軟件復(fù)用技術(shù)課程教學(xué)改革

吳春雷　張國(guó)平　朱連章　崔學(xué)榮

摘要：軟件復(fù)用技術(shù)是中國(guó)石油大學(xué)（華東）軟件工程專業(yè)為大三學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)核心課。文章針對(duì)課程教學(xué)與實(shí)踐中存在的問(wèn)題，提出基于項(xiàng)目案例的教學(xué)方法改革，組建以學(xué)生為主體的敏捷項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行基于IBM RTC平臺(tái)和Scrum敏捷過(guò)程的系統(tǒng)性、規(guī)范化實(shí)踐訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：軟件復(fù)用；軟件過(guò)程；Scrum；教學(xué)方法

文章編號(hào)：1672-5913（2013）07-0042-04

中圖分類號(hào)：G642

0 引言

軟件復(fù)用（Software Reuse）是將已有軟件的各種有關(guān)知識(shí)用于建立新的軟件，以縮減軟件開發(fā)和維護(hù)的花費(fèi)。軟件復(fù)用是提高軟件生產(chǎn)力和質(zhì)量的一種重要技術(shù)。當(dāng)前被認(rèn)為可復(fù)用的知識(shí)非常廣泛，包括領(lǐng)域知識(shí)、需求規(guī)格、設(shè)計(jì)決定、體系結(jié)構(gòu)、程序代碼、測(cè)試用例等軟件生命周期各階段的成果。軟件復(fù)用能力已成為衡量一個(gè)高級(jí)軟件人才的重要指標(biāo)，因此中國(guó)石油大學(xué)（華東）在軟件工程專業(yè)的第6學(xué)期開設(shè)軟件復(fù)用技術(shù)課程，將其安排在軟件工程概論、軟件設(shè)計(jì)與UML、高級(jí)程序設(shè)計(jì)、軟件架構(gòu)與開發(fā)實(shí)訓(xùn)等課程之后，目的是使學(xué)生在掌握軟件工程理論、軟件設(shè)計(jì)方法、軟件開發(fā)語(yǔ)言以及接受完整的軟件開發(fā)訓(xùn)練之后，在更高層次上掌握軟件復(fù)用的理論和技術(shù)，提升綜合實(shí)踐能力。軟件復(fù)用技術(shù)課程在軟件工程專業(yè)課程體系中占據(jù)重要位置。

軟件復(fù)用技術(shù)課程從軟件工程發(fā)展的角度出發(fā)，涵蓋第3代軟件工程——軟件過(guò)程工程與第4代軟件工程——軟件構(gòu)件工程理論與關(guān)鍵技術(shù)，以軟件過(guò)程和基于構(gòu)件的軟件開發(fā)為核心。之前該課程以課堂教學(xué)為主并配以一定的章節(jié)實(shí)驗(yàn)，鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，沒(méi)有達(dá)到課程定位和培養(yǎng)目標(biāo)，存在以下問(wèn)題：

①教學(xué)重理論而輕實(shí)踐，脫離實(shí)際項(xiàng)目背景，造成復(fù)用理論的講解空洞乏味；

②“灌輸式”教學(xué)把學(xué)生置于被動(dòng)位置，使其缺乏學(xué)習(xí)興趣和參與熱情；

③實(shí)踐內(nèi)容簡(jiǎn)單獨(dú)立、不連貫，對(duì)學(xué)生面向復(fù)用的軟件過(guò)程訓(xùn)練不完整、不系統(tǒng)；

