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摘要：无论是工程教育专业认证还是新工科建设均将本科工程教育定位于培养学生解决复杂工程问题的能力。通过分析“解决复杂软件工程问题”的内涵，哈尔滨理工大学软件工程专业依据专业人才培养目标和毕业要求，重构课程体系，建立了基于“2+1+1”人才培养模式的面向解决复杂工程问题能力培养的课程体系，由学校和企业共同制定课程标准、实施课程教学，着力培养学生解决复杂软件工程问题的能力。
关键词：软件工程；解决复杂工程问题；工程教育认证；课程体系
本文引用格式：张晓晶，等.以解决复杂工程问题能力为导向的软件工程专业课程体系的研究[J].教育现代化,2020,7(49):86-89.
Research on the Curriculum System of Software Engineering based on the Ability to Solve Complex Engineering Problems
ZHANG Xiao-jing,MA Chao,DONG Wei,SUN Zhen-he,ZHANG Shu-li
（Harbin University of Science and Technology,Harbin Heilongjiang）
Abstract:Both the engineering education professional certification and the construction of the new engineering discipline,the undergraduate engineering education is positioned to cultivate students'ability to solve complex engineering problems.Based on the analysis of the connotation of"solving complex software engineering problems",the software engineering specialty of Harbin University of science and technology reconstructs the curriculum system according to the training objectives and graduation requirements of professional talents,establishes the curriculum system based on the"2+1+1"talent training mode for the ability training of solving complex engineering problems.The school and the enterprise jointly formulate the curriculum standards,implement the curriculum teaching,and focus on Develop students'ability to solve complex software engineering problems.
Key words:Software engineering;Solving complex engineering problems;Engineering education certification;Curriculum system
一 概述
2018年5月，习近平总书记在北京大学师生座谈会上指出[1]：“高等教育是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志；党和国家事业发展对高等教育的需要，对科学知识和优秀人才的需要，比以往任何时候都更为迫切”。2018年10月，全国教育领域专家和产业界代表齐聚成都，以“新时代一流工程教育建设：创新与行动”为主题召开多场学术报告和对话交流活动，助推我国高等工程教育教学的改革和发展。我国高等工程教育虽有超百年的历史，但与西方发达国家之间还有一定的差距。因此，深化高等工程教育改革，打造优秀工程人才，提升国家自主工程能力，才能实现国家民族的伟大复兴。
我国从2006年开始工程教育认证工作，在促进教育理念的更新、过程标准化的建立、教育教学质量的提升上发挥了重大作用。2016年6月2日，中国正式加入《华盛顿协议》，标志着我国高等工程教育历史上的一个具有里程碑意义的突破。《华盛顿协议》的三大核心理念是[2]：以学生为中心的教育理念；“产出导向”的教育体系；“持续改进”的质量观，明确将高等工程教育定位于培养学生“解决复杂工程问题”的能力。为此，哈尔滨理工大学软件工程专业本着服务国家和黑龙江省软件产业人才需求的原则，以学生发展为本位，形成了“2年通识与学科基础教育，1年专业教育，1年校企联合实践培养”的“2+1+1”人才培养模式的课程体系，培养学生解决复杂软件工程问题的能力。
二 对复杂软件工程问题的理解
与《华盛顿协议》等效，中国工程教育专业认证协会制定的《工程教育认证通用标准》明确定义了复杂工程问题的七个特征[3]：
（1）必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决。
（2）需要涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定的冲突。
（3）需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性。
（4）不是仅靠常用方法就可以完全解决的。
（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中。
（6）问题相关各方利益不完全一致。
