产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目申报书-软件设计与体系结构课程内容建设及创新探索

2023年美丽软件科技有限公司教育部产学合作协同育人项目申请书项目名称：软件设计与体系结构课程内容建设及创新探索负责人：联系电话：工作邮箱：学校名称：通信地址：二○二三年七月制填表说明(1)全日制本科高校在职教师或在校学生；(2)原则上不接受之前已获得过同类项目资助的重复2.有关项目内容、具体要求和说明请参考项目申报指3.项目负责人填写的内容由所在单位负责审核，所填内容必须真实、可靠。4.申请书由项目负责人填写并手写签名，报送所在高校主管部门审查、签署意见并盖章后，将扫描文件上传到项目平台()。项目概况(单选)项目负责人(主要教学及科研工作)获得蓝桥杯软件设计大赛省赛二等奖2020.10操作系统慕课设计和制作的探究2024.6疫情下教师在线教学能力提升的探究项目主要成员(不含项目负软件产业是国家基础性、战略性与大国竞争的关键产业，在促进国民经济的发展和社会文明进步中具有重要的地位和作用

[1-4]。当前，以云计算平台（CloudComputing））、物联网（InternetofThings）、大数据（BigData）和服务网（InternetofServices）为基础的数字化信息基础设施（Cyber-Infrastructure）正成为下一代信息技术产品和产业发展的基础。更确切地说，云计算、传感网、物联网和面向服务（SOA）的软件工程技术正引发新一轮信息技术革命和产业革命

[1-7]。拥有在新一代信息技术领域（云计算、物联网、服务计算工程等）进行原始性、重大性、前瞻性创新的软件工程人才，将会直接影响国家未来数字经济战略发展进程，也会促进国家未来产业高质量发展、产业疏解转型、产业创新竞争能力建设

[1-3]。立足国家在各个领域（包括国防安全、国土安全、自然资源保护、企业、教育、医疗、康养、农业等）数字化建设软件设计工程前沿需求，进行软件设计与体系结构课程前沿内涵建设是培养具有原始创新能力素质的工程型、实用型、复合型人才的必然要求和途径。1软件设计与体系结构核心价值体系任何复杂软件系统建设必须始于分析与设计工程

[6]，世界级产品和服务必须具有世界级体系结构及其设计，而世界级产品的体系结构和机构必须依赖于世界级的架构师和专业设计人员

[6]。软件设计与体系结构课程是提升软件工程专业学生软件系统或程序设计能力，进行复杂软件工程实践的专业必修课程。1.1课程建设核心价值体系目标（1）软件设计核心价值体系必须体现新一代信息技术快速发展的时代特征，突出适应于产业发展工程应用的人才培养的生态战略实施；以服务为基础架构与设计模式已成为软件产业发展的主流，需要突出SOA软件方法论的中心思想。（2）注入与构建以真实领域软件应用为场景的课程内容知识点，探索如何在开放式环境中，既有利于学生掌握软件设计工程中的基本概念、基本知识、方法与技能，又有利于发挥学生自己原始性创新精神、科学性逻辑思维和组织能力、综合性工程建模能力。（3）知识能力是服务型社会创新型人才核心要素之一，软件设计知识能力是指能不断提出新理论、新方法、新模式、新组织机制、新核心业务流程、新产品概念的能力。以“知识型工程创新设计（Knowledge-IntensiveEngineeringInnovationDesign，KEID）”为核心价值的课程知识体系结构以及以开放式领域建模为基础的创新性实践环节设计是推动课程内容创新体系建设，突出培养以知识创新能力为核心的战略性新兴产业相关人才的主要途径。1.2课程创新体系建设内容思路（1）从基础出发到专业、到企业级、到前沿技术模式。传统知识体系中，以面向结构软件设计方法、面向对象程序设计方法和基本的面向组件程序设计方法作为基本的知识体系结构，在课程创新体系建设中，在教学环节将按照从基础（面向结构设计方法：函数作为基本的设计要素）到专业（面向对象设计方法：类和对象作为基本构成要素，包括封装、继承、多态……）、到企业级应用开发（面向组件设计方法：中间件、容器、相关性注入DP、IOC……）、到现代软件设计方法（面向服务SOA设计方法：Contract，End-point，Hosting，WSDL，SOAP……）的创新性教学和训练模式进行设计。围绕云计算、服务互联网、服务计算的发展以及新一代计算技术ACI（AdvancedComputingInfrastructure）竞争

