軟件工程課程群案例庫建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)方法研究

侯雪梅　李志博　于磊　王陽

[摘 要]筆者針對(duì)我校軟件工程課程群中的教學(xué)問題，通過研究教學(xué)案例的選取和設(shè)計(jì)，建立規(guī)范的軟件開發(fā)全過程案例庫，以適應(yīng)多層次多類型教學(xué)任務(wù);在教學(xué)過程中融合多種教學(xué)模式，加強(qiáng)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的耦合度，保證軟件工程實(shí)踐規(guī)范化，培養(yǎng)學(xué)生工程化理念和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，提高學(xué)生探索問題、分析問題和解決問題的綜合能力;同時(shí)建立基于框架的可擴(kuò)展實(shí)踐平臺(tái)，構(gòu)建“做中學(xué)”的環(huán)境，提高學(xué)員學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力。

[關(guān)鍵詞]軟件工程;案例庫;教學(xué)模式;可擴(kuò)展實(shí)踐平臺(tái)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）10-0011-03

我校軟件工程課程群包括“軟件工程”“軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)”“高級(jí)軟件工程”“面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法”“軟件測(cè)試與質(zhì)量控制”等多門課程，面向本科生、碩士研究生、博士研究生和任職培訓(xùn)等多個(gè)層次，課程門數(shù)多、內(nèi)容交錯(cuò)、銜接緊密，培訓(xùn)要求差別較大。為使軟件工程系列課程更好地服務(wù)于提升學(xué)生工程實(shí)踐能力和協(xié)作創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)，我們積極開展實(shí)踐平臺(tái)和案例庫建設(shè)，進(jìn)行教學(xué)方法改革等。通過設(shè)計(jì)不同粒度、不同類別的案例，構(gòu)建軟件開發(fā)全過程案例庫，以適應(yīng)多層次多類型教學(xué)任務(wù);在教學(xué)過程中融合基于案例的情景體驗(yàn)教學(xué)、基于項(xiàng)目牽引的工程實(shí)踐教學(xué)、基于角色扮演和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的項(xiàng)目研討式教學(xué)等多種教學(xué)模式，使得每個(gè)學(xué)員都能參與到項(xiàng)目開發(fā)過程中，保證了軟件工程實(shí)踐的規(guī)范化;同時(shí)建立基于框架的可擴(kuò)展實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)生自主設(shè)計(jì)開發(fā)軟件程序，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力。

一、對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行提煉，構(gòu)建軟件開發(fā)全過程案例庫

為了將枯燥、抽象的教學(xué)內(nèi)容形象化、實(shí)例化，案例教學(xué)對(duì)于保證軟件工程課程授課效果至關(guān)重要。案例教學(xué)與傳統(tǒng)的講授式教學(xué)存在較大不同，傳統(tǒng)的講授式教學(xué)主要是教員向?qū)W生傳授知識(shí)，溝通的渠道是單向的，而案例教學(xué)不僅有教員與學(xué)生之間的溝通，還有學(xué)生之間的溝通，溝通的渠道是多向的。同時(shí)，講授教學(xué)側(cè)重理論，并通過演繹推理來傳授知識(shí)，案例教學(xué)則側(cè)重啟發(fā)式教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)中，更注重實(shí)踐與理論的結(jié)合。因此，探索軟件工程類課程的案例式教學(xué)方法，總結(jié)、提煉、歸納、設(shè)計(jì)相關(guān)的教學(xué)案例，構(gòu)建一個(gè)貫穿始終、設(shè)計(jì)合理、資源豐富的軟件開發(fā)全過程案例庫十分必要。

（一）案例的選取和設(shè)計(jì)

