基于工具軟件和案例開(kāi)發(fā)的軟件工程教學(xué)方法

摘 要：針對(duì)軟件工程課程的具體特點(diǎn)和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，分析軟件工程課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，提出一種新的軟件工程教學(xué)方法，該教學(xué)方法將軟件生命周期模型中的開(kāi)發(fā)活動(dòng)、多種軟件工程領(lǐng)域的軟件工具使用和具體的軟件開(kāi)發(fā)案例實(shí)踐緊密結(jié)合。

關(guān)鍵詞：軟件工程 生物醫(yī)學(xué)工程 教學(xué)方法 工具軟件 案例開(kāi)發(fā)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）01（a）-0152-02

1 研究背景

當(dāng)今，軟件產(chǎn)業(yè)已經(jīng)滲透到幾乎所有的生產(chǎn)生活領(lǐng)域，軟件開(kāi)發(fā)和管理人才緊缺的狀況非常嚴(yán)重[1]。然而，當(dāng)前嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)與軟件人才特別是軟件開(kāi)發(fā)人員中高級(jí)人才的匱乏與之形成了鮮明對(duì)比。軟件工程是大學(xué)培養(yǎng)軟件人才的必修課程，更是中高級(jí)軟件人才必須具備的重要基本專業(yè)素質(zhì)之一。在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)中，從大型醫(yī)療設(shè)備（如核磁共振成像MRI，計(jì)算機(jī)斷層掃描成像CT，正電子發(fā)射體層成像PET，到小型醫(yī)療設(shè)備（如彩超/B超，心電監(jiān)護(hù)儀），都必須要集成對(duì)采集的醫(yī)學(xué)圖像或信號(hào)的顯示、分析和診斷軟件。因此，對(duì)于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生也必須具備軟件工程的知識(shí)，以便為高端的醫(yī)療影像設(shè)備、監(jiān)護(hù)設(shè)備和醫(yī)學(xué)分析儀器設(shè)計(jì)優(yōu)秀的顯示、分析和診斷軟件奠定基礎(chǔ)。由于軟件工程課程講授的概念、原理、技術(shù)和方法都比較抽象，國(guó)內(nèi)高校的軟件工程課程理論與實(shí)踐教學(xué)尚處在一種探索和發(fā)展階段。其教學(xué)方法以教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)的思路為主，即教師講授，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的模式。在這種教學(xué)方式下，通常導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生，在實(shí)際工作中缺少獨(dú)立思考的能力，不知道如何利用相關(guān)的專業(yè)工具軟件和所學(xué)理論知識(shí)來(lái)實(shí)質(zhì)性地開(kāi)展項(xiàng)目，推進(jìn)項(xiàng)目和維護(hù)項(xiàng)目，即實(shí)踐能力不足。

軟件工程是一門(mén)實(shí)踐的課程[2]。為了讓學(xué)生能夠活學(xué)活用軟件工程的概念、原理、方法和技術(shù)，在教學(xué)過(guò)程中我們采用了將一套專業(yè)工具軟件的實(shí)踐使用、案例分析和抽象的理論學(xué)習(xí)緊密結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在運(yùn)用工具軟件分析和設(shè)計(jì)具體案例中，更深刻和更全面地理解和運(yùn)用軟件工程中的概念、原理、方法和技術(shù)。我們的目標(biāo)是：提高學(xué)生運(yùn)用軟件工程知識(shí)來(lái)管理和開(kāi)發(fā)軟件項(xiàng)目的實(shí)踐能力。根據(jù)軟件工程課程的主要內(nèi)容，我們有選擇地集成了數(shù)個(gè)當(dāng)前軟件工程領(lǐng)域內(nèi)流行的專業(yè)軟件分析工具，并讓學(xué)生使用這些工具來(lái)分析和設(shè)計(jì)具體的項(xiàng)目案例，從而使學(xué)生獲得實(shí)踐軟件生命周期中各部分相關(guān)知識(shí)的機(jī)會(huì)。這種教學(xué)方式讓培養(yǎng)的學(xué)生既熟悉實(shí)際工作中的各種主流分析工具，又能深刻地理解和掌握各種復(fù)雜概念、原理、技術(shù)和方法等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并使之融會(huì)貫通。我們認(rèn)為通過(guò)使用相關(guān)的具體軟件工具，來(lái)一步一步實(shí)現(xiàn)案例分析的整個(gè)過(guò)程，將獲得比僅僅停留在紙面上的案例分析方式更好的、更生動(dòng)的教學(xué)效果。此外，熟練掌握這些專業(yè)分析工具本身也是提高學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的重要一環(huán)，讓培養(yǎng)的學(xué)生更易適應(yīng)未來(lái)的實(shí)際工作環(huán)境，增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 基于工具軟件實(shí)踐的教學(xué)方法

