基于敏捷開發(fā)模式的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索
——以農(nóng)業(yè)院校為例

王 鈞

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

基于敏捷開發(fā)模式的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索
——以農(nóng)業(yè)院校為例

王 鈞

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

“嵌入式系統(tǒng)”是一門涉及范圍廣、綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的課程。針對農(nóng)業(yè)院校嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的總體目標(biāo)及特點(diǎn)，分析了該課程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單、課程設(shè)置不合理、過分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等問題。通過闡述敏捷開發(fā)模式的意義，以提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力為目標(biāo)，提出了“敏捷開發(fā)模式”結(jié)合嵌入式案例教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路，并探討了在農(nóng)業(yè)院校實(shí)施此教學(xué)方法的組織與實(shí)施策略。實(shí)踐證明，該教學(xué)方法在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、加深知識理解、培養(yǎng)實(shí)踐及創(chuàng)新能力等方面都具有積極的作用。

嵌入式系統(tǒng)；軟件工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；敏捷開發(fā)

DOI號：10.13320/j.cnki.jauhe.2017.0021

“嵌入式系統(tǒng)”作為一門理論與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在其中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)作為該課程在教學(xué)過程中的重要組成部分，不但可以加深學(xué)生對嵌入式相關(guān)知識的理解，還能從多方面發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造力，全面培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力，對于全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，都具有極其重要的意義[1]。

目前，大多數(shù)高校的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)都以傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，在設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的時候，普遍忽視了嵌入式軟、硬件的開發(fā)特點(diǎn)，只是簡簡單單的將理論知識與實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了融合，學(xué)生在學(xué)習(xí)后普遍反映該課程的學(xué)習(xí)較為枯燥，整體教學(xué)效果不佳。因此，針對嵌入式系統(tǒng)課程的特點(diǎn)，如何提高實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，是培養(yǎng)高素質(zhì)嵌入式人才的關(guān)鍵所在。

(一)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)是一門理論與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，該課程的應(yīng)用性相對較強(qiáng)，通過學(xué)習(xí)，要求學(xué)生全面了解和掌握嵌入式的相關(guān)理論知識，以及嵌入式的軟、硬件開發(fā)設(shè)計的一般方法，提升學(xué)生的動手能力和解決實(shí)際問題的能力。在實(shí)際的教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)課程的“基礎(chǔ)性+應(yīng)用性+綜合性”?；A(chǔ)性是指授課內(nèi)容應(yīng)該涵蓋嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論知識，通過課堂講解和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解。應(yīng)用性是指該課程的實(shí)踐性較強(qiáng)。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院通過“實(shí)驗(yàn)教學(xué)+課程設(shè)計”的實(shí)踐教學(xué)模式，使學(xué)生能夠很好的將理論知識與實(shí)際應(yīng)用緊密地結(jié)合起來，從而進(jìn)一步加深學(xué)生對嵌入式開發(fā)的理解。綜合性是指該課程所涉及的知識面廣、課程內(nèi)容多。學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)過程中普遍感覺到該課程抽象且難以理解，教師講授起來較為困難，授課過程難以掌控。嵌入式系統(tǒng)課程在實(shí)際教學(xué)過程中所面臨如下問題。

1．專業(yè)跨度大。該課程所涉及的專業(yè)相對較多，不但包括通信工程、計算機(jī)工程、電子信息工程、自動控制、機(jī)電工程、和儀器儀表等，而且還與其他研究領(lǐng)域相互滲透，形成了新的研究方向。因此，該課程可以作為一個基礎(chǔ)性的研究平臺課，為其他相關(guān)專業(yè)提供服務(wù)。

2．綜合知識運(yùn)用性相對較強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計需要將軟、硬件相互結(jié)合，并且涵蓋了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件工程、計算機(jī)組成原理、計算機(jī)操作系統(tǒng)、自動控制原理等諸多專業(yè)的相關(guān)課程。如程序設(shè)計語言(匯編，C/C++，JAVA等)、操作系統(tǒng)、數(shù)字電路、微機(jī)原理、和芯片設(shè)計等課程，課程內(nèi)容的綜合性相對較強(qiáng)。因此，該課程可以被認(rèn)為是計算機(jī)類相關(guān)專業(yè)本科階段所學(xué)各種知識的綜合運(yùn)用，學(xué)習(xí)該課程，可以有效提高學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力。

