面向新工科職教師資的“軟件技術基礎”生態化課程建設
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作者:梅健強 張軍 劉超 郝彬
摘要：以人工智能、大數據等相關“新工科”學科內容為背景，以我國信息技術產業的發展需求為導向，針對目前職教師資教育軟件技術類課程所面臨的主要問題，打造以“產業引領課程，課程培養人才，人才服務產業”的“軟件技術基礎”生態化課程目標。在充分體現以學生為中心的前提下，通過對教學策略、教學內容、教學方法、教學理念和教學方式的完善及協同推進，實現了與學生學習興趣、認知能力、學習能力、協作意識和綜合能力的動態平衡。
關鍵詞：職教師資；生態化教學；教學改革；軟件技術
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2023）01-0073-05
自2017年教育部全面啟動和部署新工科建設至今，以人工智能、大數據為核心的相關專業已培養并造就了眾多創新型科技人才。與此同時，社會對以行業應用為主的技能型人才的需求比例也呈現逐年增長的態勢。2021年4月在京召開的全國職業教育大會，不僅明確了職業教育是培養技術技能人才、促進就業創業創新、推動中國制造的重要基礎，而且也對職教師資的培養提出了更高的要求。
面對日新月異的信息技術產業變革，以行業應用為背景的技能培養，尤其是持續的學習能力、獨立的分析問題和解決問題的能力在電子信息類職教師資的課程改革中逐漸受到重視。本課程改革便是打造以“產業引領課程，課程培養人才，人才服務產業”為核心機制，在充分體現以學生為中心的前提下，通過對“軟件技術基礎”課程教學策略、教學內容、教學方法、教學理念和教學方式的完善及協同推進，促進其與學生學習興趣、認知能力、學習能力、協作意識和綜合能力的動態平衡，進而實現提升職教師資學生軟件技術能力的目的。
一、教學改革的背景
（一）學生重視程度不夠
“軟件技術基礎”是電子信息類職教師資必不可少的學科平臺課程。近年來，隨著云計算、大數據和人工智能等技術的不斷發展，學生對門檻低、見效快的解釋型語言（如Python、Perl和JavaScript等）掌握程度大幅提升，而認為對數據結構、算法等軟件基礎知識學會調用即可，學與不學都對后續專業課的影響不大，因而出現了對軟件技術基礎課程重視程度不夠、學習積極性不高的現象。
（二）課程內容相對抽象
“軟件技術基礎”課程內容主要是介紹數據結構、算法、操作系統、數據庫和軟件工程在內的軟件基本概念，而且還是學生熟悉人工智能相關技術背景和行業應用的重要途徑。對第一次接觸編程且對計算機的認知還處在起步階段，甚至對鍵盤指法都不熟悉的部分學生來講，內容不僅相對抽象，而且較難掌握，容易使學生在學習過程中產生理解困難、甚至厭學的情緒。
（三）課程實踐方式單一
“軟件技術基礎”作為一門實踐性較強的課程，上機編程實驗是必不可少的實踐環節。目前課程上機實踐方式較為單一，所有程序設計和調試均是在軟件應用層面完成，缺少相關硬件資源的輔助與可視化支持，使得本身內容抽象的程序編寫過程變得更不易理解。加之部分學生知識儲備不足，理論基礎薄弱，實踐能力和自學能力也有待進一步提升。隨著課程內容的不斷深入，學生學習動力不足，直接影響后續相關軟件算法和嵌入式系統設計課程的理論與實踐教學。
?。ㄋ模┓纸M教學效果欠佳
多數院校采用分組教學的模式優化“軟件技術基礎”課程的教學效果，但分組模式大多流于形式，沒有依據課程內容和學生能力進行，且不同分組之間彼此孤立、缺少溝通，加之部分學生對本門課程缺少學習興趣，基礎知識掌握不牢固，在分組進行程序設計討論和上機實驗調試中表現的不積極，應付教師布置的學習任務，造成學生的參與程度不均衡，未能真正培養學生協作解決問題的能力，更不能激發學生對軟件技術基礎學習的積極性和主動性。
（五）考試成績評定不全面
