專題教學方法在軟件工程實踐教學中的應用案例

陸向艷++鐘誠++劉峻++唐天兵

摘 要：針對當前計算機專業(yè)碩士軟件工程實踐教學偏向“粗放型”、缺乏個性滿足、過程管理及考核不完善的教學實際，分析專題教學模式的特點及專業(yè)碩士軟件工程實踐教學目標和內(nèi)容，探討如何以“原型法需求分析實踐”為例開展軟件工程專題實踐教學，提出基于專題教學的軟件工程實踐教學方案。

關(guān)鍵詞：專業(yè)碩士；專題；軟件工程；實踐教學；原型法；需求分析

0 引 言

隨著計算機技術(shù)在各專業(yè)領(lǐng)域的廣泛應用，軟件工程成為軟件分析、設計、測試、維護和管理等的核心課程。該課程的學科交叉性、工程性及領(lǐng)域相關(guān)性等帶來的復雜性使得其教學需采取循序漸進、多層次的模式。本科層次主要培養(yǎng)軟件工程的基礎知識和基本實踐能力；研究生層次主要培養(yǎng)軟件工程理論基礎、技術(shù)和方法[1]，其中學術(shù)型碩士專注于理論創(chuàng)新的培養(yǎng)，工程型碩士專注于技術(shù)和方法應用的培養(yǎng)。對于工程應用型的計算機專業(yè)碩士而言，軟件工程課程的培養(yǎng)目標是在本科層次教育的基礎上，一方面從軟件開發(fā)方法和技術(shù)上著重于學生軟件分析、設計、構(gòu)造、實施及維護等能力的培養(yǎng)和提升，另一方面從軟件工程組織和管理上著重于學生工程能力的培養(yǎng)和提升。因此，在加深理論教學的同時，加強實踐教學是計算機專業(yè)碩士軟件工程課程教學的核心內(nèi)容。

1 計算機專業(yè)碩士軟件工程實踐教學現(xiàn)狀

當前計算機專業(yè)碩士軟件工程實踐教學主要存在以下問題。

（1）實踐教學體系偏向“粗放型”[2]。實踐教學主要采取基于項目的分組實踐模式，即課堂授課結(jié)束后，學生自由組隊形成項目組，選擇一個軟件項目來完成后提交給教師檢查，這種模式缺乏針對軟件生命周期各階段的實踐訓練，未能實現(xiàn)分析、設計、構(gòu)造、實施及維護等軟件工程各階段的精細鍛煉和培養(yǎng)。

（2）教學模式不能滿足學生個性需求。隨著專業(yè)學位碩士的擴招，來自不同本科院校的計算機專業(yè)碩士生軟件工程實踐能力水平參差不齊，有的學生已經(jīng)接受過較多的軟件項目實踐訓練，具備較好的實踐基礎，而有的較少或幾乎沒有參與過軟件項目實踐，實踐基礎薄弱。目前的實踐教學模式未能針對各種層次學生的實際情況，因材施教，使每個學生能在自己原有的實踐基礎上有更大的提高。

（3）實踐教學過程管理及考核模式不完善。當前實踐教學過程教師參與度較低，未能對實踐過程進行合理的跟蹤和引導，實踐過程經(jīng)常變成由項目組核心的一兩個成員完成整個項目，而其他成員參與較少。教學考核模式未能針對學生的方法、技術(shù)、實踐能力及工程組織和管理能力對學生進行精準的評定。

2 基于專題的軟件工程實踐教學

專題教學[2-3]是根據(jù)教學目的和重點內(nèi)容，將教學內(nèi)容歸納成若干個專題，然后圍繞每個專題展開深入分析和講解的一種教學方式，適合內(nèi)容繁雜、知識點多的文科類課程及已經(jīng)具備本科專業(yè)基礎的研究生的課程教學。與傳統(tǒng)按章節(jié)體系順序教學的扁平模式相比，專題教學以教學重點內(nèi)容為核心，圍繞核心內(nèi)容深入透徹地展開，屬于精講、“集約型”[2]的縱深模式教學。結(jié)合軟件工程知識體[4]（SWEBOK）及計算機專業(yè)碩士培養(yǎng)目標，軟件工程實踐教學劃分為7個專題：軟件需求分析實踐、軟件設計實踐、軟件測試實踐、軟件過程實踐、軟件質(zhì)量實踐、軟件管理實踐、軟件綜合實踐。在教學學時較充分的情況下，將教學內(nèi)容較多的專題進一步劃分為子專題，盡量提高教學的精細度。專題教學模式要求每個專題的教學目標明確，教學具體內(nèi)容和安排設計準確，根據(jù)不同教學內(nèi)容特點，采取多元化教學模式，達到精益求精的效果。