④考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)單一，導(dǎo)向性不強(qiáng)。

為解決這些問(wèn)題，我們從2009年開始對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革與實(shí)踐。目前，在國(guó)際工程教育領(lǐng)域流行的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）的理念是“做中學(xué)”原則和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”教學(xué)法的集中體現(xiàn)，符合軟件人才面向復(fù)用的工程能力培養(yǎng)要求，能夠在軟件復(fù)用技術(shù)課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)得到落實(shí)。因此，我們借鑒CDIO理念，圍繞提高學(xué)生面向復(fù)用的工程能力培養(yǎng)這一根本目的，在課程中采取項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)，基于目前流行的敏捷軟件過(guò)程理論和IBM RTC技術(shù)平臺(tái)組建以學(xué)生為主體的敏捷開發(fā)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行完整的開發(fā)實(shí)踐訓(xùn)練，并取得了良好的效果。

1 基于可復(fù)用項(xiàng)目案例的教學(xué)

軟件復(fù)用知識(shí)不同于經(jīng)典學(xué)科理論，它是由軟件大師在工程實(shí)踐中總結(jié)和提煉而成。教師在沒(méi)有工程實(shí)踐環(huán)境的課堂上直接講授復(fù)用理論，不易使學(xué)生達(dá)成共鳴，反而會(huì)變成空洞的說(shuō)教。因此，我們探索并實(shí)施基于可復(fù)用項(xiàng)目案例的教學(xué)，遵循“軟件工程理論來(lái)源于實(shí)踐，在實(shí)踐中還原”的指導(dǎo)原則，把知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程，圍繞案例介紹復(fù)用理論，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1.1可復(fù)用項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)

可復(fù)用項(xiàng)目案例的設(shè)計(jì)以及圍繞案例的復(fù)用知識(shí)的組織方法是影響該課程教學(xué)效果的關(guān)鍵。該課程案例不同于一般的軟件項(xiàng)目，它要求兼具“基于復(fù)用的開發(fā)”和“面向復(fù)用的開發(fā)”2種價(jià)值功能。前者指案例項(xiàng)目的開發(fā)可以基于已有的可復(fù)用組件，使學(xué)生掌握新項(xiàng)目構(gòu)建時(shí)所采用的各種復(fù)用理論和方法；后者指本次開發(fā)還要面向未來(lái)潛在的復(fù)用，開發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品和開發(fā)過(guò)程中的各類工件除了要滿足目前需求外，還應(yīng)該具有可復(fù)用特征，使學(xué)生掌握可復(fù)用組件自身的開發(fā)理論和技術(shù)。通過(guò)實(shí)踐總結(jié)，我們確立了該課程案例設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則。

1）案例具有可復(fù)用性，支持“基于復(fù)用的開發(fā)”和“面向復(fù)用的開發(fā)”，在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的復(fù)用價(jià)值。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)的“庫(kù)房供應(yīng)鏈系統(tǒng)”案例既能單獨(dú)開發(fā)并被部署為可運(yùn)行的庫(kù)房系統(tǒng)，又可在上下游企業(yè)的供應(yīng)鏈系統(tǒng)中復(fù)用開發(fā)，同時(shí)在倉(cāng)儲(chǔ)管理領(lǐng)域也具有廣泛的復(fù)用空間。

2）案例要盡可能覆蓋復(fù)用課程的所有知識(shí)點(diǎn)并具有一定的開發(fā)工作量，使學(xué)生在一個(gè)案例中能夠利用分析設(shè)計(jì)、編碼測(cè)試、基于構(gòu)件開發(fā)和軟件過(guò)程管理等復(fù)用知識(shí)。

3）案例要有通用的業(yè)務(wù)背景，既具有實(shí)用價(jià)值和吸引力，又便于學(xué)生理解。

經(jīng)過(guò)3年多的總結(jié)積累，我們已形成1個(gè)包含10多個(gè)可復(fù)用項(xiàng)目案例的資料代碼庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)包括完整的文檔和程序組件，使得學(xué)生不必每次都從零開始，而能夠站在一個(gè)較高起點(diǎn)上進(jìn)行學(xué)習(xí)實(shí)踐。