[1-4]、数字化经济建设、各个产业信息化建设和社会发展对高素质软件设计人才培养需求，着重培养面对云计算环境下（开放共享协同基于定制多租户）学生的知识创新精神和实践能力。（2）避免产学脱节。将校企课题背景和大型项目开发与技术结合，将真实项目引入案例教学和实践教学环节，通过企业人员对课程知识点、课程的定位，确保课程内容的建设能够与产业未来发展和企业的人才需求保持一致。（3）面向挑战性前沿和前瞻性知识能力。课程内容按服务于国家E-竞争力实施、互联网+计划、工业2025[1-4]

的战略性需求、国防安全、国土安全、环境保护、智慧教育、智慧医疗、智慧企业、智慧康养、智慧农业等企业级分布式应用系统工程实施要求，以及具备SOA模式应用驾驭能力的高端软件人才需求进行设计，将现代软件工程与产品概念构思的创新能力有机结合，以重大原始性创新能力与素质为核心要素，形成人才培养的知识体系内容，即以知识型工程创新设计（KEID）能力作为培养内容，将具有挑战性的问题引入课堂，引导学生在知识不完备情况下进行原始性创新建模、工程设计以及前瞻性探索。课程建设要体现学生通过工程设计报告呈现的主动性、知识性、创造性主体意识，通过课程KEID环节培养学生的主体性创新意识和思维。（4）可持续性改进。课程建设应遵循工程认证的理念，以学生为中心，以面向结果和持续性改进（OBE）

