張 睿，趙 娜，張永梅，潘理虎，趙淑芳，閆耀東

（1.太原科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030024;2.北方工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 100144）

0 引 言

軟件工程是講授軟件工程的基本原理與方法，用工程的理論來(lái)指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)的一門核心課程，其教學(xué)效果直接影響著學(xué)生的軟件開(kāi)發(fā)能力與項(xiàng)目管理能力[1-2]，與創(chuàng)新型軟件工程人才的培養(yǎng)緊密聯(lián)系。由于其知識(shí)面廣、理論知識(shí)豐富、實(shí)踐性強(qiáng)，因此一直是高校教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在現(xiàn)有的軟件工程教學(xué)中，雖然兼具了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，但是由于實(shí)踐教學(xué)課時(shí)少、考核標(biāo)準(zhǔn)不確定等原因，教學(xué)方式往往對(duì)理論知識(shí)的講解較為側(cè)重。課堂教學(xué)以教師和教材為中心，運(yùn)用傳統(tǒng)的“一言堂”模式，學(xué)生只是被動(dòng)地聽(tīng)講，學(xué)習(xí)效果不明顯。在課程結(jié)束后，雖掌握了部分理論知識(shí)，但大多都缺乏軟件工程的基本技能，教學(xué)理論與實(shí)踐應(yīng)用相脫節(jié)，所學(xué)理論知識(shí)無(wú)法滿足社會(huì)需求，在職場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不具優(yōu)勢(shì)。

1 “互鎖式”教學(xué)模式

互鎖的概念來(lái)自于計(jì)算機(jī)總線中的異步通訊方式[3]?！盎ユi式”教學(xué)模式的提出，將教師和學(xué)生比作通訊中的主模塊與從模塊，當(dāng)教師作為主模塊向?qū)W生所屬的從模塊發(fā)出互動(dòng)信號(hào)后，應(yīng)確保學(xué)生明確其所提問(wèn)題。學(xué)生根據(jù)教師所提問(wèn)題進(jìn)行探索和討論，給出相應(yīng)的回答并接收老師的反饋，從而使教師與學(xué)生形成互鎖關(guān)系?！盎ユi式”教學(xué)模式的構(gòu)建，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以賽項(xiàng)為驅(qū)動(dòng)，以參與式BOPPPS 為主體，從而形成層層互動(dòng)、層層反饋的教學(xué)模型，其模型示意如圖1所示。

（1）BOPPPS 是一種閉環(huán)式教學(xué)，其重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的積極參與和反饋。它將教學(xué)過(guò)程劃分為6 個(gè)要素，并根據(jù)教學(xué)中學(xué)生的參與和反饋情況來(lái)對(duì)后續(xù)課程進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化[4-5]。其6 要素分別為：①導(dǎo)入B(Bridge-in)：即教學(xué)開(kāi)始前的引入，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；②目標(biāo)O（Objective）：讓學(xué)生明確了解其在課程結(jié)束后應(yīng)取得的學(xué)習(xí)效果，便于學(xué)生進(jìn)行精確的自我評(píng)估；③前測(cè)P（Pre-assessment）：通過(guò)課前摸底幫助教師了解學(xué)生的相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)，從而及時(shí)調(diào)整課堂節(jié)奏；④參與式學(xué)習(xí)P（Participatory）：是該模式的核心要素，強(qiáng)調(diào)學(xué)生能夠主動(dòng)參與課堂教學(xué)；⑤后測(cè)P（Post-assessment）：通過(guò)課后的測(cè)試對(duì)教師的授課效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn)；⑥總結(jié)S（Summary）：幫助學(xué)生對(duì)自己所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行回顧總結(jié)并使其系統(tǒng)化，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生反思自己學(xué)到了什么。

圖1 “互鎖式”教學(xué)模式示意圖

（2）PBL((Problem-Based Learning)是以問(wèn)題為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)通過(guò)小組合作的方式解決問(wèn)題的一種教學(xué)方法[6-7]。在這種教學(xué)方法中，學(xué)生不再被動(dòng)地接受知識(shí)，而是通過(guò)小組協(xié)作主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，真正地將知識(shí)內(nèi)化為自己所有。

（3）賽項(xiàng)驅(qū)動(dòng)是指通過(guò)組織學(xué)生參加相關(guān)的比賽項(xiàng)目活動(dòng)，來(lái)加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并提高專業(yè)實(shí)踐能力，從而進(jìn)一步通過(guò)比賽來(lái)促進(jìn)教學(xué)效果的提升，達(dá)到“以賽促學(xué)”的目的[8]。該教學(xué)方法可以有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，使其創(chuàng)新思維、自主研究和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力得到鍛煉，縮短課程教學(xué)與社會(huì)需求之間的差距。

