軟件工程三要素的分析與探討

摘 要：軟件工程是高校軟件專(zhuān)業(yè)的核心課程，課程性質(zhì)偏于設(shè)計(jì)且實(shí)踐性較強(qiáng)；在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生常感課程乏味，難于掌握；本文深入分析探討軟件工程的三要素：過(guò)程、方法和工具，一方面總結(jié)指出課程乏味的根源，另一方面給出提高學(xué)生興趣的授課策略，以期學(xué)生能更快更好地掌握軟件工程本質(zhì)，為以后的工程實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：軟件工程；過(guò)程；工具；方法；三層結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

軟件工程是軟件專(zhuān)業(yè)的核心課程。它從設(shè)計(jì)的角度涵蓋、運(yùn)用以前學(xué)習(xí)的各門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、程序語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)發(fā)工具，以及操作系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)，學(xué)生一方面能夠加深對(duì)以往知識(shí)的理解，另一方面能從關(guān)注模塊轉(zhuǎn)變到理解系統(tǒng)架構(gòu)。但要想深刻理解軟件工程并掌握軟件設(shè)計(jì)，就一定要深入領(lǐng)會(huì)軟件的三要素：過(guò)程、方法和工具，因?yàn)檫@三要素將幫助我們整體、可視化地管理軟件系統(tǒng)的各個(gè)方面，包括抽象到具體的需求分析，概要到詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)，黑/白盒測(cè)試，以及源碼和項(xiàng)目管理等?？紤]到課程的學(xué)時(shí)，要求學(xué)生短期內(nèi)全面深入地掌握軟件工程的諸多方面是不現(xiàn)實(shí)的。這就要求在授課期間，對(duì)三要素所涉及的理論部分和實(shí)踐部分做刪減，以便在強(qiáng)調(diào)軟件工程各階段框架建立的同時(shí)能突出理論重點(diǎn)。下面本文將對(duì)三要素作深入的分析，以期能夠闡明三要素之間的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)提高授課效率。

2 對(duì)軟件工程三要素的分析與探討（Analysis for the

main three factors in software engineering）

2.1 對(duì)工程過(guò)程的分析探討

不失本質(zhì)，過(guò)程即指工程階段，強(qiáng)調(diào)的是異步或同步的工程步驟。如眾所周知的軟件工程的幾個(gè)工程階段分別是：需求分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、部署、維護(hù)等。而每個(gè)階段具體實(shí)施還要分為若干步驟，如需求分析階段又可細(xì)分為獲取需求、問(wèn)題分析、需求評(píng)審、變更管理等步驟；設(shè)計(jì)階段可細(xì)分為架構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)等步驟。授課時(shí)結(jié)合“過(guò)程”這個(gè)概念，講的最多的就是軟件工程的生命周期模型（如瀑布模型和RUP模型），通過(guò)不同模型的講解，綜合地闡述各階段之間的關(guān)聯(lián)，以及各步驟的時(shí)序關(guān)系。概括地說(shuō)，對(duì)軟件過(guò)程的講解除了要規(guī)范軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程之外，更多的是不同工程周期模型的理論對(duì)比。在學(xué)生沒(méi)有掌握具體工程方法和工具的情況下，對(duì)比的不論多詳細(xì)，學(xué)生都不會(huì)有切身的感受，而如果這部分的理論講解用時(shí)較長(zhǎng)，學(xué)生感覺(jué)課程乏味、不明就里就是自然而然的事情。因此對(duì)“過(guò)程”的講解應(yīng)盡量簡(jiǎn)短，只要規(guī)范化軟件過(guò)程中涉及的詞匯并給出準(zhǔn)確釋義即可。

