樂教樂學(xué)軟件工程-生活案例教學(xué)法改革探討

狄國強 錢忠勝 劉德喜

摘 要：軟件工程方法、工具和過程對學(xué)習(xí)、工作具有啟迪作用，軟件生命周期、里程碑、過程模型、建模、面向?qū)ο蟮群诵母拍詈椭R點均可選取生活中的典型事例來類比和闡述，以更好地幫助學(xué)生加速理解、加深印象，使專業(yè)課程的教學(xué)變得生動有趣，使枯燥的理論說教變得通俗易懂，達(dá)到事半功倍的效果.生活案例教學(xué)法被應(yīng)用于課堂教學(xué)和中國大學(xué)MOOC《樂學(xué)軟件工程》中，配合翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)，成效顯著，受到學(xué)生的普遍好評.

關(guān)鍵詞：軟件工程;樂教樂學(xué);生活案例;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.4 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1673-260X（2019）12-0157-04

1 引言

從軟件工程是一級學(xué)科來看，足見其知識面、技能面之廣;從軟件工程作為一個專業(yè)來看，說明其知識點、技能點之深;軟件工程還是軟件工程專業(yè)的導(dǎo)論課，是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課.作為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中一門重要的專業(yè)必修主干課程[1]，它的內(nèi)容既能串起先修課程的知識和技能，又能訓(xùn)練學(xué)生綜合運用知識、技能解決問題的能力，在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)上具有重要作用.軟件工程課程知識點多、涉及面廣，既有理論又有實踐，教和學(xué)難度都比較大.雖說知識、技能的學(xué)習(xí)和掌握需要學(xué)習(xí)者付出努力，但從教的角度上看，若能以鮮活的案例進(jìn)行比擬和解說，無疑能更好地幫助學(xué)生加速理解、加深印象，起到事半功倍的效果.這是作為教師應(yīng)該不斷追求和提升的教學(xué)技能，需要教師在教學(xué)中不斷探索和積累，不斷改進(jìn)教學(xué)效果，不斷提升授課能力.

筆者課程組在日常教學(xué)中，經(jīng)過不斷探索，采用人生來比擬軟件工程，選取日常生活中的一些典型事例來詮釋軟件工程中的知識點，以使專業(yè)課程的教學(xué)變得生動有趣，力圖追求教與學(xué)的最佳狀態(tài)，快樂學(xué)習(xí)，將教師快樂教學(xué)、學(xué)生快樂學(xué)習(xí)視為教師職業(yè)的一項成就和滿足.

2 挖掘生活案例促進(jìn)知識點理解

軟件工程是軟件開發(fā)方法和工程學(xué)的有機結(jié)合，是工程的系統(tǒng)觀和方法論在軟件業(yè)的應(yīng)用，而工程的系統(tǒng)觀和方法論同樣適用于人生.軟件工程的方法、工具和過程不僅是軟件開發(fā)的要素，也有助于學(xué)習(xí)、工作和生活，如軟件項目的可行性分析、業(yè)務(wù)模型的表述適用于日常任何活動的開展、溝通和交流.軟件工程課程的內(nèi)涵和外延中的很多內(nèi)容演繹之后，能夠?qū)θ松l(fā)揮啟迪作用，具有在學(xué)習(xí)、生活、工作中實用化的功用.而且，工程化的思維、方法、工具和手段有利于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和綜合素養(yǎng).下面通過幾個例子來探討如何借助生活案例幫助學(xué)生理解重要的知識點.

