面向卓越計劃的軟件工程課程設(shè)計

閆 波，曹曉鵬

（北京理工大學(xué) 計算機學(xué)院，北京 100089）

0 引言

卓越計劃，全稱卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，是教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)，對促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才、全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)[1]。

卓越計劃具有3個特點：①行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程；②高校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才；③強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力[2]。

軟件工程學(xué)科所涉及的內(nèi)容十分廣泛，包含軟件生命周期各個階段所需要的知識、方法和工具。軟件工程不局限在理論之上，更重要在實踐上，良好的軟件工程實踐能夠幫助軟件組織協(xié)調(diào)團隊，運用有限的資源，遵守已定義的軟件工程規(guī)范，通過一系列可復(fù)用的、有效的方法，在規(guī)定的時間內(nèi)達到預(yù)先設(shè)定的目標[3]。

軟件工程課程設(shè)計是面向計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和軟件工程專業(yè)高年級一門必修課，旨在通過實際軟件項目培養(yǎng)學(xué)生的需求分析和系統(tǒng)設(shè)計能力，并推廣于軟件生命周期全過程。相對于其他課程，該課程具有實踐性強、與計算機業(yè)界發(fā)展貼合緊密等特點。學(xué)生基于實際項目，完成軟件的分析和設(shè)計，嚴格遵照文檔規(guī)范，撰寫必要的項目工程文檔（包括需求文檔和設(shè)計文檔）。在實踐的過程中，使學(xué)生學(xué)以致用，鞏固軟件工程課程的知識，培養(yǎng)軟件研發(fā)工程化的意識和能力，掌握常用的軟件項目生命周期過程，深入理解和掌握軟件工程中需求分析和系統(tǒng)設(shè)計的過程與方法，為學(xué)生進一步地學(xué)習及走向?qū)嶋H工作崗位打下一個良好的工程基礎(chǔ)。

卓越計劃強調(diào)按照行業(yè)標準和企業(yè)標準培養(yǎng)學(xué)生，強調(diào)培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新能力的優(yōu)秀工程師，滿足社會要求和企業(yè)要求，強調(diào)實踐能力、工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。軟件工程課程設(shè)計與卓越計劃要求具有良好的結(jié)合點，是北京理工大學(xué)計算機學(xué)院最早入選卓越計劃的課程之一。各個行業(yè)的優(yōu)秀工程師教育規(guī)則不一樣，有相應(yīng)的行業(yè)特點。面向卓越計劃的軟件工程課程設(shè)計應(yīng)具有以下特點。

（1）實踐性。這是由軟件工程的自身性質(zhì)決定的，面向卓越計劃的軟件工程課程設(shè)計有很高的實踐要求。

（2）工程意識和團隊協(xié)作。軟件項目開發(fā)有很強的工程特性，通過課程培養(yǎng)學(xué)生良好的工程意識，遵守軟件項目開發(fā)和管理規(guī)范。當前企業(yè)級軟件開發(fā)都是基于團隊合作，要求軟件工程師具備良好的協(xié)調(diào)和溝通能力。

（3）自學(xué)能力。計算機技術(shù)快速發(fā)展且廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，軟件工程師只有不斷更新自己的技能才能跟得上發(fā)展。

（4）創(chuàng)新意識和能力。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等計算機技術(shù)的發(fā)展要求軟件工程師要具有強烈的創(chuàng)新意識，發(fā)揮其創(chuàng)造性和主觀能動性。

在目前的軟件工程課程設(shè)計中，普遍存在學(xué)生參與性不強、案例與實踐脫節(jié)、注重個人主義忽略團隊配合、技術(shù)滯后、文檔不規(guī)范、評分標準不一致等問題，針對這些問題，圍繞卓越計劃的培養(yǎng)目標，筆者提出了面向卓越計劃的軟件工程課程設(shè)計方案。

