在軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入敏捷方法的探索

摘要：本文通過(guò)分析軟件工程課程的特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)踐背景，指出了本課程傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的一些局限性。針對(duì)這些不足，本文提出了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入敏捷方法，并結(jié)合案例教學(xué)和團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)等教學(xué)手段和方法來(lái)提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：敏捷方法；Ruby on Rails；案例教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1軟件工程課程的特點(diǎn)

“軟件工程”是一門(mén)工程實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，目標(biāo)是讓學(xué)生掌握求解軟件的基本思想、工具、技術(shù)、過(guò)程和方法，為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)以及今后從事計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)、測(cè)試與維護(hù)奠定良好的基礎(chǔ)。但本課程內(nèi)容較難講授，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)感到較抽象，有些空洞。其主要原因有：

(1) 學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，動(dòng)手能力不強(qiáng)。本課程是屬于實(shí)用工程學(xué)科，課本內(nèi)容采用將知識(shí)點(diǎn)從具體到抽象、對(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行概括總結(jié)的方法加以敘述，但是學(xué)生對(duì)實(shí)例并不了解，難以理解所講述的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。而且授課對(duì)象是大二的學(xué)生，掌握的開(kāi)發(fā)技術(shù)和工具很有限，動(dòng)手能力有待提高。

(2) 課程的綜合性強(qiáng)。軟件開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)綜合性和系統(tǒng)性很強(qiáng)的工程，需要開(kāi)發(fā)者具有程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具環(huán)境等多方面知識(shí)和綜合運(yùn)用能力。而學(xué)生學(xué)習(xí)的只是單一的課本知識(shí)，而且沒(méi)有系統(tǒng)化。

(3) 學(xué)生獨(dú)立性較強(qiáng)，不善于團(tuán)隊(duì)合作和溝通。在程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等先修課程中主要是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的邏輯思考和編程能力，而忽視了溝通、交互與團(tuán)隊(duì)合作。

通過(guò)收集以往選修該課程的學(xué)生反饋來(lái)看，不少同學(xué)反映對(duì)后續(xù)兩年在校期間的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)幫助不大，所學(xué)的軟件工程的方法和技術(shù)并沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。因此，應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。通過(guò)引入敏捷Web開(kāi)發(fā)框架、結(jié)對(duì)編程和測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等敏捷方法，并結(jié)合案例教學(xué)和團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)等教學(xué)手段和教學(xué)方法，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)的工作能力、實(shí)際操作能力以及溝通能力。

2敏捷方法以及Ruby on Rails

在2001年召開(kāi)的研討軟件過(guò)程未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的一次會(huì)議上，17位業(yè)界專(zhuān)家就什么是“敏捷”達(dá)成一致意見(jiàn)，成立了“敏捷聯(lián)盟”并發(fā)布了聯(lián)盟敏捷宣言。這份聯(lián)盟敏捷宣言是“敏捷軟件開(kāi)發(fā)”價(jià)值和目標(biāo)的濃縮定義，并通過(guò)許多共同的原則進(jìn)行了細(xì)化。敏捷的價(jià)值觀是：個(gè)體和交互勝過(guò)過(guò)程和工具；可以工作的軟件勝過(guò)面面俱到的文檔；客戶(hù)合作勝過(guò)合同談判；響應(yīng)變化勝過(guò)遵循計(jì)劃。敏捷方法強(qiáng)調(diào)應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)發(fā)人員之間的交互，加強(qiáng)與客戶(hù)的交互，注重有可工作的軟件和完善、不過(guò)分的文檔，積極、快速應(yīng)對(duì)客戶(hù)的需求變化，而不是回避。

Ruby on Rails是一個(gè)具備了敏捷特性的Web開(kāi)發(fā)框架，使Web應(yīng)用的開(kāi)發(fā)、部署和維護(hù)變得更容易。該框架非常強(qiáng)調(diào)人和交互，鼓勵(lì)用戶(hù)與開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)合作。Rails強(qiáng)烈要求遵循“不要重復(fù)你自己”和“慣例重于配置”兩個(gè)原則，使得當(dāng)需求變化時(shí)，Rails應(yīng)用需要修改的代碼量比用其它框架開(kāi)發(fā)的應(yīng)用要少得多。Rails應(yīng)用是用Ruby編寫(xiě)的，而Ruby能夠準(zhǔn)確、簡(jiǎn)煉地描述程序概念，因此變化也更加容易地被限制在一個(gè)小模塊內(nèi)部，并且代碼修改也更容易。該框架強(qiáng)烈重視單元測(cè)試和功能測(cè)試。Rails的這些特點(diǎn)使該框架能很好地響應(yīng)變化。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革及實(shí)施過(guò)程

