Scrum敏捷方法在軟件工程實驗框架設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用研究

山東華宇工學(xué)院 孫德剛

敏捷方法是一種以人為核心的軟件開發(fā)方法，這種方法不僅被應(yīng)用在軟件開發(fā)領(lǐng)域，更在軟件工程教學(xué)之中得到了廣泛應(yīng)用?；诖耍疚年U述了將敏捷方法引入軟件工程項目的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，分析了基于Scrum敏捷方法的軟件工程實驗框架設(shè)計方案，并對其具體實施路徑進(jìn)行了論述，該設(shè)計方案的研究與實施能夠為相關(guān)軟件開發(fā)工作人員帶來一個更為便捷的軟件工程實驗框架設(shè)計思路。

軟件工程課程的實踐性相對較強(qiáng)，只有基于有效實驗，才能保證理論與實際的有效聯(lián)系，進(jìn)而讓教學(xué)質(zhì)量得到提升。敏捷方法在軟件工程項目中的應(yīng)用存在諸多優(yōu)勢，但也同樣為軟件工程實驗項目帶來了挑戰(zhàn)。為了提高項目教學(xué)成效，相關(guān)教師必須幫助學(xué)生有效理解敏捷方法，保證理論教學(xué)與實驗內(nèi)容同步，讓基于敏捷方法的軟件工程實驗取得良好效果。

1 敏捷方法的應(yīng)用優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

敏捷軟件開發(fā)方法是一種當(dāng)前比較流行的用于應(yīng)對快速變化需求的軟件開發(fā)能力，它的核心是人，是一種遵循迭代和循序漸進(jìn)的軟件開發(fā)方法，應(yīng)用時程序員與業(yè)務(wù)專家之間存在緊密協(xié)作關(guān)系和直接溝通渠道，還擁有緊湊而自我組織型的團(tuán)隊。它更多的是強(qiáng)調(diào)軟件項目中組織團(tuán)隊的合作，從而有效提高了軟件項目開發(fā)的效率，更能滿足當(dāng)下快速發(fā)展的項目開發(fā)體量大、工期緊等現(xiàn)實需求。

1.1 優(yōu)勢

從軟件工程敏捷開發(fā)方法自身看，分為思想、原則、流程、方法、工具、實施等，是軟件即服務(wù)（Software as a Service）等軟件開發(fā)模式的一種良好的闡釋。比如，在SaaS開發(fā)模式下，產(chǎn)品一旦發(fā)布就能立刻部署到企業(yè)內(nèi)部服務(wù)器上，用戶隨即就可以使用本軟件的服務(wù)。和原有包裝盒軟件產(chǎn)品相比，SaaS開發(fā)模式下的軟件迭代以及交付速度要快得多、并且軟件交付成本幾乎為零，大大降低了軟件迭代、缺陷修復(fù)的成本，使軟件產(chǎn)品持續(xù)交付成為現(xiàn)實。

以往，軟件工程課程基于軟件開發(fā)過程的瀑布模型設(shè)置教學(xué)大綱。也就是說，在課程規(guī)劃方面，大多以概念、需求分析、定義、系統(tǒng)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和編程測試為路線設(shè)置課程內(nèi)容，實驗課程將會穿插在理論教學(xué)當(dāng)中并與后者保持同步和自然銜接，因而實驗教學(xué)非常容易實施。但基于這種方法培養(yǎng)的人才，與業(yè)內(nèi)流行的敏捷開發(fā)方法要求不符，所以將敏捷開發(fā)方法引入軟件工程教學(xué)十分必要?，F(xiàn)階段，引入敏捷開發(fā)方法，有著如下優(yōu)勢：第一，以小團(tuán)隊方式開展實踐教學(xué)，可賦予學(xué)生充分參與實踐的機(jī)會；第二，趣味性、參與性強(qiáng)，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情；無團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)且強(qiáng)調(diào)自我管理，便于培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽(yù)感與責(zé)任感，有助于增強(qiáng)軟件專業(yè)學(xué)生的自我管理能力；第四，關(guān)注工作產(chǎn)品的自身價值，學(xué)生可從中獲得成就感與滿足感，更能增強(qiáng)個人的軟件開發(fā)與測試能力。