目前，BOPPPS、PBL、賽項(xiàng)驅(qū)動(dòng)都是較流行的教學(xué)方法，但單一教學(xué)方法的使用無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代課堂培養(yǎng)高素質(zhì)全面發(fā)展人才的目標(biāo)。BOPPPS 幫助教師將課堂進(jìn)行模塊劃分，使課堂教學(xué)更加完整、有序，但其核心要素參與式學(xué)習(xí)中對(duì)于師生之間的互動(dòng)形式?jīng)]有加以限定，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法PBL 在參與式學(xué)習(xí)中的引入將更加明確課堂參與的形式。兩種教學(xué)方法的結(jié)合有效提升了課堂教學(xué)效果，但在滿足學(xué)生課程拓展的需求方面仍有欠缺；而賽項(xiàng)驅(qū)動(dòng)教學(xué)加強(qiáng)了課程拓展，但對(duì)課堂學(xué)習(xí)模式?jīng)]有明確界定。“互鎖式”教學(xué)模式將3 種教學(xué)方法進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，使課程教學(xué)更加完整，教學(xué)過(guò)程更具互動(dòng)性與反饋性。學(xué)生成為課堂與項(xiàng)目比賽的主體，教師的角色開(kāi)始從單獨(dú)的講授向組織、引導(dǎo)、點(diǎn)評(píng)、答疑的方向轉(zhuǎn)變，且在指導(dǎo)學(xué)生比賽項(xiàng)目的過(guò)程中，能夠促進(jìn)教師進(jìn)行教學(xué)反思，不斷提高其教學(xué)能力，實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化，從而培養(yǎng)出理論知識(shí)與實(shí)踐能力兼具的創(chuàng)新性復(fù)合型人才。

2 “互鎖式”教學(xué)模式在軟件工程教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 課程教學(xué)設(shè)計(jì)

在以BOPPPS 為主體引入“互鎖式”教學(xué)模式時(shí)，不再將其局限于每一堂課的教學(xué)當(dāng)中，而是以章節(jié)為基礎(chǔ)，在每一章節(jié)的教學(xué)活動(dòng)中對(duì)“互鎖式”教學(xué)模式加以應(yīng)用。

1）章節(jié)導(dǎo)入是優(yōu)質(zhì)教學(xué)效果的開(kāi)端。

章節(jié)導(dǎo)入的目的是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，良好的章節(jié)導(dǎo)入可以迅速建立學(xué)生與課堂之間的聯(lián)系，使他們知道為什么要進(jìn)行本章節(jié)的學(xué)習(xí)。章節(jié)導(dǎo)入的形式可以是相關(guān)的故事、案例，也可以通過(guò)回顧之前章節(jié)的內(nèi)容來(lái)引出將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。如在學(xué)習(xí)“需求分析”這一章時(shí)，教師可以向?qū)W生展示一個(gè)情景：“當(dāng)你接到一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的任務(wù)時(shí)，你首先會(huì)做些什么？”，通過(guò)學(xué)生開(kāi)放式的回答，教師可以自然地引出需求分析的相關(guān)內(nèi)容。

2）章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)是整個(gè)教學(xué)內(nèi)容圍繞的中心。

章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)介紹要清晰明確，減少“理解”“掌握”等不確定性詞語(yǔ)的使用，通過(guò)明確告訴學(xué)生在完成章節(jié)學(xué)習(xí)后“會(huì)做什么、做到什么程度”幫助學(xué)生反思學(xué)習(xí)效果。如在給出“總體設(shè)計(jì)”章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，可明確告訴學(xué)生在章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束后要明確說(shuō)出軟件結(jié)構(gòu)優(yōu)化的7 原則。

3）章節(jié)前測(cè)有助于教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)深度。

章節(jié)正式學(xué)習(xí)前的摸底測(cè)驗(yàn)有助于教師了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，以便后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的開(kāi)展。章節(jié)前測(cè)的問(wèn)題無(wú)需太過(guò)復(fù)雜，可以是一些具有開(kāi)放性的題目，根據(jù)學(xué)生的不同回答，教師可以了解不同學(xué)生的知識(shí)背景，從而及時(shí)調(diào)整教學(xué)方案，如在“實(shí)現(xiàn)”章節(jié)，教師可通過(guò)詢問(wèn)學(xué)生的編程語(yǔ)言基礎(chǔ)來(lái)幫助學(xué)生選擇最合適的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行軟件項(xiàng)目的編寫。

4）基于問(wèn)題導(dǎo)向的參與式學(xué)習(xí)是整個(gè)教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。

