全國高?；旌鲜浇虒W(xué)設(shè)計創(chuàng)新大賽特等獎設(shè)計方案：《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》教學(xué)設(shè)計表

11.學(xué)情分析（結(jié)合本校辦學(xué)定位、學(xué)生情況、專業(yè)人才培養(yǎng)要求，具體描述學(xué)習(xí)本課程后應(yīng)該達到的知識、能力水平）軟件工程專業(yè)立足國家戰(zhàn)略，服務(wù)國家工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級，解決自主產(chǎn)權(quán)數(shù)字芯困境，培養(yǎng)行業(yè)背景的軟件工程人才。本校軟件工程專業(yè)以O(shè)BE思想引領(lǐng)本科人才培養(yǎng)，面向軟件工程實踐和技術(shù)前沿，培養(yǎng)具有軟件項目開發(fā)和管理初步經(jīng)驗，突出解決復(fù)雜工程問題的能力，具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)服務(wù)意識的高素質(zhì)、實用型、具有國際競爭能力的軟件工程專門人才。《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》是面向軟件工程專業(yè)，大二本科生開設(shè)的專業(yè)必修課。該課程是軟件工程教育專業(yè)認證的重要支撐課程，以講授與實訓(xùn)相結(jié)合方式培養(yǎng)學(xué)生軟件工程基本理念與實踐能力。該課程在二年級上學(xué)期1-3周作為同期唯一課程開設(shè)，學(xué)生自主時間較多。開課前，學(xué)生已經(jīng)具備程序設(shè)計基本能力，普遍表現(xiàn)為學(xué)習(xí)興趣濃厚、專業(yè)認識度強。課程團隊2017年加強了課程總體教學(xué)目標(biāo)，強化從“會編程”到“懂軟件”的過渡，幫助學(xué)生建立正確的專業(yè)認知使命感，引導(dǎo)學(xué)生樹立“軟件報國”的遠大抱負。通過該門課程學(xué)習(xí)，使得學(xué)生了解當(dāng)前我國的軟件產(chǎn)業(yè)需求，將“懂軟件”的認知提前。《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》被2020年認定為首批“國家級線上線下混合式一流本科課程”。課程深入貫徹以學(xué)生為中心的個性化教學(xué)理念，采用混合式、專題式和研討式實踐教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的熱情，培養(yǎng)學(xué)生在具有程序設(shè)計基本能力之上，進一步開展軟件工程訓(xùn)練實踐，幫助學(xué)生實現(xiàn)從基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)變，結(jié)合“雙一流”高水平本科人才培養(yǎng)需求，經(jīng)過一門課程基本實現(xiàn)從“會編程”到“懂軟件”的教學(xué)目標(biāo)。22.課程教學(xué)（本課程教學(xué)改革重點解決的問題，混合式教學(xué)設(shè)計，課程內(nèi)容與資源的建設(shè)及應(yīng)用情況，教學(xué)活動的組織及實施情況，課程成績評定方式，課程評價及改革成效等）《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》是面向“雙一流”高水平本科人才培養(yǎng)需求，學(xué)生普遍表現(xiàn)學(xué)習(xí)興趣濃厚，專業(yè)認識度高。2017年通過引入多門國家精品在線開放課程，構(gòu)建“強基礎(chǔ)、重個性”的混合教學(xué)模式，將線上的“1”門程序設(shè)計基礎(chǔ)課和“N可選”的領(lǐng)域?qū)ｎ}課相結(jié)合，基本實現(xiàn)學(xué)生從程序設(shè)計基礎(chǔ)到求解實際問題能力的過渡，使學(xué)生具備解決復(fù)雜軟件工程問題的基本能力，幫助學(xué)生構(gòu)建從“會編程”到“懂軟件”培養(yǎng)目標(biāo)。1、解決的重點問題培養(yǎng)學(xué)生從“會編程”到“懂軟件”能力的過渡，核心解決：問題1：傳統(tǒng)內(nèi)容多，先進領(lǐng)域少，興趣激發(fā)困難。