，高俊锋，李继革.基于工程教育认证的JAVA课程体系的构建[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2018（02）：53-54.

[4]吴雪萍，袁李兰.美国研究型大学研究生创新人才培养的基础、经验及其启示[J].高等教育研究，2019，40（06）：102-109.

[5]蔡映輝.评估与“金课”建设[J].中国大学教学，2019（05）：49-54.

[6]王骏飞，许萍，那丽.地方本科高校新工科人才培养模式研究[J].高教学刊，2019（17）：163-165.

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