應(yīng)時(shí) 李小紅 劉偉 李曉偉

摘 要：圍繞軟件工程知識(shí)體系及其學(xué)習(xí)、構(gòu)造、再造和應(yīng)用等方面的特點(diǎn)，在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，結(jié)合工程學(xué)科特點(diǎn)，討論學(xué)好軟件工程專業(yè)知識(shí)并鑄造專業(yè)素質(zhì)的價(jià)值觀念，探討突出和強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，通過總結(jié)教學(xué)實(shí)踐工作體會(huì)，提出亟待解決的一系列教學(xué)問題。

關(guān)鍵詞：軟件工程知識(shí)體系;建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論;專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)

DOI： 10. 11907/rjdk.192729

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

中圖分類號(hào)：TP434

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-7800（2020）001-0015-03

0 引言

2018年5月4日，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)辦公室制訂并發(fā)布了《工程類博士專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革方案》與《關(guān)于制定工程類碩士專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)方案的指導(dǎo)意見》，文件就工程類博士的基本知識(shí)要求指出：“學(xué)位獲得者應(yīng)掌握本工程領(lǐng)域堅(jiān)實(shí)寬廣的基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)深入的專業(yè)知識(shí)和工程技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí);熟悉相關(guān)工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)與前沿，掌握相關(guān)的人文社科及工程管理知識(shí)…”。對(duì)于工程碩士的培養(yǎng)，國(guó)務(wù)院文件也明確指出：“在高校制定的培養(yǎng)方案中，要突出理論方法扎實(shí)、技術(shù)應(yīng)用過硬的工程類碩士專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)特色[2]。

從軟件產(chǎn)業(yè)對(duì)軟件工程專業(yè)人才的要求來看，扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)是軟件工程師的必備素質(zhì)。如華為公司明確要求應(yīng)聘者“熟悉軟件工程領(lǐng)域理論知識(shí)，熟悉大型軟件系統(tǒng)架構(gòu)知識(shí)及實(shí)現(xiàn)方法，熟悉軟件框架的設(shè)計(jì)和編碼論證”;北京京航計(jì)算通訊研究所招聘計(jì)算機(jī)軟件專業(yè)技術(shù)人員的一個(gè)基本要求是“應(yīng)聘者要在軟件工程，尤其要在軟件測(cè)試與分析方面，掌握系統(tǒng)深入的專業(yè)知識(shí)”。

為培養(yǎng)軟件工程知識(shí)扎實(shí)的專業(yè)人才，眾多教育者從不同角度進(jìn)行了多種探索。有的通過改革教學(xué)方案，創(chuàng)新教學(xué)模式，采用先進(jìn)的教學(xué)技術(shù)增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件工程的興趣[3];有的通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)、案例教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解[4];有的選擇采取校企合作和國(guó)際辦學(xué)措施等。但是，無論采取什么對(duì)策和措施，對(duì)于學(xué)生來說，專業(yè)知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)是最核心內(nèi)容。對(duì)于教師來說，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識(shí)內(nèi)容永遠(yuǎn)是一切教學(xué)方法的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的作用和意義毋庸置疑。軟件工程知識(shí)體（SWEBOK）把“軟件職業(yè)實(shí)踐”也放人其中，“軟件職業(yè)實(shí)踐”也是一種知識(shí)。與其它類型的知識(shí)一樣，這些知識(shí)也可通過知識(shí)學(xué)習(xí)的方式掌握，工程和項(xiàng)目實(shí)踐不是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐開發(fā)能力的唯一道路。對(duì)于案例教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，在課程資料準(zhǔn)備完善和實(shí)踐環(huán)境搭建成熟的基礎(chǔ)上，同樣可以通過知識(shí)學(xué)習(xí)的方式，完成重要內(nèi)容和基礎(chǔ)性內(nèi)容的學(xué)習(xí)。師生均應(yīng)培養(yǎng)直面困難的勇氣和創(chuàng)造力，充分準(zhǔn)備，把知識(shí)學(xué)習(xí)做到極致，而不是回避、繞開，甚至是有目的地設(shè)法間接替代困難。

本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐工作體會(huì)，圍繞軟件工程知識(shí)體系及其學(xué)習(xí)、構(gòu)造、再造和應(yīng)用等方面的特點(diǎn)，探討建構(gòu)主義理論下的教學(xué)方法，總結(jié)實(shí)踐教學(xué)中遇到的問題，以期為軟件工程專業(yè)教學(xué)改革提供參考。