學(xué)生所面對的問題與技術(shù)發(fā)展不匹配，程序設(shè)計語言學(xué)習(xí)大量時間花費在語法規(guī)則和求解數(shù)學(xué)問題上，面對應(yīng)用問題無從下手。問題2：是編程要求高，軟件方法廣，學(xué)時供給不足。傳統(tǒng)課程重在編程訓(xùn)練，而不構(gòu)建軟件工程方法。課內(nèi)教學(xué)學(xué)時有限，無法達到使學(xué)生具備解決復(fù)雜工程問題的基本能力的目的。問題3：是大班學(xué)生多，因材施教難，個性教學(xué)缺失。百人左右的大班課程很難實現(xiàn)以學(xué)生為中心的個性化教學(xué)，無法通過內(nèi)容區(qū)分激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新。2、混合式教學(xué)設(shè)計針對以上問題，課程團隊2017年加強了課程總體教學(xué)目標(biāo)，強化從“會編程”到“懂軟件”的過渡，借助“1+N”門慕課開展知識與實踐融合的混合式教學(xué)模式改革與實踐，將課程重構(gòu)為線上16學(xué)時、課堂16學(xué)時、實踐16學(xué)時的多維度模式，教學(xué)設(shè)計如圖1所示。(1)針對教學(xué)內(nèi)容存在的“傳統(tǒng)問題多，先進領(lǐng)域少，學(xué)生興趣不足”，以及教師領(lǐng)域知識有限的問題，通過在線課程資源擴展任課教師的專業(yè)領(lǐng)域和知識空間，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注點從編程類案例問題向?qū)嶋H應(yīng)用類軟件工程問題轉(zhuǎn)變。我們圍繞先進信息技術(shù)開展了教學(xué)內(nèi)容線上線下重構(gòu)，涵蓋大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域軟件技術(shù)；我們圍繞先進信息技術(shù)，以“科學(xué)精神、愛國情懷、創(chuàng)新意識”為育人指導(dǎo)思想，開展課程思政案例與內(nèi)涵體系建設(shè)，結(jié)合長期承擔(dān)國家重大科研的優(yōu)勢，將科技奧運、國慶仿真、國家慶典等軟件工程任務(wù)實例化，引入課堂開展案例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生軟件報國的價值導(dǎo)向。(2)針對教學(xué)安排存在的“編程要求高，軟件方法廣，學(xué)時供給不足”的問題，引入了“1門”《Python語言程序設(shè)計》國家精品在線開放課程，開展課前線上學(xué)習(xí)、課上精講討論和課后線上實驗，在加強程序基礎(chǔ)實踐訓(xùn)練同時，壓縮了程序設(shè)計課內(nèi)學(xué)時。留給課堂更多時間用于軟件工程理論和方法的講解，突出理念升級，提升學(xué)生對“軟件”的理解，從根本解決了3學(xué)時不足帶來的“會編程”但“不懂軟件”的問題。用多領(lǐng)域在線專題課輔助的教學(xué)方案，引入網(wǎng)絡(luò)爬蟲與信息提取、數(shù)據(jù)分析與展示、科學(xué)計算三維可視化、機器學(xué)習(xí)應(yīng)用等6門慕課，包含2門國家精品在線開放課。學(xué)生可根據(jù)自身興趣，開展面向上述先進領(lǐng)域、以軟件工程創(chuàng)新項目為主的綜合實踐。這種“N選1”專題學(xué)習(xí)和實踐設(shè)置，顯著激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)新熱情，實踐項目在規(guī)模性、創(chuàng)新性和先進性上有了明顯改觀，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的個性化教學(xué)，效果顯著。在上述方法指導(dǎo)下，我們將整個課程重構(gòu)為“強化編程-實踐領(lǐng)域-理解軟件”三個階段，結(jié)合“1+N”共7門MOOC，開展自主線上學(xué)習(xí)，課堂精講提升、課后密集訓(xùn)練相結(jié)合的混合教圖2-1《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》混合式教學(xué)設(shè)計思路3、課程內(nèi)容與資源建設(shè)及應(yīng)用課程內(nèi)容設(shè)計圍繞“強化編程-實踐領(lǐng)域-理解軟件”這一思路，引導(dǎo)學(xué)生解決復(fù)雜軟件工程問題的基本能力這一目標(biāo)，開展了優(yōu)質(zhì)的課程內(nèi)容和資源建設(shè)。