軟件工程專業(yè)《軟件構(gòu)造》課程教學(xué)案例設(shè)計(jì)探討

鄭珂暉

(福建農(nóng)林大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院軟件工程系，福建 福州)

一 引言

21世紀(jì)以來，人類進(jìn)入了信息化時(shí)代，對軟件開發(fā)提出了更高的要求：能夠及時(shí)響應(yīng)用戶需求變化，提升開發(fā)效率、保證開發(fā)質(zhì)量，交付有效的、可用的軟件產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，近些年來，有些學(xué)者[1-2]提出軟件開發(fā)應(yīng)當(dāng)“以構(gòu)造為中心”的觀點(diǎn)，認(rèn)為軟件構(gòu)造是軟件開發(fā)的中心，應(yīng)該將軟件開發(fā)的重心放在軟件構(gòu)造上。

根據(jù)2013年IEEE發(fā)布的SW EBOK3.0的定義[3]，軟件構(gòu)造是指通過詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、單元測試、集成測試、調(diào)試和驗(yàn)證相結(jié)合，創(chuàng)建出具有意義的、可以正常工作的軟件，知識(shí)域可以分成五個(gè)子域，即：軟件構(gòu)造基礎(chǔ)、管理構(gòu)造、構(gòu)造技術(shù)、構(gòu)造工具和實(shí)際考慮。

案例教學(xué)法聚焦于明確的教育目標(biāo)，通過將實(shí)際教育過程中真實(shí)的情境，引導(dǎo)學(xué)生思考和判斷，進(jìn)而通過獨(dú)立研究和相互討論，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，在實(shí)際教學(xué)中，得到了廣泛的應(yīng)用，近些年來，有不少教師將案例法應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，取得了較好的教學(xué)效果：唐玲、尹珧人[4]綜合應(yīng)用分組、案例、項(xiàng)目等教學(xué)方法，大大提升了學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的興趣。白守英[5]分析了案例教學(xué)的特征，指出教學(xué)案例要做好選擇，對構(gòu)建數(shù)學(xué)思維等手段提升學(xué)生學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)課程的興趣，其中，課后案例教學(xué)等是高等數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用案例教學(xué)的主要策略，有力提升了教學(xué)效果。高涵[6]在教學(xué)實(shí)踐中，通過分析案例教學(xué)法實(shí)際運(yùn)用中存在的不足，提出應(yīng)該將實(shí)踐和理論相結(jié)合，以此加強(qiáng)案例教學(xué)法與統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)的聯(lián)系，使案例教學(xué)法更好地應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)中。李昕、辛元芳[7]等提出結(jié)合虛擬仿真進(jìn)行案例教學(xué)驅(qū)動(dòng)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，以“數(shù)字控制直流穩(wěn)壓電源”為案例進(jìn)行“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)，學(xué)生不僅牢牢掌握大部分知識(shí)點(diǎn)，還培養(yǎng)了應(yīng)用開發(fā)技能和創(chuàng)新思維，教學(xué)效果顯著提升。

因?yàn)檐浖?gòu)造對于軟件開發(fā)人才的培養(yǎng)是十分重要的，在軟件工程的課程體系中處于核心課程的地位，涵蓋了軟件構(gòu)造的基礎(chǔ)、管理軟件構(gòu)建、構(gòu)造技術(shù)、實(shí)踐問題以及軟件構(gòu)造工具等，即包含軟件開發(fā)的基本理論、原則，又有軟件開發(fā)的最佳實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程。有關(guān)《軟件構(gòu)造》的課程教學(xué)改革研究在課程專家的努力下，也得到了許多成果。彭鑫[8]結(jié)合與企業(yè)產(chǎn)學(xué)合作的經(jīng)驗(yàn)，提出要以軟件構(gòu)造活動(dòng)為中心、突出實(shí)踐化培養(yǎng)特色、體現(xiàn)軟件工程師成長路徑的軟件工程教學(xué)指導(dǎo)思想，通過實(shí)踐化教學(xué)方式幫助學(xué)生更好地理解與掌握軟件工程思想和方法。潘家輝、張洋[9]提出在《軟件構(gòu)造》教學(xué)中采用型混合教學(xué)的新模式，以提升教學(xué)水平。李勁華、陳宇[10]提出在軟件工程的課程體系中可以設(shè)置綜合軟件開發(fā)技術(shù)、工具和各種應(yīng)用技術(shù)實(shí)踐的《軟件構(gòu)造》課程設(shè)計(jì)及其課程群，可以更好地培養(yǎng)軟件開發(fā)的人才。