3．與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合。該課程強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，實(shí)踐教學(xué)作為該課程的重要組成部分，它的質(zhì)量將直接影響到該課程的實(shí)際教學(xué)效果。缺乏實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的嵌入式系統(tǒng)課程只能算是“紙上談兵”，只有經(jīng)歷了大量的實(shí)踐教學(xué)，才能使學(xué)生深刻地理解嵌入式系統(tǒng)的基本理論，熟練掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法。

二、農(nóng)業(yè)院校嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的突出問題

(一)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單

目前，大多數(shù)農(nóng)業(yè)院校的嵌入式實(shí)驗(yàn)安排多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，相對復(fù)雜的綜合性開發(fā)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)偏少，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生常常根據(jù)實(shí)驗(yàn)教材上的內(nèi)容機(jī)械地對實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行模仿，由學(xué)生自己親自動手設(shè)計的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新滯后，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往要使用多年，不能與嵌入式的最新技術(shù)結(jié)合，同時實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置與社會實(shí)際需求聯(lián)系的不夠緊密。由于以上多種原因，造成目前的嵌入式培養(yǎng)模式不利于學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(二)過分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

目前，大多數(shù)農(nóng)業(yè)院校都存在著嵌入式實(shí)驗(yàn)課時安排不足的問題，由于時間所限，教師為了完成教學(xué)任務(wù)，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)置上多以培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能為主。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也只是學(xué)會了如何機(jī)械地使用和調(diào)整各種設(shè)備儀器，以及如何按部就班地按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生在整個實(shí)驗(yàn)過程中更加關(guān)注如何得出符合理論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象和結(jié)果很少進(jìn)行獨(dú)立的思考、分析、研究。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生掌握和理解嵌入式技術(shù)的幫助很小，無法從中深刻的體會到嵌入式技術(shù)的生命力以及應(yīng)用前景。因此，整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際教學(xué)效果欠佳。

(三)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置不合理

目前，大多數(shù)農(nóng)業(yè)院校將嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的課時設(shè)置為16學(xué)時，相對課程的難易程度以及重要性來說，學(xué)時分配相對較少，加之學(xué)生在思想上沒有意識到嵌入式實(shí)驗(yàn)對嵌入式軟、硬件綜合能力培養(yǎng)的重要性，實(shí)驗(yàn)前期的準(zhǔn)備不夠充分，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的依賴性較強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)課上，指導(dǎo)教師花費(fèi)了大量的時間和精力來講解嵌入式實(shí)驗(yàn)的基本原理以及實(shí)驗(yàn)平臺的使用和操作方法，僅從剩余時間來看，學(xué)生只能按照老師的具體要求進(jìn)行操作，沒有任何的自行設(shè)計。除此之外，學(xué)生對親自動手實(shí)踐缺乏積極性，很難對嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)提起任何興趣，特別是當(dāng)他們遇到新的技術(shù)或新的難題就更加缺乏信心了。

針對以上問題，為了在有限的課時內(nèi)提高嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該對嵌入式實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，在課程設(shè)置上通過引入敏捷開發(fā)模式，并結(jié)合嵌入式案例教學(xué)等教學(xué)手段和方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在實(shí)驗(yàn)課程中，轉(zhuǎn)變老師與學(xué)生的角色，強(qiáng)調(diào)“學(xué)生”在整個實(shí)驗(yàn)中的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。

三、敏捷開發(fā)法

2001年雪鳥會議后，敏捷開發(fā)法開始獲得各界的認(rèn)可，特別是受到軟件開發(fā)者的普遍歡迎。到今天，這種開發(fā)法已經(jīng)在大量軟件項(xiàng)目當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且獲得了成功。敏捷開發(fā)通常以用戶的需求進(jìn)化為基礎(chǔ)，利用反復(fù)迭代、循序漸進(jìn)等方法完成相關(guān)項(xiàng)目的開發(fā)。在敏捷開發(fā)的開始階段，整個項(xiàng)目將分為多個小的子項(xiàng)目，每個子項(xiàng)目都具備可集成、可視以及可運(yùn)行、使用的特征，開發(fā)人員對每個子項(xiàng)目分別進(jìn)行開發(fā)，并且其成果都必須經(jīng)過獨(dú)立的測試。也就是說，這種開發(fā)方法是將一個大的開發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行分割，將它分成多個獨(dú)立運(yùn)行、相互聯(lián)系，并且在整個開發(fā)過程中處于可用狀態(tài)的小項(xiàng)目，對它們分別完成開發(fā)。極限編程是一種近螺旋式敏捷開發(fā)方法，同時也是一種靈巧的、輕量級的軟件工程開發(fā)方法。在項(xiàng)目的開發(fā)過程中，開發(fā)人員會將一個復(fù)雜的開發(fā)過程分解為許多個相對較為簡單的小的開發(fā)周期，并且強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目開發(fā)的嚴(yán)謹(jǐn)性和周密性[2]。它以交流、樸素、反饋和勇氣為基礎(chǔ)和價值觀，使得在整個項(xiàng)目的開發(fā)過程中，可以使客戶與開發(fā)人員及時了解和掌握項(xiàng)目的最新開發(fā)進(jìn)度、變化以及待解決的問題和困難等，并根據(jù)開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)際情況及時調(diào)整項(xiàng)目的開發(fā)過程，即認(rèn)為軟件項(xiàng)目的開發(fā)都可以從簡入手、加強(qiáng)相互交流、尋求反饋以及勇于實(shí)事求是4個方面入手來進(jìn)行改善[3，4]。