針對強化編程，開展實踐教材、MOOC、線上實踐平臺Python123的建設(shè)，針對實踐領(lǐng)域，開展面向大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用等領(lǐng)域?qū)ｎ}MOOC建設(shè)，針對理解軟件，開展以綜合項目為驅(qū)動的實踐教學(xué)設(shè)計。課程資源成果包括：次在線程序評閱；44、教學(xué)方法改革(1)“1+N選1”強化專業(yè)認知的混合式教學(xué)模式改革提出基于一流課程建設(shè)的研究型混合式課程教學(xué)方法，探索多門精品MOOC有機融合下的個性化教學(xué)方法，構(gòu)建“1+N選1”的教學(xué)模式，實現(xiàn)從基礎(chǔ)課，建立快速專業(yè)認知，向?qū)I(yè)基礎(chǔ)課演進的教學(xué)路線。學(xué)生學(xué)習(xí)1門精品基礎(chǔ)MOOC和N選1門高質(zhì)量領(lǐng)域?qū)I(yè)MOOC，擴展課堂專業(yè)領(lǐng)域和知識空間，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注點從編程類案例問題向?qū)嶋H應(yīng)用類問題轉(zhuǎn)變，幫助學(xué)生樹立專業(yè)認知使命感，達到“強基礎(chǔ)、重個性、樹認知”的目的。(2)軟件課程隱性思政內(nèi)涵與內(nèi)容建設(shè)教學(xué)改革以“科學(xué)精神、愛國情懷、創(chuàng)新意識”為育人指導(dǎo)思想，開展軟件、計算機類課程思政案例與內(nèi)涵體系建設(shè)，結(jié)合長期承擔(dān)國家重大科研項目的優(yōu)勢，將科研任務(wù)實例化引入課堂，構(gòu)建數(shù)字表演、科技奧運等思政教學(xué)案例和虛擬仿真實驗，為新工科信息技術(shù)課程提供思政教學(xué)資源，通過生動實例培養(yǎng)學(xué)生軟件報國的價值導(dǎo)向。(3)高質(zhì)量在線實踐題庫與資源建設(shè)教學(xué)改革建設(shè)高質(zhì)量在線實踐資源，為學(xué)生提供面向先進領(lǐng)域、以軟件工程創(chuàng)新項目為主的綜合實踐資源，支撐開展線上線下知識與實踐混合教學(xué)，有效解決學(xué)時和資源不足的問題。在線題庫包含2千余道實踐題目，提出在線自動評閱專利方法并研發(fā)實踐平臺，建設(shè)出版新形態(tài)配套實踐教材3本，打通紙質(zhì)教材中二維碼與在線題庫、在線評閱平臺壁壘，支撐全國千余教師開展課程實踐，數(shù)十萬學(xué)生開展在線實踐學(xué)習(xí)。5、教學(xué)內(nèi)容及組織實施課程對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進行重構(gòu)，設(shè)計了三個階段的內(nèi)容體系，結(jié)合“1+N”共7門MOOC，開展自主線上學(xué)習(xí)，課堂精講提升、課后密集訓(xùn)練各16學(xué)時相結(jié)合的混合教學(xué)模式，具體為：第1階段：訓(xùn)練訓(xùn)練，強化基礎(chǔ)。線下8學(xué)時講授語法難點、編程精髓、程序設(shè)計方法論；結(jié)合SPOC，開展線上8學(xué)時Python編程引導(dǎo)性學(xué)習(xí)；結(jié)合自編實踐教材，開展課后密集訓(xùn)練與階段測驗。第2階段：專題學(xué)習(xí)，實踐領(lǐng)域。線下8學(xué)時講授軟件設(shè)計流程、引入案例教學(xué)、引導(dǎo)多領(lǐng)域?qū)ｎ}學(xué)習(xí)；線上8學(xué)時由學(xué)生結(jié)合興趣開展“N選1”專題慕課學(xué)習(xí)，以敏捷開發(fā)為模式，形成2-4人項目小組，引導(dǎo)開展創(chuàng)新個性化實踐項目設(shè)計，并完成項目選題。和討論，以及匯報和答疑環(huán)節(jié)，做到知一懂多，學(xué)一會多。兼顧“精專題”與“廣視野”的平5衡。課后完成軟件項目測試、文檔和總結(jié)等工作。圖2-2《軟件工程基礎(chǔ)訓(xùn)練》教學(xué)組織實施具體方案6、成績評定本課程采用了“過程化、全編程”的考核模式，學(xué)生需要自學(xué)1門基礎(chǔ)和1門專題共2門MOOC，完成14-20道編程題目考核（占30分）、1個綜合實踐項目考核（占50分1份開發(fā)文檔考核（占10分同時，學(xué)生需完成課程討論、匯報、答辯等環(huán)節(jié)（占10分）。