1 當前軟件工程課程設(shè)計教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)存在的問題

1.1 學(xué)生參與性不強

當前，高校教師偏重學(xué)術(shù)研究，注重傳授理論知識，在課程設(shè)計中，只是適當?shù)卦黾右恍╉椖块_發(fā)的案例，目的是對課堂上理論知識進行驗證。學(xué)生缺乏對實際工程項目直觀的認識，認識不到軟件工程的意義和價值所在，感覺課程枯燥，缺乏學(xué)習的興趣，學(xué)生的參與性不強，這是軟件工程類課程普遍存在的問題。

1.2 案例與實踐脫節(jié)

在軟件工程課程設(shè)計中，案例和實踐脫節(jié)的現(xiàn)象往往非常嚴重。在學(xué)習實踐過程中，學(xué)生難以驗證所學(xué)到的理論和技術(shù)方法，理論與實踐不同步。大多數(shù)軟件工程課程設(shè)計不能完全反映軟件工程理論，或者驗證涉及的理論相對較少且相對簡單。教學(xué)過程中教材的大部分理論內(nèi)容都比較抽象，而課程設(shè)計只是讓學(xué)生編寫一些設(shè)計報告。所以，即使有豐富研發(fā)經(jīng)驗的教師，有再多的案例介紹，但對于學(xué)生而言，對軟件工程課程的實際掌握基本上沒有多大幫助。學(xué)生只是完成了一項任務(wù)，如何在實際工作中使用還不得而知，教學(xué)和實驗的效果難以使人滿意、有效性得不到保障，學(xué)生對于課程知識的掌握以及動手能力的培養(yǎng)和提高都得不到有效的保證。

1.3 注重個人主義忽略團隊合作

學(xué)生的計算機基礎(chǔ)參差不齊，在課程設(shè)計中，常常以小組的形式進行，課程設(shè)計成績的評定只取決于最終課程設(shè)計的成果，這往往只是小組內(nèi)個別學(xué)生的勞動成果，難以落實到所有學(xué)生，而目前業(yè)界所有的研發(fā)項目都需要明確的角色定位、協(xié)同完成，學(xué)生的團隊協(xié)作能力得不到充分的培養(yǎng)。

1.4 技術(shù)滯后

軟件工程課程設(shè)計內(nèi)容陳舊。當前軟件工程課程設(shè)計往往只是注重對課堂理論知識的驗證和鞏固。大多數(shù)的課程設(shè)計僅僅是局限于理論教學(xué)中所舉范例的驗證。計算機技術(shù)是一門高速發(fā)展的技術(shù)，很多內(nèi)容更新?lián)Q代的速度很快，而我們的課程設(shè)計提供給學(xué)生的案例大多內(nèi)容陳舊，不能跟上計算機技術(shù)的發(fā)展速度[5]。

1.5 文檔不規(guī)范

在軟件工程課程設(shè)計中，學(xué)生往往只考慮編程能力的提高，忽略了文檔的重要性，這種現(xiàn)象十分嚴重。學(xué)生沒有實際參與過重大工程項目，難以了解文檔的重要性。在實際軟件工程項目當中，一般認為代碼的工作量只占工程全部工作量的30%左右，與之相關(guān)的工程文檔如需求分析文檔、設(shè)計文檔等，才是整個軟件工程項目的核心所在。工程文檔的書寫比較枯燥，軟件工程文檔的多樣、復(fù)雜和高質(zhì)量給學(xué)生形成一個很高的門檻。盡管教師十分強調(diào)文檔的重要性，但學(xué)生很難產(chǎn)生共鳴，依然認為文檔無用。

