工程认证背景下的软件工程专业课程思政教学设计——以统一建模语言UML课程为例.pdf

计 算 机 教 育Computer Education20第 9 期2023 年 9 月 10 日工程认证背景下的软件工程专业课程思政教学设计以统一建模语言 UML 课程为例郭艳燕1，娄兰芳1，卢云宏1，周世平2，杨 军2（1.烟台大学 计算机与控制工程学院，山东 烟台 264005；2.烟台理工学院 信息工程学院，山东 烟台 264005）摘 要：以高等学校课程思政建设指导纲要 为顶层指导，提出软件工程专业课程思政的总体目标，探讨软件工程专业教师有效达成课程思政目标的途径，以统一建模语言 UML 课程为例，详细阐述如何围绕目标的达成进行课程思政建设，最后说明课程思政教学成效。关键词：课程思政；工程教育专业认证；软件工程专业；统一建模语言 UML；思政案例基金项目：山东省本科教学改革研究重点项目“计算机类课程深度学习 与课程思政 双向促进教学模式的研究与实践”（Z2021134）；山东省本科教学改革研究重点项目“问题求解，能力培养，品行养成，计算机类专业课堂教学改革研究与实践以程序设计基础课程为例”（Z2022240）；全国高等院校计算机基础教育研究会教育教学研究项目“基于 OBE 理念的理工类程序设计基础课程思政的教学研究与实践”（2022-AFCEC-586）；烟台大学教学改革研究项目“面向深度学习的计算机类课程教学系统设计与实践”（jyxm2021020）；烟台大学教学改革研究项目“基于OBE+思政 的软件工程系列课程教学研究与实践”（jyxm2022024）；烟台大学教学改革研究项目“工程教育背景下软件工程专业课程体系知识图谱构建与应用研究”（jyxm2022026）；烟台大学教学改革研究项目“基于工程教育认证的程序设计基础课程教学体系重构”（jyxm2022021）；全国高等院校计算机基础教育研究会教育教学研究项目“基于OBE+思政 的软件工程基础 课程教学探索与实践”（2023-AFCEC-478）。第一作者简介：郭艳燕，女，讲师，研究方向为软件工程、人工智能，。0引 言课程思政作为新时代落实“立德树人”根本任务的重要举措，是推行“全员全程全方位育人”1的根本措施，是遵循教育教学规律和认知成长规律的先进教学理念，是实现“知识传授、能力培养和价值塑造相统一”的重要渠道。在工程教育认证标准 中明确要求在解决工程问题时，需要考虑社会、健康、安全、法律、文化、环境、可持续发展等因素2，具备人文科学素养、社会责任感，能够自觉遵守职业道德及规范等3，这一要求与新时代课程思政的目标具有一致性。软件工程专业课程思政是思想政治教育在软件领域专业教学中的纵向深入和横向拓展，是向软件开发能力培养、理想信念教育、社会责任培育等多角度的延伸，通过借助系统化的软件专业知识、深厚的学科力量和广泛的应用背景，突破传统知识体系仅关注知识传授和能力培养的局限，赋予专业课程更深的内涵和更强的精神力量，强调在价值引领中凝练知识底蕴，在能力培养中实现价值升华4，在具体行为中践行思想 觉悟。1软件工程专业课程思政总体目标以工程教育专业认证工作为背景，结合软件工程专业特点和毕业要求，在高等学校课程思文章编号：1672-5913(2023)09-0020-06中图分类号：G642课程思政课程思政第 9 期21政建设指导纲要 的顶层指导下，设置图 1 所示的课程思政总体目标。软件工程专业课程体系中的每一门课程都需要根据课程特点、授课对象特点和课程内容进行有针对性的课程思政建设，最终形成合力，支撑起软件工程专业课程思政的总体目标。软件工程专业课程思政总体目标高等学校课程思政建设指导纲要工程教育认证标准要求顶层指导结合结合思政目标1思政目标2思政目标4思政目标3科学精神哲学素养思维品质人文精神文化传承家国情怀使命担当科技报国工匠精神创新精神团队精神软件工程专业毕业要求思政目标5工程伦理职业道德法制意识社会主义核心价值观融入十四五规划和2035年远景目标融入思政维度思政维度图 1 软件工程专业课程思政总体目标2软件工程专业教师有效达成课程思政目标的途径（1）教师通过传播与弘扬科学精神，倡导融合人文精神，帮助学生逐步构建完整的精神世界和正确的价值体系，厚植爱国情怀和使命担当，树立正确的职业理想。（2）教师通过培育科学思维，加强高阶能力培养，使学生不仅能够解决复杂的软件工程问题，而且能够实现科学思维的迁移，在生活、学习和未来的职业发展中灵活运用科学思维，做到正确客观地看待问题，理性科学地解决问题。