2.1 生命周期、里程碑與四期

軟件生命周期是軟件工程的基本概念之一，如果用人的生命周期來類比，更易理解.人們常說的生老病死可以類比軟件的開發(fā)、運行、維護(hù)和更新.人類的一生可以從計劃生育到孕育、誕生，然后成長、成年為社會做貢獻(xiàn)，再到老年、辭世和遺產(chǎn)，其中每個時期的重點內(nèi)容、表現(xiàn)和標(biāo)志都不一樣，如圖1所示.其中的階段標(biāo)志就是“里程碑”，如生日、滿月、百日、周歲、成年等等非常受重視的時間節(jié)點是重要的里程碑，這些標(biāo)志幾乎不占用時間段，但是會取特定的名稱并進(jìn)行相應(yīng)的慶?；顒?，如成人禮，最常見就是過XX歲生日.人類生命周期的階段還可進(jìn)一步細(xì)分，也可粗分.細(xì)分如計劃、懷孕、幼兒園、小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)等;粗分如孕育、教育、貢獻(xiàn)、老年等.

一般工程的生命周期與人類似，如圖2所示，但階段的名稱有別于人類成長中的嬰兒、少年、成年等名稱，而是用項目建議書、工程規(guī)劃、可行性研究、初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計或施工設(shè)計、施工與監(jiān)理、運行維護(hù)來進(jìn)行工程階段的細(xì)分，大體上可劃分為四期：概念期、設(shè)計期、實現(xiàn)期、運行期.工程被更新?lián)Q代或者遺產(chǎn)的話，一般不再提起，除非具有特別的意義，比如長城、趙州橋等.工程的正式立項、破土動工、竣工驗收是重要的時間節(jié)點和標(biāo)志，一般要進(jìn)行儀式化的慶典，比如早期的房屋上大梁，現(xiàn)在的大樓封頂?shù)龋愃朴谌说某錾?、百日、成年儀式等.

軟件工程的生命周期與此基本類似又有細(xì)微的不同，階段的劃分沒有一般工程細(xì)，可以細(xì)分為問題定義、可行性研究、需求分析、總體設(shè)計（或概要設(shè)計）、詳細(xì)設(shè)計、實現(xiàn)、測試、運行維護(hù)八個階段[2];也可粗分為四期：概念期、設(shè)計期、實現(xiàn)期、運行期.經(jīng)過這樣的類比，軟件工程生命周期、里程碑更容易被學(xué)生理解.

將軟件的生命周期細(xì)分為八個階段是很多軟件工程教科書中的經(jīng)典劃分法，這里為什么又要提出將軟件的生命周期粗分為四期？筆者認(rèn)為：這是因為越來越多的開發(fā)工具試圖成為一種全生命周期的工具，這類工具希望將概念期、設(shè)計期、實現(xiàn)期、運行期的工作都納入其支撐范圍，以減少開發(fā)人員的不便，提升開發(fā)效率.不過，由于在這四期中軟件的表現(xiàn)形式很不相同，因此在許多工具里面，分了較多的視圖來呈現(xiàn)軟件而沒有分XX期，如設(shè)計視圖、代碼視圖、運行視圖.例如：Dreamwaver中的視圖[3]，如圖3所示.

實際上，一些開發(fā)工具本身自帶或者加裝插件后的UML視圖或ER視圖對應(yīng)了概念期;設(shè)計視圖對應(yīng)設(shè)計期;代碼視圖對應(yīng)實現(xiàn)期;運行視圖或模擬運行視圖對應(yīng)運行期.

2.2 軟件過程模型與生產(chǎn)

軟件過程模型也是軟件工程的基本概念之一，對于沒有軟件開發(fā)經(jīng)歷的大多數(shù)同學(xué)來說，并不容易理解.如瀑布模型、原型模型、增量模型、迭代模型、螺旋模型、噴泉模型、敏捷模型等[2].由于軟件工程中用到“模型”一詞的地方非常多，因此需要強調(diào)它們是過程模型，代表著軟件開發(fā)要經(jīng)歷的經(jīng)典過程，有相對固定的內(nèi)容、流程、方法、工具、成果，有其產(chǎn)生的背景和需要消耗的資源，有特點及其適用的場合.要使學(xué)生更快理解軟件過程模型的涵義和作用，可借用女人的生育過程來說明.因為女人生育中的順產(chǎn)、難產(chǎn)、剖腹產(chǎn)、流產(chǎn)并不是陌生的詞匯，當(dāng)聽到這些名詞時，這些過程所蘊含的內(nèi)容、流程、方法、工具、成果是特指的，其背景和需要消耗的資源是特定的，不同生產(chǎn)過程的特點和適用的場合也是不同的.