我們認(rèn)為高效的實(shí)踐活動(dòng)是掌握軟件工程課程中概念、原理、方法和技術(shù)最佳途徑[3]。而如何保證實(shí)踐活動(dòng)的高效率呢？在我們這個(gè)基于工具軟件實(shí)踐的教學(xué)方法中采用了以下兩個(gè)方面來(lái)保證：（1）選取當(dāng)前軟件工程領(lǐng)域最流行的軟件設(shè)計(jì)和分析工具。通常這些軟件管理和開(kāi)發(fā)的專業(yè)工具已經(jīng)將軟件工程領(lǐng)域業(yè)界的通用概念、原理、方法和技術(shù)融入其中，這樣學(xué)生在使用這些工具中，就會(huì)不知不覺(jué)地以軟件工程的思維方式和開(kāi)發(fā)模式來(lái)管理、分析和設(shè)計(jì)軟件，從而實(shí)現(xiàn)了將軟件工程的概念、原理、方法和技術(shù)貫穿于學(xué)生開(kāi)發(fā)實(shí)踐的全過(guò)程。（2）選擇由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的軟件開(kāi)發(fā)案例集合。這些案例的選擇使得學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中有了具體的目標(biāo)。在管理、分析和設(shè)計(jì)這些軟件開(kāi)發(fā)目標(biāo)中，學(xué)生將掌握這些案例是如何從需求一直做到測(cè)試的，理解每個(gè)步驟之間的演變過(guò)程，弄清楚軟件生命周期各階段具體要完成的工作，掌握這些階段的模型是如何推導(dǎo)的，并且是如何保證可回溯的，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程是如何管理的。

2.1 專業(yè)軟件工具的選取

依據(jù)軟件工程這門(mén)課程的教學(xué)大綱內(nèi)容和當(dāng)前軟件工程鄰域的流行的專業(yè)分析設(shè)計(jì)工具，我們?yōu)閷W(xué)生選擇了三種軟件工具：IBM公司的Rational Rose、Sybase公司的PowerDesigner和HP/Mercury Interactive公司的功能測(cè)試工具WinRunner。各軟件工具描述及使用工具的教學(xué)目的如表1所示。這三種軟件工具的學(xué)習(xí)使用可以讓學(xué)生深刻理解軟件工程的各種復(fù)雜概念、原理、技術(shù)和方法等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，參考工具中的開(kāi)發(fā)案例，了解該領(lǐng)域最新的發(fā)展成果。