四、農(nóng)業(yè)院校嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)與敏捷開發(fā)方法的融合

在實(shí)際嵌入式開發(fā)過程中，嵌入式企業(yè)管理者為了提高嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件開發(fā)質(zhì)量，往往會制定許多項(xiàng)目開發(fā)管理規(guī)則以及設(shè)計方法，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)質(zhì)量也隨之得到了較大幅度的提升。但伴隨著嵌入式理論的不斷發(fā)展，整個系統(tǒng)的軟、硬件開發(fā)流程和規(guī)范也逐漸變得越來越復(fù)雜，且讓人難于理解和實(shí)施。

極限編程方法由于具有輕載、基于時間、緊湊、并行且基于構(gòu)件的項(xiàng)目開發(fā)過程的特點(diǎn)，使得這種開發(fā)方法可以被應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過極限編程方法與嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合，在整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，要求學(xué)生結(jié)對成組，以強(qiáng)帶弱；指導(dǎo)教師在整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，根據(jù)具體的案例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置，并且將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容巧妙地隱含在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)項(xiàng)目中，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中所存在的問題，并且通過自己的獨(dú)立思考和教師的指導(dǎo)獨(dú)立解決這些問題[5]。在完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的同時，也掌握了相關(guān)的知識，提高了學(xué)生自行解決問題的能力。整個實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，既要考慮如何讓學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題，也要充分考慮如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力以及自主學(xué)習(xí)的能力。

基于敏捷開發(fā)的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先指導(dǎo)教師會根據(jù)課程教學(xué)大綱和知識點(diǎn)來確定每節(jié)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時按照知識點(diǎn)將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分解為多個簡單的模塊，然后由學(xué)生自行完成各個模塊的開發(fā)、測試，最后寒磣系統(tǒng)的集成及集成測試，在測試過程中如果發(fā)現(xiàn)問題，要求學(xué)生及時進(jìn)行改進(jìn)，直至整個系統(tǒng)能夠正常運(yùn)用(如圖1所示)。

圖1 基于敏捷開發(fā)的嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式示意圖

目前，典型的嵌入式系統(tǒng)往往包括：應(yīng)用層、系統(tǒng)軟件層、中間層和硬件層[6](如圖2所示)。因此，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)也是在以上幾個層次之上發(fā)生的。我校的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課根據(jù)嵌入式開發(fā)內(nèi)容與嵌入式平臺間的相互關(guān)系，大致地將嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分為4種類型，即基于應(yīng)用層開發(fā)實(shí)驗(yàn)、基于硬件的純軟件開發(fā)實(shí)驗(yàn)、基于軟硬件協(xié)同開發(fā)實(shí)驗(yàn)以及純硬件開發(fā)實(shí)驗(yàn)，4種開發(fā)實(shí)驗(yàn)的類型與特征描述如表1所示。

圖2 嵌入式系統(tǒng)層次架構(gòu)

農(nóng)業(yè)院校采用敏捷開發(fā)模式進(jìn)行嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其主要特色可以歸納為以下幾點(diǎn)。

1.在農(nóng)業(yè)院校嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入敏捷開發(fā)模式不但可以降低實(shí)驗(yàn)的難度，而且可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用軟件工程思想進(jìn)行嵌入式開發(fā)的習(xí)慣，包括如何運(yùn)用敏捷開發(fā)的方法來發(fā)現(xiàn)、分析、解決嵌入式開發(fā)過程中所遇到的各種難題，從而提升學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決問題的能力和創(chuàng)造力。

