吳辰鈮，趙建喆，于 海

（1.東北大學(xué) 軟件學(xué)院，遼寧 沈陽 110169；2.東北大學(xué)軟件工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，遼寧 沈陽 110169）

0 引 言

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，第四次工業(yè)革命席卷全球。這場(chǎng)革命以網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智能化的深度融合為核心，以大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)及機(jī)器人等技術(shù)為驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)了新經(jīng)濟(jì)的快速形成與發(fā)展[1]。這場(chǎng)革命亦迫切需要更多、更新型工科人才的支持。不斷進(jìn)行理念創(chuàng)新的“新工科”正好順應(yīng)了這一時(shí)代需求[2-4]。新工科的“新”主要體現(xiàn)在工程教育理念新、學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)新、人才培養(yǎng)模式新、教育教學(xué)質(zhì)量新和分類發(fā)展體系新5 個(gè)方面，其建設(shè)的根本目的在于培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型、面向未來的卓越工程人才[5]。新工科建設(shè)的目的與工程教育專業(yè)認(rèn)證理念在本質(zhì)上是一致的[6]。工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的實(shí)施，有助于深化工程教育改革，提高工程教育質(zhì)量，進(jìn)而滿足新工科建設(shè)與發(fā)展的需要。

在新工科建設(shè)的背景下，中國(guó)工程教育認(rèn)證的通用標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了新工科人才的能力和素質(zhì)要求，這也對(duì)軟件工程人才的能力與素質(zhì)培養(yǎng)提出了更高的要求[7]。軟件工程專業(yè)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)尤為重視，而實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置正是為了提升軟件工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，滿足新工科對(duì)軟件人才需求[8]。

1 基于OBE-PBL-CDIO的實(shí)踐教學(xué)模式

OBE（Outcome Based Education），即 成 果導(dǎo)向教育，由Spady 等人提出，目前貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[9]。OBE 與傳統(tǒng)教育理念不同，傳統(tǒng)教育側(cè)重于知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性和完備性，易忽視專業(yè)的實(shí)際需求，而OBE 強(qiáng)調(diào)成果導(dǎo)向教育，圍繞專業(yè)需求進(jìn)行反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤10]。

PBL(Problem/Project Based Learning)，即基于問題的學(xué)習(xí)，起源于美國(guó)的麥克馬斯特大學(xué)的醫(yī)學(xué)專業(yè)。PBL 強(qiáng)調(diào)通過學(xué)生反思自己的實(shí)踐方式掌握各種過程技能，如自主學(xué)習(xí)、項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通和協(xié)作知識(shí)建構(gòu)等[11]。

CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)，即構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作。CDIO 以工程為載體，以產(chǎn)品的整個(gè)生命周期為對(duì)象，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，其目標(biāo)是確保預(yù)期的學(xué)習(xí)成果與專業(yè)實(shí)踐保持一致，關(guān)注更合適的教學(xué)和學(xué)習(xí)過程[11-12]。

為滿足軟件工程教育認(rèn)證要求，在OBE 的基礎(chǔ)上，融合PBL 和CDIO 的實(shí)踐教學(xué)模式，培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，具有良好的工程實(shí)踐能力、項(xiàng)目管理能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力、社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)道德的新工科人才。

2 人機(jī)交互實(shí)踐課程OBE-PBL-CDIO模式的構(gòu)建

課程體系基于畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)之間的支撐關(guān)系建立，而課程目標(biāo)依據(jù)課程體系中對(duì)該教學(xué)環(huán)節(jié)的具體需求設(shè)置。

2.1 目標(biāo)定位

人機(jī)交互實(shí)踐課程是針對(duì)軟件工程專業(yè)三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門程序?qū)嵺`課，主要涉及人機(jī)交互系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的基本原理、過程、模型和評(píng)估等知識(shí)的綜合應(yīng)用。課程目標(biāo)包括以下4 個(gè)方面。

目標(biāo)1：通過文獻(xiàn)研究，從人機(jī)交互的視角分析復(fù)雜的軟件工程問題，能夠在綜合考慮用戶特征、用戶需求、用戶體驗(yàn)、可用性、圖形界面設(shè)計(jì)原則以及法律、法規(guī)約束等情況，認(rèn)識(shí)到解決問題有多種方案可以選擇。