學(xué)生成績區(qū)分度明顯，挑戰(zhàn)度高但學(xué)生興趣濃，三年課程平均成績在80-85之間。7、評價及改革成效針對該課程目標(biāo)和混合教學(xué)特點設(shè)計了課程整體和學(xué)生個體ILOs達成情況評價方法，每年度課程結(jié)束均完成畢業(yè)要求達成度評價和持續(xù)改進分析報告，針對存在問題開展持續(xù)改進。采用上述教學(xué)思路后，課程“內(nèi)容易、學(xué)時少、學(xué)生多”等3個“痛點”問題均得到解決。（1）從學(xué)生評教結(jié)果看，先進知識領(lǐng)域和案例的引入，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注點從編程類案例問題向?qū)嶋H應(yīng)用類軟件工程問題轉(zhuǎn)變，顯著激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情和主動性。（2）程序基礎(chǔ)課堂學(xué)時占比明顯減少，解決了軟件工程方法教學(xué)學(xué)時不足的問題，強化63.課程教改效果達成情況（用數(shù)據(jù)或材料說明混合教學(xué)的效果，描述課程設(shè)計的新穎獨特之處及供借鑒和推廣的價值）均得到解決：（1）從學(xué)生評教結(jié)果看，通過混合教學(xué)模式對先進知識領(lǐng)域和案例的引入，顯著激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情和主動性?！啊覀儾粌H僅只是學(xué)習(xí)Python這（2）程序基礎(chǔ)課堂學(xué)時占比由80%縮到30%，解決了軟件工程方法部分教學(xué)學(xué)時不足的問題，強化了理念升級。圖2-3混合式課程教改前后“基礎(chǔ)”與“方法”學(xué)時占比（3）學(xué)生項目的創(chuàng)新性和工程性顯著增強，內(nèi)容覆蓋廣泛，包括：網(wǎng)絡(luò)爬蟲、數(shù)據(jù)分析、微信機器人、游戲交互應(yīng)用等幾十種類型，個性化體現(xiàn)明顯，學(xué)生解決軟件工程問題和創(chuàng)新實踐能力均得到有效提升。7圖2-4學(xué)生實踐項目截屏展示圖2-5學(xué)生自定義項目類別比例分布創(chuàng)新1提出了面向創(chuàng)新實訓(xùn)、線上引領(lǐng)、線下拓展的混合式教學(xué)建立并強化了從“會編程”到“懂軟件”過渡的軟件工程基8（本課次學(xué)生能夠掌握和展現(xiàn)的具體知識、技能和能課程團隊針對課程3個“痛點”問題，將整個課程重構(gòu)為“強化編程-實踐領(lǐng)域-理解9“平昌冬奧北京文藝表演虛擬仿真編排系統(tǒng)”演示程序“國慶七十周年聯(lián)歡活動仿真系統(tǒng)”演示程序c.視頻/程序演示：以視頻、虛擬仿真等各種多媒體演示手段形象展示算法原理和分析a.課后思考：通過思考問題和查閱文獻等加深學(xué)生對課堂知識理解，同時拓展思維，激3.2教學(xué)實施總體過程教師登錄方式：主頁->課程后臺管理->SPOC課程與學(xué)期->“Python語言程序設(shè)計板書最終呈現(xiàn)：函數(shù)與“分而治之”PPT演示區(qū)PPT演示遮擋區(qū)。顯示課程主要分析過程def<函數(shù)名>()：<函數(shù)體>renturn<返回值>“分而治之”I：probAprobBP：simNGames()O：winsAwinsB教學(xué)具體過程及時間分配安排：序號0鈴聲前通過慕課堂掃碼簽到；上課后自覺收起手機。小計11回顧前序課程相關(guān)內(nèi)容小計3.回顧從“會編程”到“懂軟件”的學(xué)習(xí)路徑.強化基礎(chǔ)、專題領(lǐng)域、理解軟件三個階段.蒙特卡羅隨機模擬實例（計算機模擬可以反復(fù)進行）.難點：流線型公式往往復(fù)雜，側(cè)面積數(shù)學(xué)求解困難。2問題的提出及本節(jié)綱要小計22.1.提出問題：實現(xiàn)復(fù)雜軟件系統(tǒng)，該如何思考.利用計算機模擬生成表演排練方案是復(fù)雜軟件工程問題。.研究對象多、系統(tǒng)功能多、用戶種類多2.23函數(shù)基礎(chǔ)小計53.1.