（7）具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。
特征1明确了复杂工程问题的本质，从知识的掌握提升到知识的应用；特征2主要体现复杂工程问题中可能出现的矛盾和冲突，需要从全局的角度解决问题；特征3强调能够基于基本原理对复杂工程问题进行分析和建模，并具有创新意识；特征4主要强调常用的方法无法完全解决问题时，能够进行多种方案的综合和改造；特征5体现解决复杂工程问题时能够考虑到专业标准和规范之外的行为准则，如环境、伦理、道德等；特征6体现当多方利益冲突时应该如何均衡、折中解决；特征7强调复杂工程问题的系统性，能够从系统的角度考虑问题、求解问题，而不只限于局部。其中特征1是必备的特征，特征2到特征7是可选的。
除复杂工程问题的七个特征外，《工程教育认证通用标准》还给出了与其相对应的12条毕业要求，在此基础上，计算机类专业教学指导委员会又组织研究制定了一条软件工程专业的补充毕业要求，这13条毕业要求明确了软件工程专业本科生通过本专业的学习毕业时应掌握的知识、技能和素养。在这13条毕业要求中，有9条涉及到复杂工程问题，分别为第1条至第7条，第10条和第13条，明确体现了培养“解决复杂工程问题”能力这一基本定位。其中第1条至第5条是关于解决复杂软件工程问题所必须具备的专业能力的定义，不仅要使用现代工具将专业知识用于复杂软件工程问题的分析，还要能够进行系统的设计和开发，以及能够对复杂软件工程问题进行研究。第6、7和10条是在前5条的基础上定义了解决复杂软件工程问题必须具有的社会性能力和素养，分别针对社会、环境和人的因素而提出。第13条补充要求定义学生应能运用至少一个应用领域的相关知识解决该领域的复杂软件工程问题和应具有软件系统开发管理的能力。
本专业依据复杂工程问题的七个特征和12条毕业要求以及1条补充毕业要求，通过对毕业生、用人单位和行业企业专家的调查制定了培养目标、毕业要求和课程体系。
三面向解决复杂软件工程问题能力培养的培养目标
哈尔滨理工大学的办学定位是建设“特色鲜明的高水平教学研究型大学”，人才培养总目标为：培养厚基础、强实践、有责任、勇创新的各类专业人才。具体阐述为：面向经济社会需求，突出服务现代装备制造业的特色，致力于培养品德优良、人格健全、基础扎实、知识结构完整，具备较强的实践能力、创新精神、创业能力和国际视野的应用型、复合型高级人才。综合考虑复杂工程问题的特征以及专业特色和学校的培养定位，制定了哈尔滨理工大学软件工程专业人才培养目标为[4]：培养德智体美劳全面发展，能够在软件工程应用领域从事软件开发、软件项目管理和软件服务等工作的工程应用型人才，成为社会主义事业的合格建设者和可靠接班人。
①具有良好的人文底蕴、科学精神、思想品德和社会责任感，遵守工程师职业道德和规范。
②具有扎实的数学、自然科学和软件工程专业知识，具备软件系统的分析、设计、验证、实现、测试和服务的能力，在软件工程实践中具备创新创业能力。
③具有在多学科背景下的团队合作能力，能够作为成员或领导者在团队活动中发挥积极作用。
④具有国际视野和国际理解能力，关注行业发展动态，具备较强的沟通表达能力。
⑤具有终身学习和自主学习能力，能够适应软件技术进步和个人可持续发展。
本专业的人才培养目标立足于学校定位和人才培养总目标，适应国家对高等工程教育“培养学生解决复杂工程问题能力”的要求，落实“以学生为中心、产出导向、持续改进”的教学理念。
四面向解决复杂软件工程问题能力培养的毕业要求
依据本专业培养目标、工程教育认证通用标准和软件工程专业补充标准的要求，制定了本专业的毕业要求，为：
1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂软件工程问题。
2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂软件工程问题，获得有效结论。
3.设计/开发解决方案：能够设计复杂软件工程问题的解决方案，对软件系统的系统架构、功能结构、数据结构和算法流程进行设计，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。
4.研究：具有批判性思维，能够基于科学原理并采用科学方法对复杂软件工程问题进行研究，设计实验、分析与解释数据，通过信息综合得到合理有效的结论。
5.使用现代工具：能够针对复杂软件工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，进行软件系统的分析、设计、预测、模拟、验证、测试和维护，并能理解其局限性。
6.工程与社会：能够基于工程背景知识进行合理分析，评价软件工程实践与复杂软件工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。
7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂软件工程问题的工程实践对环境和社会可持续发展的影响。
8.职业规范：具有人文社会科学素养和社会责任感，能够在软件工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。
9.个人和团队：能够在多学科背景下的团队中，独立或合作开展工作，组织和协调团队开展工作。
10.沟通：能够就复杂软件工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令；具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。
11.项目管理：理解并掌握工程管理原理、经济决策方法、软件项目管理的原理和方法，并能在多学科环境中应用于软件开发、软件服务。
12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。
13.领域知识：能够运用某一工程应用领域的知识解决该领域复杂软件工程问题。