2.結(jié)合農(nóng)業(yè)院校的特點(diǎn)，該課程在實(shí)驗(yàn)題目的選擇上，多以解決具體農(nóng)業(yè)問題為主，將農(nóng)業(yè)與嵌入式系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，讓學(xué)生在掌握嵌入式和農(nóng)業(yè)知識的同時，又培養(yǎng)了學(xué)生如何運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。

3.整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，以具體的案例為線索，讓學(xué)生了解和掌握案例中所涉及的相關(guān)理論知識，并且通過運(yùn)用其中的技術(shù)手段來效仿該案例，完成新系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計。

4.學(xué)生通過參與實(shí)驗(yàn)掌握極限編程的基本方法，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識，提高他們的自學(xué)能力和動手解決實(shí)際問題的能力。

五、農(nóng)業(yè)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織及實(shí)施過程

(一)組織與實(shí)施策略

在遵循敏捷開發(fā)方法核心思想的基礎(chǔ)上，充分利用極限編程的理念，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，將嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)與敏捷開發(fā)方法相互結(jié)合，可以幫助學(xué)生理解嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)需求與嵌入式系統(tǒng)測試及開發(fā)的關(guān)系，使學(xué)生在掌握和應(yīng)用嵌入式的關(guān)鍵性技術(shù)的同時，了解和掌握響應(yīng)客戶需求變化、結(jié)對編程、測試驅(qū)動以及重構(gòu)等敏捷開發(fā)方法中的關(guān)鍵技術(shù)。同時，嵌入式實(shí)驗(yàn)課采用“案例驅(qū)動”的教學(xué)模式，向?qū)W生講授敏捷開發(fā)方法在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中的應(yīng)用，指導(dǎo)教師組織學(xué)生組成項(xiàng)目小組完成規(guī)定題目的敏捷開發(fā)，在整個實(shí)驗(yàn)過程中鼓勵小組成員之間加強(qiáng)溝通與合作，并對結(jié)對編程、測試驅(qū)動、重構(gòu)、持續(xù)集成等敏捷方法進(jìn)行指導(dǎo)，協(xié)助項(xiàng)目組完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程

1.案例的選取。目前，大多數(shù)農(nóng)業(yè)院校都存在著嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置不合理的情況。我校嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課所涉及的題目一般由教師指定，同時也鼓勵學(xué)生向指導(dǎo)教師推薦，但要征得指導(dǎo)教師的認(rèn)可方可使用。由于該課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時相對緊張，實(shí)驗(yàn)選題的難度不宜太大，同時結(jié)合農(nóng)業(yè)院校的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)題目的選擇上偏向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)以及智慧農(nóng)業(yè)等相關(guān)方向，課程教學(xué)的目標(biāo)就是通過利用嵌入式系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生深刻體會嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件開發(fā)方法，在實(shí)驗(yàn)過程中注重完成質(zhì)量，要求作品的質(zhì)量能接近或達(dá)到實(shí)際使用的程度。已有的選題包括：農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送測控系統(tǒng)、智能溫室測控系統(tǒng)設(shè)計等。實(shí)驗(yàn)題目的選擇更多地考慮到學(xué)生知識的綜合運(yùn)用以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.構(gòu)建敏捷開發(fā)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。由于在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)引入了敏捷開發(fā)方法，將現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱和計算機(jī)擺放將做相應(yīng)的調(diào)整，使得新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境便于小組成員間以及各小組間的高效率交流，并且在實(shí)驗(yàn)室中配備了白板，方便學(xué)生針對某一問題展開充分的討論。

除此之外，實(shí)驗(yàn)小組的每一位成員都將以客戶、開發(fā)人員、項(xiàng)目經(jīng)理、測試人員等角色出現(xiàn)在同一個開放的環(huán)境中。指導(dǎo)教師通常以“客戶”的身份出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中，并且負(fù)責(zé)對實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行指導(dǎo)，每個實(shí)驗(yàn)小組將從中挑選一名組織、溝通能力相對較強(qiáng)的學(xué)生作為該組的項(xiàng)目經(jīng)理，其主要職責(zé)是負(fù)責(zé)對項(xiàng)目進(jìn)度和資源進(jìn)行控制和管理，其余兩名同學(xué)按照“以強(qiáng)帶弱”的原則組成編程小組。在項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計完成后，挑選其他組的編程人員組成本組的測試小組，測試小組的人員交叉負(fù)責(zé)項(xiàng)目的測試、驗(yàn)收和管理。

