以實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的軟件工程教學(xué)改革探索

侯之旭 任大飛

（長江師范學(xué)院大數(shù)據(jù)與智能工程學(xué)院，重慶 408100）

0 引言

軟件工程的教學(xué)內(nèi)容是軟件工程學(xué)科的基本概念、基本原理和基本方法，教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生用軟件方式解決應(yīng)用問題的能力， 即鍛煉學(xué)生的分析需求、設(shè)計(jì)軟件解決方案并實(shí)現(xiàn)軟件的能力，這就決定了軟件工程必是一門理論與實(shí)踐并重的課程。 并且在課程教學(xué)中還表現(xiàn)出一些特點(diǎn)。 第一，軟件工程的學(xué)習(xí)通常需要一些前導(dǎo)課程做基礎(chǔ)，比如程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等，這些課程是從事軟件開發(fā)重要的基礎(chǔ)知識(shí)和開發(fā)技術(shù)來源，這些課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量直接影響軟件工程課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量甚至是興趣。 第二，課程理論知識(shí)具有抽象性且概念多、關(guān)系復(fù)雜，學(xué)習(xí)起來枯燥難理解。 第三，課程理論知識(shí)大多來源于大型復(fù)雜軟件開發(fā)，這讓幾乎無開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生學(xué)習(xí)起來接收困難。 第四，課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常為軟件建模練習(xí)和文檔編制，這很容易被學(xué)生認(rèn)為“無用”，對(duì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的吸引力不大。 這些原因都給課程教學(xué)帶來極大困難，也給課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成帶來不利。

因此為了改善教學(xué)效果，促進(jìn)課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，需要結(jié)合課程實(shí)際，分析軟件工程實(shí)踐能力的內(nèi)涵和培養(yǎng)途徑，再針對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀中存在的問題給出相應(yīng)的改革辦法。

1 實(shí)踐能力及培養(yǎng)途徑分析

具體到軟件工程課程需要培養(yǎng)的工程實(shí)踐能力，主要指：（1）能用軟件工程的原則、開發(fā)方法與技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件項(xiàng)目的開發(fā)與管理；（2）能適應(yīng)軟件開發(fā)新方向。 要具備這些能力，首先，要在課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，動(dòng)手開發(fā)實(shí)際軟件項(xiàng)目，積累開發(fā)經(jīng)驗(yàn)；其次，要在課程理論學(xué)習(xí)中，理解軟件工程的概念、原則，學(xué)習(xí)主流的技術(shù)和方法，了解新技術(shù)等。 本文將從課程理論和課程實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面分別描述課程教學(xué)現(xiàn)狀和改革措施。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 理論教學(xué)面臨的問題

首先，軟件工程課程理論具有概念多、名詞多，知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系不易把握的特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)很難產(chǎn)生主動(dòng)的學(xué)習(xí)興趣。 比如，在第一章學(xué)習(xí)中，就會(huì)先后接觸到“軟件”“軟件生命周期”“軟件工程”“軟件過程”和“軟件過程模型”等概念，“軟件”是軟件開發(fā)的目標(biāo)產(chǎn)品，“軟件生命周期”是軟件概念的補(bǔ)充，對(duì)指導(dǎo)軟件開發(fā)過程的活動(dòng)安排有重要作用，“軟件工程”是一個(gè)以制造計(jì)算機(jī)軟件為目標(biāo)的工程學(xué)科分支，強(qiáng)調(diào)綜合利用基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)， 能以最小代價(jià)開發(fā)出高質(zhì)量軟件，“軟件過程” 是一次軟件開發(fā)各活動(dòng)所形成的過程，即軟件工程的一次實(shí)踐等。 由此可見這幾個(gè)名詞在含義上相互之間有關(guān)系，且對(duì)課程學(xué)習(xí)目的的認(rèn)識(shí)有重要作用。 但教材和常見學(xué)習(xí)資料通常僅給出名詞的經(jīng)典定義，學(xué)生學(xué)起來難理解、難記憶，也很難產(chǎn)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。