目前，大部分職業師資院校“軟件技術基礎”課程的考試仍舊采用閉卷筆試，且考試內容大多是基本語法與概念。這種考試方式從根本上誤導了學生，導致其死記硬背基本語法進行試。雖然部分課程改革通過項目教學[1]、實踐教學[2]與階段性考核等過程化評價方法在一定程度上完善了“軟件技術基礎”課程的考核評定體系，但考試成績未能準確衡量學生能力高低的問題依舊存在，考核評定體系與課程教學目標的匹配程度仍有較大的改進空間。
隨著時代的發展和科技的進步，職教師資“軟件技術基礎”課程的發展面臨著前所未有的機遇與挑戰。目前多數改革均是從豐富課程內容和多元化授課方式[3]等角度出發，忽略了學生作為教學體系的主體對課程的影響。因此，如何在有限的課時內培養學生對軟件技術的學習興趣，依據學生自身能力范圍完善課程內容，并根據課堂反饋等信息對課程內容進行動態調整，進而從根本上平衡學生知識儲備、學習能力與課程內容、考核方式的關系，逐漸形成教與學相互促進、相輔相成的生態化教學體系是“軟件技術基礎”教學改革中所要重點解決的問題[4]。
二、課程改革的特點
（一）改進教學方式方法，升華課程育人模式
以我國信息技術產業的發展為背景，以軟件技術為主題，通過線上線下相結合的學習方式讓學生在掌握軟件技術基礎知識的前提下，了解我國信息技術產業發展所經歷的曲折道路；通過理論與實踐相結合的項目式教學方法，讓學生在逐漸認識到軟件技術在我國信息技術產業發展中所起重要作用的前提下，不斷激發其學習動力；通過對人工智能、大數據等“新工科”相關內容的適當引入，使學生在明確該領域發展新動向和新趨勢的前提下不斷提升為國家信息技術產業發展服務的信心與能力。
（二）重塑學生課程主體，打造人工智能生態
充分考慮職教師資要以學生作為課程受益人的特點和主體地位，以我國信息技術產業發展需求為導向引領課程改革，通過對教學策略、教學內容、教學方法、教學理念和教學方式等的協同推進，實現課程與學生學習興趣、認知能力、學習能力、協作意識和綜合能力的動態平衡，進而在有效提升學生軟件技能水平的基礎上為人工智能相關信息技術產業輸送人才，從而最終形成相互促進、相互依存的生態化課程體系。
?。ㄈ┤诤闲Ｆ筚Y源優勢，賦能職教師資培養
以相關企業在信息技術產業的資源優勢與教學團隊在職教師資培養領域的多年經驗進行深度融合，以“新工科”的觀念與視角重新定義“軟件技術基礎”課程建設的方向與內容，秉承深入淺出的原則，注重對學生的思維能力、應變能力、團隊意識和相關實踐技能的訓練，為培養面向“新工科”背景下的職教師資賦能。
三、課程建設的策略與方法
?。ㄒ唬┢胶鈱W生學習興趣與課程教學策略
興趣是學習最好的驅動力，如何通過不同的教學策略培養并提高學生對軟件技術學習的原動力，逐漸引導學生構建良好的軟件思維和習慣是“軟件技術基礎”課程生態化教學體系設計首先需要解決的問題。本研究注重在教學過程中利用不同教學策略為學生提供主動發現問題、思考問題和學習如何解決問題的方法與平臺，在鼓勵并引導學生不斷思考、主動提問和分組討論的基礎上進一步培養其對軟件技術基礎內容的學習興趣，并以興趣為導向進行學習。
1.情境式教學提升課堂趣味
通過線上課程的渠道分享有關軟件技術的奇聞異事和背景故事的圖片和短視頻，并在教學過程中依據教學內容和學生的表現與反饋對其進行適當展開，提升課堂教學的趣味性，引導學生在構建的教學情景中不斷增加對軟件技術基礎的了解和認識，從根本上提升學生對軟件技術基礎的學習興趣。
2.探究式教學活躍課堂氛圍
組織學生分組查找、搜索和整理有關軟件技術、熱門信息技術領域的信息，并在課程中進行分析討論，在活躍課堂氣氛的基礎上讓學生自主感受軟件技術的重要意義和價值，進一步促進學生的學習積極性和動力，提升學習興趣。
3.啟發式教學凝練課堂主旨
邀請從事信息技術類相關工作的畢業生以及相關公司技術負責人與同學們進行現場交流和互動討論，通過畢業生的親身經歷和企業的動態需求讓學生們進一步明確軟件技術的學習對后續程序設計類課程的影響以及對從事程序設計類相關工作的必要性。