2.2 對(duì)工程方法的分析探討

對(duì)于“過(guò)程”中給出的若干具體詞匯，即步驟名稱(chēng)，要想具體展開(kāi)實(shí)施，必然有一定的理論方法。如“需求分析”階段的“問(wèn)題分析”步驟，這個(gè)詞匯在具體展開(kāi)時(shí)涉及的理論方法可以是：繪制系統(tǒng)流程圖、業(yè)務(wù)流程圖、活動(dòng)圖等；再比如“設(shè)計(jì)階段”的“詳細(xì)設(shè)計(jì)”步驟，在展開(kāi)時(shí)對(duì)應(yīng)的理論方法可以是面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)（OOA/OOD），或者是基于數(shù)據(jù)流的分析方法等。概括而言，對(duì)“方法”的講解，重點(diǎn)突出的是兩方面：一方面要進(jìn)一步劃分詞匯的層次結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)階段的每個(gè)步驟都有具體的實(shí)施方法的名稱(chēng)。實(shí)施方法的名稱(chēng)一定是詞匯層次結(jié)構(gòu)樹(shù)的葉子節(jié)點(diǎn)。另一方面，要對(duì)每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)（即方法名稱(chēng)）做理論說(shuō)明，交代清楚該節(jié)點(diǎn)要產(chǎn)出的模型內(nèi)容及意義即可。該部分內(nèi)容在授課上仍是理論為主，強(qiáng)調(diào)有關(guān)詞匯的理解和記憶，課時(shí)無(wú)需太多。

2.3 對(duì)工程工具的分析探討

對(duì)于工程方法中給出的每種理論方法都有相應(yīng)的工具予以支持。我們說(shuō)軟件工程實(shí)踐性較強(qiáng)，一部分原因就是指對(duì)有關(guān)建模工具的運(yùn)用和掌握。假設(shè)我們對(duì)“設(shè)計(jì)—詳細(xì)設(shè)計(jì)—OOA/OOD”中的葉子詞匯“OOA/OOD”，遵照其方法上的理論說(shuō)明，應(yīng)用工具進(jìn)行實(shí)施展開(kāi)的話，意味著要選用一個(gè)支持UML建模語(yǔ)言的工具軟件進(jìn)行實(shí)施建模。對(duì)UML提供支持的工具有Microsoft Visio和IBM Rational Rose，任選一種即可。在具體軟件操作上即是要生成用例圖、類(lèi)圖、時(shí)序圖、構(gòu)件圖和部署圖。盡管理論上學(xué)生知道應(yīng)用工具要生成哪些視圖，但對(duì)于圖形間的邏輯關(guān)系，每個(gè)圖形攜帶的細(xì)節(jié)信息，未必能夠準(zhǔn)確理解。因此，應(yīng)用工具軟件進(jìn)行實(shí)際的建模操作要多分配學(xué)時(shí)，通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐才能逐漸地將理論方法和實(shí)際工具操作結(jié)合到一起。另外，隨著工具軟件使用上逐漸成熟，軟件建模的高級(jí)話題，如正逆向工程，通過(guò)與開(kāi)發(fā)工具的結(jié)合（如Visio與.NET的結(jié)合）[1]，才能使學(xué)生真正感受到設(shè)計(jì)的樂(lè)趣。

3 建議的授課策略（A proposed schema for improving

the teaching effect）

軟件工程總體來(lái)看就是要把握過(guò)程、方法和工具的學(xué)習(xí)時(shí)間。為了既能突出理論重點(diǎn)，又能保障有足夠的實(shí)踐和思考，本文建議在理論講解上除了釋義闡述詞匯層次結(jié)構(gòu)樹(shù)，還要滲透如圖1所示的軟件設(shè)計(jì)思想。

