軟件工程課程教學(xué)改革研究

徐利軍等

摘 要：軟件工程課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，由于其實(shí)踐性較強(qiáng)，歷來是教學(xué)的難點(diǎn)。我們基于案例化教學(xué)模式，設(shè)計(jì)并實(shí)施了一套綜合理論知識(shí)、應(yīng)用技術(shù)和項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)模式。實(shí)踐表明，這種新的教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神與運(yùn)用軟件工程技術(shù)和方法解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：軟件工程 實(shí)例化教學(xué) 項(xiàng)目實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-2117（2014）16-00-02

1 前言

軟件工程是一門研究用工程化方法構(gòu)建和維護(hù)有效的、實(shí)用的和高質(zhì)量的軟件的學(xué)科。它涉及程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)工具、系統(tǒng)平臺(tái)、設(shè)計(jì)模式以及管理、標(biāo)準(zhǔn)、個(gè)人技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和專業(yè)實(shí)踐等多方面的知識(shí)和技能。它是一門理論性和實(shí)踐性并重的重要學(xué)科。

軟件工程課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過軟件工程課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解和掌握軟件工程的理論、技術(shù)和方法，具備作為軟件工程師所需的專業(yè)能力。由于軟件工程的課程特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教師課堂授課為主、學(xué)生被動(dòng)聽講為輔的教學(xué)模式在實(shí)踐環(huán)節(jié)上存在很大不足，軟件工程的理論和方法是從眾多軟件開發(fā)實(shí)踐中總結(jié)出來的。但是對(duì)于缺乏軟件開發(fā)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的本科生來說，單純地講授理論知識(shí)往往使學(xué)生感到枯燥無味且難以理解，這嚴(yán)重影響了課程的教育質(zhì)量和教學(xué)效果。近年來，部分學(xué)校采用了案例化教學(xué)的方式改革軟件工程課程教學(xué)，在案例化教學(xué)中收集和總結(jié)了若干典型的軟件開發(fā)案例，將這些案例貫穿于理論知識(shí)的講解中；同時(shí)引入“做中學(xué)”教學(xué)模式，讓學(xué)生在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中進(jìn)一步理解理論知識(shí)，取得了很好的教學(xué)效果。[1-4]

我們在軟件工程的授課過程中，也引入了案例化教學(xué)模式?？傮w來講，學(xué)生的反應(yīng)是積極的，不過也發(fā)現(xiàn)了一些問題。

（1）任課教師本身缺乏使用軟件工程方法開發(fā)一個(gè)完整系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，僅限于照本宣科地介紹基本原理和實(shí)際案例，不能將當(dāng)前實(shí)際案例和軟件工程方法有機(jī)地結(jié)合在一起，與實(shí)際的軟件工程實(shí)踐有明顯的差距。

（2）大學(xué)階段的課程實(shí)踐基本以個(gè)人編程完成為主，軟件工程方法起到的作用有限。即使面對(duì)需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作的作業(yè)，也因?yàn)橐?guī)模小、從頭開發(fā)和無需維護(hù)的特點(diǎn)，使得學(xué)生感覺到使用軟件工程方法作用不大，除了增加工作量外，沒有明顯的益處，無法激發(fā)他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。

（3）現(xiàn)有的軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境偏重于提供編程工具的支持，缺少一個(gè)完整的軟件工程支持環(huán)境，缺少適合教學(xué)使用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和資料，學(xué)生得不到真正的鍛煉。

2 教學(xué)改革

針對(duì)現(xiàn)存的問題，結(jié)合ACM和IEEE聯(lián)合發(fā)布的CCSE2005的相關(guān)內(nèi)容[5]，我們進(jìn)一步改革課程體系框架和教學(xué)內(nèi)容，本文將著重介紹我們在軟件工程課程教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)和成果。