2.2 軟件開(kāi)發(fā)案例的選取

軟件開(kāi)發(fā)案例需要精心地選取，選取的原則是“由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由局部到整體”。案例又分為教學(xué)案例和實(shí)踐案例。教學(xué)案例，即在教學(xué)過(guò)程引入軟件開(kāi)發(fā)的實(shí)際案例，將抽象復(fù)雜的理論知識(shí)用生動(dòng)具體的實(shí)例進(jìn)行講解，能夠收到事半功倍的效果。案例教學(xué)應(yīng)以應(yīng)用軟件工程的概念、原理、方法和技術(shù)分析和解決案例為主線，以工具軟件的學(xué)習(xí)和使用為輔線，通過(guò)分析實(shí)際案例，提高學(xué)生的興趣，從而激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。選擇的教學(xué)案例最好來(lái)源于教師自己熟悉的軟件項(xiàng)目，將一個(gè)典型的、完整的、易于理解的并貼近學(xué)生的實(shí)際生活的案例引人教學(xué)中，將復(fù)雜抽象的概念用具體生動(dòng)的案例進(jìn)行詮釋，從而提高了教學(xué)效果。實(shí)踐案例，即學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中及課后需要完成的軟件開(kāi)發(fā)實(shí)際案例，可以根據(jù)學(xué)生的興趣，選定數(shù)個(gè)復(fù)雜度中等的實(shí)際案例。根據(jù)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點(diǎn)，教學(xué)和實(shí)踐案例可以選擇心電監(jiān)護(hù)儀、MRI圖像重建和顯示、醫(yī)院信息化系統(tǒng)HIS、醫(yī)學(xué)圖像顯示和分析軟件等具體的實(shí)際案例。在這些實(shí)際案例中，由學(xué)生們自由組合的小組任意選其一來(lái)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)，并上交開(kāi)發(fā)的實(shí)際成果，如軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū)、分析設(shè)計(jì)中的各種文檔視圖、獨(dú)立運(yùn)行的開(kāi)發(fā)軟件和源代碼、測(cè)試規(guī)格說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)等等。這種將感興趣案例和分組實(shí)踐相結(jié)合的方式可以讓學(xué)生們集思廣益，相互學(xué)習(xí)，又體會(huì)到軟件工程中的項(xiàng)目組織管理方面知識(shí)的重要性。

2.3 軟件生命周期與軟件工具相結(jié)合

軟件工程的概念、原理、方法和技術(shù)均可納入每個(gè)軟件的軟件生命周期中。而在軟件工程業(yè)界各種軟件工具中，某一些完整涵蓋了軟件生命周期中各項(xiàng)開(kāi)發(fā)活動(dòng)，如Rational Rose和PowerDesigner，而另一些則專注于某一項(xiàng)軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，使該項(xiàng)軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)功能更專業(yè)更強(qiáng)大，如Win Runner。這些軟件工具都提供了軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的完整的建模解決方案，都支持統(tǒng)一建模描述語(yǔ)言（UML），包含各種軟件工程建模的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)視圖。在選定了具體開(kāi)發(fā)案例后，讓學(xué)生以開(kāi)發(fā)組的形式，運(yùn)用這些軟件開(kāi)發(fā)建模、測(cè)試工具來(lái)完成相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)案例的開(kāi)發(fā)工作。學(xué)生在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鼓勵(lì)閱讀這些軟件工具的幫助文件，這不僅有利于對(duì)書(shū)本上各種復(fù)雜概念、原理、技術(shù)和方法的進(jìn)一步理解，而且讓學(xué)生們主動(dòng)思考如何解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。在這種具體的實(shí)踐中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提高，學(xué)生的成就感得到滿足，最終學(xué)習(xí)效果明顯提升。每一個(gè)軟件的熟練使用本身就是需要對(duì)軟件工程專業(yè)鄰域知識(shí)牢固掌握和相關(guān)開(kāi)發(fā)案例的詳細(xì)分析，需要大量的實(shí)踐時(shí)間。因此，應(yīng)該要求學(xué)生先抓住軟件生命周期模型這條主干，完成對(duì)軟件開(kāi)發(fā)各項(xiàng)主要開(kāi)發(fā)活動(dòng)的學(xué)習(xí)理解。其它更深的問(wèn)題及細(xì)節(jié)可讓感興趣的學(xué)生課后學(xué)習(xí)完成。