3 基于專題的軟件工程實踐教學案例設計

精準需求分析是軟件開發(fā)成功的核心環(huán)節(jié)，在眾多需求分析方法中，原型法在實踐中是最為有效的一種需求分析[5-6]方法。與瀑布模型等其他方法相比，原型法可以有效解決用戶需求不明或變更而造成的開發(fā)效率低下、失敗及成本增加等問題，是需求工程開展的最佳實踐方法之一，因此在軟件需求分析實踐專題中，該方法需要精講，使學生理解透徹并能熟練應用。以“原型法需求分析實踐子專題”為例說明基于原型法的需求分析專題實踐教學方案的詳細設計。

3.1 教學目標

“軟件需求分析實踐教學專題——原型法需求分析實踐子專題”的教學目標：①學生既能夠掌握該方法的原理及運用，又能夠熟悉需求分析的全過程；②學生能夠領(lǐng)會該方法與其他需求分析方法的異同點、優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)應用該方法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及注意事項；③學生在專題實踐中鍛煉以下工程實踐能力：用戶溝通和引導能力，團隊協(xié)作能力，人際溝通、交流能力，產(chǎn)品業(yè)務分析能力、需求文檔撰寫能力，經(jīng)驗交流分享能力，問題質(zhì)疑和解決能力，產(chǎn)品觀察發(fā)現(xiàn)及開發(fā)能力，智能思維和創(chuàng)新能力等。

3.2 內(nèi)容和安排

基于原型法的需求分析方法實踐教學方案總體設計思路如圖1所示，包括組隊、選題、原型法需求調(diào)研、撰寫需求規(guī)格說明書、總結(jié)及評價6個實踐環(huán)節(jié)，其中原型法需求調(diào)研又包含快速用戶調(diào)研、構(gòu)造試用原型界面系統(tǒng)及運行修改原型界面系統(tǒng)3個子環(huán)節(jié)。

3.2.1 組隊

學生根據(jù)興趣、愛好等自由組隊，3～5人組成一隊共同完成一個選題，每組推選1個組長全面負責和協(xié)調(diào)各項活動開展，小組設定項目經(jīng)理、需求分析師、業(yè)務評審員等角色，并在項目推進過程中進行角色輪換，使每個學生都盡量嘗試不同角色，獲得相應鍛煉和體驗。通過團隊合作，培養(yǎng)學生的協(xié)作能力、交流和溝通等工程能力。為了使需求分析實踐能夠正確、順利、有效地開展，指導教師選定1個小組，對該組的各項實踐活動進行示范和指導。教師未參與的其他小組的組長需先參與到教師示范小組中進行觀摩。示范小組的各項實踐活動都比其他小組先開展，其他小組的相應活動在組長觀摩完畢后開展，示范小組在各項實踐活動中產(chǎn)生的文檔及原型界面系統(tǒng)作為各小組的示范模版。

3.2.2 選題

選題由學生自主進行。教師在該環(huán)節(jié)的任務是進行選題引導和質(zhì)量審核，這樣有利于滿足學生的興趣、愛好等自身需求以激發(fā)學習興趣，也為學生后續(xù)階段的研究和創(chuàng)新活動準備一些基礎題目，教師僅需對選題進行質(zhì)量把控。選題內(nèi)容原則上要和學生的學習和生活相關(guān)，這樣不僅可以減少學生在了解專業(yè)領(lǐng)域知識上所花費的時間，還可以培養(yǎng)學生的產(chǎn)品挖掘能力、智能思維能力及創(chuàng)新能力等。教師通過設置“在你的學習、研究和生活中（可以分為學校以內(nèi)和學校以外）你發(fā)現(xiàn)哪個方面還不夠便利，需要做一個軟件來幫助提高效率？”“在你目前常用的軟件中你發(fā)現(xiàn)哪個軟件做得不夠好，需要做一個更好的？”“在你的興趣愛好里，有沒有可能做一個軟件使其相關(guān)處理變得更便捷或完美？”等相關(guān)問題引導和啟發(fā)學生選題。學生初步選題后，為了保證選題質(zhì)量，要寫一個簡單的選題報告，說明選題目的、意義和主要功能并提交給指導教師。教師根據(jù)選題報告確定選題是否通過，對過于復雜或簡單、意義欠缺等不合理的選題，教師和學生討論后進行修改或更換題目。選定的題目稱為項目，用戶主要為學校某個部門的管理人員、教師、同學等。endprint