上述工作對《軟件構(gòu)造》課程教學(xué)水平的提升起了重要的作用，但是有關(guān)《軟件構(gòu)造》課程中案例教學(xué)的報(bào)道目前相對較少，具有一定的研究價(jià)值。在教學(xué)中采用案例式教學(xué)法來進(jìn)行講解，可以使學(xué)生能夠更好地理解軟件構(gòu)造的基本原理、工具應(yīng)用和實(shí)踐技巧。本文主要介紹了在《軟件構(gòu)造》課程中案例設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)，分析了《軟件構(gòu)造》教學(xué)中存在的一些問題和解決方法，并對教學(xué)案例設(shè)計(jì)的原則、方法和教學(xué)實(shí)際應(yīng)用效果做些介紹，以期可以拋磚引玉。

二 《軟件構(gòu)造》教學(xué)案例設(shè)計(jì)

（一） 《軟件構(gòu)造》課程教學(xué)中存在的問題

在軟件工程課程體系設(shè)置中，一般會(huì)在學(xué)生修完程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、軟件工程等科類基礎(chǔ)課后才進(jìn)入到軟件構(gòu)造的學(xué)習(xí)。學(xué)生經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了軟件開發(fā)的基本要求，但相關(guān)課程的知識(shí)還不能有效地融合在一起為軟件開發(fā)服務(wù)。由于大多數(shù)院校開設(shè)《軟件構(gòu)造》課程時(shí)間較短，在組織課程教學(xué)時(shí)，常存在一些問題，主要有：

（1）教學(xué)資源相對匱乏，缺少相對權(quán)威的教材和課程配套資源，授課內(nèi)容各有側(cè)重，在教學(xué)大綱的編寫、課程教案等還缺少統(tǒng)一、規(guī)范的共識(shí)。

（2）課程講解的主要形式是理論講解。而《軟件構(gòu)造》課程是在相關(guān)理論基礎(chǔ)上實(shí)踐性相對強(qiáng)的一門課程，但苦于缺少足夠的案例支撐，對實(shí)踐講解往往只停留在教材提供的例子上，這些例子有的相對孤立，較難將不同章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容串連在一起。

（3）在實(shí)驗(yàn)課中，要求學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教材提供的案例相似，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)往往直接按照教材提供的代碼來完成實(shí)驗(yàn)，缺少主動(dòng)思考。

為了解決上述問題，可以考慮采用案例教學(xué)的方法。因?yàn)閷W(xué)生在前續(xù)課程的學(xué)習(xí)中已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)，能夠理解軟件開發(fā)中的常見案例，那么，在教學(xué)中建設(shè)從淺入深、不斷推進(jìn)的增量式案例群，可以很好地解決《軟件構(gòu)造》教學(xué)中遇到的上述問題，采用案例教學(xué)具有如下優(yōu)點(diǎn)：案例如能選擇適當(dāng)，可以貫穿于學(xué)習(xí)課程的全程，將各章節(jié)的知識(shí)形成一個(gè)有機(jī)整體；此外，案例講解有助于學(xué)生理解復(fù)雜的、抽象的概念；在基礎(chǔ)案例群上進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹V度和深度的擴(kuò)充，有利于學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，既有一定的基礎(chǔ)，又能主動(dòng)思考，使得構(gòu)造的能力得到切實(shí)的培養(yǎng)。

（二） 教學(xué)案例設(shè)計(jì)的原則

由于《軟件構(gòu)造》的課程內(nèi)容有涉及模塊化、面向?qū)ο蟆?shù)據(jù)庫、圖形用戶界面、交付使用等內(nèi)容，知識(shí)面較廣，而構(gòu)造活動(dòng)在軟件開發(fā)中的重要地位也確定了課程的培養(yǎng)目標(biāo)，所以在進(jìn)行教學(xué)案例設(shè)計(jì)前，需要明確案例設(shè)計(jì)的原則，根據(jù)確定的原則，就可以查找素材、依據(jù)教學(xué)內(nèi)容對素材進(jìn)行編輯，使得案例設(shè)計(jì)能夠直接服務(wù)于教學(xué)。一般認(rèn)為，教學(xué)案例的設(shè)計(jì)要貼近生活，響應(yīng)教學(xué)目標(biāo)，有利于學(xué)生理解等[11-12]。對于《軟件構(gòu)造》課程而言，教學(xué)案例設(shè)計(jì)的主要原則有：

（1）目的性原則：教學(xué)案例設(shè)計(jì)以提升教學(xué)質(zhì)量為根本目的，要緊緊圍繞講授的知識(shí)內(nèi)容來進(jìn)行案例設(shè)計(jì)，幫助同學(xué)們理解，更好地掌握構(gòu)造原理。

