軟件工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用案例論文
摘 要：針對當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士軟件工程實(shí)踐教學(xué)偏向“粗放型”、缺乏個性滿足、過程管理及考核不完善的教學(xué)實(shí)際，分析專題教學(xué)模式的特點(diǎn)及專業(yè)碩士軟件工程實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，探討如何以“原型法需求分析實(shí)踐”為例開展軟件工程專題實(shí)踐教學(xué)，提出基于專題教學(xué)的軟件工程實(shí)踐教學(xué)方案。
關(guān)鍵詞：專業(yè)碩士；專題；軟件工程；實(shí)踐教學(xué)；原型法；需求分析
0引 言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在各專業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，軟件工程成為軟件分析、設(shè)計(jì)、測試、維護(hù)和管理等的核心課程。該課程的學(xué)科交叉性、工程性及領(lǐng)域相關(guān)性等帶來的復(fù)雜性使得其教學(xué)需采取循序漸進(jìn)、多層次的模式。本科層次主要培養(yǎng)軟件工程的基礎(chǔ)知識和基本實(shí)踐能力；研究生層次主要培養(yǎng)軟件工程理論基礎(chǔ)、技術(shù)和方法[1]，其中學(xué)術(shù)型碩士專注于理論創(chuàng)新的培養(yǎng)，工程型碩士專注于技術(shù)和方法應(yīng)用的培養(yǎng)。對于工程應(yīng)用型的計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士而言，軟件工程課程的培養(yǎng)目標(biāo)是在本科層次教育的基礎(chǔ)上，一方面從軟件開發(fā)方法和技術(shù)上著重于學(xué)生軟件分析、設(shè)計(jì)、構(gòu)造、實(shí)施及維護(hù)等能力的培養(yǎng)和提升，另一方面從軟件工程組織和管理上著重于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)和提升。因此，在加深理論教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)是計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士軟件工程課程教學(xué)的核心內(nèi)容。
1計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士軟件工程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀
當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士軟件工程實(shí)踐教學(xué)主要存在以下問題。
�。�1）實(shí)踐教學(xué)體系偏向“粗放型”[2]。實(shí)踐教學(xué)主要采取基于項(xiàng)目的分組實(shí)踐模式，即課堂授課結(jié)束后，學(xué)生自由組隊(duì)形成項(xiàng)目組，選擇一個軟件項(xiàng)目來完成后提交給教師檢查，這種模式缺乏針對軟件生命周期各階段的實(shí)踐訓(xùn)練，未能實(shí)現(xiàn)分析、設(shè)計(jì)、構(gòu)造、實(shí)施及維護(hù)等軟件工程各階段的精細(xì)鍛煉和培養(yǎng)。
�。�2）教學(xué)模式不能滿足學(xué)生個性需求。隨著專業(yè)學(xué)位碩士的擴(kuò)招，來自不同本科院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士生軟件工程實(shí)踐能力水平參差不齊，有的學(xué)生已經(jīng)接受過較多的軟件項(xiàng)目實(shí)踐訓(xùn)練，具備較好的實(shí)踐基礎(chǔ)，而有的較少或幾乎沒有參與過軟件項(xiàng)目實(shí)踐，實(shí)踐基礎(chǔ)薄弱。目前的實(shí)踐教學(xué)模式未能針對各種層次學(xué)生的實(shí)際情況，因材施教，使每個學(xué)生能在自己原有的實(shí)踐基礎(chǔ)上有更大的提高。