design process

該圖體現(xiàn)了以數(shù)據(jù)處理為中心的軟件的三個(gè)概念層次。三個(gè)層次在圖中分別由三個(gè)對(duì)象予以表示：分別是邊界層（boundary）對(duì)象，邏輯層（logical）對(duì)象和數(shù)據(jù)層（dbaccess）對(duì)象。其中boundary對(duì)象主要負(fù)責(zé)接收用戶(hù)在界面輸入的數(shù)據(jù)；logical對(duì)象負(fù)責(zé)接收和處理來(lái)自于boundary和dbaccess的數(shù)據(jù)；而dbaccess則負(fù)責(zé)存取存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)。圖1的整體語(yǔ)義是：用戶(hù)第1步輸入數(shù)據(jù)集合DC1給boundary對(duì)象；boundary對(duì)象對(duì)DC1做處理之后，數(shù)據(jù)集合變?yōu)镈C2，然后boundary對(duì)象通過(guò)第3步將DC3（DC3≤DC2）傳遞給logical對(duì)象；logical對(duì)象收到DC3并結(jié)合經(jīng)由dbaccess對(duì)象發(fā)送過(guò)來(lái)的DC4，在計(jì)算處理后持有的數(shù)據(jù)集合變?yōu)镈C5；接下來(lái)，logical對(duì)象一方面通過(guò)第7步發(fā)送DC6給boundary對(duì)象，一方面調(diào)用dbaccess對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)DC7的存儲(chǔ)，其中DC6≤DC5，DC7≤DC5；經(jīng)由boundary對(duì)象對(duì)DC6進(jìn)行處理變成DC8后，對(duì)數(shù)據(jù)的處理至此結(jié)束。boundary最終通過(guò)第10步將數(shù)據(jù)DC9（DC9≤DC8）顯示給用戶(hù)。

通過(guò)對(duì)該圖的理論闡述，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的流動(dòng)以及各層次對(duì)象對(duì)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，這將有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)人機(jī)交互類(lèi)軟件運(yùn)行機(jī)理的理解，同時(shí)也能印證設(shè)計(jì)階段的各種方法理論的潛在機(jī)理。

至于在軟件工程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，筆者建議除了常規(guī)的基于UML為軟件建模之外，可重點(diǎn)練習(xí)分布式軟件設(shè)計(jì)，以加深理解設(shè)計(jì)模式在構(gòu)件設(shè)計(jì)上的應(yīng)用[2]；另外，對(duì)于常規(guī)的測(cè)試工具如黑盒測(cè)試分類(lèi)中的功能測(cè)試工具WinRunner和負(fù)載測(cè)試工具LoadRunner[3]，可適當(dāng)予以實(shí)際演示，幫助學(xué)生理解通過(guò)錄制腳本，可完全模擬多個(gè)客戶(hù)使用軟件的情況，既能實(shí)際檢測(cè)待測(cè)軟件的功能接口是否正常工作，還能使學(xué)生對(duì)測(cè)試有直覺(jué)上的認(rèn)識(shí)，有利于擴(kuò)充學(xué)生的視野。

4 結(jié)論（Conclusion）

對(duì)軟件工程三要素：過(guò)程、方法和工具的理解和掌握是軟件工程課程的授課重點(diǎn)，也是量化教學(xué)中理論部分和實(shí)踐部分學(xué)時(shí)的主要依據(jù)。本文通過(guò)對(duì)三要素的分析和探討，指出“過(guò)程”和“方法”的講解是理論部分，主要講解工程詞匯的層級(jí)結(jié)構(gòu)樹(shù)及詞匯的準(zhǔn)確釋義。除此之外，本文特別提出軟件設(shè)計(jì)的三層結(jié)構(gòu)應(yīng)貫穿于理論授課的全過(guò)程，因?yàn)椤叭龑咏Y(jié)構(gòu)”能與三要素在理解上相互促進(jìn)；對(duì)“工具”的掌握則主要來(lái)源于實(shí)踐，既然“方法”部分已對(duì)必要的理論進(jìn)行了釋義，那么“工具”部分的練習(xí)，一方面用于印證“方法”的理論說(shuō)明，另一方面用于開(kāi)闊學(xué)生的視野，使學(xué)生直覺(jué)上能感知軟件工程的各階段都有“工具”予以支撐，軟件工程不再只是枯燥的理論，而是“觸手可及”的實(shí)用方法。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] Andrew Filev，et al.Professional UML with Visual Studio.NET—

UnmaskingVisio for Enterprise Architects[M].Wrox Press Ltd.?，

Reprinted March 2003 in the United States of America.

[2] 竇萬(wàn)峰.軟件工程實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3] 姚紅巖，馬云吉.“軟件工程”教學(xué)策略探討[J].軟件工程師，

2014，17（8）：10-11.

作者簡(jiǎn)介：

姚紅巖（1979-），男，博士，講師.研究領(lǐng)域：軟件工程.