圖1 基于Scrum敏捷開發(fā)過程模型

1.2 挑戰(zhàn)

從上文中我們不難看出，將敏捷開發(fā)方法引入軟件工程教學(xué)，有助于提高教學(xué)質(zhì)量。但在這一過程也為軟件工程的實驗教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)。敏捷方法的重點在于快速迭代，迭代周期大多為2-4周/次，若僅讓學(xué)生完成單個迭代實驗不利于學(xué)生理解該模式，只有讓他們在學(xué)期內(nèi)完成3-4個迭代并交付多個版本，才能較為完整地踐行開發(fā)的敏捷過程。不過，從實際情況來看，若要完成多個迭代，則難以保證實驗設(shè)計與理論教學(xué)的有效銜接，二者的不同步也將阻礙軟件工程的實驗成效。

2 基于敏捷方法的軟件工程實驗設(shè)計與實施

傳統(tǒng)的實驗環(huán)境是基于瀑布模型建設(shè)的，它并不能滿足敏捷方法的實際要求。比如，基于敏捷方法，應(yīng)通過User Story（用戶故事）和Product backlog（產(chǎn)品待辦事項集合）來描述Scrum需求；任務(wù)工作量則需要小組成員的敏捷估算撲克游戲來估算。而且，實踐中，還需要基于Burndown Chart即依賴燃盡圖來控制實驗進(jìn)度，讓任務(wù)帖子由“To do”向“In progress”、“Testing”和“Done”等欄目轉(zhuǎn)移的過程保持可控。

軟件工程敏捷方法的實驗框架設(shè)計采用Scrum過程框架，共分為3個階段，每一階段設(shè)定為1個月。第1階段為軟件開發(fā)的前期準(zhǔn)備階段，包括信息收集、認(rèn)知啟動、數(shù)據(jù)流分析等工作。而第2、3階段，對應(yīng)敏捷開發(fā)的2個迭代周期，即Scrum過程模式中Sprint。在完成產(chǎn)品的開發(fā)過程中，還需要把軟件需求分析與需求定義、軟件設(shè)計方法、持續(xù)構(gòu)建與集成、單元測試、功能測試和非功能測試等內(nèi)容融入到軟件開發(fā)與迭代過程，體現(xiàn)軟件工程思想、項目管理、質(zhì)量管理等內(nèi)容?；赟crum敏捷開發(fā)過程模型如圖1所示。

2.1 實驗框架設(shè)計

現(xiàn)階段，有關(guān)于測試驅(qū)動開發(fā)（Test Driven Development）即TDD、Scrum、結(jié)對編程、極限編程等敏捷方法的研究相對較多，為基于敏捷方法的實驗框架設(shè)計提供了參考。對于軟件工程而言，實踐性強(qiáng)、實驗多且難度大是其課程設(shè)置的主要特點，只有基于有效實驗才能保證理論知識與實踐訓(xùn)練之間的有效融合，所以在教學(xué)過程中實驗內(nèi)容不可或缺。

在進(jìn)行基于敏捷方法的軟件工程實驗框架設(shè)計之前，相關(guān)工作人員需要對實踐內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)選定，從而保證課程的內(nèi)容與軟件工程課程具有同步性。比如，以Scrum過程框架作為軟件工程實驗教學(xué)的敏捷方法，用一學(xué)期的時間完成軟件工程理論內(nèi)容教學(xué)和相關(guān)實驗。那么，Scrum框架的整體設(shè)計時限為4個月，在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)前期準(zhǔn)備、第一個迭代、第二個迭代和第三個迭代來劃分框架設(shè)計的全部周期，從而保證軟件開發(fā)的完整性。以每一個月為1階段周期，以第一階段為前期準(zhǔn)備階段，后三個階段為學(xué)生實踐階段。