3.需求分析與管理。指導(dǎo)教師全程參與并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按照敏捷開發(fā)方法的核心思想，指導(dǎo)教師和學(xué)生將把各種需求轉(zhuǎn)換成多個小的模塊，這些模塊根據(jù)條件的不同有可能又會被實(shí)驗(yàn)小組再次拆解成更小的模塊或者將它們組合起來，所有被重新整合的模塊都會被記錄在一些小卡片上，每個模塊的功能將被學(xué)生在每周一次的實(shí)驗(yàn)課上完成。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開始階段，指導(dǎo)教師會幫助各個實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)模塊的重要程度來依次確定各個模塊的優(yōu)先級，而學(xué)生則根據(jù)各個需求模塊的開發(fā)風(fēng)險來確定需求模塊的開發(fā)順序。通常風(fēng)險較高的需求模塊往往被優(yōu)先進(jìn)行開發(fā)，同時指導(dǎo)教師和學(xué)生分別從不同角度對各個模塊進(jìn)行評估，根據(jù)最終的評估結(jié)果把這些模塊放在不同的開發(fā)周期里，指導(dǎo)教師同學(xué)生一起商議為整個實(shí)驗(yàn)制定一個盡可能詳細(xì)、全面的開發(fā)計劃。最后，測試人員將根據(jù)“客戶”的實(shí)際需求對各個需求模塊進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)問題并反饋，使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不斷完善。

4.基于“測試驅(qū)動”的項(xiàng)目開發(fā)。極限編程的實(shí)際開發(fā)過程通常是由許多個基于“測試驅(qū)動”的開發(fā)周期組成，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的外層設(shè)計過程往往都是緊緊圍繞著這些開發(fā)周期來進(jìn)行的，例如實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的計劃、設(shè)計等。我校每周一次的實(shí)驗(yàn)課被看成一個開發(fā)周期，這其中包含了很多個測試單元。在項(xiàng)目的起始階段，由于項(xiàng)目毫無進(jìn)展，以至于對每個模塊的單元測試都不會成功，但是隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的深入，各個模塊的功能將逐漸被實(shí)現(xiàn)，能夠通過單元測試的模塊也將逐漸增多。極限編程正是利用這種指導(dǎo)思想使指導(dǎo)教師和學(xué)生很容易在項(xiàng)目的開發(fā)過程中檢驗(yàn)既定的開發(fā)任務(wù)是否完成。除此之外，極限編程還利用設(shè)計走查、代碼走查、重構(gòu)等方法來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重整和優(yōu)化。這其中也會不斷的進(jìn)行單元測試以及系統(tǒng)功能測試，極限編程正是利用這種方法來保證重整和優(yōu)化后的系統(tǒng)仍能滿足“客戶”的所有需求。

5.結(jié)對編程。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)過程中，按照“以強(qiáng)帶弱”的原則將兩個學(xué)生結(jié)對組成編程小組，他們共同使用一臺計算機(jī)和試驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計。這種結(jié)對編程的好處是：其中1個人在進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計的時候，另外1人可以對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)設(shè)計進(jìn)行思考，在他的頭腦中始終保持總體的設(shè)計概念。另外，當(dāng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在開發(fā)設(shè)計階段遇到困難的時候，編程小組的成員之間可以互換位置由另一個成員來完成，但如果遇到的難題兩人都無法解決，兩個成員之間便可進(jìn)行交流及討論，而他們之間的交流很有可能被其他項(xiàng)目組成員或指導(dǎo)教師聽到，并可能給予幫助。極限編程正是利用這種結(jié)對編程的方式使項(xiàng)目的進(jìn)展更加順暢和有章可循。與此同時，結(jié)對編程能夠使整個實(shí)驗(yàn)更具有娛樂性和社交性，增強(qiáng)學(xué)生的興趣。另外，每一位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)過程中都可以修改其他人的開發(fā)設(shè)計方案，但要嚴(yán)格遵守嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)規(guī)范和設(shè)計方法，同時要保證修改后新的方案能通過隨后進(jìn)行的單元測試。