?。ǘ┢胶鈱W生認知能力與課程教學內容
“軟件技術基礎”對于電子信息類專業學生程序設計理念的形成至關重要，因此針對學生認知能力動態調整課程教學內容不僅可以淡化授課過程中的抽象性，提高學生課堂吸收率，而且還可以在一定程度上提升學生對軟件技術的學習動力與興趣，引導并促進學生進一步提高自身認知能力逐步適應并完善對課程內容的學習。
1.注重上機實踐，淡化語法概念
“軟件技術基礎”是一門在實踐中不斷總結完善的實踐課程，多年的教學經驗表明，課堂中如果過多強調抽象的語法概念容易使認知能力相對較差的學生無法準確地獲取相應知識，進而無法順利完成課程教學目標。因此，本研究根據學生實際情況，僅在課堂中對必要語法內容進行簡單介紹，重點通過在機房上機實踐中對程序示例的講解逐步加深學生對編程思維的認知，進而有效促進數據結構等概念在學生端的自發形成。
2.注重能力培養，抑制應試傾向
目前，“軟件技術基礎”課程的內容大多圍繞考試內容展開，不僅導致學生盲目應試和不能學以致用等問題，而且也忽視了對學生認知能力的培養。相比于單純強調概念的應試教育，本研究不僅結合實際項目內容，在授課過程中加強了對程序開發流程和相應調試工具的講解與演示，為學生上機進行算法設計與調試奠定良好的基礎，并且依據學生的認知能力分階段、分批次地融入相應算法的設計與實現環節，不斷完善對學生的過程性指導及問題反饋，進而在鍛煉學生使用所學知識解決實際問題能力的基礎上，進一步培養并提高其邏輯思維與認知能力，營造一種“樂于發現問題、勇于解決問題”的學習氛圍。
3.注重交叉融合，杜絕照本宣科
“軟件技術基礎”作為電子信息類職教師資的學科平臺課程，是后續相關專業課程的實踐基礎。如果課上僅講解教材內容而不進行擴展，不僅難以使學生理解和掌握抽象的數據結構、操作系統知識，而且也無法有效提高學生的學習興趣和實際軟件設計能力。因此，本研究在授課過程中除了對軟件基礎知識進行講解外，還以數字圖像處理算法、嵌入式操作系統和工業現隹刂頻扔τ貿【拔載體向學生展示軟件技術在當前電子信息技術發展中所起的重要作用。與此同時，本研究注重課程內容與實際項目的交叉融合，通過對項目開發內容與過程的剖析和講解，幫助學生更好的串聯課上所講授的知識點。
（三）平衡學生學習能力與課程教學方法
部分“軟件技術基礎”課程針對學生學習能力的差異在授課內容上進行了相應調整，但在授課方法上仍將所有學生視為整體進行統一講授，容易產生兩極分化的現象。針對此類問題，本研究提出“三結合”的課程教學方法，即反饋與指導相結合、硬件與軟件相結合、高年級與低年級相結合，在進一步平衡學生的學習能力與課程教學方法的基礎上，為生態化教學體系的建立提供支持。
1.反饋與指導相結合
對“軟件技術基礎”這種實踐類課程來講，教與學是密不可分的整體，為了獲得更好的教學效果，本研究在課上除了講解基本概念外，還對數據結構、操作系統、軟件工程的主要功能以及實際作用進行說明和演示，并在上機實踐中依據不同學生的反饋重點加以指導，促進學生對相關知識的再歸納和再吸收。相比于“課上講概念，上機交報告”的單向教學方式，本研究更注重學生個體對課程內容的反饋以及教師相應的指導過程，而且通過學生自身總結和學習獲得的知識不僅擁有更為適應其個體的形態，容易被其自身接受和記憶，并可以有效地促進教與學良性循環的形成。
2.硬件與軟件相結合
教師通過與硬件相結合的教學與實踐方式輔助學生對數據結構知識點進行理解和掌握，例如通過單片機對按鍵動作的檢測流程說明數據結構的使用方法等。為了避免內容與后續課程重復，本研究略去了單片機系統初始化和相關接口通訊程序，學生僅對LED控制和按鍵檢測等相關程序內容進行編輯和測試。相比于僅在計算機軟件應用層面進行概念講授和程序調試的教學方法而言，結合硬件可視化效果的軟件技術教學方法不僅以形象、生動的特點兼顧了不同學生的學習能力，而且可以從本質上讓學生認識到軟件技術的主要功能和用途，為提高學生實際設計能力，解決實際軟件問題提供有效途徑。