其次，課程理論知識(shí)大多數(shù)是來源于軟件開發(fā)領(lǐng)域的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，且大多針對(duì)的是大型或復(fù)雜軟件，這些很難在幾乎無軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生頭腦中產(chǎn)生共鳴。 軟件工程課程為了能夠?qū)Ω鞣N規(guī)模、各種復(fù)雜程度、各種類型軟件開發(fā)問題都能起到指導(dǎo)作用，所以內(nèi)容大多是以大型復(fù)雜軟件開發(fā)的需要所安排的，主要特征為規(guī)范嚴(yán)格、過程煩瑣、建模復(fù)雜以及文檔細(xì)致，這些特點(diǎn)與幾乎沒有軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生形成鮮明對(duì)比，實(shí)際教學(xué)中也很少有真實(shí)的大型復(fù)雜項(xiàng)目作為案例， 所以學(xué)起來很難有直觀的感受，即課程內(nèi)容較難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

最后，由于課程實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容決定了主要的理論教學(xué)內(nèi)容為軟件需求和設(shè)計(jì)階段的知識(shí)，然而在實(shí)際軟件開發(fā)中，這兩個(gè)階段不直接產(chǎn)生軟件程序，對(duì)于沒有全過程軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和切身體會(huì)的學(xué)生來說，開發(fā)軟件就是編寫程序，可以運(yùn)行的程序才最重要，編寫代碼技術(shù)好才是軟件開發(fā)的真本事，甚至是唯一需要的能力，而需求理解分析、軟件設(shè)計(jì)的建模和文檔似乎是沒有多大用的。 這就導(dǎo)致課程內(nèi)容對(duì)學(xué)生吸引力不大。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

首先，由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，所以只能將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選定為軟件需求、設(shè)計(jì)建模及文檔編制（因?yàn)檐浖_發(fā)過程其他活動(dòng)的知識(shí)有相應(yīng)專業(yè)課學(xué)習(xí)）， 而這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)成本較高（另外要學(xué)習(xí)UML 和建模工具）且無直接的可運(yùn)行程序產(chǎn)出，對(duì)學(xué)生練習(xí)的吸引力很小。 其次，通常只有中大型軟件開發(fā)才必須要求規(guī)范的軟件建模和文檔編制，而學(xué)生實(shí)驗(yàn)練習(xí)題目很難達(dá)到這樣的規(guī)模，一般是選擇需求能夠來源于常識(shí)中小型軟件題目，這就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的說服力不強(qiáng)。

3 教學(xué)改革措施

鑒于現(xiàn)在課程教學(xué)中存在的問題，應(yīng)該以工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)，有針對(duì)性的分別在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采取相應(yīng)措施。

3.1 創(chuàng)新理論教學(xué)方法，改善學(xué)生學(xué)習(xí)效果

針對(duì)課程理論知識(shí)很難引起學(xué)生興趣，學(xué)習(xí)效果不好的現(xiàn)狀，在理論教學(xué)中可采取以下四種措施。

第一，利用與學(xué)生存量知識(shí)之間的接口，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的接收更容易。 比如，大多數(shù)學(xué)生通過前導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)， 已有編寫計(jì)算機(jī)程序解決應(yīng)用問題的經(jīng)歷，了解軟件開發(fā)要從問題需求開始，所以在講解軟件開發(fā)過程（需求分析、軟件設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、部署）時(shí)就可以充分利用這一點(diǎn)。 即軟件開發(fā)一定是為了解決現(xiàn)實(shí)中的某個(gè)應(yīng)用問題，所以先要理解分析問題。 另外學(xué)生也都有中小學(xué)解數(shù)學(xué)應(yīng)用問題的經(jīng)歷，可以引導(dǎo)學(xué)生參照數(shù)學(xué)上解決應(yīng)用問題的經(jīng)典過程（如審題、設(shè)計(jì)算式、計(jì)算出結(jié)果、驗(yàn)證結(jié)果），軟件開發(fā)也需要理解分析應(yīng)用問題的需求，然后設(shè)計(jì)解決該問題的軟件解決方案，最后用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)該軟件，并由軟件測(cè)試保證軟件質(zhì)量。

