軟件工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的研究與探討

鄧澤林 謝中科

摘要：軟件工程專業(yè)是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，傳統(tǒng)的教學(xué)方法側(cè)重于軟件編程，而忽視了軟件工程的系統(tǒng)性和工程化的特點(diǎn)。對(duì)于軟件工程專業(yè)實(shí)踐性教學(xué)中存在的問題提出了一些改進(jìn)的方法和措施，包括加強(qiáng)軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、實(shí)施大型軟件項(xiàng)目、開展軟件測(cè)試和課程考核改革等，實(shí)踐結(jié)果表明改革措施很好地改善了學(xué)生的實(shí)踐能力，說明了改革措施具有實(shí)際意義和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：軟件工程；實(shí)踐教學(xué)；軟件設(shè)計(jì)；軟件測(cè)試；考核方式

作者簡(jiǎn)介：鄧澤林（1977-），男，湖南常德人，長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，講師；謝中科（1968-），男，湖南長(zhǎng)沙人，長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，副教授。（湖南 長(zhǎng)沙 410076）

基金項(xiàng)目：本文系長(zhǎng)沙理工大學(xué)校級(jí)精品課程的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）08-0176-02

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和國(guó)家政策的有力支持，軟件產(chǎn)業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。為了更好地培養(yǎng)軟件工程人才，很多大學(xué)相繼開設(shè)了軟件工程專業(yè)，專門進(jìn)行軟件工程課程的教學(xué)和軟件從業(yè)人才的培養(yǎng)。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，軟件工程專業(yè)不僅培養(yǎng)了大量的軟件工程的人才，還積累了相當(dāng)?shù)慕虒W(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，包括課程教學(xué)的改革[1]、教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建立[2]、學(xué)生能力評(píng)價(jià)方法[3]和考核方法[4]。然而，軟件工程專業(yè)涉及的是復(fù)雜的課題，專門研究如何以系統(tǒng)性的、規(guī)范化的、可定量的過程化方法去開發(fā)和維護(hù)軟件，以及如何把經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來的學(xué)科，它涉及到程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)工具、系統(tǒng)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)模式等方面。[5]由此可見，軟件工程的研究范圍包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、管理學(xué)等領(lǐng)域，形成了一個(gè)交叉學(xué)科，而且目前軟件工程尚未形成成熟的教學(xué)模式，教材也少有提供較為成熟的設(shè)計(jì)、訓(xùn)練和實(shí)踐內(nèi)容。

軟件工程的這些特點(diǎn)導(dǎo)致了軟件工程的實(shí)踐教學(xué)面臨著諸多困難。傳統(tǒng)的軟件工程教學(xué)中過多地強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)，忽視軟件工程專業(yè)系統(tǒng)性、工程化的特點(diǎn)，使得學(xué)生難以按照軟件工程的原則實(shí)施項(xiàng)目，造成學(xué)生的專業(yè)能力有所欠缺，難以滿足企業(yè)的要求。在此，長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院軟件工程專業(yè)結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的弱點(diǎn)提出相應(yīng)的改革方案，以改善學(xué)生的軟件工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生軟件開發(fā)水平，更好地滿足企業(yè)的用人需求。

一、教學(xué)中的問題

1.忽視軟件項(xiàng)目的分析和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

軟件工程是通過健全的工程原則來進(jìn)行軟件項(xiàng)目的開發(fā)、管理和維護(hù)的。與道路、建筑等工程項(xiàng)目具有完備的圖紙、方案相似，軟件工程項(xiàng)目也應(yīng)具有大量的分析與設(shè)計(jì)文檔用于后續(xù)項(xiàng)目的開發(fā)和維護(hù)。然而，傳統(tǒng)的教育比較注重軟件編程、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)，而忽視了項(xiàng)目的分析和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從而使得軟件項(xiàng)目難以有效地實(shí)施和管理。

2.缺乏團(tuán)隊(duì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)

軟件工程往往涉及較大的軟件項(xiàng)目，這些項(xiàng)目難以通過個(gè)人完成，因此需要團(tuán)隊(duì)的協(xié)作。而在課程教學(xué)中由于場(chǎng)地、時(shí)間等因素的限制，難以開展規(guī)模較大的項(xiàng)目。常用的教學(xué)案例往往規(guī)模較小，單個(gè)學(xué)生即可編程實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏團(tuán)隊(duì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。沒有團(tuán)隊(duì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)將會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)環(huán)境不熟悉，從而難以有效地進(jìn)行較大規(guī)模項(xiàng)目的實(shí)施。不實(shí)施大規(guī)模的團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)將不可能涉及項(xiàng)目進(jìn)度的合理安排、項(xiàng)目的過程控制、人員調(diào)配等項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致培養(yǎng)出來的學(xué)生仍然是一個(gè)初級(jí)程序員而非合格的軟件工程師。