IEEE發(fā)布的軟件工程知識(shí)體系包括10個(gè)知識(shí)領(lǐng)域：軟件需求、軟件設(shè)計(jì)、軟件構(gòu)造、軟件測試、軟件維護(hù)、軟件配置管理、軟件工程工具和方法、軟件工程過程和軟件質(zhì)量。參考這10個(gè)領(lǐng)域知識(shí)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合理論知識(shí)、軟件工具和工程實(shí)踐等方面組織整個(gè)課程內(nèi)容，在理論、應(yīng)用、實(shí)踐三個(gè)層次上建立了軟件工程的課程體系。

理論部分以當(dāng)前流行的統(tǒng)一開發(fā)過程RUP和UML語言為核心，覆蓋IEEE發(fā)布的軟件工程知識(shí)體系。包括軟件需求、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、軟件測試、軟件演化、軟件質(zhì)量和軟件配置管理等內(nèi)容。

應(yīng)用部分結(jié)合實(shí)際案例，覆蓋IEEE的系列軟件工程標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)RationalRose、ClearCase、ClearQuest、JUnit、MicrosoftProject等常見軟件工程工具和環(huán)境。

實(shí)踐部分要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的方式協(xié)作開發(fā)具有一定規(guī)模的軟件系統(tǒng)，并且在實(shí)踐過程中能夠熟練使用軟件工程工具。實(shí)踐部分著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用軟件工程的思想和現(xiàn)代技術(shù)解決軟件開發(fā)問題的能力。

2.1 理論知識(shí)

理論部分的教學(xué)仍采用教師授課為主的模式，向?qū)W生講述軟件工程的基本理論，內(nèi)容力求少而精，目的是在較短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生了解現(xiàn)階段最廣泛使用的軟件工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，為下一步應(yīng)用部分的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。在具體的授課過程中，為避免單純理論學(xué)習(xí)的枯燥性，授課內(nèi)容圍繞典型的軟件開發(fā)案例展開。學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力和興趣是影響教學(xué)質(zhì)量的重要因素。我們使用的案例是從國內(nèi)著名的軟件開發(fā)公司得到的真實(shí)案例，學(xué)生可以完整地看到項(xiàng)目的全景，這樣既幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)課程的必要性，又調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 應(yīng)用技術(shù)

軟件工程與其他計(jì)算機(jī)課程不同，學(xué)生需要面對(duì)的不只是單一的軟件工具，而是一組軟件工具組成的軟件支持環(huán)境。為了增強(qiáng)軟件工程課的真實(shí)性，我們選用了一組業(yè)內(nèi)流行的軟件工程工具，營造一個(gè)適合軟件工程課程項(xiàng)目實(shí)踐的軟件工程環(huán)境。使用RationalRose完成需求分析與系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，使用ClearCase完成源代碼管理，使用ClearQuest完成缺陷管理，使用MicrosoftProject完成項(xiàng)目資源調(diào)度等?？紤]到相關(guān)軟件工具的復(fù)雜性，為避免學(xué)生陷入單純學(xué)習(xí)軟件功能的誤區(qū)，我們堅(jiān)持“用中學(xué)”的方針，不要求學(xué)生面面俱到掌握軟件功能，而是從實(shí)用角度出發(fā)，以完成項(xiàng)目為目的，掌握軟件的常用功能。我們會(huì)首先演示如何使用相關(guān)軟件完成典型案例，然后要求學(xué)生模仿示例，自行創(chuàng)作設(shè)計(jì)。

2.3 項(xiàng)目實(shí)踐

大學(xué)階段，大部分計(jì)算機(jī)課程實(shí)踐通過學(xué)生的獨(dú)立編程即可完成，軟件工程課程實(shí)踐則不同，軟件工程方法和技術(shù)的作用必須在完成項(xiàng)目的過程中通過團(tuán)隊(duì)合作才能體現(xiàn)出來。