�。�3）實(shí)踐教學(xué)過程管理及考核模式不完善。當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)過程教師參與度較低，未能對實(shí)踐過程進(jìn)行合理的跟蹤和引導(dǎo)，實(shí)踐過程經(jīng)常變成由項(xiàng)目組核心的一兩個成員完成整個項(xiàng)目，而其他成員參與較少。教學(xué)考核模式未能針對學(xué)生的方法、技術(shù)、實(shí)踐能力及工程組織和管理能力對學(xué)生進(jìn)行精準(zhǔn)的評定。
2基于專題的軟件工程實(shí)踐教學(xué)
專題教學(xué)[2-3]是根據(jù)教學(xué)目的和重點(diǎn)內(nèi)容，將教學(xué)內(nèi)容歸納成若干個專題，然后圍繞每個專題展開深入分析和講解的一種教學(xué)方式，適合內(nèi)容繁雜、知識點(diǎn)多的文科類課程及已經(jīng)具備本科專業(yè)基礎(chǔ)的研究生的課程教學(xué)。與傳統(tǒng)按章節(jié)體系順序教學(xué)的扁平模式相比，專題教學(xué)以教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容為核心，圍繞核心內(nèi)容深入透徹地展開，屬于精講、“集約型”[2]的縱深模式教學(xué)。結(jié)合軟件工程知識體[4]（SWEBOK）及計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士培養(yǎng)目標(biāo)，軟件工程實(shí)踐教學(xué)劃分為7個專題：軟件需求分析實(shí)踐、軟件設(shè)計(jì)實(shí)踐、軟件測試實(shí)踐、軟件過程實(shí)踐、軟件質(zhì)量實(shí)踐、軟件管理實(shí)踐、軟件綜合實(shí)踐。在教學(xué)學(xué)時(shí)較充分的情況下，將教學(xué)內(nèi)容較多的專題進(jìn)一步劃分為子專題，盡量提高教學(xué)的精細(xì)度。專題教學(xué)模式要求每個專題的教學(xué)目標(biāo)明確，教學(xué)具體內(nèi)容和安排設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，采取多元化教學(xué)模式，達(dá)到精益求精的效果。
3基于專題的軟件工程實(shí)踐教學(xué)案例設(shè)計(jì)
精準(zhǔn)需求分析是軟件開發(fā)成功的核心環(huán)節(jié)，在眾多需求分析方法中，原型法在實(shí)踐中是最為有效的一種需求分析[5-6]方法。與瀑布模型等其他方法相比，原型法可以有效解決用戶需求不明或變更而造成的開發(fā)效率低下、失敗及成本增加等問題，是需求工程開展的最佳實(shí)踐方法之一，因此在軟件需求分析實(shí)踐專題中，該方法需要精講，使學(xué)生理解透徹并能熟練應(yīng)用。以“原型法需求分析實(shí)踐子專題”為例說明基于原型法的需求分析專題實(shí)踐教學(xué)方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
3.1教學(xué)目標(biāo)
“軟件需求分析實(shí)踐教學(xué)專題——原型法需求分析實(shí)踐子專題”的教學(xué)目標(biāo)：①學(xué)生既能夠掌握該方法的原理及運(yùn)用，又能夠熟悉需求分析的全過程；②學(xué)生能夠領(lǐng)會該方法與其他需求分析方法的異同點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用該方法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng)；③學(xué)生在專題實(shí)踐中鍛煉以下工程實(shí)踐能力：用戶溝通和引導(dǎo)能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，人際溝通、交流能力，產(chǎn)品業(yè)務(wù)分析能力、需求文檔撰寫能力，經(jīng)驗(yàn)交流分享能力，問題質(zhì)疑和解決能力，產(chǎn)品觀察發(fā)現(xiàn)及開發(fā)能力，智能思維和創(chuàng)新能力等。
3.2內(nèi)容和安排
基于原型法的需求分析方法實(shí)踐教學(xué)方案總體設(shè)計(jì)思路如圖1所示，包括組隊(duì)、選題、原型法需求調(diào)研、撰寫需求規(guī)格說明書、總結(jié)及評價(jià)6個實(shí)踐環(huán)節(jié)，其中原型法需求調(diào)研又包含快速用戶調(diào)研、構(gòu)造試用原型界面系統(tǒng)及運(yùn)行修改原型界面系統(tǒng)3個子環(huán)節(jié)。