3.忽視軟件測(cè)試

軟件測(cè)試是軟件質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，掌握基本的軟件測(cè)試方法是軟件工程學(xué)生必須掌握的技能之一。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)側(cè)重于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)而忽視軟件測(cè)試環(huán)節(jié)，軟件系統(tǒng)的測(cè)試和驗(yàn)證僅僅通過少量的數(shù)據(jù)來進(jìn)行，而對(duì)邊界情況缺乏足夠的考慮和測(cè)試用例的設(shè)計(jì)，使得程序在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，表現(xiàn)不夠穩(wěn)定。

4.考核方式陳舊

課程的考核方式和評(píng)分規(guī)則將直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)重點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法。很多軟件工程的課程仍沿用筆試考試方法，這種方法不僅難以考核學(xué)生的真實(shí)水平，而且容易將學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性引導(dǎo)至背誦書本、突擊考題的學(xué)習(xí)方法上，不利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

由于傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)存在一些問題，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)存在一些誤區(qū)，使得學(xué)生的能力與企業(yè)的用人需求存在差距，因此，軟件工程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)需要進(jìn)行改革以提高學(xué)生的能力。

二、實(shí)踐教學(xué)改革措施

通過實(shí)踐教學(xué)的改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)出軟件技術(shù)人才所必須的實(shí)踐能力、工程能力和創(chuàng)新能力，滿足企業(yè)對(duì)軟件技術(shù)人才的要求。結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)的問題，從如下方面進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)：加強(qiáng)軟件項(xiàng)目的分析和設(shè)計(jì)；大中型項(xiàng)目的實(shí)施和管理；加強(qiáng)軟件測(cè)試能力培養(yǎng)；課程考核方法改革。

1.加強(qiáng)軟件項(xiàng)目的分析和設(shè)計(jì)

通過UML等課程的學(xué)習(xí)，掌握基本的圖示元素，并依據(jù)課程案例來練習(xí)軟件項(xiàng)目的分析與設(shè)計(jì)。在“UML建?！钡恼n程中，我們采用了若干經(jīng)典的教學(xué)案例，如ATM取款機(jī)的需求分析等，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)用例圖、時(shí)序圖、協(xié)作圖等的圖例，掌握基本設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的任務(wù)達(dá)到熟悉Rational Rose、Microsoft Visio等軟件的目的。通過學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)庫原理”，掌握基本的E-R分析，將概念模型轉(zhuǎn)換成物理模型。同時(shí)，要求學(xué)生熟練掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫范式，能夠根據(jù)實(shí)際情況將范式進(jìn)行分解，以達(dá)到更優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案。

在實(shí)際問題中，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合軟件工程的瀑布模型，進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，并撰寫文檔。這些文檔主要包括需求分析報(bào)告、可行性方案、用例分析圖、時(shí)序圖、類圖、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)等描述項(xiàng)目和系統(tǒng)功能的文檔。這些文檔需要進(jìn)行討論和論證后才能進(jìn)行后續(xù)的工作。通過前期的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，使得學(xué)生能夠從全局角度掌握軟件項(xiàng)目，從而可以根據(jù)這些設(shè)計(jì)來指導(dǎo)后續(xù)的開發(fā)和管理工作。

2.大中型項(xiàng)目的實(shí)施和管理

大型軟件工程項(xiàng)目在實(shí)際實(shí)施中受場(chǎng)地、時(shí)間、人員等因素的限制，難以在教學(xué)課時(shí)內(nèi)進(jìn)行有效地控制和驗(yàn)收。為此，修改了教學(xué)大綱，在新的教學(xué)大綱中安排1個(gè)學(xué)分的“軟件工程實(shí)踐”課程，課程性質(zhì)為必修。該課程不開設(shè)講課，而是為每個(gè)學(xué)生安排一個(gè)指導(dǎo)教師，每個(gè)指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)3～4人4學(xué)年。這3～4個(gè)學(xué)生自然成為一個(gè)開發(fā)小組，每個(gè)學(xué)期接受不同的項(xiàng)目，組長(zhǎng)輪流擔(dān)任。