1 強(qiáng)化知識(shí)學(xué)習(xí)的必要性

突出和強(qiáng)化軟件工程專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)十分重要，具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）雖然對(duì)于培養(yǎng)實(shí)用技術(shù)型人才的高等職業(yè)學(xué)校，可以強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，但對(duì)于培養(yǎng)軟件工程高層次人才的一流高校，強(qiáng)化知識(shí)學(xué)習(xí)是十分必要的。

（2）對(duì)于具有軟件工程扎實(shí)知識(shí)基礎(chǔ)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人員，其新知識(shí)學(xué)習(xí)應(yīng)該以知識(shí)學(xué)習(xí)方式為主。

（3）對(duì)于立志成為軟件工程高層次科研開發(fā)人才的人，必須具備把專業(yè)知識(shí)學(xué)好的意識(shí)和能力。

（4）對(duì)于參加實(shí)踐工作多年、知識(shí)基礎(chǔ)薄弱的專業(yè)技術(shù)人員，在其繼續(xù)教育過程中，尤其需要突出并強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)。

2 教學(xué)方法

2.1 指導(dǎo)意義

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論[5]認(rèn)為：學(xué)習(xí)的目標(biāo)是學(xué)習(xí)者把客觀知識(shí)及結(jié)構(gòu)內(nèi)化為自己的知識(shí)。學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者構(gòu)建知識(shí)的過程，學(xué)習(xí)者不是簡(jiǎn)單被動(dòng)地接受信息，而是主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的意義。學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)背景，對(duì)外部信息進(jìn)行主動(dòng)選擇、加工和處理。學(xué)習(xí)者基于個(gè)體經(jīng)驗(yàn)背景建構(gòu)對(duì)知識(shí)的理解，取決于特定情境下的學(xué)習(xí)歷程。

最典型的學(xué)習(xí)方式是探究式學(xué)習(xí)。探究式學(xué)習(xí)是基于問題解決活動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的過程。在教學(xué)過程中，應(yīng)該通過有意義的問題情境，讓學(xué)習(xí)者通過不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，學(xué)習(xí)與探究問題相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，形成解決問題的專業(yè)技能，以及自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的能力。換言之，探究式學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地參與，主動(dòng)地體驗(yàn)。通過這些活動(dòng)，形成特有的學(xué)習(xí)方式、完成知識(shí)內(nèi)化。

除探究式學(xué)習(xí)外，情境教學(xué)也是一種很有效的教學(xué)方法，它是建立在有感染力的真實(shí)事件或真實(shí)問題基礎(chǔ)上的教學(xué)。知識(shí)、學(xué)習(xí)與情境化的活動(dòng)聯(lián)為一體。學(xué)生應(yīng)該在真實(shí)任務(wù)情境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。情境教學(xué)要求學(xué)習(xí)者全身心地沉浸到學(xué)習(xí)情境中。

2.2 面向軟件工程專業(yè)的教學(xué)方法

本文將軟件工程知識(shí)分為以下8大類：理論性知識(shí)、理念性知識(shí)、原則性知識(shí)、方法性知識(shí)、技術(shù)性知識(shí)、過程性知識(shí)、技能性知識(shí)和關(guān)于能力及其培養(yǎng)的知識(shí)。軟件工程的知識(shí)教學(xué)目的是：引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)、正確、深入地掌握專業(yè)知識(shí)?！跋到y(tǒng)”是指在整體上，知識(shí)是成體系的;在局部上，知識(shí)是有完整性的;在知識(shí)點(diǎn)上，知識(shí)是被透徹理解了的?！罢_”指概念學(xué)習(xí)正確、內(nèi)容理解正確、知識(shí)構(gòu)建正確、知識(shí)應(yīng)用正確?！吧钊搿敝溉跁?huì)貫通（知識(shí)內(nèi)容上的貫通、知識(shí)發(fā)展歷程上的貫通）、理解本質(zhì)、學(xué)以致用。

由于軟件工程學(xué)科知識(shí)大多實(shí)踐指向非常強(qiáng)，為了使學(xué)生讀懂、悟透、用活書本上的專業(yè)知識(shí)，在教學(xué)中，應(yīng)努力引導(dǎo)學(xué)生把自己原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，作為新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，引導(dǎo)他們從原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)中，主動(dòng)構(gòu)建新的知識(shí)，同時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)是多維度、多層次、多粒度、反復(fù)迭代的。為此，本文基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，對(duì)教學(xué)實(shí)踐探索進(jìn)行總結(jié)，提出引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)其它知識(shí)、掌握軟件工程知識(shí)的教學(xué)方法。

