中美《軟件工程》教材編寫及教學實施方法比較研究

文章編號：1672-5913(2008)20-0060-04

摘 要：本文對3本國內(nèi)《軟件工程》教材及2本引進的美國《軟件工程》教材進行比較分析，并結(jié)合筆者從事軟件工程教學的經(jīng)驗，分類總結(jié)了該課程的若干教學實施方法。

關(guān)鍵詞：軟件工程；教材；教學方法；比較教育研究

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1 中美《軟件工程》教材編寫比較

我們以歷年教學中使用過的三本國內(nèi)教材及作為教學參考書使用過的兩本國外引進教材為研究對象，分別就軟件工程的地位、教學內(nèi)容、講授方法、實踐環(huán)節(jié)安排等問題進行比較分析。作為研究對象的五本教材列于表1。為了敘述方便起見，按表1順序五本教材分別簡稱為“湯本”、“劉本”、“張本”、“鄭譯本”和“影印本”。

1.1 關(guān)于軟件工程的地位及開設(shè)該課程的意義

“湯本”沿用IEEE對軟件工程術(shù)語的定義：“以優(yōu)質(zhì)、高效、低成本為目標，研究開發(fā)、運行和維護軟件以及使之退役的系統(tǒng)方法”?！皽尽鼻把灾兄赋鲕浖こ陶n程“為學生后續(xù)的專業(yè)課程教學和工程實踐環(huán)節(jié)提供必要的方法學基礎(chǔ)和能力訓練，同時也是學生參加工作后立即面臨的最直接應用基礎(chǔ)?！笨梢?，“湯本”強調(diào)的是“方法學”及方法學訓練。

“劉本”引用IEEE Standard Glossary of Software Engineering Terminology給出的一個“軟件工程”更為全面的定義：“軟件工程是①將系統(tǒng)性的、規(guī)范化的、可定量的方法應用于軟件的開發(fā)、運行和維護，即將工程化應用到軟件上；②對①中所述方法的研究”。“劉本”在前言中又指出“軟件工程不僅從方法論的角度為管理人員和開發(fā)人員提供可見的結(jié)構(gòu)和有序的思考方式，而且從大量軟件開發(fā)的成功經(jīng)驗總結(jié)出設(shè)計模式、框架、部件庫等，軟件工程正在逐步發(fā)展為一門成熟的專業(yè)學科”。“劉本”在進一步指出方法的“系統(tǒng)性”、“規(guī)范化”、“可定量”特征的同時，強調(diào)軟件工程的專業(yè)性。為此，該教材1.3節(jié)專門介紹了IEEE和ACM聯(lián)合研究項目——SWEBOK

(軟件工程知識體系)所包含的10個知識領(lǐng)域。

“張本”指出，軟件工程是“研究軟件開發(fā)與維護的普遍原理和技術(shù)”，同時認為“一本書中不可能包含軟件工程的全部內(nèi)容，入門介紹從實用角度講述軟件工程的基本原理、概念和方法”。

“鄭譯本”的原書前言指出，“為了獲得成功，在設(shè)計和開發(fā)軟件時，我們需要有規(guī)范，需要有工程化的方法”。該書新版第6版“更加強調(diào)一些新的和重要的軟件工程過程和實踐”。

“影印本”在回答“What is software engineering？”(什么是軟件工程？)時這樣寫道“As software engineering， we use our knowledge of computers and computing to help solve problems.”(軟件工程意味著我們應用計算機和計算科學的知識幫助解決問題)。在小結(jié)中寫道：“Software engineers use tools， techniques procedures ， and paradigms to enhance the quality of their software products.”(軟件工程師應用工具、方法、過程和范式來增進軟件產(chǎn)品的質(zhì)量)?！癟heir aim is to use efficient and productive approaches to generate effective solutions to problems.”(其目標是應用有效和生產(chǎn)性的方法產(chǎn)生問題的有效解答)。

不難看出兩本引進教材更加強調(diào)軟件工程的“實踐性”、“生產(chǎn)性”，這與國內(nèi)教材強調(diào)“學科性”、“基礎(chǔ)性”不同。對軟件工程認識上的這種差異，決定了中美兩國“軟件工程”教材在教學內(nèi)容、講授方法及實踐環(huán)節(jié)安排等方面的諸多差異，最終也將決定學生勝任第一任職崗位需要的差別。國內(nèi)學生畢業(yè)時雖有較好的基礎(chǔ)，但往往需要數(shù)月、半年至一年再培訓、再學習才能勝任崗位工作，這對美國學生是不可想象的。因為如果不能較快或立即適應工作，就意味著“失業(yè)”。