（2） 中心性原則：以學(xué)生為中心，做好學(xué)情分析，對參加課程學(xué)習(xí)的學(xué)生已修課程和掌握的情況要了解，確保案例建立在學(xué)生已有的知識(shí)架構(gòu)之上。

（3）生活化原則：案例選取貼近生活，不要涉及太多的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，一般采用常見的、簡單的架構(gòu)，開發(fā)過程符合《軟件構(gòu)造》規(guī)范化的要求，突出現(xiàn)代增量式軟件開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用。

（4）集成性原則：案例中要考慮集成若干不同的軟件開發(fā)技術(shù)，這是因?yàn)楝F(xiàn)代軟件構(gòu)造往往不是只采用單一技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，需要學(xué)生了解如何整合不同的技術(shù)。

（5）串連性原則：整門課程不同章節(jié)的案例要能串連起來，從而體現(xiàn)了現(xiàn)代軟件開發(fā)的進(jìn)化演變的特征。

上述的原則并不是孤立的，而是一個(gè)有機(jī)的整體，在進(jìn)行案例設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)要依據(jù)授課內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，加以綜合考慮。

（三） 教學(xué)案例設(shè)計(jì)的實(shí)施

在《軟件構(gòu)造》課程中，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，按照上述的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行教學(xué)案例設(shè)計(jì)，可以根據(jù)教學(xué)過程，即課前、課中、課后和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)分段組織實(shí)施。

（1）根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)對象和教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)教學(xué)案例，可以在課程組內(nèi)組織《軟件構(gòu)造》任課教師共同編寫案例，并對案例進(jìn)行集體評審，投票選出最佳的案例。并在最佳案例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)節(jié)，做到案例符合教學(xué)目標(biāo)，貼近生活，難度適中。案例設(shè)計(jì)之后，還要根據(jù)使用的效果，進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，及時(shí)將案例中學(xué)生不太容易理解、教學(xué)效果不好的部分進(jìn)行修正，形成真正服務(wù)于教學(xué)、服務(wù)于學(xué)生的金案例。

（2）課前發(fā)布案例包含的問題，使得學(xué)生能夠自學(xué)并發(fā)現(xiàn)問題。在課程開始以前，可以將班級學(xué)生分組，在每次課前通過課程QQ群、各慕課平臺(tái)等將案例中的問題先發(fā)布出來，引導(dǎo)同學(xué)們做好課前準(zhǔn)備，對將要講解的內(nèi)容做到“存疑”，帶著解決問題的懸念，激發(fā)聽課的興趣。而分組的方式，可以保證小組內(nèi)的同學(xué)能夠互相監(jiān)督，共同解決案例中的問題，任課教師在課前可以通過每個(gè)組的小組長收集同學(xué)們在理解案例時(shí)提出的問題。

（3）在課堂講解時(shí)，任課教師針對同學(xué)們在課前準(zhǔn)備中提出問題，在案例講解時(shí)，對典型的問題逐一講解，注重將軟件構(gòu)造的基本理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，例如在講解到案例中實(shí)際構(gòu)造的實(shí)例時(shí)，要站在同學(xué)的角度來分析為什么要這么構(gòu)造，這么做的原理是什么，有沒有可替代的方案，這些方案中哪些最優(yōu)，等等，通過啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，從而達(dá)到“釋疑”的效果。

（4）在課程結(jié)束后，任課教師應(yīng)當(dāng)將案例的構(gòu)造思路、構(gòu)造涉及的知識(shí)（如算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）等內(nèi)容作為參考資料發(fā)布在課程群或慕課平臺(tái)上，供學(xué)生下載復(fù)習(xí)，而案例提供給學(xué)生的最好是用偽代碼表示的方案，請同學(xué)們用熟悉的編程語言來實(shí)現(xiàn)，同學(xué)們可以按照小組來提交自己模仿案例構(gòu)造的軟件，提交給教師后，可以采用互評與教師評閱相結(jié)合的方式對同學(xué)們提交的作品打分，以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

（5）在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，可以在課堂案例的基礎(chǔ)上，舉一反三，在原有案例的功能、性能等方面進(jìn)行適度的擴(kuò)展，讓同學(xué)們在前期完成的軟件構(gòu)造模塊的基礎(chǔ)上，達(dá)到在鞏固所學(xué)知識(shí)的同時(shí)有新的進(jìn)步。

