汪松松 王紅霞

（浙江水利水電學(xué)院信息工程學(xué)院，浙江 杭州 310018）

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外高校各學(xué)科專業(yè)工程教育認(rèn)證的發(fā)展，成果導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）成為專業(yè)改革的核心理念，以工程能力為核心的學(xué)習(xí)產(chǎn)出被視為重要的質(zhì)量準(zhǔn)則。在應(yīng)用型本科工科專業(yè)教育中，CDIO工程教學(xué)研究廣泛。劉暢等人給出了軟件工程專業(yè)工程認(rèn)證中實(shí)踐教學(xué)體系，為軟件工程的工程教育認(rèn)證教學(xué)與實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。孫平平等人從本科專業(yè)的角度研究了基于SWH-CDIO-E的應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)體系建設(shè)與實(shí)踐。工程教育認(rèn)證研究在專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)等方面成果豐富、為密切聯(lián)系行業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

基于智慧水利的軟件工程研究與應(yīng)用主要圍繞最新IT展開，融入云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等最新信息技術(shù)，與軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)趨勢(shì)一致，將智慧水利融入軟件工程專業(yè)，不僅緊密銜接行業(yè)發(fā)展，還促進(jìn)智慧水利的教育與科研。培養(yǎng)SWHCDIO-E工程教育認(rèn)證的智慧水利建設(shè)人才，以實(shí)現(xiàn)學(xué)校工程教育認(rèn)證。

如何開展基于智慧水利的工程教育認(rèn)證內(nèi)涵建設(shè)是一項(xiàng)嶄新的課題，智慧水利與教育科研融入工程教育認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)以智慧水利為特色的工程教育認(rèn)證的內(nèi)涵建設(shè)具有一定意義?；谥腔鬯_展軟件工程教育認(rèn)證與內(nèi)涵建設(shè)研究，主要解決的問(wèn)題：在SWH-CDIO-E上建立軟件工程智慧水利教育的總體架構(gòu)；構(gòu)建軟件工程智慧水利的知識(shí)能力圖譜，編制工程教育網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)技能模塊間的融合、智慧水利與教學(xué)的深度結(jié)合；通過(guò)深度學(xué)習(xí)不斷訓(xùn)練調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的方法，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程內(nèi)涵的不斷良性優(yōu)化。

1 國(guó)內(nèi)外研究分情況

基于智慧水利的軟件工程主要由我國(guó)提出，2019年全國(guó)水利工作會(huì)提出了“安全、實(shí)用”的水利網(wǎng)信發(fā)展總要求，并將水利信息化列為四大短板之一，智慧水利是智慧社會(huì)的重要組成部分。水利部出臺(tái)了《加快推進(jìn)智慧水利的指導(dǎo)意見》《智慧水利總體方案》等重要文件，進(jìn)一步強(qiáng)化了智慧水利的頂層設(shè)計(jì)。虞開森等在2018年就提出了政府?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型下智慧水利技術(shù)框架，包志炎等人構(gòu)建了浙江水利數(shù)字化轉(zhuǎn)型總體框架，從整體上定位了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)與水利建設(shè)的融合點(diǎn)，姜小俊、蔡陽(yáng)等人從水資源監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)、水利一張圖的具體應(yīng)用方面展開了研究。

目前，基于智慧水利的軟件工程研究與應(yīng)用已經(jīng)滲透到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、水利工程、教育等多學(xué)科中。國(guó)內(nèi)外智慧水利的研究和應(yīng)用處于初級(jí)階段，需要與信息科學(xué)、教育體系進(jìn)行緊密融合，綜合發(fā)展。工程教育認(rèn)證在專業(yè)建設(shè)、課程建設(shè)等方面研究成果豐富、為密切聯(lián)系行業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。智慧水利的研究已經(jīng)全面鋪開，工程教育認(rèn)證從專業(yè)到課程實(shí)踐已經(jīng)逐步細(xì)化，而針對(duì)智慧水利的高等教育的深入融合有待進(jìn)一步深入研究。通過(guò)CDIO對(duì)軟件工程專業(yè)進(jìn)行改革，并引進(jìn)智慧水利的知識(shí)能力與科學(xué)研究，是完善智慧水利軟件工程教育認(rèn)證和提升行業(yè)特色的一種重要方式。