2.1.1 前期準(zhǔn)備階段

在這一階段，學(xué)生們需要完成軟件開發(fā)前的所有準(zhǔn)備工作。比如，產(chǎn)品定義、需求分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流分析、系統(tǒng)框架設(shè)計以及產(chǎn)品發(fā)布計劃。此時，基于敏捷方法的軟件工程實驗教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該與軟件工程的基本概念、項目管理過程、軟件過程、系統(tǒng)框架和需求工程等理論課程相對應(yīng)。主要實驗任務(wù)應(yīng)該是建立團(tuán)隊、分析需求、估算工作量、定義產(chǎn)品、發(fā)布規(guī)劃并設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)。當(dāng)然，分析基本業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也可作為實驗任務(wù)。實驗后，應(yīng)交付產(chǎn)品愿景、團(tuán)隊分工和Product backlog。

2.1.2 第一個迭代

所謂第一個迭代，就是軟件開發(fā)過程中有關(guān)于產(chǎn)品功能特性開發(fā)的第一個迭代，這是Sprint的第一個階段。設(shè)計實驗框架時，相關(guān)工作人員應(yīng)該基于先易后難的原則作業(yè)。因此，首個迭代較為簡單，只要保證每一個Scrum環(huán)節(jié)都過一遍即可。比如，以制定Sprint計劃、設(shè)計數(shù)據(jù)庫、編程、進(jìn)行僅限于功能測試的驗收測試、開展產(chǎn)品Review和反思會議，完成Product backlog維護(hù)等實驗任務(wù)。在實驗后，交付Spring backlog、燃盡圖、會議記錄和第一版產(chǎn)品，并提供修改后的Product backlog。而且，實驗內(nèi)容應(yīng)該與系統(tǒng)建模、計劃項目、測試基本方法等理論課程進(jìn)行有效銜接。

2.1.3 第二個迭代

與第一個迭代相比，第二個迭代在實驗內(nèi)容上增加了單元測試和UI設(shè)計；在可選任務(wù)中增加了結(jié)對編程、重構(gòu)代碼、每日構(gòu)建和搭建繼承環(huán)境等內(nèi)容；實驗后的交付內(nèi)容與第一個迭代相同；理論教學(xué)銜接以案例分析、代碼重構(gòu)、結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計和基礎(chǔ)設(shè)施與部署等內(nèi)容為主。

2.1.4 第三個迭代

相比于前兩個迭代，第三個迭代的實驗應(yīng)添加代碼評審內(nèi)容，其可選任務(wù)主要為自動化測試、缺陷分析、可測試性測試驅(qū)動開發(fā)等內(nèi)容；實驗后需提供最終版本的燃盡圖、產(chǎn)品和會議記錄。教學(xué)時，應(yīng)與風(fēng)險分析與控制、持續(xù)改進(jìn)過程、團(tuán)隊建設(shè)溝通、產(chǎn)品質(zhì)量分析等理論課程內(nèi)容銜接。

2.2 實驗框架實施

為了保證基于敏捷方法的軟件工程框架設(shè)計的有效實施，教師應(yīng)該以觀察員的身份參與學(xué)生實驗組的會議，但不宜參與討論；在必要時，可為學(xué)生提供指導(dǎo)和示范，但教師應(yīng)合理安排實踐，從而保證所有學(xué)生都能獲得來自教師的輔導(dǎo)和支持。而且，教師還應(yīng)充分尊重敏捷團(tuán)隊的自我管理特點，以開放、包容、信任和鼓勵的態(tài)度面對學(xué)生，引導(dǎo)他們參與管理過程，提高管理能力。比如，鼓勵學(xué)生自主命題、組織學(xué)生參與實驗答辯評定、引導(dǎo)自主確定團(tuán)隊分工等。

綜上所述，基于敏捷方法的軟件工程實驗教學(xué)，能夠有效提升該專業(yè)學(xué)生的實驗?zāi)芰ΑW(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力，可為增強(qiáng)學(xué)生學(xué)科興趣和實踐創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，相關(guān)教師需要基于實際教學(xué)需要，基于敏捷方法開展軟件工程實驗框架設(shè)計，并且通過教師引導(dǎo)和師生配合保證設(shè)計方案的順利實施。