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为导向，制订贴近实际，以实用专利、软著权申请为基础的教学计划和实践环节，为新兴学科内容建设、教学模式和实践环节的改进提供保障。本次项目的实施为后续企业与高校的合作搭建了平台，具有桥梁的作用，项目实施的意义较大。2.项目培训方式：本项目培训的方式更加多元化，采用线上线下、理论+实践相结合的培训方式。大数据分析相关师资培训研议报告及大数据分析技术相关学习资料等，。在进行线下培训时，采用理论+实践的培训方式，不仅要注重理论知识，还要注重实战锻炼，在实学习成效。为了提高教师的学习效率，以及更好地掌握教师培训情况，本项目采用以任务为导向，将培训内容分解成每天的学习任务，最后以学习日志和课程设计的形式提交。除进行线下培训外，还可以带领高校教师参观企业，组织专任教师去企业顶中去。项目实施的途径和方式更加多元化，更具有趣味性，可以训。3.项目培训内容：本项目实施目的是提高教师专业技能、教学能力和课程建设水平。本项目对教师专业技能的培训更注重教师实践能力的提升，培训内容不拘泥于课本理论，侧重于大数据分析技术在企业中的实际应用。通过实际项目演练，加深教师对所学知识点的理解和掌握，使得教师通过培训达到大数据专业的能力要求。2新一代信息技术背景下软件设计与体系结构课程内容设计2.1制订人才培养目标、知识点、教学内容及支撑机制参照软件工程一级学科知识体系要求，遵循从基础出发到专业、到企业级、到前沿技术模式思路，并以此为基础进行内容框架建设与研究，课程知识体系框架包括软件设计与体系结构的基本知识概念、软件设计策略与模型方法理论、软件工程设计相关技术及工具、软件设计文档和规范、主流开发平台体系结构的设计和实现方法等方面，见表1。上述课程内容建设针对现代软件设计人才在软件设计领域的知识能力素质（软件及其应用场景、软件组件内涵、体系结构表示理论、设计任务集、层次化维度分解、设计方法论、软件设计模式与风格等）、工程能力素质（产品概念构思、应用场景与功能模块建模、业务及业务流程建模、设计文档工作、设计工程实施、逻辑划分与决策、组织机制能力等）以及创新能力素质（运用配置和搭建计算场所和环境能力、运用最佳实践解决实际问题能力、运用技术提供解决方案能力、综合性运用技术能力等）来划分层级、划分模块、划分知识点、划分支撑要素，形成具有工程特点的知识体系结构，突出全方位、系统性提升软件工程学生的软件系统或程序设计能力，进行复杂软件工程设计的素质培养以及以维度分解、模块化、抽象、信息隐藏、分而置之等逻辑推理和规范化表达能力为基础的工程设计能力培养。2.2注入知识原创能力（KIIC）机制以知识原创能力（Knowledge-basedIndigenousInnovationCapabilities，KIIC）为导向的课程内容组织结构如下。（1）产品与系统的构思能力（以概念的创新为先导）：SOA—SoftwareInfrastructureforSustainedInnovation；面向架构业务建模—BusinessArchitecture，BusinessValueChain；ScenarioCases；ITSolution。（2）产品与系统的设计工程能力（以设计为核心）：系统分析核心思想；架构设计模式；方法及过程；DesignofDomainArchitecture（DesignofSCA、DesignofInterface、DesignofSecurity、DesignofBinding、DesignofException）。（3）产品与系统的实施能力（以实施和实现为重点）：KeyFundamentalLibrary；J2EEFramework；.NetFramework；WCF&WPF；Services&Components；ServicesIntegration；ClientsArchitecture。（4）产品与系统的应用能力（以应用和服务为契机）：自主多模式金融投资交易云计算交易系统建设；工程教育云计算系统及平台建设；现代服务交易云计算系统及平台建设；知识管理计算云系统及平台建设。2.3建设KIIC课程内容（1）产品和系统构思知识能力模块建设。在软件设计基本概念知识点单元，注入来自科学、教育、产业、互联网+、工业2025等前沿领域软件服务应用场景，软件服务应用包括计算机软件写出Nobel文学奖作品、棋类博弈打败人类冠军、计算机发现新药、大型航天航空控制系统、核反应堆控制系统、国防安全应用、国土安全应用、自然资源保护应用、无人机、无人驾驶汽车、智慧医疗、智慧教育、智慧企业、智慧交通、智慧社区、电子商务、电子政务、数字康养、数字农业等，让学生直接面对最前沿、最前瞻的产品概念，在知识不完备情况下进行产品概念构思；以学生自主原始性创新能力培养为主体，引导学生运用软件设计方法论PerformanceReferenceModel、TechnicalReferenceModel、BusinessReferenceModel、ServiceReferenceModel、DataReferenceModel进行解决方案建模，上述软件基础结构是对传统软件体系结构在设计模式和理念上的创新，其本质是利用软件体系结构的可动态装配性、适应性、自组织性、可持续的创新与演进性为软件系统与应用向更大规模的（规模化）软件生态系统（SoftwareEcosystem）发展提供技术基础。以概念的创新为先导，一方面有利于实例驱动的知识学习与掌握，另一方面更加突出学生主体原始性创新能力发挥和能力培养。突出软件生态系统（SoftwareEcosystem）新的思维和思考方法是具有原始创新能力的软件设计和开发人才必备的能力和素质。