藺一帥，李青山，鮑 亮，鄧 岳，王 璐，王徐華

（西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710071）

0 引言

在20 世紀(jì)90 年代，美國卡耐基梅隆大學(xué)（CMU）等國際知名高校首先開設(shè)軟件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)課程［1-2］。隨后，清華大學(xué)、北京大學(xué)、國防科技大學(xué)、東南大學(xué)、西安電子大學(xué)等國內(nèi)知名高校也將軟件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)課程學(xué)習(xí)列入了軟件工程人才培養(yǎng)計(jì)劃中［3-8］。

軟件體系結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容主要包括軟件體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)，常見的軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格和模式，設(shè)計(jì)、分析、評(píng)估與構(gòu)建軟件體系結(jié)構(gòu)的基本方法和策略，軟件體系結(jié)構(gòu)演化過程及最新研究進(jìn)展等［6，9-10］。因此，課程教學(xué)中容易出現(xiàn)知識(shí)高深抽象、教學(xué)內(nèi)容不切實(shí)際等問題，導(dǎo)致學(xué)生難以應(yīng)用專業(yè)知識(shí)提升實(shí)際的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)工程能力。針對(duì)該學(xué)情，孫耀等［4］將真實(shí)項(xiàng)目案例引入軟件體系結(jié)構(gòu)課程建設(shè)中，旨在通過真實(shí)項(xiàng)目案例輔助課程知識(shí)講解；覃征等［8］針對(duì)課程教學(xué)中知識(shí)抽象的問題，通過特定的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，輔助對(duì)抽象知識(shí)的理解與應(yīng)用；丁智國［11］從教學(xué)組織方式上進(jìn)行改革，在課堂教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)教學(xué)，以加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解；劉瑋［12］從課程內(nèi)容與教學(xué)方法兩方面進(jìn)行探索和嘗試，以期達(dá)到卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)。此外，各高校課程組都在不斷進(jìn)行課程教學(xué)模式的探索與實(shí)踐，旨在通過教學(xué)改革消除知識(shí)學(xué)習(xí)與工程應(yīng)用之間的巨大鴻溝，提升學(xué)生的實(shí)際工程能力［13-16］。

在綜合分析現(xiàn)有軟件架構(gòu)課程教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過10 多年的教學(xué)實(shí)踐，本文提出學(xué)用互助的課程教學(xué)創(chuàng)新體系，從教學(xué)方式、課程組織、考核評(píng)價(jià)、教學(xué)反饋等方面實(shí)現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新。

1 教學(xué)創(chuàng)新體系設(shè)計(jì)

如圖1 所示，圍繞學(xué)用互助，課程教學(xué)創(chuàng)新體系設(shè)計(jì)如下：教學(xué)方法采用“以面引點(diǎn)、任務(wù)導(dǎo)向、案例驅(qū)動(dòng)、體驗(yàn)探究、立體思政”的特色課程教學(xué)方式；課程組織方式采用由教師課堂引導(dǎo)式互動(dòng)講授、學(xué)習(xí)效果自主實(shí)時(shí)檢測、學(xué)生互動(dòng)討論和學(xué)生自主項(xiàng)目實(shí)踐組成的混合方式；課程考核評(píng)價(jià)機(jī)制為基于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的多階段全過程式多維考核，以獲得更實(shí)時(shí)的“教與學(xué)”效果監(jiān)測，對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)、工程能力和綜合素養(yǎng)的多維評(píng)價(jià)。同時(shí)，在校內(nèi)外建立跨高校聯(lián)動(dòng)的教學(xué)效果研討機(jī)制，使課程創(chuàng)新改革獲得更大范圍的教學(xué)效果反饋，輔助課程持續(xù)改進(jìn)。

Fig.1 Curriculum innovation teaching system design圖1 課程創(chuàng)新教學(xué)體系設(shè)計(jì)