通過大一、大二兩個(gè)學(xué)期的鍛煉，學(xué)生掌握了基本知識(shí)、具備基本的開發(fā)能力后，導(dǎo)師在大三的一個(gè)學(xué)年里需要為組員提供1～2個(gè)來自企業(yè)里的大中型工程項(xiàng)目，不僅使學(xué)生有機(jī)會(huì)開展大中型軟件項(xiàng)目，而且使學(xué)生更加了解軟件企業(yè)對(duì)員工的能力要求，利于學(xué)生以后順利求職就業(yè)。學(xué)生在接受項(xiàng)目之后需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)男枨蠓治觯殚嗁Y料，了解項(xiàng)目需求。同時(shí)，組員之間要討論系統(tǒng)功能，并進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，最終形成需求分析報(bào)告和系統(tǒng)設(shè)計(jì)白皮書。然后，組長(zhǎng)根據(jù)系統(tǒng)功能為組員指派任務(wù)，制定項(xiàng)目進(jìn)度規(guī)劃。接下來團(tuán)隊(duì)進(jìn)入編碼開發(fā)階段，開發(fā)小組采用CVS或者VSS進(jìn)行源代碼版本控制，組員之間相互協(xié)調(diào)，在團(tuán)隊(duì)環(huán)境中進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)。

由于學(xué)生在開發(fā)項(xiàng)目的同時(shí)還有其他課程的學(xué)習(xí)，因此不能保證項(xiàng)目每天都有進(jìn)度，但應(yīng)該盡量要求每組成員保證每天至少在晚上一起開發(fā)項(xiàng)目1～2個(gè)小時(shí)，并要求學(xué)生錄入指紋或者簽到，這樣就能夠從時(shí)間、人員上保證大中型項(xiàng)目的實(shí)施。至于場(chǎng)地的保證則相對(duì)容易，軟件專業(yè)有專用的實(shí)驗(yàn)室，我們?yōu)槊總€(gè)學(xué)生分配一個(gè)機(jī)位。學(xué)生可以自帶電腦進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，或者向?qū)嶒?yàn)室申請(qǐng)計(jì)算機(jī)使用。

每個(gè)組員每周提交項(xiàng)目進(jìn)度報(bào)告給組長(zhǎng)審查，組長(zhǎng)將情況匯報(bào)給指導(dǎo)教師，使得指導(dǎo)教師能夠及時(shí)掌握項(xiàng)目進(jìn)度。每個(gè)學(xué)期學(xué)生的出勤時(shí)間匯總以及項(xiàng)目完成情況將決定學(xué)生是否最終能夠獲得“軟件工程實(shí)踐”這門課程的學(xué)分。其中項(xiàng)目完成情況通過項(xiàng)目答辯確定。

在實(shí)踐過程中，大部分組員都能較好地遵守規(guī)章秩序，積極參與到項(xiàng)目的實(shí)施中去，而且由于學(xué)生開發(fā)了大量的項(xiàng)目作品，使得學(xué)生有條件地參加各種比賽。在2013年湖南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽應(yīng)用開發(fā)組的比賽中，我們專業(yè)的學(xué)生提交了3個(gè)作品，其中有2個(gè)作品獲得一等獎(jiǎng)，一個(gè)作品獲得二等獎(jiǎng)，取得優(yōu)異的成績(jī)。

3.加強(qiáng)軟件測(cè)試能力培養(yǎng)

軟件測(cè)試是一項(xiàng)非常重要的工作，用于評(píng)估開發(fā)完成的計(jì)算機(jī)軟件的正確度和質(zhì)量等指標(biāo)。由于軟件測(cè)試具有較強(qiáng)的專業(yè)性，只要求學(xué)生具備基本的測(cè)試能力即可。為了提高學(xué)生的軟件測(cè)試的能力，使學(xué)生具備良好的測(cè)試習(xí)慣并掌握基本的測(cè)試技術(shù)，不僅開設(shè)了“軟件測(cè)試”的課程，還購(gòu)買了軟件測(cè)試平臺(tái)，供學(xué)生練習(xí)。

在項(xiàng)目開發(fā)的過程中主要進(jìn)行單元測(cè)試，集中對(duì)用源代碼實(shí)現(xiàn)的各個(gè)程序單元進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證代碼模塊是否實(shí)現(xiàn)了用戶要求的軟件功能。在測(cè)試用例的設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮系統(tǒng)邊界條件進(jìn)行測(cè)試，防止出現(xiàn)因系統(tǒng)邊界考慮不清而出現(xiàn)的錯(cuò)誤，使得程序更加穩(wěn)定。在各單元完成后，再進(jìn)行集成測(cè)試，把已測(cè)試過的模塊組裝起來進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。通過這些測(cè)試可以檢查已實(shí)現(xiàn)的軟件是否滿足了需求規(guī)格說明中確定了的各種需求。