第二，重在講解知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，具體知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)可充分發(fā)揮學(xué)生自學(xué)。 大多數(shù)學(xué)生都有較強(qiáng)的自學(xué)能力， 針對(duì)單個(gè)具體概念的學(xué)習(xí)是完全可以勝任的，鑒于課程概念多的問題，可以將講解的重點(diǎn)放在講清楚知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系上。 比如，在學(xué)習(xí)軟件設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，通常依次要學(xué)習(xí)這三個(gè)概念：（1）軟件設(shè)計(jì)；（2）設(shè)計(jì)模型；（3）設(shè)計(jì)原則。 學(xué)生對(duì)這三個(gè)概念自學(xué)是基本可以理解的，自學(xué)的困難之處在于，不容易理解為什么要學(xué)設(shè)計(jì)原則，教師只需要講出來是設(shè)計(jì)模型的內(nèi)容和質(zhì)量要求以及設(shè)計(jì)活動(dòng)所面臨的挑戰(zhàn)決定了必須要依照一些設(shè)計(jì)原則才能完成設(shè)計(jì)，才可能得出高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案。

第三，理論知識(shí)講解時(shí)一定要結(jié)合案例，并且使用一個(gè)案例貫穿整個(gè)知識(shí)體系講解的全過程。 課程的核心內(nèi)容就是軟件開發(fā)各階段的活動(dòng)及相關(guān)方法和技術(shù)，講解這樣的內(nèi)容，一定要充分借助一個(gè)有代表性的軟件案例，通過逐步介紹其開發(fā)過程和各階段的軟件制品，使學(xué)生有更具體的理解。 比如，在需求理解分析活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生通過理解需求嘗試規(guī)劃系統(tǒng)功能用例和參與者，并構(gòu)思之間的關(guān)系，嘗試表示出系統(tǒng)功能模型，然后給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的詳略適當(dāng)?shù)墓δ苣Ｐ偷摹皡⒖即鸢浮?，使學(xué)生自動(dòng)的反思自己模型表示的優(yōu)勢(shì)和不足之處，取長補(bǔ)短，提升能力。

第四，在理論知識(shí)講解過程中適時(shí)引入對(duì)軟件開發(fā)領(lǐng)域新方向、新技術(shù)。 軟件工程學(xué)科內(nèi)容是為高效的開發(fā)出高質(zhì)量軟件而準(zhǔn)備的，自然也會(huì)因?yàn)樯鐣?huì)對(duì)軟件要求的變化而發(fā)展，所以學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的經(jīng)典的軟件過程模型，掌握主流的軟件開發(fā)方法、技術(shù)的同時(shí)，也一定要了解軟件開發(fā)的新方向，比如現(xiàn)在處于發(fā)展中的基于構(gòu)件的軟件開發(fā)、 敏捷軟件開發(fā)、面向服務(wù)的軟件開發(fā)以及持續(xù)集成等軟件開發(fā)新方向。比如，現(xiàn)在軟件開發(fā)時(shí)需求變化情況可能會(huì)發(fā)生在軟件開發(fā)和運(yùn)行的各個(gè)時(shí)期， 甚至軟件開發(fā)可能是僅從創(chuàng)意開始的，軟件邊開發(fā)需求邊構(gòu)思，軟件邊使用功能邊豐富，這要求軟件開發(fā)具有適應(yīng)需求變化能力。

3.2 強(qiáng)化課程實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力

針對(duì)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的吸引力不大、說服力不強(qiáng)的處境和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)難以達(dá)成的現(xiàn)狀。 在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可采取如下四條改革措施。