3.2.1組隊(duì)
學(xué)生根據(jù)興趣、愛好等自由組隊(duì)，3～5人組成一隊(duì)共同完成一個選題，每組推選1個組長全面負(fù)責(zé)和協(xié)調(diào)各項(xiàng)活動開展，小組設(shè)定項(xiàng)目經(jīng)理、需求分析師、業(yè)務(wù)評審員等角色，并在項(xiàng)目推進(jìn)過程中進(jìn)行角色輪換，使每個學(xué)生都盡量嘗試不同角色，獲得相應(yīng)鍛煉和體驗(yàn)。通過團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力、交流和溝通等工程能力。為了使需求分析實(shí)踐能夠正確、順利、有效地開展，指導(dǎo)教師選定1個小組，對該組的各項(xiàng)實(shí)踐活動進(jìn)行示范和指導(dǎo)。教師未參與的其他小組的組長需先參與到教師示范小組中進(jìn)行觀摩。示范小組的各項(xiàng)實(shí)踐活動都比其他小組先開展，其他小組的相應(yīng)活動在組長觀摩完畢后開展，示范小組在各項(xiàng)實(shí)踐活動中產(chǎn)生的文檔及原型界面系統(tǒng)作為各小組的示范模版。
3.2.2選題
選題由學(xué)生自主進(jìn)行。教師在該環(huán)節(jié)的任務(wù)是進(jìn)行選題引導(dǎo)和質(zhì)量審核，這樣有利于滿足學(xué)生的興趣、愛好等自身需求以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，也為學(xué)生后續(xù)階段的研究和創(chuàng)新活動準(zhǔn)備一些基礎(chǔ)題目，教師僅需對選題進(jìn)行質(zhì)量把控。選題內(nèi)容原則上要和學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活相關(guān)，這樣不僅可以減少學(xué)生在了解專業(yè)領(lǐng)域知識上所花費(fèi)的時(shí)間，還可以培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品挖掘能力、智能思維能力及創(chuàng)新能力等。教師通過設(shè)置“在你的學(xué)習(xí)、研究和生活中（可以分為學(xué)校以內(nèi)和學(xué)校以外）你發(fā)現(xiàn)哪個方面還不夠便利，需要做一個軟件來幫助提高效率？”“在你目前常用的軟件中你發(fā)現(xiàn)哪個軟件做得不夠好，需要做一個更好的？”“在你的興趣愛好里，有沒有可能做一個軟件使其相關(guān)處理變得更便捷或完美？”等相關(guān)問題引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生選題。學(xué)生初步選題后，為了保證選題質(zhì)量，要寫一個簡單的選題報(bào)告，說明選題目的、意義和主要功能并提交給指導(dǎo)教師。教師根據(jù)選題報(bào)告確定選題是否通過，對過于復(fù)雜或簡單、意義欠缺等不合理的選題，教師和學(xué)生討論后進(jìn)行修改或更換題目。選定的題目稱為項(xiàng)目，用戶主要為學(xué)校某個部門的管理人員、教師、同學(xué)等。endprint
3.2.3需求調(diào)研
基于原型的需求調(diào)研與瀑布模型不同，調(diào)研結(jié)果不是一次形成，而是漸進(jìn)、增量式形成。該方法首先通過快速用戶調(diào)研獲取項(xiàng)目基本需求，然后根據(jù)基本需求構(gòu)造具有用戶交互性能的試用原型界面系統(tǒng)，最后通過用戶運(yùn)行試用原型界面系統(tǒng)，修改和補(bǔ)充基本需求和試用原型界面系統(tǒng)，最終得到滿足用戶需求的完整的原型界面系統(tǒng)。用戶需求獲取迭代過程與敏捷開發(fā)需求獲取過程相似�；谠偷男枨笳{(diào)研實(shí)踐活動，要求學(xué)生不僅要掌握該方法的實(shí)施過程，還要理解該方法與瀑布模型等其他方法的異同點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)踐結(jié)束后教師要在總結(jié)環(huán)節(jié)中引導(dǎo)學(xué)生展開討論。