這樣，就可以將教學(xué)案例貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，但在每個(gè)環(huán)節(jié)中，又有所側(cè)重，學(xué)生在課前、課中、課后、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中都能領(lǐng)會(huì)到軟件構(gòu)造的基本原理與思想，并能動(dòng)手實(shí)踐，在案例中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中理解案例中包含的軟件構(gòu)造的基本原理、構(gòu)造工具和復(fù)用方法等。

（四） 《軟件構(gòu)造》案例設(shè)計(jì)實(shí)例舉例

筆者開設(shè)的《軟件構(gòu)造》課程的學(xué)生為軟件工程專業(yè)大三的學(xué)生，軟件工程的相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課也已經(jīng)修完，已經(jīng)具備了較好的編程基礎(chǔ)。掌握學(xué)生學(xué)情以后，考慮采用一個(gè)貫穿課程全程的案例來輔助教學(xué)。根據(jù)教學(xué)大綱的要求，課程章節(jié)的設(shè)置，案例采用一個(gè)大家熟悉的數(shù)字計(jì)算器開發(fā)作為案例。案例設(shè)置如表1所示。

表1 軟件工程專業(yè)《軟件構(gòu)造》課程章節(jié)知識(shí)與案例

這樣，從一個(gè)簡單的沒有圖形界面的數(shù)字計(jì)算器逐步演化為一個(gè)功能齊全的可以使用的軟件產(chǎn)品，在案例演化的過程中，同學(xué)們可以較好地理解各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，并能舉一反三，在實(shí)際的軟件開發(fā)中能夠掌握軟件構(gòu)造的基本原理，應(yīng)用好軟件構(gòu)造的基本方法、工具。

在課前、課中、課后和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)使用案例，可以采用形式多樣的方法。例如：在課前，提出數(shù)字計(jì)算器的案例時(shí)，可以先將問題發(fā)布出來，由于課程聚焦于軟件構(gòu)造，所以軟件的需求任課教師可以先整理好提供給學(xué)生，學(xué)生們可以根據(jù)數(shù)字計(jì)算器開發(fā)提出開發(fā)方案，如采用什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、采用什么樣的算法等，并對方案進(jìn)行評估，每個(gè)小組給出一個(gè)建議的構(gòu)造方案。在課堂上，教師講解案例時(shí)，采用信息化的工具用形象化的方法來演示案例中的構(gòu)造方案，和學(xué)生課前預(yù)習(xí)提出的方案進(jìn)行比較，解釋學(xué)生的疑問。而在課后，可以請每個(gè)小組將案例的構(gòu)造用具體的編程工具（如Java）實(shí)現(xiàn)，并將每個(gè)構(gòu)造都發(fā)布在Git等平臺(tái)上，方便同學(xué)們交流學(xué)習(xí)。而在實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)，則在前期學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，給出開放性的實(shí)驗(yàn)，要求在普通數(shù)字計(jì)算器的基礎(chǔ)上，從不同的層面考慮構(gòu)造。

通過這樣的形式，同學(xué)們都能較好地完成數(shù)字計(jì)算器的構(gòu)造，各小組提交的構(gòu)造都能做到源于案例、高于案例，達(dá)到了教學(xué)效果。

三 結(jié)語

由于軟件構(gòu)造已經(jīng)成為現(xiàn)代軟件開發(fā)的重要階段，構(gòu)造質(zhì)量直接決定了軟件產(chǎn)品的質(zhì)量和用戶使用體驗(yàn)等。而構(gòu)造本身是理論與實(shí)踐高度結(jié)合的活動(dòng)，采用純理論教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來較為困難。實(shí)際教學(xué)中，注重將學(xué)生之前所學(xué)的知識(shí)整合在一起，按照軟件構(gòu)造的原理、采用各種構(gòu)造技術(shù)和工具，完成軟件產(chǎn)品的開發(fā)，是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，通過設(shè)計(jì)較好的案例能夠幫助學(xué)生掌握好該門課程。

在案例的選擇和設(shè)計(jì)時(shí)，要按照五個(gè)基本原則，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并且通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)制，如課程組內(nèi)部評審等來保證案例能夠較好地符合課程需要，此外要加強(qiáng)案例在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的作用，在實(shí)驗(yàn)中源于案例，而實(shí)驗(yàn)后學(xué)生構(gòu)造成果高于案例。

此外，還需要注意到，軟件構(gòu)造的新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，在進(jìn)行教學(xué)引入案例時(shí)，要將最新的構(gòu)造方法、構(gòu)造工具、構(gòu)造思想引入到案例中，使同學(xué)們能夠較好地掌握軟件構(gòu)造技術(shù)發(fā)展的最新前沿，更好地為軟件工程培養(yǎng)大量合格人才。