目標(biāo)2：能夠使用適當(dāng)?shù)挠脩羧蝿?wù)分析方法與可用性評(píng)估方法收集所需數(shù)據(jù)，并能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評(píng)估，確定合適的人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以及合理的改進(jìn)措施。

目標(biāo)3：能夠綜合運(yùn)用各種評(píng)估手段得到的評(píng)估報(bào)告，制訂合理的改進(jìn)方案，并對(duì)交互系統(tǒng)原型進(jìn)行完善，并形成最終的實(shí)踐報(bào)告。

目標(biāo)4：能夠理解人機(jī)交互程序開發(fā)中涉及的多種角色含義，能夠在團(tuán)隊(duì)中做好自己承擔(dān)的角色。

課程目標(biāo)主要對(duì)4 個(gè)細(xì)化后的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行支撐，二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系及課程目標(biāo)對(duì)指標(biāo)點(diǎn)的支撐程度見表1。

表1 課程目標(biāo)與指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

課程任務(wù)是讓學(xué)生更好地體會(huì)人機(jī)交互程序的開發(fā)過程，能夠靈活運(yùn)用人機(jī)交互分析方法綜合分析復(fù)雜工程問題，進(jìn)而利用人機(jī)交互設(shè)計(jì)的方法、原則和模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成符合實(shí)際需求的解決方案，并在此基礎(chǔ)上利用VB.NET 等編程語言開發(fā)出可用性強(qiáng)、友好的應(yīng)用系統(tǒng)原型，并對(duì)其運(yùn)用人機(jī)交互的評(píng)估方法和原則進(jìn)行評(píng)估，從而提高應(yīng)用程序的可用性。

2.2 內(nèi)容規(guī)劃

實(shí)踐內(nèi)容均來自東軟集團(tuán)的實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目，以2017 級(jí)學(xué)生的實(shí)踐為例，主要針對(duì)東軟開發(fā)的“東軟云醫(yī)院管理系統(tǒng)”，包括“門診醫(yī)生工作站”“門診醫(yī)技工作站”和“財(cái)務(wù)管理模塊”。實(shí)踐內(nèi)容結(jié)合以用戶為中心的開發(fā)過程，劃分為7 個(gè)階段，總學(xué)時(shí)2 周，共32 學(xué)時(shí)。具體的內(nèi)容規(guī)劃見表2。

2.3 教學(xué)模式

實(shí)踐教學(xué)是軟件人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，直接影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。東北大學(xué)軟件學(xué)院以企業(yè)需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)能力為核心，創(chuàng)建了一整套與企業(yè)需求有效結(jié)合的工程化實(shí)踐教學(xué)體系，積極開展3 個(gè)階段、4 個(gè)層次的教學(xué)改革。3 個(gè)階段即“理論授課、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、企業(yè)實(shí)習(xí)”，4 個(gè)層次即“課程實(shí)驗(yàn)、程序?qū)嵺`、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、企業(yè)實(shí)習(xí)”，使學(xué)生累計(jì)有1 年時(shí)間在企業(yè)學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。前面6 個(gè)學(xué)期理論授課與實(shí)驗(yàn)并重，分為“課程實(shí)驗(yàn)、程序?qū)嵺`”兩個(gè)層次工程實(shí)踐能力培養(yǎng)；第6 學(xué)期下半段，分方向進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，熟悉規(guī)范化的軟件開發(fā)過程，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)；第8 學(xué)期到企業(yè)實(shí)習(xí)，參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。

人機(jī)交互實(shí)踐課程是對(duì)學(xué)生編程設(shè)計(jì)能力的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的軟件開發(fā)、項(xiàng)目開發(fā)和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)其獨(dú)立分析和解決問題的能力。

人機(jī)交互實(shí)踐課程建立在用戶的實(shí)際需求，幫助用戶完成任務(wù)，具有良好的用戶體驗(yàn)。因此，在課程教學(xué)模式上將PBL 與CDIO 相結(jié)合符合本課程的特點(diǎn)，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)課程目標(biāo)的支撐。

表2 課程內(nèi)容規(guī)劃與學(xué)時(shí)安排

基于PBL 理念，依托東軟集團(tuán)的實(shí)際項(xiàng)目，按照2～4 人/組進(jìn)行學(xué)生分組，在組內(nèi)實(shí)施分工合作，分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)程序原型。在實(shí)踐過程中，學(xué)生需要將社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、圖形設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科實(shí)施綜合運(yùn)用，解決各階段問題。