4.課程考核方法改革

對(duì)于具有實(shí)踐性質(zhì)課程的考核應(yīng)該盡量避免使用筆試的方式進(jìn)行考核，而應(yīng)該使用學(xué)生的實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。

（1）階段作業(yè)。每一門課程在教學(xué)的過程中分為若干階段，每個(gè)階段的若干知識(shí)點(diǎn)需要掌握并融會(huì)貫通，因此，在合適的時(shí)間點(diǎn)上都會(huì)安排相應(yīng)的階段性作業(yè)。該作業(yè)不是考查單一的知識(shí)點(diǎn)，而是若干知識(shí)點(diǎn)的融合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中即能夠運(yùn)用多個(gè)知識(shí)來實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的、實(shí)用的功能軟件，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這些階段性的作業(yè)通過教學(xué)平臺(tái)提交，作為平時(shí)成績(jī)的一部分。

（2）課程項(xiàng)目。在課程結(jié)束時(shí)安排有一定規(guī)模的項(xiàng)目作為期末考試的內(nèi)容，并集中安排時(shí)間讓學(xué)生在機(jī)房實(shí)踐。在項(xiàng)目檢查時(shí)，主要通過三個(gè)方面來進(jìn)行評(píng)分：一是項(xiàng)目外觀?？磳W(xué)生的作品是否考慮到了良好的用戶體驗(yàn)，是否考慮到了界面的常用模式、界面是否美觀、專業(yè)等因素。二是系統(tǒng)功能?？磳W(xué)生的作品是否實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能，包括代碼的優(yōu)美性、系統(tǒng)架構(gòu)是否合理等。三是項(xiàng)目亮點(diǎn)。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的過程中是否具有一定的創(chuàng)新性，如是否提高了代碼的復(fù)用性、可擴(kuò)展性等。課程項(xiàng)目的評(píng)分與階段作業(yè)成績(jī)加權(quán)求和即可作為課程成績(jī)。

（3）項(xiàng)目答辯。對(duì)于一些實(shí)踐性很強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)，依然采取導(dǎo)師制，每個(gè)老師負(fù)責(zé)5個(gè)左右的學(xué)生。導(dǎo)師需要為學(xué)生出題，并指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成課程設(shè)計(jì)。學(xué)院安排統(tǒng)一的時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目答辯，學(xué)生不僅需要演示系統(tǒng)、提供課程設(shè)計(jì)報(bào)告，還要現(xiàn)場(chǎng)回答導(dǎo)師們的問題，導(dǎo)師們根據(jù)綜合情況對(duì)答辯學(xué)生打分。通過這種方法可以給學(xué)生嚴(yán)肅感、正式感，使學(xué)生更重視課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，更好地完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。

三、結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)的軟件工程實(shí)踐教學(xué)的問題，提出了相應(yīng)的改革措施。這些措施主要包括：注重軟件項(xiàng)目的分析與設(shè)計(jì)以及項(xiàng)目文檔的組織，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件項(xiàng)目更好的控制和管理；創(chuàng)造條件實(shí)施大中型軟件項(xiàng)目，利用團(tuán)隊(duì)開發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件的開發(fā)。在團(tuán)隊(duì)開發(fā)中，需要對(duì)項(xiàng)目的開發(fā)過程進(jìn)行有效的管理管理，確保項(xiàng)目的成功實(shí)施；加強(qiáng)軟件測(cè)試能力培養(yǎng)，強(qiáng)化單元測(cè)試的能力，實(shí)施項(xiàng)目質(zhì)量控制；改革實(shí)踐課程考核方式，主要通過階段作業(yè)、課程項(xiàng)目、項(xiàng)目答辯等環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行考核。

通過這些實(shí)踐教學(xué)的改革，學(xué)生的動(dòng)手能力得到了顯著的改善，而且學(xué)生團(tuán)隊(duì)能夠勝任軟件項(xiàng)目的過程控制和管理，同時(shí)在開發(fā)的過程中能夠通過軟件測(cè)試提高項(xiàng)目的質(zhì)量。實(shí)踐課程考核的改革將考核的重點(diǎn)放在項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目評(píng)估，引導(dǎo)學(xué)生積極參與軟件項(xiàng)目的實(shí)踐。

在軟件工程實(shí)踐教學(xué)改革的過程中，學(xué)生們的軟件作品還積極參加了“挑戰(zhàn)杯”、大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽應(yīng)用開發(fā)作品的競(jìng)賽，并獲得了多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。這些成績(jī)說明了教學(xué)改革確實(shí)提升了學(xué)生的能力，相應(yīng)的改革措施具有一定的參考意義。

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注：鄧澤林為本文通訊作者。

（責(zé)任編輯：王祝萍）