函數(shù)是一段具有特定功能的、可重用的語句組[互動：請學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)，回答函數(shù)定義方法]3.2[互動：請學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)，回答函數(shù)的調(diào)用]3.3[互動：請學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)，回答函數(shù)的參數(shù)傳遞]4求解更復(fù)雜的軟件工程問題“分而治之”小計44.1.復(fù)雜問題求解的“分而治之”4.2.將一個總問題表達為若干個小問題組成的形式.直至，小問題可以用計算機簡單明了的解決4.3.直至，系統(tǒng)各部分以組裝的思路都經(jīng)過測試和驗證5“體育競技分析”實例講解小計265.1體育競技問題描述（延續(xù)蒙特卡洛思想）5.2體育競技問題的計算思維運用.模擬比賽：抽象比賽過程+自動化執(zhí)行N場5.3體育競技問題自頂向下的設(shè)計過程/5.3.1體育競技問題的IPO模式[互動：請學(xué)生回答].輸入I：兩個球員（A和B）的能力值，比賽次數(shù)5.3.2printIntro()probA,probB,n=getInputs()winsA,winsB=simNGames(n,probA,probB)printSummary(winsA,winsB)5.3.34分鐘5.3.4頂層設(shè)計的第三階段：根據(jù)分數(shù)判斷局的結(jié)束5.3.5體育競技問題自頂向下設(shè)計過程總結(jié)5.3.6程序運行及結(jié)果分析5.4體育競技問題自底向上的執(zhí)行小計65.4.1從頂層開始分解問題為更小的問題進行求解從底層模塊開始一個一個進行測試.程序?qū)懞煤?，需要通過運行程序進行測試5.4.2單元測試直接運行從就結(jié)構(gòu)圖底層開始，逐步上升先運行每個基本函數(shù)，再測試整體函數(shù)高級軟件測試方法5.4.3體育競技分析的案例#matchSim.py運行程序，單元執(zhí)行/測試1，觀察結(jié)果運行程序，單元執(zhí)行/測試2，觀察結(jié)果結(jié)果分析5.5理解自頂向下和自底向上的舉一反三.理解自頂向下的設(shè)計思維：分而治之.理解自底向上的執(zhí)行思維：模塊化集成針對競技比賽的舉一反三6復(fù)雜軟件工程問題的“分而治之”小計66.16.2.自頂向下的設(shè)計：解決復(fù)雜問題的有6.3.自底向上的執(zhí)行：逐步組建復(fù)雜系統(tǒng)的有效測試方法復(fù)雜軟件工程問題的“分而治之”---平昌冬奧會【線上資源賞析、虛擬仿真實驗演示】復(fù)雜軟件工程問題的“分而治之”---平昌冬奧會【線上資源賞析、虛擬仿真實驗演示】線上實驗與課后思考.Python語言程序設(shè)計慕課線上學(xué)習(xí)（本周8學(xué)時）6.47板書最終呈現(xiàn)：文件與“程序引擎”PPT演示區(qū)PPT演示遮擋區(qū)。顯示課程主要分析過程文件“程序引擎”程序->文件->程序計算-數(shù)據(jù)-應(yīng)用教學(xué)具體過程及時間分配安排：鈴聲前完成問卷調(diào)查；上課后自覺收起手機?；仡櫱靶蛘n程相關(guān)內(nèi)容.回顧函數(shù)與“分而治之”[互動：請學(xué)生回答函數(shù)之間怎樣交流]小計1小計301序號網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部參數(shù)、交互界面等]2問題的提出及本節(jié)綱要小計22.1.提出問題：1個軟件實現(xiàn)多個仿真效果該如何思考？.國慶70周年數(shù)字仿真系統(tǒng)對多場表演進行了計算和模擬。2.23文件基礎(chǔ)小計103.1.文件是存儲在輔助存儲器上的數(shù)據(jù)序列[互動：請學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)，回答文件定義方法]3.23.3.文件全文本操作：遍歷方法一（一次讀入統(tǒng)一處理）.文件全文本操作：遍歷方法二（按數(shù)量讀入逐步處理）[互動：請學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)，回答不同類型的適應(yīng)情況]3.44靈活可擴展的程序設(shè)計方法“程序引擎”小計64.1.通過函數(shù)或?qū)ο蠓庋b將程序劃分為模塊及模塊間的表達.具體包括：主程序、子程序和子程序間關(guān)系.一種分而治之、分層抽象、體系化的設(shè)計思想4.24.3.不利于擴展和維護，程序功能發(fā)展受限4.4.一汽大眾的“智慧工廠”.程序執(zhí)行和