（3）教师通过身体力行、案例讲授、指导软件实践和课外学科竞赛，引领学生具备精益求精的大国工匠精神和创新精神。（4）教师通过将工程伦理教育和法制意识教育贯穿于教学过程，帮助学生具备能够正确判断和应对软件工程伦理问题的能力5。3软件工程专业课程思政建设以统一建模语言UML课程为例3.1融入思政元素的混合式教学设计针对统一建模语言 UML 课程具有较强实践性和综合性的特点，融入思政元素的混合式教学包括理论教学和实践教学两环节（如图 2 所示），理论教学环节包括基于智慧树平台“面向对象与UML”课程的课前线上教学、课上线下教学和课后线上教学，实践教学环节包括阶段性实验和期末综合实践。理论教学环节重点关注课程思政案例库的建设以及与专业知识的融合方式，实践教学环节重点关注学生的工程伦理意识以及实践过程中职业行为和素质的养成。3.2理论教学环节课程思政案例库建设与融入方式对统一建模语言 UML 课程的教学内容进行多维度认知（见表 1），深入挖掘每个知识单元中学科知识背后所隐含或者相关联的思想、道德、政治、素养、思维、价值等育人元素，围绕思政目标的达成构建思政案例库，设计融入方式，形成专业教育到思政育人的自然衔接，并点到为止，既不冲淡专业知识，又达到育人效果。1）案例 1：开学第一课“选 C 选 C 都选 C”。第一节绪论课的意义非同一般，不仅有利于加强学生对课程的整体了解，提高学生对专业的认同感，而且预示着新的开始和新的希望，更利于激发学生的学习斗志。课上通过播放学习强国上的开学第一课“选 C 选 C 都选 C”，鼓励学生迎接挑战（Challenge）、做出选择（Choice）、鼓足勇气（Courage）、坚定信心（Confidence），充满国家（Country）自豪感，坚定科技兴国（China）的伟大决心。202322计 算 机 教 育Computer Education表 1 统一建模语言 UML 教学内容与思政案例、维度、目标对应表知识单元思政融入的知识点融入方式教学环节思政案例思政维度思政目标课程绪论课程简介显式思政课上教学、线下案例 1家国情怀、使命担当思政目标 3软件建模工具介绍隐式思政课后教学、线上案例 2科技创新、科技报国思政目标 3面向对象基础知识面向对象软件方法隐式思政课上教学、线下案例 3哲学素养、思维品质思政目标 1UML 语言纵览UML 图与视图显式思政课上教学、线下案例 4团结精神、科学思维思政目标 4UML 扩展机制约束隐式思政课前教学、线上案例 5职业道德、法制意识思政目标 5用例图用例与用例规约显式思政课上教学、线下案例 6科技报国思政目标 3类图和组合结构图类之间的关系隐式思政课后教学、线上案例 7文化传承、家国情怀思政目标 2思政目标 3顺序图顺序图实例隐式思政课上教学、线下案例 8文化自信思政目标 2组合交互片段显式思政课前教学、线上案例 9工匠精神思政目标 4通信图通信图的作用隐式思政课上教学、线下案例 10团队精神思政目标 4状态图和定时图状态图的应用显式思政课上教学、线下案例 11科学精神、使命担当思政目标 1思政目标 3活动图和交互纵览图交互纵览图隐式思政课上教学、线下案例 12人文精神思政目标 2组件图和部署图物理实现图显式思政课上教学、线下案例 13人文精神思政目标 2面向对象设计原则高质量软件设计的特征隐式思政课前教学、线上案例 14文化传承思政目标 2里氏替换原则的由来显式思政课上教学、线下案例 15工匠精神、创新精神思政目标 4设计模型的质量判断隐式思政课上教学、线下案例 16哲学素养、思维品质思政目标 1图 2 融入思政元素的混合式教学设计课前通过雨课堂答题完成测试题目完成小组讨论，制作总结PPT课前学习效果反馈课上课后理论教学环节实践教学环节旧知识复习与新知识教学视频的自主学习完成课前学习任务小组讨论、课堂小测、课堂总结课前自主学习内容总结、强化与扩展重点知识的讲授和综合案例分析育人资源推送讨论问答课后拓展学习在线答疑、章节测试阶段性实验期末综合实践个人完成的实验任务小组完成的实验任务个人完善、优化“项目式”期末综合实践作业 课程思政（与专业知识的融合、线上）课程思政（与专业知识的融合、线下）课程思政（与专业知识的融合、线上）课程思政（多元化价值观体系培养的融合、线上）课程思政（与实践能力培养的融合、线下）旧知复习、新知导入新知巩固、新知内化和迁移课后拓展实践加强融入思政元素的混合式教学课程思政第 9 期232）案例 2：UML 建模工具引发的思考。