軟件工程課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)理論知識(shí)扎實(shí)、實(shí)踐鍛煉完整的高素質(zhì)專業(yè)性人才，因此在以問(wèn)題為導(dǎo)向的參與式學(xué)習(xí)中，教師的講授占課堂教學(xué)的比例縮小，課堂的大部分時(shí)間留給學(xué)生自主研究討論，充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體性。由于學(xué)生很少有機(jī)會(huì)可以接觸到軟件工程中有關(guān)反面經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，教師可向?qū)W生提供一個(gè)功能結(jié)構(gòu)并不完善、規(guī)模大小適中的教學(xué)系統(tǒng)，并將其貫穿于軟件工程教學(xué)的全過(guò)程。教師根據(jù)該不完善的軟件系統(tǒng)提出問(wèn)題，學(xué)生采取逆向思維，分成小組自主學(xué)習(xí)并進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)該軟件系統(tǒng)的不足，并運(yùn)用軟件工程的基本原理來(lái)正向完成該教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、測(cè)試以及維護(hù)的全過(guò)程。在每一章節(jié)的學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)，學(xué)生需向教師提交軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)應(yīng)章節(jié)內(nèi)容所產(chǎn)生的文檔文件，各階段的文檔見(jiàn)表1。在課程結(jié)束時(shí)，各個(gè)小組應(yīng)向教師提交完善后的教學(xué)系統(tǒng)，并針對(duì)完成的系統(tǒng)進(jìn)行最終答辯。在此教學(xué)過(guò)程中，每個(gè)學(xué)生都參與了課程的學(xué)習(xí)，成為認(rèn)知的主體和知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建者，而教師作為課堂教學(xué)的協(xié)助者，起引導(dǎo)、啟發(fā)和監(jiān)控教學(xué)過(guò)程的作用，真正實(shí)現(xiàn)從“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變。

5）章節(jié)后測(cè)是對(duì)章節(jié)目標(biāo)的有效反饋。

在章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束之后，可通過(guò)后測(cè)來(lái)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)估。與課后作業(yè)相比，章節(jié)后測(cè)更具及時(shí)性與真實(shí)性，后測(cè)的形式可根據(jù)章節(jié)的特點(diǎn)來(lái)選擇問(wèn)卷、選擇題、簡(jiǎn)答題和問(wèn)答題等不同形式。其后測(cè)問(wèn)題應(yīng)與前測(cè)問(wèn)題相呼應(yīng)，并應(yīng)通過(guò)后測(cè)結(jié)果來(lái)對(duì)章節(jié)目標(biāo)進(jìn)行反饋。如在“可行性研究”章節(jié)中，后測(cè)問(wèn)題可選用問(wèn)答形式，要求學(xué)生根據(jù)給定的系統(tǒng)寫出問(wèn)題定義并對(duì)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析，以檢測(cè)學(xué)生是否達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。

表1 學(xué)習(xí)過(guò)程的文檔提交

6）章節(jié)總結(jié)是將知識(shí)系統(tǒng)化的重要環(huán)節(jié)。

章節(jié)總結(jié)是一個(gè)歸納整理的環(huán)節(jié)，在這一教學(xué)過(guò)程中，教師可再次強(qiáng)調(diào)本章節(jié)的重點(diǎn)，并引導(dǎo)學(xué)生梳理知識(shí)點(diǎn)，將所學(xué)知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，自主構(gòu)建章節(jié)知識(shí)體系框架，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)化。

7）賽項(xiàng)驅(qū)動(dòng)是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的有效手段。

賽項(xiàng)驅(qū)動(dòng)貫穿于軟件工程教學(xué)的全過(guò)程，在課程開(kāi)始之際，教師向?qū)W生介紹“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，使學(xué)生對(duì)該賽程有大致的了解。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)每4～6 人組成一個(gè)項(xiàng)目小組準(zhǔn)備比賽，有任何問(wèn)題都可與教師進(jìn)行及時(shí)溝通，且該比賽提交作品時(shí)間恰好與軟件工程課程結(jié)束時(shí)間相對(duì)應(yīng)，在完善教師所給軟件系統(tǒng)的同時(shí)，學(xué)生將獨(dú)立完成另一個(gè)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與維護(hù)，有效進(jìn)行課堂的拓展，學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐技能通過(guò)比賽得到進(jìn)一步的提高，從“大致了解”向“嫻熟掌握”轉(zhuǎn)變，以此達(dá)到項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)效果。

以第5 章“總體設(shè)計(jì)”為例，以BOPPPS 為主體的“互鎖式”章節(jié)教學(xué)具體過(guò)程見(jiàn)表2。

2.2 考核方式設(shè)計(jì)