一種預(yù)計的過程可能因為實際情況發(fā)生變化而需要轉(zhuǎn)換為另一種過程，如本來預(yù)計是順產(chǎn)的，但是不料發(fā)生了難產(chǎn);按照難產(chǎn)的醫(yī)療處理還不行，需要進(jìn)行剖腹產(chǎn).這意味著內(nèi)容變化了，相應(yīng)的一整套處理要改變，包括流程、方法和工具都要改變.但是最終的結(jié)果不能變，就是不管哪種生產(chǎn)過程最終都要誕生健康的寶寶.軟件的實際開發(fā)過程也類似，并不見得預(yù)期確定了某種過程模型后就不變了.因為現(xiàn)實中的軟件開發(fā)往往是前松后緊，前期可能是瀑布過程模型，到了后面要趕工期，可能就轉(zhuǎn)成敏捷模型.筆者以為軟件開發(fā)過程中，過程模型變化不是什么問題，只要能夠在工期內(nèi)、低成本地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件.

2.3 軟件建模與表白

軟件的建模工作非常重要，但是很多學(xué)生不重視建模，尤其是學(xué)了一些編程語言之后.對于軟件項目，一開始就急著編碼，往往事倍功半.這些現(xiàn)象可說明軟件建模的重要性.軟件模型怎樣才算建好？可用“表白”來說明.比如：你表白過嗎？你向什么人表白？怎么表白的？效果如何？別人是否明確地了解你“表白”的內(nèi)涵，也就是說“表白”的對象、目的、內(nèi)容、方法、工具、效果是否經(jīng)過了思考？原來表白還有這么多的竅門.此例不僅可以引出軟件表述的目的、對象、作用和內(nèi)容，用來說明軟件建模、軟件文檔、軟件原型的重要性;從“表白”的方法、工具來說明軟件建模的方法、工具，因為軟件建模其實是一種表白;從“表白”的成效來說明軟件建模的成果與效果.此例還可引出可行性分析等話題.僅僅只有語言、文字的表白是否蒼白無力？借助于經(jīng)典表征的、非語言的表達(dá)方式是否更加精準(zhǔn)、更具有沖擊力和感染力？這充分說明軟件開發(fā)不僅需要文檔，還需要圖形、表格甚至是原型來表述.以此說明軟件建模中要撰寫好軟件文檔，不可缺少圖、表，最好還有原型.這樣的類比會不會產(chǎn)生一定程度的“笑果”呢？

2.4 面向?qū)ο笈c人

面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法是現(xiàn)代軟件工程中的重要方法，也是軟件工程中的核心概念之一，其中諸多的概念和理論對于學(xué)生來說，要充分理解和完全掌握還是有相當(dāng)難度的.要講清楚這個概念，可以挖掘一些淺顯易懂的案例來闡述.辛好，面向?qū)ο蠓椒ū旧砭褪莵碓从谌祟悓τ诳陀^世界的思考方法，生活為我們提供了豐富的案例.