3 實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

在軟件工程教學(xué)和實(shí)踐過(guò)程中，將軟件工程知識(shí)、案例實(shí)踐和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)知識(shí)緊密結(jié)合，提高教學(xué)效率，增加專業(yè)針對(duì)性，應(yīng)該注意以下方面。首先將本課程與學(xué)生已學(xué)過(guò)的其他計(jì)算機(jī)類課程聯(lián)系起來(lái)。學(xué)生應(yīng)初步具備程序設(shè)計(jì)（如面向?qū)ο蟮腃++語(yǔ)言設(shè)計(jì)）、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、軟件圖形化界面設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)；其次要讓學(xué)生將理解、掌握與軟件工具實(shí)踐運(yùn)用有效結(jié)合。在軟件工程開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，深刻理解什么是軟件工程，為什么需要軟件工程，軟件工程需要解決哪些問(wèn)題，軟件工程涉及哪些方面的內(nèi)容；牢固地掌握軟件工程的概念、技術(shù)、過(guò)程、手段及工具軟件；體會(huì)運(yùn)用工程化思想進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，進(jìn)行需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試、軟件維護(hù)的重要性；再次，教師應(yīng)該在學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中將“課堂講授、案例的工具軟件實(shí)踐、課后進(jìn)一步思考和閱讀”三者緊密結(jié)合?！罢n堂講授”主要是讓學(xué)生切實(shí)理解課程中的知識(shí)點(diǎn)和軟件工程思想，無(wú)需死記硬背?！鞍咐墓ぞ哕浖?shí)踐”是根據(jù)具體的軟件開(kāi)發(fā)案例在實(shí)踐過(guò)程中體會(huì)軟件工程的原則、方法和技術(shù)；在掌握高效軟件工具的過(guò)程中，提高抽象思維的能力、培養(yǎng)獨(dú)立解決問(wèn)題的能力、培養(yǎng)合作精神?！罢n后進(jìn)一步思考和閱讀”是進(jìn)一步閱讀相關(guān)的軟件工程及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方面的書(shū)籍，軟件工具的幫助文件，了解先進(jìn)設(shè)計(jì)方法和最新技術(shù)，開(kāi)拓學(xué)生的視野，提高學(xué)生的興趣，為后續(xù)專業(yè)方向課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，要引導(dǎo)并鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)的軟件工程的概念、技術(shù)、過(guò)程、手段及工具軟件運(yùn)用與生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)相結(jié)合。這可以通過(guò)選取具有該專業(yè)背景的教學(xué)案例和實(shí)踐案例來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件工程知識(shí)在此專業(yè)軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。此外，以介紹國(guó)內(nèi)外生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中相關(guān)專業(yè)軟件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為輔助，使學(xué)生了解當(dāng)前軟件工程在生物醫(yī)學(xué)工程軟件開(kāi)發(fā)中的最新成果。

4 結(jié)語(yǔ)

軟件工程是門(mén)綜合性很高的課程.理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，本文闡述了一種新的軟件工程教學(xué)方法，該教學(xué)方法將軟件生命周期模型中的開(kāi)發(fā)活動(dòng)、多種軟件工程領(lǐng)域的軟件工具使用和具體的軟件開(kāi)發(fā)案例實(shí)踐緊密結(jié)合。此外，本教學(xué)方法緊扣生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)和要求，選擇具有該專業(yè)背景的開(kāi)發(fā)案例，有效地融合了專業(yè)知識(shí)和軟件工程知識(shí)。本教學(xué)方法的最終目的是讓生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生深刻牢固地掌握軟件工程的概念、原理、方法和技術(shù)，能做到學(xué)以致用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展學(xué)生的視野，為培養(yǎng)醫(yī)療設(shè)備及儀器的軟件開(kāi)發(fā)人員，特別是高端大型醫(yī)療設(shè)備的軟件開(kāi)發(fā)高級(jí)人才做準(zhǔn)備。本教學(xué)方法已在教學(xué)實(shí)踐中取得了學(xué)生的好評(píng)，當(dāng)然本教學(xué)方法還需在實(shí)踐中不斷加以完善和調(diào)整。

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