在軟件工程課程實踐中強化過程思維與過程控制

周　勇　黃國興

摘要本文強調將過程思維與過程控制應用于軟件工程教學實踐，分析并總結了實踐結果，表明這一方法對課程教學有顯著作用。

關鍵詞過程思維過程控制課程實踐軟件工程

1 問題的提出

今天，越來越多的國內軟件開發企業認識到軟件過程的重要性。導致軟件項目失敗的原因除了技術、工具等因素以外，更多的是由于缺乏過程規范。軟件開發需要團隊的努力，如果缺少過程規范，團隊就可能遵循不同的過程。更普遍的情況則是團隊根本就沒有任何經過定義的過程。

正如Watts Humphrey認為的那樣，“為了解決軟件問題，重要的第一步就是將整個軟件開發任務看作一個可控的、可度量的以及可改進的過程。”

將已有的軟件過程運用于實踐或在實踐中改進現有軟件過程，需要軟件工程師在學習期間接受不同方面的教育，概括來說，一個合格的軟件工程師，他需要具備以下基本素質：

（1）了解一個或多個開發過程。

（2）對于自己從事的開發過程有詳細的了解。

（3）建立起一套改進過程的機制。

（4）對過程改進作出計劃。

（5）找出上述計劃所需的資源。

（6）執行上述計劃。

（7）持續改進過程。

在上述活動中，需要度量和評估。同時，還要給軟件工程師們在其復雜的工作中提供智能化的工具。

傳統的計算機學科教學中，強調數學基礎和按部就班的理論學習，而伴隨著以程序設計語言為引導的編程實踐活動通常是以學生個體為單位進行的，它并沒有充分教授學生從事軟件開發所必需的方法和技巧。

現在比較流行的軟件工程教學方法，是在授課過程中伴隨個體或小組項目開發。但是，無論是教師還是學生往往把注意力集中在任務、工作、人員或者結構之上，而不是集中在過程之上，在項目開發中采用的還是一貫的基于任務的思維方式，即將工作劃分為最小的組件再將它們分配給指定人員的方式。

我們在教學實踐項目中強調以軟件過程為中心，讓學生了解并實際看到自己的開發過程，這一開發過程通常會貫穿軟件工程實踐領域，包括計劃、分析、設計、實施、測評以及修改等一系列需要專門技術的復雜活動。

認知科學的研究表明，開發方法與技巧的掌握，涉及以下三個方面。

（1）明確各類指示和實踐活動。

（2）在一個相關的環境中運用此類技巧。

（3）采用結構化的方式開展此類活動。

針對上述三個方面，我們在教學實踐中采用了項目驅動、基于過程、小組開發。其中，項目驅動對應于明確各類指示和實踐活動，小組開發對應于在一個相關的環境中運用此類活動，基于過程對應于采用結構化的方式開展此類活動。另外，我們在教學實踐中強調過程思維和過程控制，有別于一般的小組項目實踐。

2 強調過程思維和過程控制

在傳統計算機學科的教學中，經常會忽視軟件過程，這一點從許多的計算機學科的教學計劃及教學大綱中反映出來，一般地，學生們總是先寫代碼，然后再補寫文檔，對學生的調查表明很多學生在開發時根本不寫書面的設計文檔（如圖1所示）。我們在課程實踐中，強化了學生們的過程思維。

從某種意義上說，過程思維反映了人類的大腦對知識與經驗的保存及其使用的方式。根據加涅提出的學習過程的基本模式，學習是人的傾向性或能力的變化，這種變化要能保持一定時間，且不能單純歸于生長過程。所謂的“知識”就保存在神經元之間的相互連接中，開始時是一種“弱連接”，即我們所說的“弱記憶”，當我們獲取了知識并且在實踐中加以運用的話，上述連接就會得到加強，從而形成所謂的“強記憶”。只要你擁有了針對于某一特定領域的知識和經驗后，再遇到相同的情況，就會自動運用頭腦中保存的有關知識，這時你所作出的反應就像是自動完成的，過程的執行將是自然而然的事。可以說，正是由于多次相同的經歷和不斷的訓練，才導致了我們對知識的掌握，對過程的駕輕就熟。

過程思維和傳統的思維方式大不相同，采用這種方法會導致明顯不同的結果。這一點對于所有團隊成員都具有相同的目標并且在采用過程思維時尤其突出。過程思維會使大家保持行為的一致，從而實現整體能力的提升，獲得更佳的效果。這在強調團隊精神的軟件開發中顯得尤其重要。