2 內(nèi)涵建設(shè)方案設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)建基于依托行業(yè)背景的知識(shí)能力體系

在梳理軟件工程教育認(rèn)證、智慧水利、內(nèi)涵建設(shè)、科學(xué)研究的關(guān)系的前提下，建立以智慧水利為導(dǎo)向，以軟件工程教育認(rèn)證為基礎(chǔ)，以科學(xué)研究為推手，促進(jìn)軟件專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)的結(jié)構(gòu)模型。在SWH-CDIO-E工程教育的基礎(chǔ)上，通過(guò)知識(shí)圖譜對(duì)軟件工程課程體系與智慧水利進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系與結(jié)合，并通過(guò)深度學(xué)習(xí)優(yōu)化課程內(nèi)容，促進(jìn)軟件工程的工程教育認(rèn)證與內(nèi)涵建設(shè)。

以SWH-CDIO-E工程教育理念為基礎(chǔ)，立足軟件工程專業(yè)需求，以智慧水利工程項(xiàng)目為載體，以學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，形成了軟件工程專業(yè)知識(shí)、能力、素質(zhì)一體化培養(yǎng)的課程體系。通過(guò)項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生軟件工程知識(shí)和邏輯推理能力、職業(yè)核心軟能力與專業(yè)硬技能三個(gè)方面的能力，為智慧水利培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的軟件類工程型人才。

以智慧水利的數(shù)字化整體知識(shí)技術(shù)框架、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等核心內(nèi)容為軟件工程專業(yè)內(nèi)涵主體，編制水利數(shù)據(jù)資源目錄，建設(shè)水利數(shù)據(jù)倉(cāng)，研發(fā)數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)，開展數(shù)據(jù)治理，構(gòu)建數(shù)據(jù)資源體系等智慧水利業(yè)務(wù)等提升知識(shí)能力。通過(guò)學(xué)習(xí)建設(shè)水利云和物聯(lián)網(wǎng)，提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、容災(zāi)、安全、異地備份等知識(shí)模塊，提高對(duì)構(gòu)建智慧水利的認(rèn)知，培養(yǎng)洪水預(yù)報(bào)預(yù)警、流域洪水調(diào)度、水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等培養(yǎng)智慧水利軟件工程的基本能力。

2.2 基于智慧水利的軟件工程人才培養(yǎng)知識(shí)圖譜

構(gòu)建基于智慧水利的軟件工程專業(yè)知識(shí)能力人才培養(yǎng)知識(shí)圖譜。根據(jù)知識(shí)圖譜構(gòu)建智慧水利的軟件工程人才培養(yǎng)所需的知識(shí)能力模塊庫(kù)，為課程的建立、內(nèi)容的界定、課程的要求、課程時(shí)序安排等環(huán)節(jié)提供有力支撐，主要過(guò)程為：

（1）構(gòu)建基于本體模型規(guī)范的軟件工程常規(guī)知識(shí)技能模塊屬性結(jié)構(gòu)。以知識(shí)能力模塊為智慧水利的軟件工程人才培養(yǎng)的基本屬性對(duì)象，建立知識(shí)能力本體模型，確定每個(gè)對(duì)象模塊的元屬性。

（2）建立智慧水利相關(guān)知識(shí)技能模塊的元模型結(jié)構(gòu)。每個(gè)對(duì)象屬性應(yīng)包含知識(shí)、能力、CDIO對(duì)應(yīng)準(zhǔn)則、時(shí)序要求、智慧水利新技術(shù)與工程實(shí)踐等。