在用戶需求分析階段，學(xué)生需要綜合運(yùn)用社會(huì)學(xué)與心理學(xué)，利用調(diào)查問卷、訪談、焦點(diǎn)小組等方法對(duì)“用戶是誰？用戶有哪些特點(diǎn)？用戶需要完成那些任務(wù)？用戶如何完成這些任務(wù)？用戶在完成這些任務(wù)的過程中存在不滿意的地方”等問題進(jìn)行分析，最終結(jié)合角色模型確定主要用戶群，并結(jié)合情景劇本明確主要用戶群需要完成的任務(wù)。

在系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)階段，學(xué)生需要綜合運(yùn)用圖形設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、人機(jī)交互技術(shù)，利用思維導(dǎo)圖、故事板和原型開發(fā)工具完成系統(tǒng)原型的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)原型評(píng)估階段，學(xué)生需要將美學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、可用性工程綜合運(yùn)用，利用啟發(fā)式評(píng)估原則、圖形界面設(shè)計(jì)原則、菲茨法則等對(duì)所設(shè)計(jì)的原型進(jìn)行組內(nèi)評(píng)估，撰寫可用性報(bào)告，發(fā)現(xiàn)原型設(shè)計(jì)中存在的問題，并據(jù)此對(duì)原型設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。

在系統(tǒng)原型實(shí)現(xiàn)階段，學(xué)生需要綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)、可用性工程，利用軟件開發(fā)工具對(duì)原型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，確保能反映出該系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)的表現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)原型評(píng)估階段，學(xué)生需要將認(rèn)知社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、可用性工程綜合運(yùn)用，利用啟發(fā)式評(píng)估原則對(duì)實(shí)現(xiàn)的原型進(jìn)行組內(nèi)評(píng)估，利用Think-aloud 用戶測(cè)試對(duì)實(shí)現(xiàn)的原型進(jìn)行組間評(píng)估，進(jìn)行Think-aloud 用戶測(cè)試，并撰寫可用性報(bào)告，發(fā)現(xiàn)原型實(shí)現(xiàn)中的問題，并據(jù)此對(duì)實(shí)現(xiàn)的原型進(jìn)行改進(jìn)。在整個(gè)實(shí)踐過程中，指導(dǎo)教師根據(jù)具體情況指導(dǎo)學(xué)生。

基于CDIO 理念，通過實(shí)踐項(xiàng)目的開發(fā)，可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)人機(jī)交互設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)、技術(shù)、方法、原則和模型等工程知識(shí)的掌握；培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用人機(jī)交互的思想、原則、方法，分析復(fù)雜工程問題，能提出合理的解決方案，進(jìn)而設(shè)計(jì)原型，能夠綜合運(yùn)用多種評(píng)估手段評(píng)估和完善開發(fā)的靜態(tài)原型與動(dòng)態(tài)原型。在實(shí)踐過程中，學(xué)生通過查閱資料、互聯(lián)網(wǎng)檢索等方法，培養(yǎng)主動(dòng)獲取知識(shí)和獨(dú)立解決問題的能力；通過撰寫實(shí)踐報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)文檔編寫的能力。指導(dǎo)教師鼓勵(lì)有精力的學(xué)生在界面設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化等方面進(jìn)行可用性創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的開拓精神和創(chuàng)新能力。

2.4 考核與持續(xù)改進(jìn)

2.4.1 考核方式與考核標(biāo)準(zhǔn)

本課程考核由平時(shí)表現(xiàn)、實(shí)踐報(bào)告和驗(yàn)收3部分組成?？己藗?cè)重能力考核，包括問題分析、數(shù)據(jù)分析與解釋、信息綜合和團(tuán)隊(duì)角色4 個(gè)能力的考核。其中前三項(xiàng)能力依據(jù)實(shí)踐報(bào)告和驗(yàn)收進(jìn)行考核，最后一項(xiàng)能力依據(jù)平時(shí)表現(xiàn)進(jìn)行考核。考核點(diǎn)分值占比與考核的標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）問題分析能力：10%?？己藢W(xué)生能否很好地理解系統(tǒng)需求，概述系統(tǒng)功能，使用用例圖和用例規(guī)約描述系統(tǒng)；能否很好地識(shí)別系統(tǒng)用戶，通過建立角色模型、情景劇本等手段挖掘用戶需求；能否通過用戶訪談、頭腦風(fēng)暴等方式，進(jìn)一步分析系統(tǒng)需求，并通過思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)。