在案例教學(xué)中案例的選取和設(shè)計(jì)是案例教學(xué)的關(guān)鍵。好的教學(xué)案例應(yīng)該來源于實(shí)際工程項(xiàng)目，同時(shí)在維度、粒度和內(nèi)容上精心設(shè)計(jì)，既要相互銜接，體現(xiàn)生命周期全過程的要求，又要大小適中，適合單個(gè)教學(xué)模塊的教學(xué)需求。從實(shí)際工程項(xiàng)目中精心選取、提煉、設(shè)計(jì)開發(fā)涵蓋軟件分析、設(shè)計(jì)、測(cè)試、項(xiàng)目管理等全生命周期的教學(xué)案例庫，可為軟件工程系列課程的案例教學(xué)提供有效的支撐條件，對(duì)課堂教學(xué)效果的提升起到極大的促進(jìn)作用。

案例的設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)軟件工程課程群各模塊知識(shí)點(diǎn)的所處階段、應(yīng)用場(chǎng)景和授課目標(biāo)的差異，既要有覆蓋具體知識(shí)點(diǎn)的基本案例，又要有體現(xiàn)全生命周期工程化要求的系統(tǒng)案例和綜合應(yīng)用案例。案例內(nèi)容包括軟件過程中的工程案例、管理案例，貫穿全軟件生命周期各階段。

案例的選取應(yīng)以全生命周期軟件項(xiàng)目為主，從實(shí)際工程項(xiàng)目中挑選一批具有代表性的、能突出授課要求的素材，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加工提煉和補(bǔ)充開發(fā)，最終構(gòu)建滿足教學(xué)要求的系列案例。如從自主研制的“軟件過程管理平臺(tái)”中選取典型模塊作為測(cè)試對(duì)象，針對(duì)不同測(cè)試類型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，對(duì)軟件代碼進(jìn)行有針對(duì)性的變異和缺陷注入，編寫對(duì)應(yīng)的測(cè)試需求、測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試設(shè)計(jì)和測(cè)試報(bào)告，形成功能測(cè)試、性能測(cè)試、單元測(cè)試等測(cè)試案例。

軟件工程課程要強(qiáng)調(diào)軟件設(shè)計(jì)和軟件測(cè)試的重要性，對(duì)軟件設(shè)計(jì)和軟件測(cè)試方法進(jìn)行講解時(shí)，除了要有設(shè)計(jì)合適的案例，還可以通過當(dāng)前主流工具（如軟件設(shè)計(jì)的RationalRose建模工具、單元測(cè)試的JUINT工具、功能測(cè)試的QTP工具等）的演示，使學(xué)員加強(qiáng)對(duì)軟件設(shè)計(jì)和軟件測(cè)試過程的可操作性的理解，并將其運(yùn)用于實(shí)踐項(xiàng)目中。

（二） 案例庫規(guī)范化設(shè)計(jì)

軟件工程課程群的多門課程需要多樣化的案例，適用于不同的場(chǎng)景，映射出不同的知識(shí)點(diǎn)。為了規(guī)范這些案例，需提取其公共要素，定義案例庫規(guī)范化設(shè)計(jì)的基本元素，如圖1所示。

[案例庫基本元素][案例編號(hào)][案例名稱][案例類型][教學(xué)目的][ 案例背景][案例規(guī)模][案例內(nèi)容][覆蓋知識(shí)點(diǎn)][案例適用課程][案例適用模塊][工程類案例][管理類案例][支持類案例][基本案例][模塊案例][系統(tǒng)案例][案例表現(xiàn)形式][案例討論點(diǎn)][案例使用說明][需求案例][設(shè)計(jì)案例][編碼案例][測(cè)試案例][需求管理案例][項(xiàng)目策劃案例][項(xiàng)目監(jiān)控案例][質(zhì)量保證案例][配置管理案例][測(cè)量分析案例][ ][ ][ ]

案例庫規(guī)范化設(shè)計(jì)基本元素中的“案例表現(xiàn)形式”可將案例設(shè)置為文檔、代碼框架、原型系統(tǒng)等。如在本科生的軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)課程中，案例是為學(xué)生搭建的一個(gè)OpenFrame框架，即一個(gè)半成品的代碼框架，學(xué)生可從半成品框架中學(xué)習(xí)相應(yīng)開發(fā)技術(shù)，然后自己完善半成品的代碼框架，將學(xué)習(xí)與實(shí)踐過程融入案例中。