2 創(chuàng)新方法及途徑

2.1 特色教學(xué)方式

本文采用“以面引點(diǎn)、任務(wù)導(dǎo)向、案例驅(qū)動(dòng)、體驗(yàn)探究、立體思政”的特色課程教學(xué)方式。其中，“以面引點(diǎn)”即從軟件整個(gè)生命周期出發(fā)，引出體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格、建模、質(zhì)量屬性及策略等體系結(jié)構(gòu)課程的每一章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，以軟件全生命周期映射知識(shí)點(diǎn)的方式代替對(duì)知識(shí)點(diǎn)的孤立講解；“任務(wù)導(dǎo)向”即在授課過程中，始終以軟件項(xiàng)目實(shí)際任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)主動(dòng)思考項(xiàng)目架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用輔助設(shè)計(jì)工具完成系統(tǒng)架構(gòu)的建模、評(píng)估與實(shí)現(xiàn)；“案例驅(qū)動(dòng)”即通過“知識(shí)點(diǎn)案例+綜合案例”的多種案例模式解決體系結(jié)構(gòu)教學(xué)中理論知識(shí)抽象、概念定義朦朧、高深而不切實(shí)際的問題；“體驗(yàn)探究”即通過任務(wù)案例引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體驗(yàn)軟件架構(gòu)師在軟件項(xiàng)目研發(fā)中的任務(wù)、角色，搭建課程“學(xué)與用”的橋梁；“立體思政”即將案例與討論相結(jié)合的立體化課程思政方式。通過西電“農(nóng)掌門”科技扶貧、嫦娥四號(hào)探測器高可用性軟件設(shè)計(jì)、美團(tuán)外賣解決貧困人口就業(yè)等自主軟件研發(fā)案例，將課程思政以潤物細(xì)無聲的方式引入在線課堂知識(shí)點(diǎn)教學(xué)中，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感。同時(shí)，基于學(xué)習(xí)系統(tǒng)，創(chuàng)建以“軟件如何服務(wù)于國家，軟件人如何做對(duì)社會(huì)有益的事”為主題的討論區(qū)，結(jié)合課程知識(shí)內(nèi)容，基于科研項(xiàng)目中遇到的卡脖子問題，定期發(fā)布相關(guān)討論貼，培養(yǎng)學(xué)生積極向上的學(xué)習(xí)態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生做有知識(shí)、有溫度的軟件人，達(dá)到軟件工程專業(yè)人才德智雙向發(fā)展的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2 課程組織方式

課程組織方式為教師課堂引導(dǎo)式互動(dòng)講授、學(xué)生互動(dòng)討論、學(xué)習(xí)效果自主實(shí)時(shí)檢測和學(xué)生自主項(xiàng)目實(shí)踐組成的線上線下混合式方式，實(shí)時(shí)獲取“教”與“學(xué)”效果，形成課程教學(xué)閉環(huán)。

其中，課堂引導(dǎo)式互動(dòng)講授即在每一章節(jié)知識(shí)點(diǎn)講解中，授課教師首先向?qū)W生提出軟件項(xiàng)目案例在軟件全生命周期某階段的實(shí)際任務(wù)，通過任務(wù)引導(dǎo)，學(xué)生跟隨授課教師對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)的講解，主動(dòng)思考該軟件任務(wù)的解決方案，在聽課過程中體驗(yàn)軟件架構(gòu)師在完成軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)任務(wù)中的角色；學(xué)生互動(dòng)討論即基于課程知識(shí)內(nèi)容，在線下課堂和學(xué)習(xí)平臺(tái)線上討論區(qū)中讓學(xué)生面向架構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)任務(wù)展開架構(gòu)設(shè)計(jì)方案、架構(gòu)評(píng)審等互動(dòng)討論，體驗(yàn)架構(gòu)師的角色，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和熱情；學(xué)習(xí)效果自主實(shí)時(shí)檢測即在每一節(jié)課堂授課結(jié)束后，學(xué)生通過課程組建設(shè)的知識(shí)點(diǎn)自測題庫自主檢測學(xué)習(xí)效果。通過學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)學(xué)生測試結(jié)果數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，授課教師在每一次授課后即可掌握學(xué)生對(duì)該節(jié)課程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)效果。針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的普遍性問題，授課教師可安排在后續(xù)課程中進(jìn)行二次講解，針對(duì)個(gè)性化問題，則做好單獨(dú)溝通交流和個(gè)性化輔導(dǎo)工作；學(xué)生自主項(xiàng)目實(shí)踐即在掌握相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，逐步完成中等規(guī)模的軟件系統(tǒng)需求分析、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)和建模表示、架構(gòu)設(shè)計(jì)方案評(píng)估，最后基于評(píng)估改進(jìn)后的架構(gòu)設(shè)計(jì)決策完成編碼實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)測試，并以項(xiàng)目報(bào)告和現(xiàn)場驗(yàn)收答辯的方式進(jìn)行評(píng)審。如圖2 所示，通過設(shè)計(jì)從需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、架構(gòu)建模到架構(gòu)評(píng)估、代碼實(shí)現(xiàn)與測試的軟件開發(fā)全生命周期項(xiàng)目實(shí)踐任務(wù)，覆蓋課程理論知識(shí)點(diǎn)的全面綜合應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力與綜合素養(yǎng)。

Fig.2 Project practice design圖2 項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

2.3 課程考核方式

課程考核采用基于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的多階段全過程多維考核方式，在課程教學(xué)過程中實(shí)時(shí)檢測教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果，對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)、工程能力和綜合素養(yǎng)的多維評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)機(jī)制中，各部分所占比例和計(jì)算依據(jù)如下：學(xué)生課程總成績=課堂單元考核4%+討論單元考核5% +自測單元考核5% +項(xiàng)目實(shí)踐單元考核30% +期末單元考核56%。

（1）課堂單元考核?；趯W(xué)生的課程知識(shí)學(xué)習(xí)完成度（線下課堂參與度/在線課程視頻學(xué)習(xí)時(shí)長）計(jì)算得出。

（2）討論單元考核。由學(xué)生在案例分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、架構(gòu)評(píng)估評(píng)審等課堂討論和線上學(xué)習(xí)平臺(tái)討論區(qū)中的參與度與活躍度計(jì)算得出，以獎(jiǎng)勵(lì)課程中積極主動(dòng)進(jìn)行思考與探究的學(xué)生。