筆者嘗試了用與人相關(guān)的常識來闡述面向?qū)ο蟮母拍?，人就是講解面向?qū)ο蠛芎玫陌咐?每個人作為具體的對象是人這個類的實例;人的姓名、年齡、性別、學(xué)號等固定不變的特征是人這個對象的屬性，而其每天的吃、喝、拉、撒、睡、學(xué)、工、動等個體行為是人這個對象的方法.我們通常說的言談舉止能夠表明一個人的修養(yǎng)，反映出一個人的內(nèi)在，可以用來說明對象的封裝.人與人、人與外界的相互溝通和相互作用都是通過看、聽、聞、味、觸五大感覺器官來實現(xiàn)，足以說明對象的溝通和互動可以通過接口和消息來實現(xiàn).感覺器官就是接口，發(fā)出或接收到的內(nèi)容就是消息.人與人之間如果是父與子或者家族親戚，他們的遺傳就是類的繼承.這些對象和類的形象的案例和解說，能夠?qū)⒚嫦驅(qū)ο蟮念?、實例、屬性、方法、繼承、封裝、多態(tài)、消息等核心概念的理解難度大大降低.

2.5 軟件測試、調(diào)試與體檢

要提升軟件質(zhì)量，軟件的測試與調(diào)試不可或缺.軟件的測試與調(diào)試如同我們在醫(yī)院進(jìn)行身體檢查、化驗和治療.為了確定身體是否感染疾病，需要檢查或化驗以確定有沒有病，是什么病，以及病情的程度.軟件測試好似體檢和化驗，僅僅是檢查、發(fā)現(xiàn)或定位疾病，而不是治療疾病.軟件調(diào)試則不同，是排除軟件不足的手段，如同醫(yī)生開處方進(jìn)行疾病的治療.軟件測試中的白盒測試方法好比X射線拍片、CT掃描、B超彩超的檢查等;軟件測試的黑盒測試方法則好比中醫(yī)的望、聞、問、切，它是通過對象的接口和外在表現(xiàn)來檢查、分析和判斷所檢查的對象是否存在問題.

2.6 軟件運維與保健治病

生命的延續(xù)離不開身體的保健，定期和不定期的體檢，能夠及時地發(fā)現(xiàn)疾病，起到早發(fā)現(xiàn)、早治療的作用.軟件的壽命與此類似，需要在運行中持續(xù)的維護(hù)和管理，軟件維護(hù)中的預(yù)防性維護(hù)、適應(yīng)性維護(hù)、擴展性維護(hù)，以及軟件運行中的定期或不定期的檢查、日志審計、資源輪換、垃圾清理等不僅能夠提升軟件運行的質(zhì)量，無疑是延長軟件生命周期的重要措施.運維起到有病治病，沒病延年的作用.軟件的維護(hù)，特別是糾錯性維護(hù)好比醫(yī)生治病，不會有副作用嗎？會有后遺癥嗎？國內(nèi)近年就出現(xiàn)過因為維護(hù)不到位而產(chǎn)生嚴(yán)重后果的實例.這些既可以作為解說軟件維護(hù)的案例，也可以用作課堂設(shè)問的引入話題.

3 教學(xué)成效

以上所列的生活案例，凡此種種，不一而足，是課程組基于多年從事軟件工程教學(xué)、開發(fā)實戰(zhàn)的經(jīng)驗積累.借助生活案例詮釋軟件工程中的重點、難點概念取得了良好的教學(xué)效果.

3.1 課程建設(shè)方面

課程組積極挖掘生活案例開發(fā)的課件曾獲得第五屆全國多媒體課件大賽二等獎、第九屆全國多媒體課件大賽一等獎.實施生活案例教學(xué)法后的軟件工程課程于2006年獲批為江西省優(yōu)質(zhì)課程，2014年江西省精品資源共享課程，江西省第十三次優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎[4-6].課程組不僅將生活案例教學(xué)法應(yīng)用于線下的課堂教學(xué)，還積極開展MOOC教學(xué)，2016年獲批為首批江西省精品在線開放課程建設(shè)項目，在中國大學(xué)MOOC、超星MOOC平臺上開展了《樂學(xué)軟件工程》教學(xué).2018年11月獲批為江西省高校育人共享計劃課程，2019年1月10日被認(rèn)定為江西省級精品在線開放課程.學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中，不僅是如何完成作業(yè)，還有自己以后的人生規(guī)劃.從軟件的生命周期到人生的發(fā)展歷程，每一環(huán)都很重要，每一環(huán)都為下一環(huán)打下了基礎(chǔ).近幾年來，配合翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)[7]，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得到改善，選課人數(shù)不斷刷新，并主動進(jìn)行系統(tǒng)的、完善的思考，取得優(yōu)異成績的同學(xué)逐年增多，反饋也非常積極，受到學(xué)生的普遍好評.