�。�1）快速用戶調(diào)研。本階段的任務(wù)不考慮用戶次要需求，先獲取項(xiàng)目核心需求，目的是能盡快開始構(gòu)造原型界面系統(tǒng)。開始時(shí)要求各小組成員共同編制基本需求調(diào)研計(jì)劃，包括系統(tǒng)主要用戶、業(yè)務(wù)文檔收集、核心問題調(diào)查問題表和調(diào)查方式等內(nèi)容�；拘枨笳{(diào)研計(jì)劃完成后需提交指導(dǎo)教師審查，教師對不合理之處和學(xué)生一起討論修改和完善�；拘枨笳{(diào)研計(jì)劃確定后，按計(jì)劃開展調(diào)研。初始調(diào)研主要是為了獲得一個原始需求的輪廓，因此僅需針對主要用戶展開調(diào)研，選取其核心需求。初始調(diào)研的方法是先收集用戶的紙質(zhì)資料或電子文檔資料并進(jìn)行分析，從中獲取用戶關(guān)鍵業(yè)務(wù)流及輸入和輸出數(shù)據(jù)流，然后通過與用戶交談、向用戶群體發(fā)放調(diào)查問卷等方式完成核心問題調(diào)查問題表，快速確定業(yè)務(wù)主體流程及其輸入和輸出數(shù)據(jù)流。
�。�2）構(gòu)造試用系統(tǒng)原型。本階段的任務(wù)是根據(jù)用戶的基本需求盡快建立一個能運(yùn)行的交互式界面原型應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)特點(diǎn)是：①具有完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；②具有可導(dǎo)航性、人機(jī)交互的動態(tài)效果 ；③僅有展示系統(tǒng)基本功能的界面，不需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。構(gòu)造系統(tǒng)原型實(shí)踐要求學(xué)生學(xué)會應(yīng)用建模工具Axure[7]來完成。本階段要求項(xiàng)目組能夠?qū)⒂脩粜枨筠D(zhuǎn)換成系統(tǒng)原型界面，可以鍛煉學(xué)生的需求建模、項(xiàng)目分工協(xié)作等工程能力。
�。�3）運(yùn)行、修改系統(tǒng)原型。本階段的`任務(wù)是將系統(tǒng)試用原型交給用戶并指導(dǎo)其試用，引導(dǎo)用戶對原型提出補(bǔ)充和修改意見。這個階段是開發(fā)人員與用戶溝通最為頻繁的階段，是發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的重要階段。用戶在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行和試用原型系統(tǒng)得到親身感受并受到啟發(fā)，通過反映和評價(jià)向開發(fā)者提供反饋，細(xì)化和明確系統(tǒng)各項(xiàng)功能需求和性能需求。這個階段要求分析員與用戶要建立良好的合作關(guān)系，可以鍛煉學(xué)生的人際溝通和交流能力。在實(shí)踐中需要學(xué)生靈活應(yīng)用多種調(diào)查方法，如與用戶交談、向用戶提問題、向用戶群體發(fā)調(diào)查問卷、參觀用戶的工作流程、觀察用戶的操作和聽取同行專家意見等。在用戶確實(shí)不能明確真正需求的情況下，學(xué)生還需要通過分析已經(jīng)存在的同類軟件產(chǎn)品、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)則等，對用戶進(jìn)行有效的需求引導(dǎo)，從而提取需求修改意見。項(xiàng)目組根據(jù)用戶的意見對原型加以改進(jìn)和完善，通過“原型構(gòu)造→試用運(yùn)行→評價(jià)反饋→分析修改”的多次循環(huán)，系統(tǒng)試用原型逐步演變?yōu)橄到y(tǒng)正式原型。
3.2.4撰寫需求規(guī)格說明書
本階段的任務(wù)是根據(jù)正式原型界面系統(tǒng)撰寫需求規(guī)格說明書，作為用戶和項(xiàng)目組共同確認(rèn)的需求（需求合同）。根據(jù)和用戶確定的正式原型界面系統(tǒng)，各項(xiàng)目組按照老師給出的模板撰寫項(xiàng)目需求規(guī)格說明書，經(jīng)項(xiàng)目組內(nèi)部審查、修改并確認(rèn)后，請用戶評審此需求規(guī)格說明報(bào)告。項(xiàng)目組再根據(jù)用戶評審進(jìn)一步修改和完善項(xiàng)目需求規(guī)格說明報(bào)告，以確保報(bào)告內(nèi)容準(zhǔn)確完整地表達(dá)用戶需求，最后形成需求規(guī)格說明書正式版。本階段主要是鍛煉學(xué)生需求規(guī)格說明書編寫能力。