案例庫規(guī)范化設(shè)計(jì)基本元素中的“案例類型”可分為工程類案例、管理類案例、支持類案例等。工程類案例包括不同項(xiàng)目不同階段的工程類開發(fā)案例，如客戶需求規(guī)格說明書、軟件需求規(guī)格說明書、概要設(shè)計(jì)說明書、詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書、軟件代碼、軟件測(cè)試計(jì)劃和測(cè)試報(bào)告。管理類案例包括項(xiàng)目策劃、項(xiàng)目監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)管理、需求管理等。支持類案例包括配置管理、質(zhì)量保證、測(cè)量分析等。

根據(jù)案例的規(guī)模及適用情況，可將案例分為：基本案例、模塊案例、系統(tǒng)案例?；景咐采w一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，簡(jiǎn)單、清晰地通過一個(gè)實(shí)例展現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的具體應(yīng)用，適合于基礎(chǔ)理論知識(shí)傳授階段;模塊案例覆蓋多個(gè)相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)，通過知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用將知識(shí)串起來，適合綜合理論知識(shí)的應(yīng)用階段;系統(tǒng)案例覆蓋的是一個(gè)獨(dú)立的理論體系，通過完整具體的實(shí)例將理論應(yīng)用于實(shí)際操作，適合實(shí)踐教學(xué)階段。

例如，在“軟件測(cè)試”中，通過判定三角形的例子來讓學(xué)生理解等價(jià)類劃分法，這是一個(gè)基本案例，穿插在知識(shí)點(diǎn)講授過程中。在三角形實(shí)例中補(bǔ)充邊界值法、錯(cuò)誤猜測(cè)法等測(cè)試用例，形成黑盒測(cè)試案例，這就是一個(gè)模塊案例。而系統(tǒng)案例內(nèi)容多、設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，例如功能測(cè)試案例的設(shè)計(jì)，要包含測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試策略、測(cè)試設(shè)計(jì)的方法、測(cè)試用例的生成、測(cè)試用例的執(zhí)行、自動(dòng)化腳本的設(shè)計(jì)、測(cè)試運(yùn)行結(jié)果分析以及測(cè)試報(bào)告等內(nèi)容。

二、融合多種教學(xué)形式，緊密銜接理論和實(shí)踐教學(xué)

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)教員在課堂上講授軟件工程方法、技術(shù)等理論知識(shí)，但由于這些理論較抽象難懂，課堂教學(xué)效果往往不理想。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)主要是采用分組模式進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，但由于沒有過程監(jiān)督控制，通常是由一個(gè)能力稍微突出的學(xué)員完成所有過程，缺乏討論、協(xié)作，最后往往把精力放在代碼實(shí)現(xiàn)中，提交一套漏洞百出的代碼。針對(duì)軟件工程課程的特點(diǎn)，筆者結(jié)合本校人才培養(yǎng)目標(biāo)和先進(jìn)教學(xué)理念，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革，在教學(xué)過程中融合、應(yīng)用基于案例的情景體驗(yàn)教學(xué)、基于項(xiàng)目牽引的工程實(shí)踐教學(xué)、基于角色扮演和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的研討式教學(xué)等多種教學(xué)模式，加強(qiáng)了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的耦合度，培養(yǎng)學(xué)生工程化理念和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，提高了學(xué)生探索問題、分析問題和解決問題的綜合能力。