3.2.3 需求調(diào)研

基于原型的需求調(diào)研與瀑布模型不同，調(diào)研結(jié)果不是一次形成，而是漸進、增量式形成。該方法首先通過快速用戶調(diào)研獲取項目基本需求，然后根據(jù)基本需求構(gòu)造具有用戶交互性能的試用原型界面系統(tǒng)，最后通過用戶運行試用原型界面系統(tǒng)，修改和補充基本需求和試用原型界面系統(tǒng)，最終得到滿足用戶需求的完整的原型界面系統(tǒng)。用戶需求獲取迭代過程與敏捷開發(fā)需求獲取過程相似?；谠偷男枨笳{(diào)研實踐活動，要求學生不僅要掌握該方法的實施過程，還要理解該方法與瀑布模型等其他方法的異同點和優(yōu)缺點，實踐結(jié)束后教師要在總結(jié)環(huán)節(jié)中引導學生展開討論。

（1）快速用戶調(diào)研。本階段的任務不考慮用戶次要需求，先獲取項目核心需求，目的是能盡快開始構(gòu)造原型界面系統(tǒng)。開始時要求各小組成員共同編制基本需求調(diào)研計劃，包括系統(tǒng)主要用戶、業(yè)務文檔收集、核心問題調(diào)查問題表和調(diào)查方式等內(nèi)容?；拘枨笳{(diào)研計劃完成后需提交指導教師審查，教師對不合理之處和學生一起討論修改和完善。基本需求調(diào)研計劃確定后，按計劃開展調(diào)研。初始調(diào)研主要是為了獲得一個原始需求的輪廓，因此僅需針對主要用戶展開調(diào)研，選取其核心需求。初始調(diào)研的方法是先收集用戶的紙質(zhì)資料或電子文檔資料并進行分析，從中獲取用戶關(guān)鍵業(yè)務流及輸入和輸出數(shù)據(jù)流，然后通過與用戶交談、向用戶群體發(fā)放調(diào)查問卷等方式完成核心問題調(diào)查問題表，快速確定業(yè)務主體流程及其輸入和輸出數(shù)據(jù)流。

（2）構(gòu)造試用系統(tǒng)原型。本階段的任務是根據(jù)用戶的基本需求盡快建立一個能運行的交互式界面原型應用系統(tǒng)。系統(tǒng)特點是：①具有完整的基礎數(shù)據(jù)；②具有可導航性、人機交互的動態(tài)效果 ；③僅有展示系統(tǒng)基本功能的界面，不需要實現(xiàn)系統(tǒng)功能。構(gòu)造系統(tǒng)原型實踐要求學生學會應用建模工具Axure[7]來完成。本階段要求項目組能夠?qū)⒂脩粜枨筠D(zhuǎn)換成系統(tǒng)原型界面，可以鍛煉學生的需求建模、項目分工協(xié)作等工程能力。

（3）運行、修改系統(tǒng)原型。本階段的任務是將系統(tǒng)試用原型交給用戶并指導其試用，引導用戶對原型提出補充和修改意見。這個階段是開發(fā)人員與用戶溝通最為頻繁的階段，是發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的重要階段。用戶在計算機上運行和試用原型系統(tǒng)得到親身感受并受到啟發(fā)，通過反映和評價向開發(fā)者提供反饋，細化和明確系統(tǒng)各項功能需求和性能需求。這個階段要求分析員與用戶要建立良好的合作關(guān)系，可以鍛煉學生的人際溝通和交流能力。在實踐中需要學生靈活應用多種調(diào)查方法，如與用戶交談、向用戶提問題、向用戶群體發(fā)調(diào)查問卷、參觀用戶的工作流程、觀察用戶的操作和聽取同行專家意見等。在用戶確實不能明確真正需求的情況下，學生還需要通過分析已經(jīng)存在的同類軟件產(chǎn)品、行業(yè)標準及規(guī)則等，對用戶進行有效的需求引導，從而提取需求修改意見。項目組根據(jù)用戶的意見對原型加以改進和完善，通過“原型構(gòu)造→試用運行→評價反饋→分析修改”的多次循環(huán)，系統(tǒng)試用原型逐步演變?yōu)橄到y(tǒng)正式原型。