3.高年級與低年級相結合
學生在學習中遇到問題往往怯于主動向教師發問是教學活動中經常遇到的現象，而無法得到有效解決且越積越多的問題，也會逐漸使學生喪失學習的動力與興趣。多年“軟件技術基礎”課程的教學實踐表明，對于同一個問題，學生之間的交流尤其是不同年級學生之間的交流往往比教師與學生之間的交流更為有效。因此，本研究搭建線上線下異步交流平臺，組織本專業已經學習過“軟件技術基礎”的部分高年級學生與正在學習本門課程的低年級學生組成學習興趣小組，在教師的指導下針對不同學生的學習能力進行分組，組內成員可根據自身情況實現課程內容的異步交流與討論，不僅可以解決低年級學生對課程內容的疑問，而且還可以鞏固高年級學生對軟件技術基礎的熟練程度，在有效促進本專業不同年級學生交流與合作的基礎上，進一步實現了課程的延續教學，為生態化教學體系的建立提供基礎。
（四）平衡學生協作意識與課程教學理念
1.依據“自頂向下，逐步求精”的教學理念，引導學生逐步建立協作意識
依據軟件工程學將任務細化分解，形成由若干子模塊構成的層級樹狀結構，并在明確每個子模塊基本任務和相互關系的前提下，引導學生發揮各自優勢進行分組，并依據細化后的任務結構為每組分配任務。組內由對任務流程清晰的學生負責整體架構，善于歸納總結的學生負責文檔撰寫，編碼相對突出的學生負責模塊具體實現。以往的分組方法是各小組任務一致且組內分工模糊，這樣無法調動學生積極性。本研究分組不僅可以使學生明確實際項目團隊的分工協作模式，而且可以加深學生對軟件工程學的認識與理解，促進學生對所學課程內容的吸收與應用。
2.依據“團隊共建，注重過程”的教學理念，引導學生不斷完善協作能力
本研究在提高上機實踐所占課時的基礎上，進一步降低期末筆試所占比例為70%。平時成績通過課堂測試、作業任務以及上機實踐的全過程考察形式完成，其中課堂測試主要考察基礎知識，占總成績的10%；作業任務是需要學生查閱課外資料并以團隊為單位協作完成的軟件設計任務，主要考察程序的正確性、可讀性、健壯性以及文檔的完善性，占總成績的10%；上機實踐是結合課程內容和實際項目布置的多個軟件技術基礎上機任務，每個小組就本組模塊任務完成情況進行報告與答辯，主要考察團隊協作完成任務的能力和現場回答問題的應變能力，該項得分占總成績的10%。相比于其他考核方式，本研究通過更貼合實際項目的軟件設計任務讓學生進一步認識到，F隊協作是除編程能力之外需要不斷完善的重要能力。
3.依據“循序漸進，注重發展”的教學理念，促使學生建立正確的協作觀
任何課程的學習都是由簡單到復雜的逐步完善的過程，“軟件技術基礎”更是如此。本研究在教學過程中充分貫徹循序漸進的編程理念，在學生逐步融入課程教學內容的前提下，通過工程實例由淺及深地展示軟件構思、編寫、調試和完善的過程。此外，本研究還通過團隊合作解決實際問題的機制培養學生的協作能力，注重學生個體在分析和解決問題中的發展過程，在逐步培養學生建立“想合作，能合作，會合作”協作觀的前提下實現其軟件技術水平的提高，為學生后續課程的學習發揮積極的促進作用。
?。ㄎ澹┢胶鈱W生綜合能力與課程考核方式
由于課程考核方式與成績評定對學生的學習具有極強的導向作用，而“軟件技術基礎”的核心任務是在指導學生了解操作系統、軟件技術基礎等知識的前提下，進一步培養其使用數據結構、算法進行相應程序設計與調試的興趣與能力。因此，本研究注重對學生是否可以進行程序設計與調試的綜合能力的考核，進而以“考核促能力，能力助考核”的方式進一步保障生態化教學體系的完備性。
1.通過過程討論考察學生對問題的抽象和概括能力
在授課過程中，本研究根據課程進度和實際項目的需要將學生進行分組，要求其在組內針對具體問題進行分工和討論，并以課堂提問和測試等形式考察學生對軟件技術基礎知識的掌握程度和對實際問題進行分析、抽象和概括的能力。
2.通過上機實踐考察學生編程調試和應變能力