1.2 關(guān)于軟件工程的教學內(nèi)容

“湯本”的教學內(nèi)容主要講傳統(tǒng)方法即結(jié)構(gòu)化方法。這是考慮到“結(jié)構(gòu)化方法是軟件工程入門階段的最基本要求和大多數(shù)中、小型軟件開發(fā)中的實用技術(shù)”?！皽尽比珪?章，第1章概述，第2章軟件計劃，第3章需求分析，第4章軟件設(shè)計，第5章編碼，第6章軟件測試，第7章軟件維護，第8章軟件項目管理，附錄文檔參考大綱。“湯本”以SA(結(jié)構(gòu)化分析)、SD(結(jié)構(gòu)化設(shè)計)、SP(結(jié)構(gòu)化編程)為主線，結(jié)合一個“學生選課注冊系統(tǒng)”的實例進行分析。

“劉本”以IEEE最新發(fā)布的軟件工程知識體系(SWEBOK)為基礎(chǔ)構(gòu)建內(nèi)容框架，重點講面向?qū)ο蟮姆椒āＦ渌鼉?nèi)容則點到為止，并未展開闡述?！皠⒈尽比珪?1章，第1章概述，第2章軟件過程，第3章軟件項目管理，第4章需求工程，第5章形式化方法，第6章面向?qū)ο蠡A(chǔ)，第7章面向?qū)ο蠓治?，?章面向?qū)ο笤O(shè)計，第9章軟件實現(xiàn)，第10章軟件測試，第11章軟件演化、維護、再工程。其中，第4章、第6至第10章，以當前普遍流行的面向?qū)ο蠹夹g(shù)和UML(統(tǒng)一建模語言)為核心，全面、深入、系統(tǒng)地介紹軟件開發(fā)各個階段的任務、過程、方法和工具，并結(jié)合Minilibrary(小型圖書館系統(tǒng))實例進行分析。

“張本”既講結(jié)構(gòu)化方法，又講面向?qū)ο蠓椒?，因為“結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)現(xiàn)在仍然是人們在開發(fā)軟件過程中使用得非常廣泛的方法，在相當長一段時間內(nèi)這種方法還會有生命力”。“張本”全書15章，第1章概述，第2章可行性研究，第3章需求分析，第4章形式化說明技術(shù)，第5章總體設(shè)計，第6章詳細設(shè)計，第7章實現(xiàn)，第8章維護，第9章面向?qū)ο蠓椒▽W引論，第10章面向?qū)ο蠓治觯?1章面向?qū)ο笤O(shè)計，第12章面向?qū)ο髮崿F(xiàn)，第13章軟件項目管理，附錄A C++類庫管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計，附錄B 一個漢字行編輯程序的設(shè)計。其中第2～8章及附錄B介紹軟件生命周期各階段任務、過程、結(jié)構(gòu)化方法和工具。第9～12章及附錄A，用UML描述介紹面向?qū)ο蠓椒▽W引論、分析、設(shè)計和實現(xiàn)。

“鄭譯本”共32章，分為五個部分。第1章軟件工程介紹，單列一章。第一部分軟件過程，含第2章，考慮到所有重要的過程模型，涉及傳統(tǒng)過程和敏捷過程的爭論。第二部分軟件工程實踐，含第5章軟件工程綜述，第6章系統(tǒng)工程，第7章需求工程，第8章構(gòu)建分析模型，第9章設(shè)計工程，第10章進行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，第11章構(gòu)件級設(shè)計建模，第12章完成用戶界面設(shè)計，第13章軟件測試策略，第14章測試技術(shù)，第15章產(chǎn)品度量。第三部分應用Web工程，含第16章Web工程，第17章開始一個WebApp項目，第18章WebApp分析，第19章WebApp設(shè)計，第20章WebApp測試。第四部分管理軟件項目，含第21至27章，給出的是與計劃、管理和控制軟件項目的人員有關(guān)的問題。第五部分軟件工程高級課題，含第28至第31章，分別涉及形式化方法、凈室軟件工程、基于構(gòu)件的開發(fā)、再工程及未來之路。

“影印本”全書共14章，分三個部分。第一部分含第1至第3章，分別論述軟件工程知識的重要性(第1章為什么需要軟件工程)，理解過程的重要性(第2章過程和生命周期建模)以及完成項目計劃(第3章項目計劃和管理)。第二部分介紹軟件開發(fā)和維護的主要步驟，包括第4章需求分析，第5章系統(tǒng)設(shè)計，第6章對象，第7章程序編寫，第8章程序測試，第9章系統(tǒng)測試，第10章系統(tǒng)交付，第11章，系統(tǒng)維護。第三部分軟件的評估和改進，分析如何評價過程和產(chǎn)品的質(zhì)量，含第12章產(chǎn)品、過程和資源的評價，第13章預測、產(chǎn)品、過程和資源的改進，第14章軟件工程的前景。