3.2.4 撰寫需求規(guī)格說明書

本階段的任務是根據(jù)正式原型界面系統(tǒng)撰寫需求規(guī)格說明書，作為用戶和項目組共同確認的需求（需求合同）。根據(jù)和用戶確定的正式原型界面系統(tǒng)，各項目組按照老師給出的模板撰寫項目需求規(guī)格說明書，經(jīng)項目組內(nèi)部審查、修改并確認后，請用戶評審此需求規(guī)格說明報告。項目組再根據(jù)用戶評審進一步修改和完善項目需求規(guī)格說明報告，以確保報告內(nèi)容準確完整地表達用戶需求，最后形成需求規(guī)格說明書正式版。本階段主要是鍛煉學生需求規(guī)格說明書編寫能力。

3.2.5 總結(jié)

項目完成后開展實踐活動總結(jié)有利于學生交流和分享成功經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)不足，提出改進方法，獲得實踐及理論認識的提升?？偨Y(jié)由教師組織開展，形式可以是課堂集體或小組討論、做總結(jié)報告等。教師的主要任務是指出各環(huán)節(jié)指導和跟蹤所發(fā)現(xiàn)的不足之處，如選題意義、用戶溝通方式、小組協(xié)作、用戶數(shù)據(jù)和業(yè)務分析整理、建模工具Axure應用、原型界面系統(tǒng)構(gòu)建修改迭代次數(shù)控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的不足，引導學生思考和討論，總結(jié)并提出改進方法。學生則要在教師組織下，分享某個實踐環(huán)節(jié)的體會和收獲，如Axure原型界面開發(fā)技巧、不同類型用戶溝通方式體會、項目小組成員合作經(jīng)驗分享等；或?qū)δ硞€問題提出疑問，如“如何減少原型界面系統(tǒng)構(gòu)建迭代次數(shù)”“如何引導用戶明白自己的真正需求”“如何發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流缺漏”等，引發(fā)其他同學共同討論和分享，找出解決方案。通過教師總結(jié)和學生總結(jié)，學生進一步加深對需求分析各項活動的認識，促進實踐水平的提高。

3.2.6 考核

課程考核采取綜合評定方式，從教師、用戶、項目組間及項目組內(nèi)部4個維度來評定，使成績盡可能客觀反映每個學生的真實水平。首先是指導教師根據(jù)項目組各成員在各實踐環(huán)節(jié)的成果及表現(xiàn)進行打分；其次是用戶給項目組各成員的工作表現(xiàn)進行打分；然后是各項目組之間根據(jù)原型界面系統(tǒng)展示及總結(jié)討論情況給其他項目組打分；最后是各項目組內(nèi)部成員根據(jù)分工合作完成情況相互打分。經(jīng)過4個維度的評分后，指導教師將每個學生的4個分數(shù)進行加權(quán)計算，得出學生成績等級。

4 結(jié) 語

針對計算機專業(yè)碩士軟件工程實踐教學現(xiàn)狀，結(jié)合專題教學模式的特點，我們對專題模式軟件工程實踐教學進行了探索。文中的專題實踐教學方案給出了軟件工程專題實踐教學中“軟件需求分析實踐專題——原型法需求分析實踐子專題”的教學目標、各教學環(huán)節(jié)內(nèi)容及學生和教師角色任務、教學考核的詳細設計，實現(xiàn)了核心教學內(nèi)容、教師對各教學環(huán)節(jié)的跟蹤指導及成績評定的精細設計。教學實踐得到了大多數(shù)學生的好評，學生的工程實踐能力明顯提升。同時，本文的實踐教學方案，可以在后繼6個專題中進行延續(xù)和拓展。

參考文獻：

[1] 楊芙清. 軟件工程學科研究生教育的探索與實踐[EB/OL]. [2010-07-08]. http：//pkunews.pku.edu.cn/xwzh/2010-07/08/content_179388.htmm.

[2] 陳鐵夫， 呼東燕. 高校實施專題教學的基本理念和利弊評析[J]. 華北科技學院學報， 2014 （5）： 102-105.

[3] 孫昌愛， 王昭順， 王成耀. 基于專題報告的研究性教學： 實踐、評價與建議[J]. 計算機教育， 2011（23）： 100-105.

[4] 沈備軍. 解讀軟件工程知識體系SWEBOK V3[J]. 計算機教育， 2014（7）： 1-2.

[5] 祝世海， 孟炯， 李勝利， 等. 采用原型法減少軟件需求分析的風險[J]. 信息技術(shù)， 2002（2）： 2-3， 6.

[6] 劉繼敏. 基于快速原型方法的需求分析[J]. 硅谷， 2011（14）： 23， 46.

[7] 蔡婷. 如何用Axure做好原型開發(fā)[J]. 科教導刊（電子版）， 2015（12）： 155.

（見習編輯：景貴英）endprint