通過(guò)分析敏捷方法的主要特征以及Rails框架的敏捷特性，在軟件工程課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入敏捷方法有助于綜合提高學(xué)生對(duì)敏捷軟件工程關(guān)鍵性技術(shù)的全過(guò)程實(shí)踐與應(yīng)用，理解軟件需求與軟件測(cè)試、軟件開(kāi)發(fā)的緊密關(guān)系，掌握現(xiàn)場(chǎng)需求捕捉、單元/功能/系統(tǒng)測(cè)試等方面的技術(shù)。因此，在軟件工程課程中的后期以案例驅(qū)動(dòng)的方式講授應(yīng)用Rails進(jìn)行敏捷Web開(kāi)發(fā)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主講教師要求學(xué)生以分組的形式完成自擬作業(yè)題系統(tǒng)的敏捷Web開(kāi)發(fā)，并全程指導(dǎo)應(yīng)用結(jié)對(duì)編程、測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等敏捷方法，鼓勵(lì)并促進(jìn)小組成員之間的溝通與合作。

具體實(shí)施包括以下三個(gè)環(huán)節(jié)：案例學(xué)習(xí)及重現(xiàn)、分組系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)評(píng)審環(huán)節(jié)。

(1) 案例學(xué)習(xí)及重現(xiàn)

在軟件工程教學(xué)中引入案例教學(xué)能有效地提高教學(xué)效果。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生首先在課余時(shí)間認(rèn)真閱讀案例，并進(jìn)行分析。老師同步在課堂上講授案例，包括一些主要任務(wù)、技術(shù)以及開(kāi)發(fā)工具，然后學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課按照案例中步驟重現(xiàn)案例中的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，最后總結(jié)歸納。

采用的案例是depot應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)采用Ruby on Rails實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)上購(gòu)書(shū)系統(tǒng)，包括了貨品維護(hù)、分類(lèi)顯示、購(gòu)物車(chē)、結(jié)算、發(fā)貨以及用戶(hù)權(quán)限管理等功能。該案例真實(shí)、生動(dòng)，且具有普遍性。學(xué)生在深入剖析該案例后，能模仿該案例來(lái)開(kāi)發(fā)其他Web應(yīng)用系統(tǒng)。

學(xué)生先利用課余時(shí)間對(duì)案例進(jìn)行一定的分析，教師則在課程上同步講授案例，以迭代開(kāi)發(fā)的方式不斷改進(jìn)depot應(yīng)用系統(tǒng)。在講授過(guò)程中，根據(jù)敏捷方法的特點(diǎn)，一開(kāi)始進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男枨蠓治龊驮O(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)建模、業(yè)務(wù)流程分析和對(duì)象建模，并撰寫(xiě)了必要的文檔，包括了ER圖、活動(dòng)圖以及類(lèi)圖，然后進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，教師既要充當(dāng)開(kāi)發(fā)人員又要充當(dāng)客戶(hù)，從客戶(hù)的角度來(lái)看待系統(tǒng)。具體來(lái)看，先找到當(dāng)前首要任務(wù)進(jìn)行迭代開(kāi)發(fā)，并從客戶(hù)的角度出發(fā)指出系統(tǒng)當(dāng)前的主要問(wèn)題，然后立即按客戶(hù)要求進(jìn)行修改。

在實(shí)驗(yàn)課堂上，重點(diǎn)是按照老師講授的步驟重現(xiàn)depot系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。由于學(xué)生對(duì)于開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和工具不熟悉，所以實(shí)驗(yàn)課上教師應(yīng)全程指導(dǎo)，重點(diǎn)解決操作和代碼理解方面的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生也可以按照分組來(lái)進(jìn)行討論，集體交流。

總結(jié)歸納是本環(huán)節(jié)的最后階段，要求學(xué)生總結(jié)在重現(xiàn)depot系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程時(shí)獲得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為以后開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)做準(zhǔn)備。