本研究進一步提升教學計劃中上機學時所占比例為25%，相比側重知識記憶的考察方法，本研究設計的上機實踐方式和總時長不僅提升了學生動手實踐的能力，而且也為過程化能力考核的進行創造了條件。教師在上機實踐時依據不同學生的學習能力因地制宜的進行提問，要求學生現場編寫程序獲得結果，考察其依據當前條件進行實際軟件設計和調試的能力。此外，本研究還以小組任務報告和答辯的形式考察團隊成員協作完成任務的能力和現場回答問題的應變能力。
綜上所述，實踐表明，本研究所提“軟件技術基礎”生態化課程在充分體現以學生為中心的前提下，通過對教學策略、教學內容、教學方法、教學理念和教學方式的完善及協同推進，實現了與學生學習興趣、認知能力、學習能力、協作意識和綜合能力的動態平衡。后續還將繼續圍繞如何充分融合線上、線下教學模式的問題進行深入研究，進一步完善“軟件技術基礎”的生態化教學體系，為構建電子信息專業職教師資類課程的新模式奠定基礎。
參考文獻：
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（責任編輯：劉東菊）
Ecological Course Construction of "Software Technology Foundation"
for New Engineering Vocational Teachers
MEI Jian-qiang， ZHANG Jun， LIU Chao， HAO Bin
（Tianjin University of Technology and Education， Tianjin 300222， China）
Abstract： Based on the contents of Emerging Engineering Education， such as artificial intelligence and big data， and guided by the development needs of China's information technology industry， this paper aims at the main problems faced by vocational education teachers in software technology courses， to create an ecological course objective of "software technology foundation" with "industry-led curriculum， curriculum training of talents and talent service industry". In the premise of fully reflecting the student-centered， through the improvement and collaborative promotion of teaching strategies， teaching contents， teaching methods， teaching ideas and teaching styles， the dynamic balance with students' learning interest， cognitive ability， learning ability， cooperative consciousness and comprehensive ability is realized.
Key words： vocational education teachers; ecological teaching; reform in education; software technology
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