3.2.5總結(jié)
項(xiàng)目完成后開展實(shí)踐活動總結(jié)有利于學(xué)生交流和分享成功經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不足，提出改進(jìn)方法，獲得實(shí)踐及理論認(rèn)識的提升�？偨Y(jié)由教師組織開展，形式可以是課堂集體或小組討論、做總結(jié)報(bào)告等。教師的主要任務(wù)是指出各環(huán)節(jié)指導(dǎo)和跟蹤所發(fā)現(xiàn)的不足之處，如選題意義、用戶溝通方式、小組協(xié)作、用戶數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)分析整理、建模工具Axure應(yīng)用、原型界面系統(tǒng)構(gòu)建修改迭代次數(shù)控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的不足，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，總結(jié)并提出改進(jìn)方法。學(xué)生則要在教師組織下，分享某個實(shí)踐環(huán)節(jié)的體會和收獲，如Axure原型界面開發(fā)技巧、不同類型用戶溝通方式體會、項(xiàng)目小組成員合作經(jīng)驗(yàn)分享等；或?qū)δ硞�問題提出疑問，如“如何減少原型界面系統(tǒng)構(gòu)建迭代次數(shù)”“如何引導(dǎo)用戶明白自己的真正需求”“如何發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流缺漏”等，引發(fā)其他同學(xué)共同討論和分享，找出解決方案。通過教師總結(jié)和學(xué)生總結(jié)，學(xué)生進(jìn)一步加深對需求分析各項(xiàng)活動的認(rèn)識，促進(jìn)實(shí)踐水平的提高。
3.2.6考核
課程考核采取綜合評定方式，從教師、用戶、項(xiàng)目組間及項(xiàng)目組內(nèi)部4個維度來評定，使成績盡可能客觀反映每個學(xué)生的真實(shí)水平。首先是指導(dǎo)教師根據(jù)項(xiàng)目組各成員在各實(shí)踐環(huán)節(jié)的成果及表現(xiàn)進(jìn)行打分；其次是用戶給項(xiàng)目組各成員的工作表現(xiàn)進(jìn)行打分；然后是各項(xiàng)目組之間根據(jù)原型界面系統(tǒng)展示及總結(jié)討論情況給其他項(xiàng)目組打分；最后是各項(xiàng)目組內(nèi)部成員根據(jù)分工合作完成情況相互打分。經(jīng)過4個維度的評分后，指導(dǎo)教師將每個學(xué)生的4個分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出學(xué)生成績等級。
4結(jié) 語
針對計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士軟件工程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合專題教學(xué)模式的特點(diǎn)，我們對專題模式軟件工程實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了探索。文中的專題實(shí)踐教學(xué)方案給出了軟件工程專題實(shí)踐教學(xué)中“軟件需求分析實(shí)踐專題——原型法需求分析實(shí)踐子專題”的教學(xué)目標(biāo)、各教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容及學(xué)生和教師角色任務(wù)、教學(xué)考核的詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了核心教學(xué)內(nèi)容、教師對各教學(xué)環(huán)節(jié)的跟蹤指導(dǎo)及成績評定的精細(xì)設(shè)計(jì)。教學(xué)實(shí)踐得到了大多數(shù)學(xué)生的好評，學(xué)生的工程實(shí)踐能力明顯提升。同時(shí)，本文的實(shí)踐教學(xué)方案，可以在后繼6個專題中進(jìn)行延續(xù)和拓展。
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