（3）理清課程間的關(guān)系，構(gòu)建軟件工程智慧水利知識(shí)圖譜。在研究智慧水利相關(guān)知識(shí)技能模塊的元模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件工程基礎(chǔ)知識(shí)，考慮學(xué)生、教師、場(chǎng)地、課程內(nèi)容等環(huán)境要素，以及構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作等多模態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)面向智慧水利的知識(shí)抽取、知識(shí)展示和知識(shí)推理過(guò)程，形成一套智慧水利行業(yè)知識(shí)圖譜的自動(dòng)化生成方法，并在該結(jié)構(gòu)上不斷地豐富信息實(shí)體間的關(guān)系，并確定各實(shí)體的屬性信息，形成軟件工程智慧水利知識(shí)庫(kù)。

（4）進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)檢索。在建立的軟件工程智慧水利知識(shí)圖譜的基礎(chǔ)上，將人才培養(yǎng)、課程設(shè)置、科學(xué)研究等與教學(xué)實(shí)踐相聯(lián)系，根據(jù)數(shù)據(jù)建立量化的關(guān)系模型，并服務(wù)于智慧水利軟件工程教學(xué)的總體分析與評(píng)價(jià)，最終形成教學(xué)智能庫(kù)，以支持軟件工程智慧水利的實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用。

2.3 工程教育認(rèn)證與科研促進(jìn)專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)

實(shí)施智慧水利在SWH-CDIO-E軟件工程教育中對(duì)知識(shí)和技能的轉(zhuǎn)化?？蒲写龠M(jìn)知識(shí)和技能的展開，開展教改、水利信息化科學(xué)研究，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行開發(fā)試驗(yàn)、科研等活動(dòng)。

針對(duì)對(duì)于傳統(tǒng)教研脫離的形式，研究在智慧水利這一平臺(tái)基礎(chǔ)上運(yùn)行教學(xué)體系，從而將兩者很好地進(jìn)行相互協(xié)調(diào)和促進(jìn)。一方面通過(guò)平臺(tái)在實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)行，獲取其中不斷產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)，研究這些實(shí)踐記錄數(shù)據(jù)的表示、整理分類、存儲(chǔ)等相關(guān)數(shù)據(jù)處理的工作。另一方面可以對(duì)含有知識(shí)的數(shù)據(jù)中的規(guī)律進(jìn)行表示和表達(dá)，提取大數(shù)據(jù)特征，在數(shù)據(jù)整理與分析的過(guò)程中，提煉出智慧水利方面的科研問(wèn)題，為從事專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程的教師開辟科學(xué)研究新的途徑，做到教學(xué)與科研的深度結(jié)合。

2.4 基于工程教育認(rèn)證與智慧水利的課程內(nèi)容優(yōu)化

課程內(nèi)容及安排的優(yōu)劣直接決定了工程教育認(rèn)證的品質(zhì)檔次。研究基于工程教育認(rèn)證與智慧水利的課程內(nèi)容優(yōu)化，提高軟件工程智慧水利教學(xué)的品質(zhì)?？紤]智慧水利云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等，通過(guò)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行課程內(nèi)容參數(shù)調(diào)優(yōu)，通過(guò)教學(xué)、評(píng)價(jià)、調(diào)優(yōu)、再生產(chǎn)的循環(huán)步驟對(duì)課程模塊知識(shí)技能的接收度和CDIO的執(zhí)行過(guò)程與效果進(jìn)行不斷訓(xùn)練，獲得最佳的結(jié)合方式，逐步提高智慧水利融入軟件工程的結(jié)合層度。

通過(guò)深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)訓(xùn)練方法，獲得各門課程的優(yōu)化流程。并以軟件項(xiàng)目管理課程為例，根據(jù)具體優(yōu)化方案，最終形成軟件工程智慧水利人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)影響因子收集、深度學(xué)習(xí)模型搭建、參數(shù)調(diào)優(yōu)、課程內(nèi)容調(diào)整等過(guò)程優(yōu)化專業(yè)培養(yǎng)內(nèi)容。