(2) 分組系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

本環(huán)節(jié)是實(shí)施過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)，主要目標(biāo)是讓學(xué)生體驗(yàn)敏捷軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，且學(xué)會(huì)與他人合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。在本環(huán)節(jié)中，強(qiáng)調(diào)結(jié)對(duì)編程、測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等敏捷方法的應(yīng)用。學(xué)生在此環(huán)節(jié)處于主導(dǎo)地位，教師只起輔助作用。學(xué)生按要求分成開(kāi)發(fā)小組(每組最多不超過(guò)4人)。各個(gè)小組由小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織、分工、控制進(jìn)度等，對(duì)小組成員的最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)有一定分?jǐn)?shù)浮動(dòng)調(diào)整權(quán)；組長(zhǎng)帶領(lǐng)全組順利完成任務(wù)，總評(píng)可以加一定分?jǐn)?shù)。在實(shí)踐中注意滿(mǎn)足學(xué)生的受“尊重的需要”和“自我實(shí)現(xiàn)的需要”，采取“角色扮演法”，根據(jù)每個(gè)同學(xué)的特點(diǎn)，盡可能發(fā)揮其在技術(shù)或管理方面的長(zhǎng)處。

所有的小組都要求用Ruby on Rails開(kāi)發(fā)自擬作業(yè)題系統(tǒng)，這樣在評(píng)審時(shí)可以相對(duì)客觀地比較各組的成果。該系統(tǒng)的必需功能需求統(tǒng)一指定，但是各小組可以擴(kuò)展功能，從而使得各小組有一定的開(kāi)發(fā)自由度。

小組完成項(xiàng)目之后，除遞交系統(tǒng)和文檔外，還必須完成一份報(bào)告。報(bào)告中應(yīng)該包括項(xiàng)目分工情況說(shuō)明、組員的貢獻(xiàn)以及他們參與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的心得體會(huì)，讓學(xué)生自己在總結(jié)中學(xué)習(xí)知識(shí)，提高水平。

(3) 系統(tǒng)評(píng)審

每個(gè)小組都將匯報(bào)，展示自己的成果。所有小組構(gòu)成一個(gè)環(huán)來(lái)進(jìn)行匯報(bào)和評(píng)審，匯報(bào)的順序由抽簽決定。匯報(bào)完的一組的組員將評(píng)審下一組的匯報(bào)，第一組的匯報(bào)由最后匯報(bào)的一組的組員來(lái)評(píng)審。教師先提前公布評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，并在匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好評(píng)分表。在學(xué)生評(píng)審的同時(shí)，教師也應(yīng)該對(duì)每個(gè)小組的匯報(bào)情況、系統(tǒng)的質(zhì)量、文檔以及報(bào)告進(jìn)行評(píng)審、打分，并寫(xiě)出評(píng)語(yǔ)，但不能影響學(xué)生的評(píng)審。教師評(píng)定成績(jī)占小組成績(jī)的70%，學(xué)生評(píng)定的平均成績(jī)占30%。最后，教師要對(duì)小組的表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng)，幫助學(xué)生整理敏捷開(kāi)發(fā)過(guò)程中的技術(shù)內(nèi)容，鼓勵(lì)積極性，但也要適當(dāng)?shù)刂赋鱿到y(tǒng)開(kāi)發(fā)中的不足。

4結(jié)束語(yǔ)

目前，在軟件工程專(zhuān)業(yè)方向的“軟件工程”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已經(jīng)引入了敏捷方法。當(dāng)引入敏捷方法后，學(xué)生普遍反映開(kāi)始能夠較好地理解并掌握軟件工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)理論和方法。和前期和中期的教學(xué)相比，后期的教學(xué)內(nèi)容和方式更容易讓人接受。而且在實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)有限的前提下，學(xué)生能夠參與完成一個(gè)具體的Web系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，能極大地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，增強(qiáng)在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中開(kāi)發(fā)中小型軟件項(xiàng)目的專(zhuān)業(yè)能力和信心。

總結(jié)起來(lái)，經(jīng)探索提出的該教學(xué)方案，其主要特色可以歸納為三方面:

(1) 在學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足和專(zhuān)業(yè)知識(shí)不全面的前提下，通過(guò)引入敏捷方法能降低學(xué)生開(kāi)發(fā)一個(gè)實(shí)用軟件系統(tǒng)的門(mén)檻，使學(xué)生能在開(kāi)發(fā)實(shí)用系統(tǒng)的同時(shí)自覺(jué)應(yīng)用軟件工程思想，包括敏捷軟件開(kāi)發(fā)的原則來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

(2) 采用案例學(xué)習(xí)、重現(xiàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)以及開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)相結(jié)合的教學(xué)手段，使學(xué)生在深入理解案例的基礎(chǔ)上能效仿該案例，運(yùn)用其中的技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)。

(3) 在分組系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)角色扮演、組內(nèi)討論交流以及網(wǎng)絡(luò)途徑找到獲取需求以及解決一些技術(shù)難題的辦法。

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