（1）引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)角度融會(huì)貫通地掌握軟件工程知識(shí)體系，工作方法的要點(diǎn)是：不但要讓學(xué)生學(xué)好知識(shí)體系中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，還要讓他們掌握這些知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)知識(shí)，了解基于歷史發(fā)展軌跡的知識(shí)點(diǎn)演化關(guān)系和演化過程，使學(xué)生多角度、深入、準(zhǔn)確地掌握專業(yè)知識(shí)，可從自己原有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)中，主動(dòng)建構(gòu)新的軟件工程知識(shí)。

（2）引導(dǎo)學(xué)生把軟件工程知識(shí)與其它專業(yè)骨干課程知識(shí)關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生圍繞軟件工程知識(shí)，構(gòu)建更大的知識(shí)體系網(wǎng)。盡管軟件工程課程強(qiáng)調(diào)與程序設(shè)計(jì)課程的區(qū)別，從而使學(xué)生能夠超越編碼層次，在更全局性和抽象性的層面掌握軟件工程知識(shí)，但同時(shí)也應(yīng)注意到程序設(shè)計(jì)范型是各種不同軟件工程方法的基石，程序設(shè)計(jì)方式和能力在深層次上影響軟件設(shè)計(jì)和需求分析的技術(shù)和方法。引導(dǎo)學(xué)生把軟件工程課程知識(shí)與系統(tǒng)軟件課程知識(shí)（操作系統(tǒng)、編譯原理、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、中間件）關(guān)聯(lián)起來學(xué)習(xí)十分重要，不但有助于學(xué)生形成軟件工程知識(shí)體系，也有助于其形成完整的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)體系，更加深入地領(lǐng)會(huì)支撐軟件工程知識(shí)的科學(xué)思想。

（3）引導(dǎo)學(xué)生將軟件工程知識(shí)與新的熱點(diǎn)前沿專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行學(xué)習(xí)。軟件工程教材內(nèi)容通常滯后于軟件工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用步伐，更落后于軟件工程在其它學(xué)科中的創(chuàng)新發(fā)展。因此，引導(dǎo)學(xué)生把軟件工程知識(shí)與新的熱點(diǎn)前沿專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行學(xué)習(xí)，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。與新的熱點(diǎn)前沿專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)主要包括：與云計(jì)算/云服務(wù)的關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，與大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，與深度學(xué)習(xí)、人工智能的關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)等。具體包括：①深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算單元的級(jí)聯(lián)層次結(jié)構(gòu)與軟件系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu);②深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反向傳播算法、逐層傳播誤差修正要求、梯度與層次化軟件系統(tǒng)控制過程的逐層調(diào)用和數(shù)據(jù)參數(shù)的逐層傳遞;③深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中控制過擬合和模型訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)的Drop-out方法及其算法與軟件工程師利用軟件設(shè)計(jì)工具逐步求精地設(shè)計(jì)軟件體系結(jié)構(gòu)，以及自適應(yīng)軟件根據(jù)情境變化，自動(dòng)更新軟件體系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元及其連接關(guān)系等。以上內(nèi)容彼此具有很多相通和共同的地方，因此可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，使學(xué)生更加深刻地理解軟件工程專業(yè)知識(shí)，并感知軟件工程知識(shí)鮮活的時(shí)代價(jià)值。

（4）引導(dǎo)學(xué)生將軟件工程知識(shí)投射于新聞熱點(diǎn)問題和實(shí)踐問題，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這種在有感染力的真實(shí)事件或真實(shí)問題基礎(chǔ)上進(jìn)行的教學(xué)，是在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的情境教學(xué)方法。如當(dāng)代大學(xué)生十分熟悉京東和天貓等電商購(gòu)物平臺(tái)，可引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注電商平臺(tái)能力及建設(shè)發(fā)展歷程。天貓2018年僅用1小時(shí)16分37秒，“雙11”的成交總額就突破了912億元。該數(shù)據(jù)超過了2015年“雙11”全天的成交額，可利用這個(gè)事實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，包括引導(dǎo)學(xué)生從軟件工程專業(yè)角度，思考軟件開發(fā)和軟件運(yùn)維等多方面問題，思考應(yīng)應(yīng)用哪些知識(shí)才能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)多項(xiàng)功能。情景式教學(xué)還有利于學(xué)生全身心地沉浸到學(xué)習(xí)中，進(jìn)一步學(xué)好高性能高可用軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件服務(wù)平臺(tái)在線維護(hù)和優(yōu)化等軟件工程知識(shí)點(diǎn)。