需要說明的是，“影印本”從第一部分即給出貫穿全書的兩個通用實例，第1個例子代表典型的信息系統(tǒng)，介紹了為一家大型英國電視公司確定廣告時間價格的軟件；第2個例子代表實時系統(tǒng)，介紹Ariane5(阿里亞娜5)控制軟件。以后每一章都將所介紹的概念應用到這兩個通用實例中。

綜觀上述5本教材的內(nèi)容與組織可以看出，國內(nèi)教材是以結(jié)構(gòu)化方法或(和)面向?qū)ο蠓椒橹骶€，并結(jié)合管理信息系統(tǒng)的實例進行分析。實例的選擇主要從教學角度出發(fā)，并不一定是實用的系統(tǒng)。引進教材尤其注重“實踐性”，突出當前軟件開發(fā)占主流的UML為描述工具的面向?qū)ο蠓椒?。對結(jié)構(gòu)化方法，則作了進一步抽象，不再作為單獨部分具體闡述。對于開發(fā)一個實用軟件所需要要的各個方面，特別是新技術(shù)，如敏捷過程、構(gòu)件建模、凈室測試模型等都做了細致的分析。所選用實例都源自實際項目。這樣就能使學生獲得更接近當前軟件開發(fā)實際的知識和實用的方法，達到“學以致用”的目的。

1.3 講授方法及實踐環(huán)節(jié)安排

“湯本”的講授方法是“結(jié)合軟件開發(fā)實例進行講授”，湯本理論講授30學時，上機30學時。該教材從第二章開始就在習題中布置了一個“學生成績管理信息系統(tǒng)”的課題作業(yè)，要求學生對該課題開展工作，隨教學進程完成相應階段的任務，提交相應文檔，并以小組為單位編碼、實現(xiàn)和測試。這種將實踐環(huán)節(jié)和理論講授融為一體的做法可圈可點。但是“湯本”并沒有相應材料支撐課題作業(yè)?！皽尽敝信e出一個“學生學期選課注冊系統(tǒng)”的范例，可惜也沒有貫徹始終，僅在“可行性研究”和“需求分析”中用過。這就給初學者帶來一些困難。

“劉本”和“張本”采用理論講授與實例分析相結(jié)合的方法，書中有大量實例，并有內(nèi)容豐富的習題配合?！皠⒈尽敝蠱inilibrary的實例分析較詳盡，對理解面向?qū)ο蟮姆椒ㄓ泻艽髱椭皇沁@個實例仍嫌不夠完整。

“張本”有兩個實例分析的附錄，分別講述了用面向?qū)ο蠓椒ê徒Y(jié)構(gòu)化方法開發(fā)兩個軟件的過程。與張本配套的教輔材料有《軟件工程導論學習輔導》和電子教案，給教學帶來很大方便，這也是本書受到教師、學生歡迎的一個重要原因。

“鄭譯本”采用的是案例導向的講授方法。書中提出一個Safe Home(住宅安全系統(tǒng))的教學案例，以對話形式逐步展開這一軟件的開發(fā)過程，讓讀者跟隨一個虛擬的項目組，跟隨他們的工作進程開發(fā)一個計算機應用系統(tǒng)。

“影印本”從第一部分就給出了兩個實際項目(英國廣播公司軟件和阿里亞娜火箭控制軟件)做為教學案例，并給出一個借貸處理系統(tǒng)的學期課題作為學生實踐項目。而后教材每一章都將所介紹的概念應用到這兩個實例中去，每一章也都包括學期課題的描述。作者的意圖是：“Students can follow the progress of two typical projects， seeing how the various practices described in the book are merged into the technologies used to build systems.”(學生能跟隨這兩個典型項目的進程，看到本書所描述的各種實踐方法如何融入為構(gòu)建系統(tǒng)所應用的技術(shù)中去)。并將從教學案例中獲得的認識遷移到完成學期課題的作業(yè)中。

由“鄭譯本”和“影印本”不難看出，案例教學法是從具體到抽象的方法，是美式教學的一個重要特點。反觀國內(nèi)教學，常常是從抽象到具體，先有知識框架，再舉例說明。這一點似乎反映了中美文化的差異，比如寫信封，中國的寫法由大到小，先寫國別、省、市，最后才是街道門牌號。美國寫法恰恰相反，由小到大去寫。中美兩種教學方法的各自長處，值得深思。