我們剛剛開始教這門課的時(shí)候，為了便于管理，選擇的項(xiàng)目偏小，一般適合3～5人完成。不過通過幾學(xué)期的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)效果不佳。因?yàn)橐?guī)模不大，通常只會(huì)有1～2人來承擔(dān)主要開發(fā)工作，其他學(xué)生通常只起到輔助作用。在開發(fā)過程中，由于核心開發(fā)人員少，口頭溝通遠(yuǎn)要比書面溝通簡單有效，沒有認(rèn)真準(zhǔn)備項(xiàng)目文檔的動(dòng)力；而且項(xiàng)目是從頭做起，不需要利用以前文檔來了解項(xiàng)目情況，無法體會(huì)到項(xiàng)目文檔的重要性。在此種情形下，學(xué)生感覺到引入軟件工程只是額外增加了工作負(fù)擔(dān)，并沒有明顯的益處。endprint

為了更好地幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到這門課的重要性，我們在實(shí)踐階段做了若干改進(jìn)。

（1）有意識(shí)地?cái)U(kuò)大了項(xiàng)目的規(guī)模，開發(fā)團(tuán)隊(duì)的人數(shù)也相應(yīng)增加，通常開發(fā)團(tuán)隊(duì)人數(shù)在10人左右。人數(shù)的增多使得單純的口頭交流很難保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行，從而促使學(xué)生撰寫項(xiàng)目文檔。

（2）分組時(shí)，根據(jù)學(xué)生的能力和水平，明確學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)行合理有效的分工。在一個(gè)項(xiàng)目組內(nèi)，應(yīng)該有項(xiàng)目經(jīng)理、系統(tǒng)分析師、軟件工程師、配置管理員、測試工程師等角色。同一名學(xué)生在不同的開發(fā)階段可能會(huì)承擔(dān)不同的角色。

（3）項(xiàng)目開發(fā)也分為兩個(gè)階段，第一階段完成后，我們會(huì)再提出一份更新的需求，要求在第一階段的成果上繼續(xù)開發(fā)。項(xiàng)目組的成員也不是一成不變的，第二階段時(shí)每個(gè)項(xiàng)目組至少更換50%的成員。

在項(xiàng)目開發(fā)過程中，我們會(huì)監(jiān)控項(xiàng)目的開發(fā)過程，參與項(xiàng)目階段成果的評(píng)審工作。項(xiàng)目開發(fā)過程盡可能模擬真實(shí)軟件企業(yè)的開發(fā)過程，最終使學(xué)生完成需求分析、設(shè)計(jì)、代碼編寫、測試、部署全過程，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)、責(zé)任感和集體榮譽(yù)感。學(xué)生在開發(fā)過程中遇到問題，我們也不會(huì)直接給出答案，會(huì)建議他們自行討論來解決，提高他們的溝通交際能力，培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)合作精神。