（5）引導(dǎo)學(xué)生把軟件工程知識(shí)與其它學(xué)科知識(shí)關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行學(xué)習(xí)。軟件工程的許多思維方法、知識(shí)內(nèi)容特點(diǎn)與其它學(xué)科知識(shí)在實(shí)質(zhì)上是相通的。因此，學(xué)生已理解并掌握的共性知識(shí)可作為學(xué)好、用好軟件工程知識(shí)的背景知識(shí)基礎(chǔ)，如程序代碼設(shè)計(jì)與文章寫作、軟件系統(tǒng)開發(fā)與文學(xué)著作創(chuàng)作、軟件系統(tǒng)智能運(yùn)維與智慧醫(yī)療診斷等;還可利用軟件工程知識(shí)的普適性和通用性，引導(dǎo)學(xué)生把軟件工程過程管理與學(xué)生學(xué)業(yè)過程管理、科研論文寫作過程管理進(jìn)行關(guān)聯(lián);把對(duì)軟件系統(tǒng)的理解、創(chuàng)新和優(yōu)化與對(duì)計(jì)算機(jī)軟件類科研論文及其成果認(rèn)知、優(yōu)化等進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生更好地掌握軟件工程知識(shí)及應(yīng)用方法。

3 教學(xué)問題

（1）軟件工程專業(yè)知識(shí)大都內(nèi)容抽象，在實(shí)踐教學(xué)中，少有學(xué)生針對(duì)實(shí)踐問題進(jìn)行提問，師生互動(dòng)較少，這使知識(shí)教育無法深入強(qiáng)化，更無法確認(rèn)學(xué)習(xí)成效。由于學(xué)生主動(dòng)投入不夠，討論式、問題探究式的教學(xué)方式難以實(shí)施。

（2）目前部分軟件工程教材存在一些知識(shí)性錯(cuò)誤，導(dǎo)致教學(xué)出現(xiàn)尷尬與矛盾，使學(xué)生熱情受挫。因此有必要針對(duì)全國(guó)本科教育軟件工程專業(yè)，組織教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的人員統(tǒng)一編寫教材，并輔助編寫知識(shí)讀本。

（3）在教學(xué)組織方面，專業(yè)課程課時(shí)不足。學(xué)時(shí)數(shù)嚴(yán)重不足長(zhǎng)期困擾著軟件工程課程與很多其它核心基礎(chǔ)課程，導(dǎo)致教師無法充分展開內(nèi)容教學(xué)，更無法多層次多角度地圍繞重難點(diǎn)講解更多實(shí)例，也無法針對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行必要的重復(fù)和貫通，無法旁征博引，促使知識(shí)點(diǎn)融合。

（4）實(shí)踐課程缺乏反思環(huán)節(jié)。當(dāng)實(shí)踐教學(xué)的具體工作或項(xiàng)目進(jìn)展不順時(shí)，大部分學(xué)生沒有從知識(shí)層面反思其知識(shí)理解和知識(shí)應(yīng)用方面存在哪些問題，應(yīng)該如何做才能更好地掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)，甚至還有錯(cuò)誤的觀點(diǎn)認(rèn)為“多做就自然會(huì)了，多做就自然好了”。

4 結(jié)語(yǔ)

軟件工程專業(yè)以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)，知識(shí)點(diǎn)理論性、工程性、技術(shù)性強(qiáng)，學(xué)習(xí)和教學(xué)難度大，對(duì)教師知識(shí)水平、專業(yè)能力和綜合素質(zhì)等方面提出了很高要求，同時(shí)，在進(jìn)行專業(yè)知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)的過程中，對(duì)學(xué)生抽象思維、系統(tǒng)思維、學(xué)習(xí)能力、理解力、想象力等方面也提出了巨大挑戰(zhàn)。本文基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，提出引導(dǎo)學(xué)生關(guān)聯(lián)其它知識(shí)、掌握軟件工程知識(shí)的教學(xué)方法，同時(shí)對(duì)實(shí)際教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)。

軟件工程知識(shí)學(xué)習(xí)意義重大。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)軟件項(xiàng)目的實(shí)際開發(fā)能力，需要師生、高校等多方協(xié)同努力。

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（責(zé)任編輯：江艷）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ 61672392）

作者簡(jiǎn)介：應(yīng)時(shí)（1965-），男，博士，武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榇笮蛙浖到y(tǒng)的智能化運(yùn)維管理、軟件工程智能分析與優(yōu)化等;李小紅（1974-），女，博士，武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>