1.2學(xué)生敏捷項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組建

軟件復(fù)用技術(shù)課程的理論內(nèi)容較抽象，加之“灌輸式”教學(xué)使學(xué)生成為知識(shí)的被動(dòng)接受者，導(dǎo)致學(xué)生難以產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效果較差。因此，我們以學(xué)生為主體組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，采用全員參與、角色扮演、協(xié)作學(xué)習(xí)的形式，讓學(xué)生成為認(rèn)知的主體和知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者。

有別于軟件設(shè)計(jì)類課程的做法，軟件復(fù)用技術(shù)課程學(xué)生項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的組建要求更高。軟件工程過(guò)程是該課程的核心內(nèi)容之一，而不同的過(guò)程模型需要不同的團(tuán)隊(duì)形式，因此我們基于IBM RTC平臺(tái)和敏捷軟件開發(fā)過(guò)程Scrum的要求建立學(xué)生敏捷開發(fā)團(tuán)隊(duì)。在該團(tuán)隊(duì)中，我們倡導(dǎo)成員之間緊密協(xié)作和面對(duì)面溝通，以使團(tuán)隊(duì)能夠更高效地交付新的軟件版本并很好地適應(yīng)新的需求變化。

參照企業(yè)模式，以學(xué)生自愿為原則，我們把學(xué)生按照5～6人的規(guī)模組成敏捷項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)設(shè)有產(chǎn)品負(fù)責(zé)人、Scrum主管、產(chǎn)品構(gòu)建員、團(tuán)隊(duì)成員4類角色，要求每個(gè)人在完成自己職責(zé)的前提下進(jìn)行協(xié)作，最終使每位成員都成為具有跨職能技能的人才。教師在其中承擔(dān)總監(jiān)職責(zé)，指導(dǎo)每個(gè)團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐過(guò)程，監(jiān)督團(tuán)隊(duì)運(yùn)作情況。我們組建的學(xué)生敏捷項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)如表1所示。

2 基于IBM RTC的軟件過(guò)程實(shí)踐

軟件復(fù)用技術(shù)課程之前的實(shí)踐內(nèi)容較為簡(jiǎn)單獨(dú)立，一般為各知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的小型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互不連貫，而且沒(méi)有采用完整的軟件過(guò)程（如瀑布模型過(guò)程、RUP過(guò)程、敏捷Scrum過(guò)程等）管理控制，這也是面向復(fù)用的工程能力培養(yǎng)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。我們認(rèn)為解決問(wèn)題的關(guān)鍵是進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)流程建設(shè)，要以某個(gè)軟件過(guò)程為主線建立項(xiàng)目開發(fā)驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)完整流程，使學(xué)生在近乎真實(shí)的場(chǎng)景下進(jìn)行開發(fā)，實(shí)踐能力得到系統(tǒng)連貫地培養(yǎng)。

IBM RTC是一個(gè)嶄新的基于Jazz的軟件交付協(xié)作平臺(tái)，它為團(tuán)隊(duì)開發(fā)提供了基于上下文的實(shí)時(shí)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、自動(dòng)化的任務(wù)和工件流轉(zhuǎn)機(jī)制，并具有全生命周期的可追蹤性。透明的基于Scrum的團(tuán)隊(duì)開發(fā)流程、計(jì)劃、記錄文檔和報(bào)告等功能，非常適用于高效的團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)。IBM RTC內(nèi)置的Scrum軟件過(guò)程模板包含迭代式軟件開發(fā)、兩層項(xiàng)目規(guī)劃、整體團(tuán)隊(duì)協(xié)作和持續(xù)集成等多項(xiàng)流行的最佳實(shí)踐，是一個(gè)目前比較先進(jìn)的基于敏捷思想的軟件過(guò)程平臺(tái)。我們定制的以項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程為主線的基于IBM RTC Scrum過(guò)程的軟件復(fù)用課程實(shí)踐流程如圖1所示。