（2）产品与系统设计工程能力模块建设。在软件设计方法论与基本技术知识单元，注入面向服务SOA设计方法论，突出软件体系架构中系统的基本构成要素“服务（ServiceComponent）”概念模型，从设计的角度，思考把基本的程序单元作为“服务”应封装内容的概念模型，主要应对具体领域信息化建设以服务为中心（InternetofService）的模式。以设计为核心知识点，探索从面向过程设计模式、面向对象、面向组件向面向服务模式转变，在前瞻性产品构思知识模块的基础上，引导学生完成以云计算为基础的IaaS、PaaS、SaaS计算环境的设计，能独立提出前沿软件应用的技术参考模型（总体结构模型），能应用经典设计模式与风格进行系统组件识别与逻辑拓扑组织结构设计，实现设计能力从基于函数为基本单元作为组件、面向对象以类和对象单元作为组件，到以中间件为基础组件设计再过渡到能完成以服务为组件的设计模式。以服务为中心模式是当前建设以先进数字化基础设施（ACI）为特征系统的设计要求，其特征是培养将物理设施（PhysicalInfrastructure）、业务过程（BusinessProcess）、知识实施（IPInfrastructure）进行数字化建设（Cyber-Infrastructure）的设计能力培养。（3）产品和系统的工程实施能力建设。以工程实施和实现为核心，强调复杂软件服务产品建设和工程实施的三大支柱：先进开发环境和平台（VisualStudio、MyEclipse等）、先进的开发工具和库（MFCVC++库，.NetFramework中间件、WCF、J2EE中间件Servlet/JSP/EJB/OSGI）和软件体系结构。课程融入以中间件、面向服务为基础的组件设计和工程实施能力培养。课程建设将探索使用AppWizard（应用程序生成器）、ClassWizard（类生产器）、资源编辑器作为工具，使用CWinApp、CFramework、CView/CFormView/CDialog、CDocument、Serlet/JSP/OSGI/WCF作为中间件，进行组件的设计和工程实施。课程内容建设体现以服务组件及规范、应用结构及规范、集成结构及规范、总体结构模式及规范的设计理念进行软件生态系统的设计。3课程工程实践教学环节设计3.1基于CDIO的理念与方法，立足产业前沿科技进行实践环节教学为使人才培养符合当前技术发展趋势与数字化时代的需求，体系结构设计实践环节应基于产业与信息化时代前端导向原则，以新兴软件服务应用场景（EmergingBusinessSoftware）作为开放问题领域，在知识能力的范围内进行自主原始性的软件设计建模，不设置任何正确和错误评判，推动原始性独创性创新能力培养，以架构和设计模式为软件生态系统的建设提供无限的发展模型。具体的领域案例包括：①案例1：BJUTSSE计算服务系统体系结构及设计；②案例2：嫦娥工程模拟系统体系结构及设计；③案例3：自选软件服务系统，包括自主多模式金融投资交易云计算交易系统建设、现代服务交易云计算系统及平台建设、智慧教育、智慧医疗、智慧企业、无人驾驶汽车、智能机器人控制、数字康养、数字农业。3.2搭建实践教学环境课程建设内容探索实践中，需要搭建如下支撑实践教学环节的平台和环境。（1）Windows7/10/208：提供面向过程软件设计和实施环境（DOS系统设计环节）、面向对象软件设计和实施环境（基于Windows系统设计环节）、Web应用软件设计和实施环境（企业级分布式系统设计环节）、面向服务SOA应用软件设计和实施环境（ACI系统设计环节）。（2）PowerDesigner设计平台：提供面向过程软件设计和实施环境（设计项目创建、设计模型、EnterpriseArchitectureDiagramModel、BusinessProcessDiagramModel）、面向对象软件设计和实施环境（OODiagramModel、ConceptualDataModelPhysicalDataModel）、Web应用软件设计和实施环境（OODiagramModel、ConceptualDataModel、PhysicalDataModel、SOAModel）、面向服务SOA应用软件设计和实施环境（SOAModel、OSGI）。（3）VisualStudio2015/2017/2020开发环境平台：提供命令行与集成化纯C/C++开发环境与库、VisualStudioAppWizardClassWizard、MFCVC++中间件库、WCF/WPF。（4）MyEclipse2017开发环境与平台：集成化开发环境、J2EE中间件库、基于J2EE中间件设计环境。3.3以结果为导向实施工程教学工程实践环节针对原始性创新能力培养，在设计环节要求学生围绕知识创新能力进行设计，内容包括：①通过BusinessArchitecture（BusinessPattern、BusinessValued-Chain）的业务设计环节，鼓励学生在软件的问题域建模与业务建模方面，从信息化建设倡导者、领导者、传播者的角度设计IT解决方案；②以新型发明专利、软著权申请的文档撰写，进行产品和系统构想、设计的规范化实践；③以案例分析、设计为基础的实践组织环节，包括以案例3为背景的真实课题。通过本课题的研究，力求达到以下预期目标：（1）对区域代表性企业进行调查走访，通过调查结果分析得到围绕软件工程专业人才培养方案要求及毕业要求的解决复杂工程问题的创新能力需求报告；（2）校企双方教师尝试在嵌入式核心课程的实践教学中将OBE教学模式进行应用，包括共同进行项目选择、案例设计、场景设计及实施过程；（3）校企双方教师在课程设计中加入师生协同创新，制定过程化考核机制，完善软件工程专业课程体系；（