（3）自測單元考核。由章節(jié)知識(shí)點(diǎn)測驗(yàn)成績計(jì)算得出，章節(jié)測驗(yàn)與章節(jié)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，在學(xué)生完成每節(jié)課程學(xué)習(xí)后，通過完成以客觀題為主的知識(shí)點(diǎn)自測題，實(shí)時(shí)檢測學(xué)習(xí)效果。

（4）項(xiàng)目實(shí)踐單元考核。學(xué)生以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為單位，根據(jù)課程進(jìn)度，面向中等難度的軟件系統(tǒng)需求，完成從需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、架構(gòu)建模到架構(gòu)評(píng)估、代碼實(shí)現(xiàn)和測試的軟件開發(fā)全生命周期的項(xiàng)目實(shí)踐任務(wù)，并以項(xiàng)目報(bào)告和現(xiàn)場驗(yàn)收答辯的方式進(jìn)行評(píng)審，考核學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，溝通合作能力及語言文字表達(dá)能力。

（5）期末單元考核。通過線下閉卷考試形式進(jìn)行，命題標(biāo)準(zhǔn)為30%知識(shí)點(diǎn)+70%案例應(yīng)用，主要考核軟件體系結(jié)構(gòu)定義、軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格、軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)估等知識(shí)的掌握情況。

2.4 教學(xué)反饋與改進(jìn)機(jī)制

本課程組在國家級(jí)在線課程開放平臺(tái)“學(xué)堂在線”發(fā)布了國內(nèi)首門軟件體系結(jié)構(gòu)MOOC 課程，該在線課程不僅支持了西安電子科技大學(xué)的線下/線下混合教學(xué)工作，而且支持了多所高校的混合教學(xué)工作。因此，本課程組與其他高校軟件體系結(jié)構(gòu)課程組授課教師建立了跨高校聯(lián)動(dòng)的教學(xué)效果反饋與改進(jìn)機(jī)制，統(tǒng)計(jì)分析多所高校學(xué)生的課堂反饋情況，不斷優(yōu)化該課程的教學(xué)方式以及測試題庫、教學(xué)案例等，實(shí)時(shí)更新維護(hù)學(xué)習(xí)平臺(tái)中關(guān)于“典型問題及其解答思路“的課程討論區(qū)。通過跨高校聯(lián)動(dòng)的方式獲得更大范圍的教學(xué)效果反饋，從而輔助本課程組更好地進(jìn)行教育教學(xué)改革與創(chuàng)新實(shí)踐。

3 效果及示范作用

本課程組對(duì)上述創(chuàng)新的教學(xué)方式進(jìn)行了實(shí)踐與應(yīng)用。在線下教學(xué)方面，在西安電子科技大學(xué)本科生、研究生課程體系中，軟件體系結(jié)構(gòu)課程平均線下授課人數(shù)為500 人/學(xué)年。教學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)顯示，在近3 年的教學(xué)評(píng)價(jià)中，學(xué)生滿意度名列前茅，尤其在“課程知識(shí)是否能夠提升學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力”方面，獲得了較高的滿意度評(píng)價(jià)。在線上教學(xué)方面，西安電子科技大學(xué)面向社會(huì)學(xué)員開設(shè)的軟件體系結(jié)構(gòu)在線開放課程以授課視頻、課程思政討論等方式為33 個(gè)省級(jí)行政單位以及臺(tái)灣和香港特別行政區(qū)，累計(jì)近1.7 萬學(xué)生提供了教學(xué)服務(wù)，并通過用戶問卷調(diào)查、社交網(wǎng)絡(luò)群學(xué)生代表訪談等方式對(duì)線上教學(xué)實(shí)施效果進(jìn)行持續(xù)的調(diào)查跟蹤。在調(diào)查樣本中，有近65%的學(xué)生認(rèn)為課程案例對(duì)于增強(qiáng)其對(duì)理論知識(shí)的理解與應(yīng)用起到了非常有效的作用。此外，該課程的特色創(chuàng)新實(shí)踐也多次獲得軟件工程教學(xué)領(lǐng)域?qū)＜业目隙?，曾榮獲軟件工程實(shí)踐教學(xué)案例全國一等獎(jiǎng)，并多次在計(jì)算機(jī)、軟件工程教學(xué)研討會(huì)上進(jìn)行分享。

4 結(jié)語

作為計(jì)算機(jī)類軟件工程專業(yè)課程，軟件體系結(jié)構(gòu)課程聚焦軟件生命周期中的軟件設(shè)計(jì)階段，以期提升我國軟件工程專業(yè)人才的軟件設(shè)計(jì)能力。本文提出“學(xué)用互助，做有情懷、有溫度的軟件人”的軟件體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)核心理念，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了“任務(wù)導(dǎo)向、案例驅(qū)動(dòng)、以面引點(diǎn)、體驗(yàn)探究，立體思政”的特色教學(xué)方式并在實(shí)踐中進(jìn)行了應(yīng)用。結(jié)果表明，該課程在線下教學(xué)和線上教學(xué)中均取得了較好效果。