在“互鎖式”教學(xué)模式下，課程的考核方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，既要考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，又要考查學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，因此，在新的考核設(shè)計(jì)中，期末考試成績(jī)的權(quán)重縮小，過(guò)程性考核成為考核的主體部分?？己艘园俜种朴?jì)算，各評(píng)價(jià)指標(biāo)所占比例如圖所示2。其中，課程軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)結(jié)果的考核包括系統(tǒng)完整度、可用性、界面效果和測(cè)試質(zhì)量；比賽項(xiàng)目成果的考核包括項(xiàng)目創(chuàng)新程度、小組合作能力以及最終名次。

表2 “互鎖式”章節(jié)教學(xué)實(shí)例（總體設(shè)計(jì)授課時(shí)長(zhǎng)：6 學(xué)時(shí)）

圖2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)占比

3 教學(xué)效果

將太原科技大學(xué)2017 級(jí)軟件工程專業(yè)采用“互鎖式”教學(xué)模式授課的70 名學(xué)生與2017 級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)未采用“互鎖式”教學(xué)模式授課的76 名學(xué)生進(jìn)行比較，其《軟件工程》課程的成績(jī)分布區(qū)間如圖3 所示。

從圖3 中可以看出，2017 級(jí)軟件工程專業(yè)的學(xué)生課程成績(jī)超過(guò)半數(shù)分布在[80,90]區(qū)間內(nèi)，其課程成績(jī)的良好率高于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，且全部學(xué)生成績(jī)合格，同時(shí)90 分以上人數(shù)占比高于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，“互鎖式”教學(xué)模式取得了顯著的教學(xué)效果。此外，2017 級(jí)軟件工程專業(yè)同學(xué)在互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中表現(xiàn)優(yōu)異?！爸切小徊媛房谥悄芙煌ㄖ笓]系統(tǒng)”與“募音網(wǎng)”分別獲山西省互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽創(chuàng)意組的二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)?！八幧胖改稀薄白R(shí)—稱”一體化智能冰箱獲太原科技大學(xué)第四屆互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽創(chuàng)意組一等獎(jiǎng)；“WL 超級(jí)實(shí)驗(yàn)室”“鮮品live”“智慧飲水系統(tǒng)”“廢舊書管理處理系統(tǒng)”獲二等獎(jiǎng)；“微型巡邏小車”、網(wǎng)絡(luò)寵物寄養(yǎng)中心——“愛(ài)寵平臺(tái)”獲優(yōu)秀獎(jiǎng)。部分學(xué)生在比賽之余進(jìn)行了課程的其他拓展，在教師指導(dǎo)下以第一作者撰寫論文1 篇，參與省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目1 項(xiàng)，校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目1 項(xiàng)。

圖3 軟件工程專業(yè)與計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生課程成績(jī)分布

為了更加客觀地了解學(xué)生對(duì)于課程的主觀感受，在軟件工程課程結(jié)束后，分別向兩專業(yè)的學(xué)生發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，采用不記名的方式讓學(xué)生對(duì)軟件工程課程的學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。在問(wèn)卷回收后，利用EpiData3.1 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，SPSS23.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。卡方檢驗(yàn)作為一種常用的計(jì)數(shù)資料的統(tǒng)計(jì)方法，用于推斷兩個(gè)構(gòu)成比是否有差異[9]，針對(duì)問(wèn)卷結(jié)果的定性資料，采用卡方檢驗(yàn)，分別判斷7 個(gè)測(cè)量指標(biāo)在兩組之間有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。設(shè)定檢驗(yàn)水平α=0.05，其問(wèn)卷測(cè)量指標(biāo)及統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

結(jié)果顯示，軟件工程專業(yè)的學(xué)生對(duì)于課程在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、發(fā)揮學(xué)習(xí)主動(dòng)性、提高創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、知識(shí)認(rèn)知程度及文檔編寫能力等方面的認(rèn)知均高于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，且該差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），表明了學(xué)生對(duì)“互鎖式”教學(xué)模式的認(rèn)可。

4 結(jié) 語(yǔ)

教師與學(xué)生之間的及時(shí)互動(dòng)是影響教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵性因素?；凇盎ユi式”教學(xué)模式的提出，將BOPPPS、PBL、賽項(xiàng)驅(qū)動(dòng)等多種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使師生在每一階段的教學(xué)過(guò)程中都有互動(dòng)與反饋，解決了師生之間缺乏有效溝通、學(xué)生課堂缺乏積極參與的問(wèn)題?！盎ユi式”教學(xué)模式的實(shí)踐表明，該模式是有效的，學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性、團(tuán)隊(duì)合作能力、動(dòng)手實(shí)踐能力均得到了鍛煉和提升，教學(xué)質(zhì)量明顯提高，可為需要同時(shí)兼顧理論與實(shí)踐教學(xué)的課程提供參考。

表3 調(diào)查問(wèn)卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果