课上介绍几款常用的 UML 建模工具，课后为学生布置一道思考问答题：“我们常用的 UML建模工具哪些是我们国家自主研发的，哪些是国外研发的？你对此有什么感想？”。通过此题目引导学生扎实掌握软件开发知识的同时，要注重与时俱进和软件创新，增强国家核心软件自主研发的实力，避免“卡脖子”。3）案例 3：面向对象软件方法一定会使编程简单吗？课前学生自主学习“面向对象的软件开发方法”知识点教学视频，课上设置一道关联的讨论题目“面向对象的软件开发相比面向过程的软件开发有很多优点，如更符合人类看待或者解决问题的思维，那使用面向对象方法开发软件是不是一定比使用面向过程的方法更容易？”。通过这一问题驱动，引导学生深度思考，鼓励学生辩证地多角度分析问题，培养学生的哲学素养和科学思维。4）案例 4：为什么 UML 需要 13 种图和 5种视图？软件模型的构建需要使用不同类型的 UML图和视图，从多个角度联合展示完整的软件系统，不同类型的 UML 图和视图有其各自的重要作用，它们“相对”独立，但又存在关联性。借此知识点让学生一方面感受一个软件项目的成功需要软件开发各阶段人员的团队合作，倡导团队精神；一方面引导学生在现实生活和工作中，看待问题或评论问题不能仅看局部，而要看全貌，不能断章取义。5）案例 5：“约束”的力量。约束是 UML 三大扩展机制之一，是施加在元素上的限制，限定了元素的语义、用法及规则，在实际建模中使用频率非常高。在软件实现或部署时必须满足设计模型中给定的约束，否则就会带来潜在的错误，或者最终不满足需求。这一描述与实际生活中的“约束”具有一致性，学校有校规校纪约束学生行为，社会生活有公民道德规范、法律制度进行行为规约，工作中职业行为受到职业道德行为准则的制约，无论我们在哪个阶段，处于哪个领域，行为都要符合社会公共秩序，遵守法律法规，遵守职 业道德。6）案例 6：用例与用例规约。用例图用来展示满足用户需求的系统功能，而设计过程中还需要描述用例实现的细节，要使用用例规约进行进一步描述。“需求、用例、用例规约”这一过程，体现开发人员需要知道“为什么做、做什么、怎么做”，从而引导学生践行“爱国情、强国志、报国行”。7）案例 7：类之间的关系。课上学习完类图中的关联、泛化、实现、聚合和依赖关系后，课后给学生布置一道 UML 类图分析题（如图 3 所示），巧妙地将类图中存在的五大关系与家国情怀、文化传承与发展融合 在一起6。图 3 融入思政元素的类图国家+权利()+义务()+生活()+工作()人民法律爱国文化科技发展经济传承职业202324计 算 机 教 育Computer Education8）案例 8：草船借箭。将中国传统文化三国演义 中的经典故事“草船借箭”作为顺序图的讲解实例，不仅能够激发学生的学习兴趣，利于理解新知识，还可以帮助学生建立文化自信。9）案例 9：组合交互片段的由来。组合交互片段是 UML 不断发展的产物，通过组合交互片段能够大大增强顺序图的表达含义，能够结合类似程序设计表达的方式，使得对象之间交互的展示更加清晰准确，并且能更好体现面向对象的思想。通过组合交互片段的由来，可以很好地引导学生要终身学习不断提升自身能力，养成追求卓越、精益求精的良好品行。10）案例 10：通信图的作用。通信图描述功能实现过程中对象之间的交互情况，这与团队合作中成员协同完成任务是一致的，引导学生要具有自己的真本领，发挥自身价值的同时，也要具有团队合作的精神和集体意识。11）案例 11：状态图与航天科技。结合我国航天技术领域的重大突破，一方面结合安全攸关系统，指出状态图的重要性，一方面指出航天领域的巨大成功离不开科研工作者的科学精神、敬业精神、团队精神和国家使命感。12）案例 12：交互纵览图。交互纵览图是 UML 新版本增加的图，是融合了活动图和交互图的产物，是 UML 不断迭代更新的结果，通过这一事实引导学生要具有发展观，通过终身学习实现自身不断的成长和进步。13）案例 13：物理实现图。物理实现图用来描述软件如何部署到硬件上才能够保障软件的正常运行，可以引申到公民和社会的关系，只有良好、公平、自由、和谐的社会环境，个人的才智才能充分展现，这与社会主义核心价值观强调的核心思想是一致的，引导学生理解和践行社会主义核心价值观。14）案例 14：高质量软件设计的特征。