（一）基于案例的情景體驗(yàn)教學(xué)模式

案例教學(xué)法從實(shí)際案例出發(fā)，分析其中存在的問題，探索問題產(chǎn)生的根源和解決問題的過程與方法，用案例將理論和實(shí)踐聯(lián)系在一起，并逐步上升到理論，用理論來概括、歸納、指導(dǎo)一類問題的解決方法。同時(shí)，以鮮活生動(dòng)的實(shí)例吸引學(xué)員，提高學(xué)員學(xué)習(xí)的興趣，使他們從案例中吸取成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，加深對(duì)理論的理解。在實(shí)踐教學(xué)中，我們以“做中學(xué)”為指導(dǎo)，以實(shí)際案例項(xiàng)目的生命周期為主線，通過搭建的實(shí)踐平臺(tái)和設(shè)計(jì)的實(shí)踐項(xiàng)目，使學(xué)員在解決具體問題的過程中加深對(duì)理論知識(shí)的理解、技術(shù)方法的靈活運(yùn)用，提高自身的實(shí)戰(zhàn)素質(zhì)能力?；诎咐那榫绑w驗(yàn)教學(xué)通過借助來源于實(shí)際工程的典型案例，將學(xué)生置身于特定的工程項(xiàng)目情景之中，給予他們恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，為他們提供了一個(gè)廣闊的思維空間和貼近實(shí)戰(zhàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（二）基于項(xiàng)目牽引的工程實(shí)踐教學(xué)模式

基于項(xiàng)目牽引的工程實(shí)踐教學(xué)，將工程項(xiàng)目與軟件工程知識(shí)體系有機(jī)融合，以工程項(xiàng)目為牽引，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，同步開展生命周期相應(yīng)階段的各項(xiàng)任務(wù)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新實(shí)踐與工程認(rèn)知導(dǎo)引相結(jié)合的教學(xué)模式。首次上課要求學(xué)員分組，各組自主選擇感興趣的項(xiàng)目，后續(xù)根據(jù)授課進(jìn)度按階段完成該項(xiàng)目的整個(gè)開發(fā)過程。為了提高學(xué)生的實(shí)踐興趣和做足需求分析，選取項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)盡量選擇貼近學(xué)生生活、需求場(chǎng)景熟悉的項(xiàng)目，如公差勤務(wù)系統(tǒng)、圖書館座位管理系統(tǒng)等。如果是從零開始的項(xiàng)目，需要多方面多手段進(jìn)行軟件需求分析，并重點(diǎn)做好軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，選做的項(xiàng)目也可以是已有軟件，因?yàn)榇蟛糠周浖_發(fā)工作是在老版本的軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，已有軟件可以是網(wǎng)上開源軟件或往屆學(xué)生留下的作業(yè)，要引導(dǎo)學(xué)生分析其功能上的缺陷后對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。通過項(xiàng)目牽引，可使學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐過程中深刻理解軟件工程基本理論知識(shí)。

（三）基于角色扮演和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的項(xiàng)目研討式教學(xué)模式

學(xué)生以團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，通過扮演團(tuán)隊(duì)中客戶、軟件需求人員、軟件設(shè)計(jì)人員、編碼人員、軟件測(cè)試人員等不同角色，完成特定任務(wù)，并在項(xiàng)目實(shí)施過程中及時(shí)對(duì)項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)程和工作產(chǎn)品進(jìn)行研討和評(píng)審，真正體驗(yàn)一種有序、可控和協(xié)作的軟件開發(fā)過程。圖2描述了軟件過程中角色職能及軟件開發(fā)各階段的工作產(chǎn)品，并將項(xiàng)目開發(fā)活動(dòng)和項(xiàng)目管理過程映射到課程各知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)員在動(dòng)態(tài)角色參與的項(xiàng)目演練過程中加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解。

三、針對(duì)實(shí)踐能力培養(yǎng)需求，構(gòu)建基于框架的可擴(kuò)展實(shí)踐平臺(tái)

軟件工程學(xué)科課程理論與實(shí)踐聯(lián)系緊密，實(shí)踐教學(xué)的有效實(shí)施對(duì)提高課程整體教學(xué)效果具有重要意義。然而，大部分學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力較弱，加之課堂教學(xué)時(shí)間有限，課程內(nèi)容比較抽象，為了幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)，有效提高其工程實(shí)踐能力，在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中急需加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)的時(shí)間投入和條件建設(shè)。

傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)通常要求學(xué)生全程自主完成程序開發(fā)并提交相應(yīng)實(shí)踐報(bào)告。這種“從零開始”的實(shí)踐教學(xué)模式受到學(xué)生編程能力、實(shí)踐學(xué)時(shí)等因素的制約，難以取得良好教學(xué)效果。同時(shí)，學(xué)生缺乏大型項(xiàng)目的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如果僅以小規(guī)模程序?yàn)閷?duì)象開展實(shí)踐教學(xué)，也會(huì)嚴(yán)重制約其對(duì)軟件工程思想的理解和掌握。為此，我們構(gòu)建了基于OpenFrame框架的開放式教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，該平臺(tái)采用當(dāng)今主流的面向?qū)ο蠹夹g(shù)和框架進(jìn)行開發(fā)，既實(shí)現(xiàn)了跟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)的核心公共模塊，又支持學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣，自主、靈活添加符合接口規(guī)范的功能應(yīng)用模塊，從而完成整體系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)，有效支持學(xué)生根據(jù)小組任務(wù)分工快速開發(fā)上層應(yīng)用功能模塊，協(xié)同完成整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)與集成。該開放式教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)將教師課堂授課與學(xué)生情景體驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，使得抽象內(nèi)容形象化、具體化，同時(shí)既能讓學(xué)生了解到框架技術(shù)、敏捷軟件開發(fā)等面向?qū)ο笮录夹g(shù)，又能培養(yǎng)學(xué)生基于公共體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行團(tuán)隊(duì)化工程開發(fā)的能力。

通過搭建滿足教學(xué)需求的實(shí)踐平臺(tái)，設(shè)計(jì)合理有效的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建“做中學(xué)”的環(huán)境，使學(xué)員利用有限的學(xué)習(xí)時(shí)間，在實(shí)踐過程中快速加深對(duì)知識(shí)的理解，提高自身的素質(zhì)能力，不斷積累實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)專業(yè)自信，提高學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力。我們鼓勵(lì)學(xué)員在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，注重學(xué)員創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，將被動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的參與、實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)員更深刻地體會(huì)和理解軟件工程全生命周期各階段的任務(wù)、技術(shù)和方法。

四、基于項(xiàng)目過程的考核評(píng)價(jià)方式

考核評(píng)價(jià)是教學(xué)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，針對(duì)軟件工程課程考核存在著實(shí)踐考核不足、學(xué)習(xí)效果測(cè)試不及時(shí)、考核評(píng)價(jià)機(jī)制不完善等問題，可采用多元考核和評(píng)價(jià)方式，弱化期末考試成績(jī)，加強(qiáng)過程考核，著重考核項(xiàng)目開發(fā)過程中學(xué)員思考解決問題的能力?？己税ㄆ谀┛荚嚭蛯?shí)踐項(xiàng)目?jī)刹糠?，期末考試成?jī)占30%，采用開卷筆試方式，實(shí)踐項(xiàng)目成績(jī)占70%，采用階段評(píng)審方式對(duì)各小組階段產(chǎn)出的工作產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)審，通過學(xué)員互評(píng)和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法確定團(tuán)隊(duì)成績(jī)（40%）和個(gè)人成績(jī)（30%）。學(xué)員分組進(jìn)行講解、答辯、成果演示，學(xué)員和教師分別對(duì)各組進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，獲得團(tuán)隊(duì)成績(jī)，個(gè)人成績(jī)由組長根據(jù)組員在項(xiàng)目開發(fā)中的表現(xiàn)以及對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)大小獲得。

五、結(jié)語

通過梳理軟件工程課程群理論知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建軟件開發(fā)全過程案例庫，并在案例庫基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行研究，融合、應(yīng)用基于案例的情景體驗(yàn)教學(xué)、基于項(xiàng)目牽引的工程實(shí)踐教學(xué)、基于角色扮演和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的研討式教學(xué)等多種教學(xué)模式，加強(qiáng)了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的耦合度，并構(gòu)建了基于框架的可擴(kuò)展實(shí)踐平臺(tái)，通過項(xiàng)目牽引和角色扮演使學(xué)員將學(xué)到的理論直接應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)，培養(yǎng)了學(xué)員的工程化理念和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，提高了學(xué)員探索問題、分析問題和解決問題的綜合能力。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]