1.6 評分標準不一致

軟件工程課程設(shè)計的成績評定因?qū)W校、因教師而異，課程設(shè)計考核方式不明、缺乏量化，尚未形成統(tǒng)一的評分標準。

2 面向卓越計劃的軟件工程課程設(shè)計改進方案

圍繞卓越計劃的培養(yǎng)要求，引入教師和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)機制，通過企業(yè)IT專家的講座，讓學(xué)生充分了解企業(yè)實際的人才需求；由教師與企業(yè)聯(lián)合制定實踐用的軟件項目案例，有效解決案例與實踐脫節(jié)和技術(shù)滯后等問題；優(yōu)化課程設(shè)計流程，明確課程設(shè)計考核方式，讓每個人在課程設(shè)計過程中都有自己的角色，從而解決了參與性不強、個人主義和評分標準不一致問題；通過企業(yè)案例的學(xué)習，學(xué)生可以接觸到規(guī)范化的工程文檔，引入軟件生命周期過程中的工具和框架可以有效培養(yǎng)團隊合作，量化工作，改善學(xué)生存在的文檔不規(guī)范等問題。

2.1 進行一線公司的定制化講座

外聘經(jīng)驗豐富的企業(yè)IT專家，介紹IT企業(yè)中軟件研發(fā)過程中的人才選擇、職業(yè)規(guī)劃、團隊組織、需求獲取等實際的問題和經(jīng)驗，幫助學(xué)生拓寬思路和明確方向。外聘專家以企業(yè)實際案例為主進行講座，使學(xué)生可以直觀地了解到IT企業(yè)的人才需求和項目運作的方式，增加學(xué)生對業(yè)界的了解。每年的講座內(nèi)容由教師和外聘專家共同制訂，從而保持先進性。

2.2 教師與企業(yè)聯(lián)合制訂實踐用的軟件項目案例

由教師與企業(yè)聯(lián)合制訂實踐用的軟件項目案例，案例來源于企業(yè)已經(jīng)研發(fā)完成的實際軟件項目。項目若涉及商業(yè)機密，需進行脫密改造，如精簡項目案例當中的業(yè)務(wù)問題、強化軟件工程的流程性等。項目應(yīng)當能夠通過嚴格的測試，并且在使用周期內(nèi)運行良好。由教師和企業(yè)聯(lián)合評估技術(shù)難度，使案例可以符合教學(xué)要求。企業(yè)項目伴隨著相應(yīng)的規(guī)范化開發(fā)文檔，對學(xué)生進行規(guī)范化軟件開發(fā)過程訓(xùn)練有很好的示范作用，由企業(yè)負責整理需求和設(shè)計文檔，全部文檔應(yīng)該符合公用標準規(guī)范，比如CMM規(guī)范等。

2.3 優(yōu)化課程設(shè)計流程

在軟件工程的需求分析和設(shè)計過程中，學(xué)生需要具備計算機應(yīng)用知識，能選擇合適的技術(shù)手段，運用工程化的知識進行需求分析和系統(tǒng)設(shè)計，針對復(fù)雜的工程問題，能運用工具完成需求分析與建模和系統(tǒng)設(shè)計。通過流程優(yōu)化來提高課程設(shè)計的合理性，以分組的形式來進行軟件工程的實踐活動，完成指導(dǎo)教師所分配的實際軟件項目，學(xué)生應(yīng)用軟件工程中需求分析和設(shè)計的方法，以團隊協(xié)作方式完成項目的需求分析和設(shè)計（目前課程設(shè)計只支持需求和設(shè)計階段，后續(xù)會貫穿全過程），并提交規(guī)范的文檔。

指導(dǎo)教師提供實踐工程項目，學(xué)生分成小組協(xié)同完成項目的需求和設(shè)計工作，由小組組長分配任務(wù)協(xié)調(diào)工作，每周指導(dǎo)教師與學(xué)生面對面溝通項目實施情況，解決學(xué)生在項目需求和設(shè)計中存在的問題，小組內(nèi)部以周例會或日例會形式溝通任務(wù)實施情況，協(xié)同推進項目的進展。通過每周與教師的溝通和研討以及小組協(xié)作，完成工程任務(wù)同時培養(yǎng)溝通和交流的基本素養(yǎng)。在工程實踐活動中，強調(diào)組長（項目經(jīng)理）的職能，學(xué)生小組組長進行任務(wù)分配，組織項目的實施，協(xié)調(diào)組員之間的工作，通過每周的例會分配任務(wù)并檢查完成情況，平衡進度和質(zhì)量。通過每周小組與指導(dǎo)教師的交互，澄清問題、跟進問題的解決，小組成員在組長的帶領(lǐng)下，分工協(xié)作完成項目需求分析和系統(tǒng)設(shè)計并完成文檔的撰寫。同時給組長賦予更大的權(quán)限，如匿名評價組員的工作，這樣形成制衡機制，解決了“大鍋飯”的問題，也使得成績評價更全面。