兩本引進教材的又一個顯著特點是具有強大的全方位支持系統(tǒng)，特別是網(wǎng)上支持系統(tǒng)。如“鄭譯本”的支持系統(tǒng)包括在線學習中心向?qū)W生、教師和專業(yè)人員三類不同對象提供的幫助，既有向?qū)W生提供的各章學習指南、實習測驗和題解，也有向教師提供的在線教師指南、教學補充材料、PPT幻燈片800多幅及500多篇軟件工程的研究論文(分專題組織并可下載)，還有向?qū)I(yè)人員提供的產(chǎn)業(yè)說明、軟件工程文檔和遠程教學資料等?！坝坝”尽钡闹С窒到y(tǒng)則包括書附光盤(學生學習指南，解答手冊)和教師上課用的準備材料(書中插圖和表格的PPT幻燈片)。除光盤資料還包括相關(guān)的Web網(wǎng)頁，含書中例子和實際項目的實例，實際需求文檔、設(shè)計、代碼、測試計劃以及單元實例的詳細擴充。“影印本”教材還包括一個帶有注釋的參考目錄及各章參考文獻列表。相比之下，國內(nèi)教材的支持系統(tǒng)還顯得比較薄弱，需要結(jié)合精品課程建設(shè)，下大力氣趕上去。

引進教材的靈活性和排版樣式，也是值得稱道的。如“鄭譯本”雖然章節(jié)內(nèi)容比較多，但它向三類不同專業(yè)方向提供了不同的學習組合：“方法課”強調(diào)一、二兩部分；Web開發(fā)課強調(diào)二、三兩部分；管理課重點放在一、四部分。在版式上一改學術(shù)著作的生冷面孔，采用活潑的引人注目的版式，除文字、圖表等常規(guī)版式，增加要點瀏覽和關(guān)鍵概念的方框、帶圖標的簡要注釋以及文中插入的說明，其標題放在醒目的反白圓框中。凡此周到細致的安排舉措，都是充分考慮了學生的實際需求，怎樣方便學生學習使用，體現(xiàn)了“以學生為本”的教學理念，也是作者豐富的教學經(jīng)驗和軟件開發(fā)實踐經(jīng)驗，在教材編寫上的體現(xiàn)。

2 “軟件工程”教學實施策略之總結(jié)

通過中美軟件工程軟材編寫之比軟，結(jié)合筆者從事“軟件工程”課程的教學經(jīng)驗，茲將“軟件工程”教學實施策略作一簡要總結(jié)。

2.1 系統(tǒng)講授，結(jié)合實例分析的方法

以系統(tǒng)講授為主，結(jié)合實例分析幫助理解，實踐環(huán)節(jié)以習題作業(yè)為主要形式，有時需上機配合。如“張本”和“鄭本”。這是目前大多數(shù)本科院?！盾浖こ獭方虒W所采取的教學形式。這種教學形式雖然可以給予學生較系統(tǒng)的知識框架，但學生學習后往往仍然不知道該如何去開發(fā)一個實際的軟件項目。理論到實踐之間還是有一個不小的鴻溝。

2.2 以教學案例為導向的講授方法

教學案例源于已實際開發(fā)的項目，從教學一開始直至結(jié)束，所有概念、方法都會應用于這一(或二)個教學案例中。隨著案例項目的進展分析，完成全部教學內(nèi)容。如引進教材“鄭譯本”和“影印本”。這種方法國外相當流行，國內(nèi)采用的并不多，但這種方法的確可以在培養(yǎng)學生分析解決問題的能力上發(fā)揮更大作用，因而值得研究和發(fā)揚。

2.3 以軟件開發(fā)實例為導向的講授方法

這種方法是向?qū)W生布置一個課題作業(yè)，采用邊學邊做的講授方式。如“湯本”，理論講授只有30學時，上機30學時，讓學生隨教學進程，圍繞課題作業(yè)開展工作。教師重點講解、給予輔導。這種方法能讓學生獲得一個軟件開發(fā)的整體性認識，無論對理論知識的理解還是實際應用都有較大幫助，是一個行之有效的方法，對筆者教學啟發(fā)很大。