在教學(xué)過程中，理論部分、應(yīng)用部分和實(shí)踐部分并不是相互獨(dú)立，而是有機(jī)地結(jié)合在一起。我們在該課程教學(xué)初期，首先給學(xué)生若干項(xiàng)目課題進(jìn)行選擇，題目選定后，以自主結(jié)合的方式完成分組。這樣做可以有效地增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的目的性。在重要章節(jié)的教學(xué)過程中，遵循先理論知識(shí)、再應(yīng)用技術(shù)、最后實(shí)踐部分的次序進(jìn)行。完成某章節(jié)的學(xué)習(xí)后，就應(yīng)該在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交項(xiàng)目相應(yīng)階段的工作成果。例如，需求分析章節(jié)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)安排在第2周、應(yīng)用技術(shù)部分安排在第3周、需求分析說明書要求在第5周提交；系統(tǒng)分析的理論知識(shí)學(xué)習(xí)安排在第4周、應(yīng)用技術(shù)部分安排在第5周、系統(tǒng)分析報(bào)告要求在第7周提交。我們會(huì)及時(shí)對(duì)每一部分的工作成果進(jìn)行評(píng)講，指出缺陷和不足，保障項(xiàng)目開發(fā)的順利進(jìn)行。在期末考試結(jié)束之前，結(jié)束第一階段的開發(fā)工作。隨后，我們會(huì)給出項(xiàng)目的新增需求，并調(diào)整項(xiàng)目成員，開始第二階段的開發(fā)工作。由于第二階段是在所有課程考試結(jié)束之后，學(xué)生有條件在固定地點(diǎn)集中上機(jī)，因此第二階段的工作將盡可能模仿軟件公司的開發(fā)模式。首先，項(xiàng)目經(jīng)理必須和組員共同討論出一份可行的項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃。我們將根據(jù)該計(jì)劃監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)展過程，并在重要節(jié)點(diǎn)抽查該項(xiàng)目的進(jìn)展情況。項(xiàng)目計(jì)劃的重大變化，必須及時(shí)更新項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃。其次，在項(xiàng)目進(jìn)展過程中，每個(gè)開發(fā)階段的工作成果都必須經(jīng)過評(píng)審。不評(píng)審或者評(píng)審不合格，不可以開始下一階段的工作。最后，每個(gè)項(xiàng)目成員必須每天提交工作進(jìn)展報(bào)告，內(nèi)部會(huì)議也要有會(huì)議記錄。所有這些項(xiàng)目管理相關(guān)文檔和項(xiàng)目本身的文檔都需要在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)一并提交。評(píng)定成績時(shí)結(jié)果和過程并重，項(xiàng)目管理相關(guān)文檔是過程的重要體現(xiàn)。

3 考核方法和教學(xué)效果分析

為突出實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性，我們將項(xiàng)目實(shí)踐部分的考核比例增加至總成績的50%，即成績標(biāo)準(zhǔn)為項(xiàng)目實(shí)踐成績（50%）+筆試成績（30%）+平時(shí)成績（20%）。其中第一階段的項(xiàng)目實(shí)踐成績占20%，第二階段占30%。在對(duì)學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)考核中，我們更側(cè)重于對(duì)學(xué)生的實(shí)踐操作能力、文檔編寫能力、團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力的考核。為避免渾水摸魚，在評(píng)定成績時(shí)，根據(jù)貢獻(xiàn)不同，組中的不同成員會(huì)有不同的權(quán)重，每個(gè)學(xué)生的最終成績是團(tuán)隊(duì)成績和權(quán)重的乘積。采用新的考核方法后，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與項(xiàng)目實(shí)踐的熱情，取得了良好的學(xué)習(xí)效果。在隨后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)比賽中學(xué)生都體現(xiàn)出較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)能力。

4 結(jié)語

軟件工程是一門理論和實(shí)踐并重的課程，只有加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，理論知識(shí)才能得到有效鞏固。我們在教學(xué)過程中，始終把項(xiàng)目實(shí)踐放在突出的地位，通過增大項(xiàng)目規(guī)模和引入兩階段項(xiàng)目開發(fā)，讓學(xué)生主動(dòng)認(rèn)識(shí)到軟件工程課程的重要作用。實(shí)踐證明，現(xiàn)階段軟件工程的教學(xué)改革工作，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生使用軟件工程方法和技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神。下一步我們準(zhǔn)備通過“校企合作”，增強(qiáng)項(xiàng)目實(shí)踐的真實(shí)性，使軟件工程的項(xiàng)目實(shí)踐更加合理、完善。

（上海海洋大學(xué)信息學(xué)院，上海201306）

參考文獻(xiàn)：

[1]張劍波，方芳，袁國斌.軟件工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（12）：37-41.

[2]王衛(wèi)紅，楊良懷，江領(lǐng).軟件工程優(yōu)勢專業(yè)的建設(shè)與發(fā)展[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（10）：1-4，9.

[3]湯淼.軟件工程專業(yè)“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012（4）：267-271.

[4]吳建斌，陳中育，葉榮華.軟件工程類課程教學(xué)模式改革探索[J].中國信息技術(shù)教育，2013（5）：119-121.

[5]IEEE-CS/ACMJointTaskForceonComputingCurricula，SoftwareEngineering2004Volume[R].2004.endprint