在評分方面，教師嚴格實踐軟件需求和設(shè)計過程階段的檢查，根據(jù)學(xué)生在軟件項目需求和設(shè)計的完成情況以及提交的綜合大作業(yè)，并結(jié)合學(xué)生個人在實踐中的參與程度和表現(xiàn)評定成績。同時，引入評價工具，使衡量更為客觀和量化。

2.4 使用工具與框架

軟件開發(fā)工具是用來輔助軟件生命周期過程的一系列專業(yè)工具。通?？梢栽O(shè)計和實施工具以支持特定的軟件工程方法，從而減輕手動管理的負擔。熟練地使用軟件開發(fā)的工具，在軟件開發(fā)過程當中顯得尤為重要，可以達到事半功倍的效果。目前針對課程設(shè)計引入業(yè)界常用的一些工具和框架。

需求管理工具的使用貫穿于整個項目周期，有效地促進團隊溝通，幫助工程開發(fā)人員便捷地管理變更和評估變更可能帶來的影響。Rational RequisitePro是一個功能強大，易于使用的集成需求管理產(chǎn)品，為軟件工程生命周期的各個階段提供了強大而便捷的信息查詢、跟蹤和管理功能[6]。

在系統(tǒng)設(shè)計階段，設(shè)計工具可以幫助開發(fā)人員便捷地進行系統(tǒng)建模，典型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具如PowerDesigner，它可以為系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的不同階段提供數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)和應(yīng)用開發(fā)[7]，而原型工具（如Axure RP）可以實現(xiàn)專業(yè)的快速原型設(shè)計。Rose可以應(yīng)用于面向?qū)ο蟮男枨蠛驮O(shè)計全過程。

在團隊協(xié)作和項目管理方面，業(yè)界有大量的優(yōu)秀工具，如Microsoft Project是一個通用的項目管理工具軟件，凝集了許多成熟的項目管理現(xiàn)代理論和方法，可以幫助項目管理者實現(xiàn)時間、資源、成本的計劃、控制[8]。SVN（Subversion縮寫）是一個用于共享信息的集中式系統(tǒng)，可以記錄每次文件和目錄的修改，允許獲取以前版本的數(shù)據(jù)，以便可以檢查所做的更改，如果更改不正確，只需取消更改即可[9]。Git是一個開源的分布式版本控制系統(tǒng)，可以有效、高速地處理從很小到非常大的項目版本管理。Teambition是國內(nèi)團隊協(xié)作工具的倡導(dǎo)者，通過幫助團隊輕松共享和討論工作中的任務(wù)、文件、分享、日程等內(nèi)容，讓團隊協(xié)作煥發(fā)無限可能。

在課程設(shè)計開始階段，由教師和企業(yè)針對這些開發(fā)工具的使用對學(xué)生進行相關(guān)的培訓(xùn)，讓學(xué)生可以在完成課程設(shè)計的不同階段對相應(yīng)開發(fā)工具進行實際上手，熟練掌握開發(fā)工具的使用。

3 結(jié)語

應(yīng)對大數(shù)據(jù)時代對卓越軟件工程師的需求，依據(jù)卓越計劃的標準，結(jié)合軟件工程課程設(shè)計的特點，軟件工程課程設(shè)計改進方案可有效解決目前軟件工程課程設(shè)計所存在的不足，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、溝通能力和團隊協(xié)作能力，有利于高層次軟件工程技術(shù)人才的培養(yǎng)。