2.4 以畢業(yè)設(shè)計課題為導向的講授方法

該法與2.3方法類似，不同之處在于前者(2.3)學生所做的課題作業(yè)是教師統(tǒng)一布置的，是從教學角度出發(fā)考慮的課題，課題并不是實用的項目，或只是實際項目的簡化版。而后者(2.3)學生所做課題是自行選擇的畢業(yè)設(shè)計課題，每個課題都來自實際需求，每一個學生(每一個小組)課題并不相同。這種講授方法基于將“軟件工程與畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合”的教學研究(筆者承研的院級課題)，是綜合課程改革的試驗。這種方法在提高學生的興趣和學習主動性，以及發(fā)揮學生的專長和創(chuàng)造力等方面，收到很大的成效。因其適合教育大眾化時期以“差異”、“多元”為顯著特點的教學，被我系任課教師認為是最有特色的課程改革(另文詳述)。

2.5 以自測試卷為綱，讓學生自主學習討論的方法

這種方法筆者在函授教學中采用過。首先要精心擬制一份自測試卷(詳見附錄二，使用“湯本”)，同時可作為開卷考試卷，讓學生有針對性的去閱讀，討論和研究，教師給予指導和點評。這種教學方式可以促使學生帶著問題去看書、思索、討論獲得答案，比起讓學生泛泛看書和在課堂上“靜聽”效果要好，至少也能達到普及軟件工程知識和強化某些重要概念的目的。

3 結(jié)束語

對中美軟件工程教材編寫的比較研究，囿于手頭資料，本文僅限于筆者在計算機教育專業(yè)(成人本)和計算機應用專業(yè)(高職本、高職專)所選用過的三本教材和作為教學參考書使用過的兩本國外引進教材，未必全面。筆者深感國內(nèi)教材和引進教材在教材編寫指導思想、內(nèi)容的新穎性和實用性、講授方法以及教材支撐系統(tǒng)等方面還是有一定的差距，某些方面如教學實例、教學案例的選用差距還相當大。究其原因，一是教師可能缺乏軟件開發(fā)的實際經(jīng)歷，或缺乏在新的軟硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開發(fā)軟件的實際經(jīng)歷。另一個深層次原因應該已經(jīng)超出專業(yè)課本身，而涉及如何看待、處理系統(tǒng)教學和范例教學(案例教學)的關(guān)系這類課程論、認識論問題。我國多數(shù)高校教師沒有經(jīng)過系統(tǒng)的教學論、課程論的學習或研修，罕見科學設(shè)計的教學實驗，教學實踐的盲目性較大，往往跟著感覺走，這或許是影響教學和教材質(zhì)量從根本上提高的又一個重要原因。本文所總結(jié)的幾種軟件工程教學方法，需要根據(jù)不同專業(yè)、不同層次、不同教學對象靈活選用，相互補充。

附錄：軟件工程學函授試題

一、判斷(選擇)以下論述的正誤：在題號前(選項下)打?qū)μ柣蝈e號

1、軟件危機產(chǎn)生的原因是軟件產(chǎn)品固有的復雜性和軟件開發(fā)人員自身的缺陷。

2、軟件開發(fā)主要就是編程(Programming)。

3、比較適合初學者的軟件開發(fā)模型時是：瀑布模型/原型化模型/螺旋模型/組件模型。

4、可行性研究的目的是用最小代價在盡可能短的時間內(nèi)確定所要解決的問題在技術(shù)上是否可解。

5、軟件開發(fā)所需要的資源包括硬件資源和軟件資源。

6、SRS/DFD以一致、無二義性的方式準確回答了軟件系統(tǒng)What to do?/How to do?

7、經(jīng)驗表明軟件總體模塊結(jié)構(gòu)圖應為柱型/金字塔型/壇子型。

8、在詳細設(shè)計(模塊設(shè)計)中具有樹型結(jié)構(gòu)的模塊設(shè)計工具是：框圖/盒圖/PAD圖。

9、用C/VC++/JAVA開發(fā)一個圖書館管理系統(tǒng)的主要方法是：SA、SD、SP/OOA、OOD、OOP。

10、要提高模塊的獨立性，應盡量做到高內(nèi)聚、低偶合。

11、G.Myers關(guān)于軟件測試目的的要點是：盡可能多地發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤，而不是驗證程序正確無誤。

12、測試中要特別注意測試尚未發(fā)現(xiàn)錯誤的模塊。

13、使用“白盒法”復蓋了被測程序的所有邏輯執(zhí)行路徑即能保證程序正確。

14、軟件的可維護性在軟件投入運行之初就應考慮。

15、軟件維護中應立即響應用戶的所有維護要求。

二、論述題：從以上判斷題中任選兩題，說明您選擇正確或錯誤的理由。

(答題寫在試卷背面)。