（2）數(shù)據(jù)分析與解釋能力：50%?？己藢W(xué)生能否綜合運(yùn)用多種用戶分析方法獲取并分析用戶數(shù)據(jù)；能否在任務(wù)分解過程中綜合考慮技術(shù)、用戶體驗(yàn)、法律、經(jīng)濟(jì)等多種因素；能否很好地繪制界面草圖并創(chuàng)建用戶故事；能否很好地使用故事板對(duì)待完成的功能及其流程進(jìn)行調(diào)整和取舍；能否綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）信息綜合能力：30%。考核學(xué)生能否很好地使用啟發(fā)式評(píng)估方法和大聲思考對(duì)靜態(tài)原型和動(dòng)態(tài)原型進(jìn)行評(píng)估并給出解決方案；實(shí)踐報(bào)告格式是否規(guī)范，報(bào)告內(nèi)容是否充實(shí)正確，報(bào)告敘述是否邏輯嚴(yán)密，能否準(zhǔn)確反映出設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的結(jié)果；實(shí)踐報(bào)告能否體現(xiàn)實(shí)踐過程中出現(xiàn)的問題和解決方案以及獨(dú)立分析問題和解決問題的能力；實(shí)踐報(bào)告是否符合科技文檔寫作要求。

（4）團(tuán)隊(duì)角色承擔(dān)能力：10%?？己藢W(xué)生能否按時(shí)出勤；能否按照?qǐng)F(tuán)隊(duì)分工完成自己的任務(wù)，并在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，提出有意義的建議，并被采納。

2.4.2 考核成果

考核主要是檢驗(yàn)小組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和個(gè)人動(dòng)手實(shí)踐能力?？己说姆绞讲扇€(gè)人與團(tuán)隊(duì)相結(jié)合的方式，考核的成果分為個(gè)人成果與團(tuán)隊(duì)成果。

（1）個(gè)人成果：實(shí)踐報(bào)告、系統(tǒng)草圖設(shè)計(jì)、故事板設(shè)計(jì)。

（2）團(tuán)隊(duì)成果：原型實(shí)踐代碼和答辯報(bào)告。

2.4.3 持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

（1）定期記錄，以便評(píng)估學(xué)生能力達(dá)到的程度。通過課堂簽到、隨時(shí)抽查學(xué)生實(shí)踐進(jìn)度、師生互動(dòng)等環(huán)節(jié)記錄來評(píng)估學(xué)生能力的達(dá)成度。

（2）將課程評(píng)估結(jié)果加入課程持續(xù)改進(jìn)。通過近年學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)記錄和實(shí)踐成績(jī)分析，發(fā)現(xiàn)某些知識(shí)點(diǎn)沒有很好地理解與掌握，通過增加課堂講解或課上討論、師生互動(dòng)等方式提高學(xué)生對(duì)該類問題的理解。

（3）利用其他可用的協(xié)助持續(xù)改進(jìn)的資源，如引進(jìn)企業(yè)教師，更新實(shí)踐案例，組織開展課程的輔助教學(xué)，提高學(xué)生對(duì)該實(shí)踐課的興趣。

3 結(jié) 語

經(jīng)過基于OBE-PBL-CDIO 模式的人機(jī)交互實(shí)踐課程改革探索實(shí)踐，結(jié)合該課程的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，通過學(xué)生能力達(dá)成度評(píng)價(jià)，筆者發(fā)現(xiàn)基于OBE-PBL-CDIO 模式的人機(jī)交互實(shí)踐課，可以有效提升學(xué)生的問題分析能力、數(shù)據(jù)分析與解釋能力、信息綜合能力和團(tuán)隊(duì)角色承擔(dān)能力，很好地達(dá)成課程目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)畢業(yè)要求的支撐。

隨著人機(jī)交互技術(shù)的不斷發(fā)展以及社會(huì)對(duì)軟件技術(shù)人才更高的要求，不斷調(diào)整課程目標(biāo)及教學(xué)模式，更好地為實(shí)現(xiàn)實(shí)用性、復(fù)合型、國(guó)際化的高層次軟件人才的培養(yǎng)目標(biāo)提供保障。