3 教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)

3.1 教學(xué)實(shí)施方法

采用課前教師布置學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)、教師跟蹤學(xué)習(xí)并及時(shí)反饋、學(xué)生隨堂測(cè)驗(yàn)、教師收集學(xué)習(xí)問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題制訂課堂內(nèi)容，并在線上線下實(shí)施項(xiàng)目制教學(xué)互動(dòng)，以掌握課程知識(shí)和能力，最后輔以實(shí)驗(yàn)?zāi)M手段，壓實(shí)學(xué)習(xí)成果，通過(guò)增量迭代的方式制訂下一次課的教學(xué)過(guò)程。

以軟件項(xiàng)目管理課程為例，課程采用MOOC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、智慧教室、智慧水利實(shí)驗(yàn)室等豐富的教學(xué)平臺(tái)。MOOC網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)記錄項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)生完成作業(yè)情況、線上師生互動(dòng)過(guò)程等，智慧教室課堂開展演示教學(xué)、項(xiàng)目分析、項(xiàng)目問(wèn)題應(yīng)對(duì)策略、學(xué)生制作的管理項(xiàng)目評(píng)估與預(yù)測(cè)等活動(dòng)。在智慧水利實(shí)驗(yàn)室中，基于項(xiàng)目的整體構(gòu)架，采用Project、Coding等軟件，實(shí)施項(xiàng)目的軟件化管理，提升學(xué)生軟件管理技能。

3.2 教學(xué)評(píng)價(jià)

基于OBE理念項(xiàng)目制改革前，課程內(nèi)容枯燥，教學(xué)效果不理想。實(shí)施后，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性提高，基礎(chǔ)成績(jī)更好，主要表現(xiàn)為：

（1）校內(nèi)融入“知識(shí)+技能+態(tài)度”三位一體考核，打破師生、生生互動(dòng)瓶頸，確保線上線下師生交流無(wú)障礙，學(xué)生成績(jī)與滿意度大幅度提高，對(duì)軟件工程項(xiàng)目管理的認(rèn)知更豐富全面，提升了職業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力。另外，實(shí)戰(zhàn)案例與工作實(shí)際更貼近，學(xué)生職業(yè)適應(yīng)能力更好。

（2）融合了課程思政，結(jié)合行業(yè)法律法規(guī)、職業(yè)道德規(guī)范、職業(yè)素質(zhì)等內(nèi)容，學(xué)生軟實(shí)力大幅度提升，實(shí)習(xí)更受企業(yè)歡迎。

（3）教師結(jié)合工程教育認(rèn)證項(xiàng)目進(jìn)行科研，提升了教師的教育、科研能力。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）將智慧水利與軟件工程專業(yè)的工程教育認(rèn)證和內(nèi)涵建設(shè)深入融合，通過(guò)知識(shí)圖譜組織智慧水利與軟件工程的知識(shí)能力模塊，形成基于OBE理念的軟件工程專業(yè)培養(yǎng)水利行業(yè)智慧水利的人才培養(yǎng)新模式。

（2）引入智慧水利云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等知識(shí)能力模塊，通過(guò)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行課程內(nèi)容調(diào)優(yōu)，并通過(guò)教學(xué)、評(píng)價(jià)、調(diào)優(yōu)、再實(shí)踐的循環(huán)步驟對(duì)課程模塊知識(shí)技能的接收度和CDIO的執(zhí)行過(guò)程與效果進(jìn)行訓(xùn)練，來(lái)獲得最佳的結(jié)合方式，提高了智慧水利融入軟件工程的有機(jī)結(jié)合度。

（3）通過(guò)智慧水利科研促進(jìn)智慧水利軟件工程教學(xué)，并以教學(xué)促進(jìn)科研，有效的結(jié)合學(xué)生、教師的需求，實(shí)現(xiàn)了全面提高軟件工程專業(yè)內(nèi)涵的良性業(yè)態(tài)。