3.2 校內(nèi)教學(xué)反饋

校內(nèi)選修的同學(xué)在結(jié)課的學(xué)習(xí)總結(jié)中寫到：“老師課堂上用生活中案例引導(dǎo)我們積極思考、表達(dá)自己的觀點和想法，給我們提出許多有深度的建議，讓我們不斷成長和進(jìn)步.感謝老師這一學(xué)期以來的認(rèn)真付出和悉心教導(dǎo)，在軟件工程上所學(xué)習(xí)到的知識我今后也會更多的運用到實際生活中，爭取獲得更大的進(jìn)步……”

“軟件工程是一門很好的課程，老師熱心指導(dǎo)同學(xué)，良好的氛圍提高了我們的學(xué)習(xí)熱情，每次上課同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性都很高，也讓我們更加熱愛這門課，再加上老師合理的作業(yè)布置，讓我們更加深刻地理解了課程原理，掌握了軟件開發(fā)的方法……”.

3.3 慕課教學(xué)方面

跨校選修的同學(xué)在中國大學(xué)MOOC平臺上的評教如下.

用戶“19981877108”的評教：“老師講的深入淺出，講解的非常透徹.讓我對軟件有了全新的認(rèn)識.”

用戶“19972216167”的評教：“講解有條理，并且有可看性.”

用戶“楊玉潔ykt1503729963489”的評教：“老師講的深入淺出，知識點清楚詳細(xì)，通俗易懂，強力推薦！十分棒！”

圖4是中國大學(xué)MOOC平臺上的《樂學(xué)軟件工程》的評價截圖.慕課網(wǎng)址為http：//www.icourse163.org/course/JXUFE-1002335005.

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的軟件工程課程教學(xué)枯燥難懂、晦澀乏味，教學(xué)改革時不我待.破解方法之一是努力發(fā)掘日常生活中能夠映射到專業(yè)知識學(xué)習(xí)的事例，用常見的案例來闡述枯燥的專業(yè)原理，使教和學(xué)成為有趣的探討，也給學(xué)生理解專業(yè)知識打下深刻的烙印.誠然，軟件工程在不斷地發(fā)展，內(nèi)容也不斷更新，還有更多、更好的生活案例有待發(fā)掘，期待同仁們探索并分享，以改進(jìn)專業(yè)課程的教學(xué)效果，使更多的學(xué)習(xí)者受益.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕教育部高等學(xué)校計算機類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會，全國高等學(xué)校計算機教育研究會.培養(yǎng)計算機類專業(yè)學(xué)生解決負(fù)責(zé)工程問題的能力[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.140-149.

〔2〕張海藩，牟永敏.軟件工程導(dǎo)論（第6版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.8.

〔3〕柏松.中文版Dreamweaver網(wǎng)頁設(shè)計[M].上海：上?？茖W(xué)普及出版社，2009.9.

〔4〕狄國強，楊小平，杜賓.軟件工程實驗[M].北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2008.2.

〔5〕狄國強.軟件工程實踐教學(xué)探討.2007年度全國高校軟件工程專業(yè)教育年會論文集[M].北京：高等教育出版社，2008.4.

〔6〕狄國強.移動互連網(wǎng)的遠(yuǎn)程教育支持服務(wù)[J].教育信息化，2005（06）：70-71.

〔7〕萬常選，劉喜平，廖國瓊，吳京慧，劉愛紅.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式探索[J].計算機教育，2015（20）：53-57+63.