因此，我們在課程實踐中，要求學生在以小組為單位的軟件開發活動中，采用以過程為中心的方法，即要求他們的開發活動基于過程。這里所涉及的軟件過程在課程的理論部分已經明確闡述過，需要學生們在項目開發中加以實踐，做到融會貫通。

過程通常體現在三個方面：第一個方面是關于指定過程的定義，通常是將過程所包含的活動和程序文檔化；第二個方面是過程的學習，通過人們頭腦中學到的過程知識來驅動他們的行為；第三個方面在于過程活動的結果。所以，過程不僅僅是一堆文檔，除了定義過程，對學生進行過程培訓（結合理論知識），還需要加強過程的監控，通過這種方式確保過程活動是按照已定義的過程文檔內容來執行并確保最終開發目標的實現。

3 設計的方法

我們針對學生開展的項目開發，設定了一個體系框架，用以支持并控制其開發過程。這個框架的設計參考了格拉奇和伊利在1980年提出的設計過程模式，這一框架在較高的層面列舉了相關的活動內容，包括領域知識、啟發式的策略、控制的策略、學習的策略。

針對上述認知框架，我們總結了教師的六項基本任務，用以支持和控制基于過程的教學。

（1）幫助建立任務模型

針對具體的領域及其實際任務，幫助項目小組制定任務模型（WBS），在開發活動中進一步細化相應的子任務。

（2）提供實時指導

教師實時地為項目小組提供指導（參加討論會、專題網站、MSN等），給出提示性意見，評價局部成果，隨時鼓勵學生。

（3）提供開發模板

針對學生缺乏開發經驗的實際情況，提供系統開發的模板，有助于學生熟悉開發過程和內容，提高文檔的規范性。

（4）鼓勵學生將其學到的知識和方法付諸實施

這種做法將有利于學生在實踐中驗證有關理論知識和方法。

（5）分析學生開發過程中反饋的信息

鼓勵學生評審開發中的關鍵活動，分析反饋結果，對過程改進提出建議和意見。

（6）鼓勵學生探索

鼓勵學生在開發過程中創新，培養發現問題和獨立解決問題的能力。

為了讓學生在項目開發中運用軟件過程更加有效，進一步地，我們設計了相應的角色與機制的配合，包括：

（1）過程所有權

由教師按照軟件過程課程所教授的有關理論，結合項目實際，制定一個標準過程。學生可以根據需要提出改進這個過程，但是，需要得到教師的評估確認。

（2）對過程執行情況的監控

由教師在項目開發過程中全程監控過程的執行情況。

（3）過程使用者的反饋

學生在執行過程中按要求反饋其執行情況，教師據此了解和評價學生的過程執行結果。

（4）評價

教師對最終過程執行結果給出評價。

4 實驗

我們選擇了同一年級同一班級的兩門軟件工程專業課程進行對比實驗，課程為三年級的“軟件開發實踐”和“軟件過程”。我們采用的教學方法就是在課程中配套進行小組項目開發，以小組為單位獨立完成既定的項目，要求參照軟件過程的理論和方法，強調團隊合作，提倡編寫完整的開發文檔。

實驗流程如圖1所示，兩個樣本集合分別代表了自由的小組開發（軟件過程）和受控制的小組開發（軟件開發實踐），以此檢驗不同的開發效果。

實驗的結果如表1、表2和表3所示。實驗結果分析如圖2、圖3所示。

5 結論

從學生調查的反饋結果可以看出，在小組開發過程中強調過程思維，并讓教師參與過程控制，大大提高了學生小組開發的有效性和規范性，其項目開發的結果評價也得到了明顯的提高。對于受控的開發小組，其開發過程中相關活動的參與率較高，而對于自由的開發小組方式，其開發過程中相關活動的參與率較低。

進一步地，我們希望能改進我們的控制方法，如果能夠建立一個統一的教學控制平臺，在這個平臺上將項目任務發布、項目控制、項目評審、項目資源以及項目討論集成起來，將有效地提高學生項目小組的開發效率，加強過程控制，改進軟件過程，從而大大促進軟件工程專業課程的教學質量。（本文獲“2005年全國青年教師計算機教育優秀論文評比”二等獎）

參考文獻

1 Humphrey, W. S.Why Should You Use A Personal Software Process? Software Engineering Notes 20(3), July 1995 ：33～36

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