6.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目測試。極限編程要求實(shí)驗(yàn)小組成員在開始本組編程實(shí)驗(yàn)之前必須首先對各個模塊進(jìn)行單元測試。每次實(shí)驗(yàn)小組除了要對已完成開發(fā)測試的模塊進(jìn)行整合外，還要對整合后的新模塊進(jìn)行新的測試，包括在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行的任何嵌入模塊的走查和修改，都要求實(shí)驗(yàn)小組成員對其進(jìn)行新的單元測試。如果其中發(fā)現(xiàn)了任何問題，實(shí)驗(yàn)小組就會增加新的單元測試，確保每個模塊能夠正常運(yùn)行。根據(jù)極限編程的要求，在實(shí)驗(yàn)過程中除了有常規(guī)的單元測試外，還包括功能測試、集成測試、壓力測試、和系統(tǒng)測試等[7]。所有的測試內(nèi)容都是極限編程中最為重要的文檔，所以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)所涉及的所有測試過程和結(jié)果都要寫入最終的實(shí)驗(yàn)報告。

7.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果評審。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后，學(xué)生將根據(jù)本組實(shí)驗(yàn)的完成情況向指導(dǎo)教師提交實(shí)驗(yàn)報告并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)答辯，指導(dǎo)教師對其實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行評估打分。對表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生鼓勵其撰寫和發(fā)表科技論文，對有興趣進(jìn)一步學(xué)習(xí)的學(xué)生，指導(dǎo)教師將鼓勵他們組成興趣小組，幫助他們完善作品，參加全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計大賽。最后，指導(dǎo)教師將針對個人和實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)過程中的總體表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評，在指出他們存在不足的同時，幫助學(xué)生整理敏捷開發(fā)過程中的技術(shù)內(nèi)容，從而提高學(xué)生對嵌入式學(xué)習(xí)的積極性，但也要從中指出他們在實(shí)驗(yàn)過程中存在的不足。

六、結(jié)語

敏捷開發(fā)作為一種新興的軟件工程的開發(fā)方法，很多實(shí)際方法還在研究中。在農(nóng)業(yè)院校的嵌入式實(shí)驗(yàn)課程中引入敏捷開發(fā)方法，不僅可以使本校學(xué)生加深理解、掌握嵌入式課程和相關(guān)農(nóng)業(yè)的理論知識，更能讓他們懂得如何應(yīng)用所學(xué)知識來解決實(shí)際問題。敏捷開發(fā)模式不僅能夠在實(shí)驗(yàn)課程的第一線培養(yǎng)農(nóng)業(yè)院校學(xué)生應(yīng)用知識解決問題的能力，還能從多方面發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造力，全面培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的思想和方法，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，包括學(xué)生的實(shí)踐能力、動手能力、分析能力、應(yīng)變能力、交流能力、團(tuán)隊(duì)合作能力。最關(guān)鍵的是在這種以“項(xiàng)目驅(qū)動”為背景的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這種教學(xué)方法既體現(xiàn)了指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)過程中的主導(dǎo)作用又充分的發(fā)揮了學(xué)生自身的主體作用，更加體現(xiàn)了現(xiàn)代高等教育的新型教學(xué)模式。

在農(nóng)業(yè)院校將敏捷開發(fā)模式與嵌入式實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合在增加實(shí)驗(yàn)復(fù)雜度的同時，也對農(nóng)業(yè)院校的教師提出了更高的要求。首先，指導(dǎo)教師在題目的選擇上要考慮如何將農(nóng)業(yè)與嵌入式結(jié)合在一起，而且還要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和敏捷開發(fā)模式融合起來。其次，要求農(nóng)業(yè)院校的指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中能夠較為靈活地運(yùn)用敏捷開發(fā)的思想。最后，要求指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)過程中能夠給予學(xué)生正確地指導(dǎo)。

[1] 劉文定，郭文會．“自動控制理論”綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)探索與實(shí)踐[J].中國林業(yè)教育，2009(27):68-70．

[2] 張林．軟件開發(fā)模式的演進(jìn)[J].硅谷，2011(12)：24-25．

[3] 張志敏，杜景龍，連達(dá)軍．基于敏捷開發(fā)模式的“GIS軟件工程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33(11):205-207．

[4] 陳昊，明仲．在軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入敏捷方法的探索[J]．計算機(jī)教育，2008(24): 46-47．

[5] 孔峰． 面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的數(shù)據(jù)庫課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J]．中國現(xiàn)代教育裝備，2010(23):107-109．

[6] 榮國平，劉天宇，謝明娟．嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中敏捷方法的應(yīng)用研究綜述[J]．軟件學(xué)報，2014，25(2):267-283．

[7] 廖新．糧基于任務(wù)調(diào)度的自動測試方法及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D]．成都：電子科技大學(xué)，2011．

(編輯：劉偉霄)

2016-11-06

王 鈞(1982-)，碩士，講師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

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