第一，應(yīng)該有針對(duì)性加強(qiáng)關(guān)鍵步驟演示，及時(shí)解決學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的卡殼點(diǎn)。 在面向?qū)ο蠓椒ㄊ侵髁鞯能浖_發(fā)方法的當(dāng)下， 掌握UML 模型表示機(jī)制及其相關(guān)建模軟件是很有必要的。 所以學(xué)生要想順利地開展軟件建模實(shí)驗(yàn)，首先要對(duì)UML 有比較深入的了解，這已經(jīng)是比較大的學(xué)習(xí)任務(wù)了，而且實(shí)際中還要熟悉一款可以進(jìn)行UML 軟件建模的工具， 這無疑又增大了學(xué)習(xí)任務(wù)。 所以要求在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行軟件建模練習(xí)， 學(xué)生必然會(huì)在UML 學(xué)習(xí)及工具軟件熟悉過程中有困難和卡殼點(diǎn)，教師一定要結(jié)合自己實(shí)驗(yàn)備課的體會(huì)，再加上主動(dòng)收集學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的疑難問題，及時(shí)進(jìn)行演示講解，助力學(xué)生順利開展課程實(shí)驗(yàn)。

第二，合理組織實(shí)驗(yàn)小組，精心確定軟件題目。 為了能夠模擬真實(shí)的軟件項(xiàng)目開發(fā)場(chǎng)景，實(shí)驗(yàn)形式適合3～8 名學(xué)生組成項(xiàng)目小組， 這樣既可以承擔(dān)一定規(guī)模的軟件題目，又可以在實(shí)驗(yàn)中鍛煉項(xiàng)目組成員分工協(xié)作。 另外軟件題目的以小組自擬加教師審核的方式確定，在自擬題目之前教師也可以提供數(shù)個(gè)題目供學(xué)生參考， 讓學(xué)生在參考中體會(huì)可以選擇的軟件類型、軟件規(guī)模等。 教師審核軟件題目和軟件需求這個(gè)環(huán)節(jié)必不可少， 一定要確保選擇的題目有開發(fā)意義價(jià)值，具備一定的規(guī)模，且具備可實(shí)現(xiàn)性。

第三，強(qiáng)化軟件開發(fā)過程控制。 在組成項(xiàng)目組，確定軟件題目后，應(yīng)該要求學(xué)生根據(jù)每次實(shí)驗(yàn)課安排的實(shí)驗(yàn)任務(wù)， 對(duì)自己的軟件題目進(jìn)行相應(yīng)軟件建模，在本次任務(wù)完成后，要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式提交當(dāng)前軟件建模的成果。 在需求分析建模完成、軟件設(shè)計(jì)建模完成后，還要編制需求文檔和設(shè)計(jì)文檔。 雖不作為實(shí)驗(yàn)成績的組成部分， 但鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課時(shí)結(jié)束后，項(xiàng)目小組將軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，將軟件開發(fā)完成。

第四，改進(jìn)課程考核方法，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)所占比例。 為了突出實(shí)驗(yàn)練習(xí)在達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)中的重要性，還可以將實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)在課程考核中的占比在一定范圍內(nèi)加大，參考軟件工程的教學(xué)實(shí)施方案建議，將占比確定為40%，其中軟件建模結(jié)果和質(zhì)量占20%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況占10%，規(guī)范化需求和設(shè)計(jì)文檔占10%。

4 結(jié)語

作為計(jì)算機(jī)專業(yè)一門核心專業(yè)課，軟件工程肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生軟件開發(fā)方面的工程實(shí)踐能力的重任。 良好的軟件開發(fā)能力不僅要求具有實(shí)際軟件開發(fā)經(jīng)歷，也要求具備成體系的理論知識(shí)，所以實(shí)際教學(xué)中既不能輕視課程實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的鍛煉，又不能忽視課程理論知識(shí)的教學(xué)效果。 經(jīng)過長達(dá)5 學(xué)期軟件工程一線教學(xué)觀察和思考，針對(duì)課程教學(xué)中存在的問題，先后逐步在教學(xué)中施以本文所述教學(xué)改革措施。 經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)學(xué)生在理解知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系和學(xué)習(xí)主動(dòng)性方面有了明顯改善，在實(shí)驗(yàn)方面也從模仿已有軟件模型到獨(dú)立設(shè)計(jì)軟件模型。 在教學(xué)目標(biāo)達(dá)成方面取得了一定的成效。 鑒于教學(xué)課時(shí)有限，后續(xù)可以考慮將知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系整理成學(xué)習(xí)資料，將建模工具軟件操作錄制成視頻等，持續(xù)推進(jìn)課程建設(shè)。