該流程分為項(xiàng)目啟動(dòng)、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目收尾3個(gè)階段，其中項(xiàng)目實(shí)施階段又細(xì)分為精化和構(gòu)造等多個(gè)迭代過(guò)程。該流程對(duì)各階段的任務(wù)、里程碑和文檔進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，便于學(xué)生掌握。在項(xiàng)目構(gòu)造階段，我們采用基于構(gòu)件的軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)技術(shù)，包括對(duì)COM/DCOM、EJB、CORBA和Web Services等組件模型的理論探討，另外還選擇EJB模型用于開發(fā)實(shí)踐。

3 多層次、多角度的考核評(píng)價(jià)

考核評(píng)價(jià)是課程的重要組成部分，科學(xué)合理的考評(píng)機(jī)制不僅體現(xiàn)公平原則，還是有力的教學(xué)指揮棒。過(guò)去單一的考評(píng)方法無(wú)法體現(xiàn)工程能力的優(yōu)先引導(dǎo)作用，因此我們?cè)谠撜n程中探索出“兩個(gè)層次、三項(xiàng)內(nèi)容”的多層次、多角度考評(píng)方法。

“兩個(gè)層次”指團(tuán)隊(duì)內(nèi)部評(píng)價(jià)和團(tuán)隊(duì)整體評(píng)價(jià)。團(tuán)隊(duì)內(nèi)部評(píng)價(jià)指項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)成員進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，確定每個(gè)成員的分?jǐn)?shù)和排名；團(tuán)隊(duì)整體評(píng)價(jià)是教師對(duì)每個(gè)敏捷團(tuán)隊(duì)進(jìn)行考核打分。最后，每個(gè)學(xué)生的課程成績(jī)根據(jù)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)和團(tuán)隊(duì)整體分?jǐn)?shù)得出。“三項(xiàng)內(nèi)容”指從團(tuán)隊(duì)提交的產(chǎn)品代碼、文檔資料和過(guò)程表現(xiàn)等3個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，產(chǎn)品代碼要求能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目規(guī)定功能和性能，能夠脫離開發(fā)環(huán)境而正常運(yùn)行，要求代碼規(guī)范、界面美觀，該項(xiàng)占總成績(jī)的50%；文檔資料要求根據(jù)Scnma過(guò)程的規(guī)定產(chǎn)生各種必需的文檔，該項(xiàng)占總成績(jī)的30%；過(guò)程表現(xiàn)考評(píng)團(tuán)隊(duì)、個(gè)人的表現(xiàn)和迭代等過(guò)程的健康狀況，該項(xiàng)占總成績(jī)的20%。

4 結(jié)語(yǔ)

面向復(fù)用的案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)和基于IBM RTC Scrum敏捷過(guò)程的完整項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐流程自2009年實(shí)施以來(lái)，已使中國(guó)石油大學(xué)（華東）3屆軟件工程專業(yè)的200多名大三學(xué)生受益。學(xué)生掌握大量的軟件復(fù)用理論和關(guān)鍵技術(shù)，提高了工程實(shí)踐能力，這些都在學(xué)生就業(yè)率和科技大賽獲獎(jiǎng)數(shù)量上得到體現(xiàn)。根據(jù)學(xué)校就業(yè)中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，軟件工程專業(yè)近3年的就業(yè)率呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，分別為2010年77.38%、2011年90%和2012年93.75%。另?yè)?jù)所在計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生工作部門對(duì)學(xué)生科技大賽獲獎(jiǎng)情況的統(tǒng)計(jì)，軟件工程專業(yè)學(xué)生近3年在科技大賽上的獲獎(jiǎng)數(shù)量明顯提升，共計(jì)27項(xiàng)。

我們將在此工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善教學(xué)案例和優(yōu)化實(shí)踐流程，將軟件復(fù)用技術(shù)課程與軟件工程其他課程進(jìn)行對(duì)接融合，充分發(fā)揮軟件復(fù)用技術(shù)課程在高素質(zhì)軟件人才培養(yǎng)中的重要作用。

（編輯：宋文婷）