五 面向解决复杂软件工程问题能力培养的课程体系
依据本专业人才培养目标和毕业要求，重构了课程体系，即基于“2+1+1”人才培养模式的面向解决复杂工程问题能力培养的课程体系，本着“以学生发展为中心”的课程目标、“以多维化教学资源为中心”的课程内容、“以学生个性化学习为中心”的课程要求[5]，由学校和企业共同制定课程标准、实施课程教学，着力培养学生解决复杂软件工程问题的能力。基于“2+1+1”人才培养模式的面向解决复杂软件工程问题能力培养的课程体系是由专业教师和企业技术人员共同执行，完成学生的培养，具体分成3个培养阶段，如图1所示。
（一）第1阶段
第1阶段，即大一和大二学年，学生以学校培养为主，企业参与培养为辅。学生主要完成数学与自然科学类课程、人文社会科学类通识教育课程和工程基础与专业基础类课程的学习。
其中数学与自然科学类课程占总学分的15.59%，具体包括高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理和离散数学，此类课程能够使学生掌握基本理论和实验方法，为学生表述工程问题、选择恰当的数学模型及进行分析和推理奠定基础。
人文社会科学类通识教育课程占总学分的26.47%，涉及体育、经济、法律、环境、伦理等思想政治类、管理和文化类以及通识选修类课程。这些课程可以培养学生在国际化和多元化的社会环境下的综合素养和提高协调各种矛盾的能力。思想政治类课程旨在让学生树立正确的世界观和人生观，并能客观地评价复杂软件工程问题的实施对社会、健康、安全及法律和文化的影响，全面增强学生的社会实践能力和社会责任感；管理和文化类课程能够培养学生具有良好的职业道德和较强的团队合作精神；通识选修类课程能够使学生掌握文学、心理学、影视等方面的知识，增加自身的阅历，提升人文、艺术和科学素养。
工程基础与专业基础类课程占总学分的18.82%，内容涵盖程序设计、计算机组成、数据结构、操作系统、计算机网络等知识领域，能体现数学和自然科学在本专业中应用能力的培养。工程基础类课程使学生掌握工程设计的基础知识与思想和方法，专业基础类课程使学生掌握软件工程领域的理论知识和基本方法。
在本专业课程体系中，从大一学年开始就将企业融入到教学过程中，首先大一认识实习课程安排在企业实习基地完成，通过实地感受大型软件企业的文化，使学生对软件工程专业有更加全面的认识。除此之位，还定期聘请行业企业专家来校进行专业讲座，有效提高学生学习的积极性和主动性。为了帮助培养学生解决复杂软件工程问题的
能力，从大一开始，引导组织全体学生参加各种形式的竞赛，除了能够训练学生的程序思维能力，还可以培养学生具有良好的职业素养、责任感和团队意识。
（二）第2阶段
第2阶段，即大三学年，学生以学校和企业共同培养为主。学生主要完成专业类课程的学习，占总学分的15.59%。专业类课程以工程基础与专业基础类课程为基础，内容涵盖了软件建模与分析、软件体系结构、软件质量保证与测试、软件过程与管理和至少一个软件应用领域的相关知识，培养学生将基本原理与技术方法应用于复杂软件工程问题的分析、设计、实现、验证、应用和维护以及开发管理等能力。这一阶段的课程都与企业生产一线密切相关，因此，聘请具有丰富工作经验的企业工程技术人员担任兼职教师，与本专业的专业教师共同合作完成本阶段的教学任务。为了更好的培养学生解决复杂工程问题的能力，本阶段的课程主要采用项目驱动式教学方法（CDIO），根据合作企业的具体应用领域，将企业内部的实际案例进行精选，设计出适宜课堂教学的案例，学生采用项目小组的形式完成学习，使学生真正进入到面向复杂软件工程的解决过程中。
（三）第3阶段
第3阶段，即大四学年，学生以企业培养为主，学校培养为辅，采用校企合作双导师制指导学生完成生产实习和毕业设计。毕业设计是本专业最后一个阶段的教学环节，要用学生前两阶段所学的知识和能力去完成一项较为复杂、功能完整的某一软件或大型软件的某一部分的设计与实现的全过程。首先企业导师与专业导师共同为学生制定毕业设计题目，接下来在近一年的时间里，学生在企业由企业导师负责指导并与企业员工一起完成所要求的工作，进一步提升解决复杂软件工程问题的能力，最后再由专业老师负责指导完成毕业设计论文的撰写和答辩。
（四）实践性教学环节
本专业2019版课程体系中包含满足教学需要的完备的实践性教学环节，并贯穿于整个大学四年3个培养阶段，主要包括课程实践、认识实习、课程设计、专业实践、综合实践、生产实习和毕业设计，占总学分的23.53%。实践性教学环节以第1阶段的认识实习、课程实践、课程设计为基础，提升到第2阶段的专业实践和综合实践，最后到第3阶段的生产实习和毕业设计，整个过程以产业化为牵引递进式推进实践教学，强化学生的工程实践能力、创新能力和解决复杂软件工程问题的能力。
六 结语
工程教育认证是今后各高校工科专业必需完成的一项任务，工程教育认证的最终目标是培养学生解决复杂工程问题的能力。通过对复杂工程问题的特征和涉及复杂工程问题的毕业要求指标点的分析，构建了本专业的课程体系，课程体系共分成3个培养阶段，每一阶段都有明确的教学目的和要求，落实了“以学生为中心、产出导向、持续改进”的教学理念，适应国家对高等工程教育“培养学生解决复杂工程问题能力”的要求。
参考文献
[1]学习贯彻习近平总书记关于教育工作系统重要讲话精神．
[2]蒋宗礼.本科工程教育:聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养[J].中国大学教学,2016(11):27-30+84.
[3]林健.如何理解和解决复杂工程问题——基于《华盛顿协议》的界定和要求[J].高等工程教育研究,2016(05):17-26+38.
[4]哈尔滨理工大学软件工程专业人才培养方案．
[5]刘胜辉,白光娜.O2O教学模式有效实施途径的探析[J].科技与管理,2017,19(01):98-102.
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