通过中国古代四大发明之一的“活字印刷术”，类比解释面向对象高质量软件设计的四大特征“可复用性、可扩展性、可维护性和灵活性”，通过通俗易懂的实例帮助学生理解和吸收新的专业知识，同时又引导学生树立国家自信和文化自信，倡导工匠精神和创新精神。15）案例 15：里氏替换原则名字的由来。讲述里氏替换原则的提出者里斯科夫的故事，一方面通过里斯科夫在计算机领域的突出贡献鼓励女生对于职业的追求；另一方面通过里斯科夫一生的奉献，体现她敬业的职业精神和不断探索、追求卓越的品质，给学生传递精益求精的工匠精神，并强调这种品质和精神在未来职业发展的重要性。16）案例 16：软件设计模型的质量判断。使用面向对象设计原则进行模型质量的判断时，需要看客户端的程序如何使用它们，而不能仅仅看模型本身，因为使用方式不同或环境背景不同，判断的结果也是不同的，这种思想与马克思辩证思想是一致的，强调具体问题具体 分析。3.3实践教学环节课程思政实施实验课上，通过经典的软件工程和计算机领域中违背专业伦理的案例和时事新闻，如“删库跑路事件”“APP 非法搜集用户隐私信息”“人工智能与战争武器”“个性化推荐与隐私保护”“数字身份与人肉搜索”“使用爬虫非法获取计算机信息系统数据”等，结合计算机行业伦理与职业行为规范、软件工程职业道德规范和实践要求、中国互联网行业自律公约，帮助学生了解和重视与 IT 技术有关的社会、法律和伦理问题，指导学生在职业生涯中遇到伦理困境的时候知道该如何选择和应对；同时，引导学生通过专业知识的学习，将来从技术创新层面解决某些计算机伦理之困。实践教学包括阶段性实验和期末综合实践，阶段性实验包括个人实验任务和小组实验任务。个人实验任务要求学生做到独立自主、诚信完成；小组任务要求学生团结合作、协同完成；期末综合实践任务要求学生综合所学知识，发挥创新能力，对作品追求精益求精。课后充分利用线上开展课程思政，在课程群为学生推送有利于价值塑造、未来职业发展规划的文章、专业学习和考研指导的公众号、专业知识扩展学习视频等，满足学生知识、思想、精神上的需课程思政第 9 期25求。通过在线答疑，帮助学生解决学习中遇到的专业难题、生活思想困惑，鼓励帮助他们积极向上，树立正确的目标和理想，并做好监督管理。4课程思政成效在课程结束时通过问卷星匿名方式获得的教学反馈调查中，97.62%学生能够在课程学习过程中感受到“育人”的成分，认为 89.34%的思政案例引入自然不突兀，并能很好地产生共鸣，90.76%的学生在学习过程中能够感受到老师对自己在专业学习、思想动态等多方面的关注，94.05%的学生认可老师在课程群为大家分享学习方法、未来成长、奋斗励志、国家大事、科技发展方面的帖子，并能从中有所感悟或启示。本课程连续多年教学综合评价为优秀，知识传授、能力提升和价值塑造的培养方式得到认可，课程思政案例也获得了首届全国高校计算机课程思政教学案例设计大赛一等奖和第二届“智慧树杯”课程思政示范案例教学大赛二等奖。5结 语在工程专业认证标准中，突出强调复杂工程问题的解决需要知识、技能、态度和价值观的综合运用，要求软件工程人才要有正确的理想信念和价值观，敬畏自己的事业，敬畏人民的利益，遵守职业规范和法律规约，才能形成个人价值和社会价值的统一。学生价值体系的形成是一个长期培育的过程，因此软件工程专业课程思政是一个系统工程，必须将公共课、专业课和实践课联动起来，结合课内外、校内外教学活动，如课堂教学、学科竞赛、社会实践等，实现课程思政的百花齐放，形成课程思政合力，共同发挥立德树人的作用，并在不断实践、反馈和评价中实现持续改进。参考文献：1 习近平在学校思想政治理论课教师座谈会上的讲话N.人民日报,2019-03-19(1).2 蒋宗礼.提高课程教学站位J.中国大学教学,2021(增刊1):35-41.3 鱼海涛,解忧,刘伟.工程教育专业认证背景下理工科课程思政系统化设计与实施J.高等工程教育研究,2021(3):100-103,151.4 田鸿芬,付洪.课程思政:高校专业课教学融入思想政治教育的实践路径J.未来与发展,2018(4):99-103.3 李婧铢,董贵成.论国家最高科学技术奖获奖者的科学精神J.科学技术哲学研究,2022(2):110-115.5 王世斌,顾雨竹,郄海霞.面向2035的新工科人才核心素养结构研究J.高等工程教育研究,2020(4):54-60,82.6 郭艳燕,娄兰芳,毕远伟.基于“MOOC+SPOC+雨课堂+QQ课程群”的统一建模语言UML课程的混合式教学改革J.计算机教育,2021(8):107-111.（编辑：宋文婷）