軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新

摘 要 軟件工程的教學(xué)正面臨著計(jì)算學(xué)科發(fā)展規(guī)范所提出的更高質(zhì)量要求，同時(shí)也面臨著大眾化高等教育背景下所帶來(lái)的客觀問(wèn)題。軟件工程課程要讓學(xué)生學(xué)以致用，為市場(chǎng)培養(yǎng)適用的應(yīng)用型軟件工程專業(yè)人才；軟件工程課程要“因材施教”，通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科理論知識(shí)的理解和激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。因此，對(duì)軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與創(chuàng)新發(fā)展至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)計(jì)算學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀和培養(yǎng)對(duì)象的分析，我們精心設(shè)計(jì)了軟件工程課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，試圖通過(guò)一系列學(xué)習(xí)軟件工程工具的實(shí)驗(yàn)練習(xí)，幫助學(xué)生把軟件工程的概念和理論知識(shí)融入到實(shí)踐當(dāng)中，從而加深對(duì)軟件工程的認(rèn)識(shí)和理解。

關(guān)鍵詞 軟件工程 實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì) 創(chuàng)新

軟件工程是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)及管理科學(xué)等原理來(lái)開發(fā)計(jì)算機(jī)軟件的工程科學(xué)，它的教育培養(yǎng)目標(biāo)是讓學(xué)生了解和掌握軟件開發(fā)中的方法學(xué)和工程學(xué)知識(shí)，并應(yīng)用于實(shí)踐。

今天，軟件工程的教學(xué)正面臨著計(jì)算學(xué)科發(fā)展規(guī)范所提出的更高質(zhì)量要求，同時(shí)也面臨著大眾化高等教育背景下所帶來(lái)的客觀問(wèn)題。軟件工程教育應(yīng)當(dāng)給予學(xué)生“工程”的概念，以軟件生命周期為主線，構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)，將科學(xué)與工程有效結(jié)合，實(shí)施技術(shù)與管理的能力和素質(zhì)培養(yǎng)。因此，對(duì)軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與創(chuàng)新發(fā)展至關(guān)重要。

1CC2004與規(guī)范對(duì)軟件工程課程的要求

IEEE/ACM一直在跟蹤工業(yè)界對(duì)計(jì)算領(lǐng)域人才需求和教育界對(duì)人才教育培訓(xùn)的狀況、發(fā)展和存在的問(wèn)題，并于2004年6月1日公布了“計(jì)算教程CC2004”。CC2004將計(jì)算學(xué)科分為計(jì)算機(jī)科學(xué) (CS) 、計(jì)算機(jī)工程 (CE) 、軟件工程 (SE) 、信息技術(shù) (IT) 和信息系統(tǒng) (IS) 等五個(gè)專業(yè)方向，各個(gè)專業(yè)都針對(duì)本科生教育提出了相應(yīng)的知識(shí)領(lǐng)域、知識(shí)單元和知識(shí)點(diǎn)，并給出了相應(yīng)的參考教學(xué)計(jì)劃和課程設(shè)置。

IEEE/ACM強(qiáng)調(diào)工程教育的基本要求，包括：

1) 系統(tǒng)觀點(diǎn)：熟悉系統(tǒng)設(shè)計(jì)、構(gòu)造和分析過(guò)程。

2) 知識(shí)的深度和廣度：知識(shí)面要寬，但具體領(lǐng)域方向上要能夠深入。

3) 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：參與設(shè)計(jì)活動(dòng)，具有項(xiàng)目 (工程) 概念。

4) 工具使用：能夠使用計(jì)算機(jī)軟、硬件工具，分析和解決實(shí)際問(wèn)題。

5) 職業(yè)訓(xùn)練：了解職業(yè) (行業(yè)) 需求，具有“產(chǎn)品”(如軟件、系統(tǒng)、行業(yè)和應(yīng)用服務(wù)等) 意識(shí)。

6) 交流技巧：能夠以合適的形式 (如書面、口頭、可視化等) 進(jìn)行交流和溝通。

為指導(dǎo)我國(guó)計(jì)算機(jī)本科專業(yè)的發(fā)展，教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)發(fā)布了“戰(zhàn)略研究報(bào)告”，并制定了《計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè) (軟件工程方向) 規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》) 。如今，軟件工程已經(jīng)由最初的一個(gè)學(xué)科方向，發(fā)展成為以計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的一個(gè)新興交叉學(xué)科，在當(dāng)今的信息社會(huì)中占有重要的地位。

軟件工程強(qiáng)調(diào)采用工程化的方式開發(fā)軟件，要求培養(yǎng)的軟件工程師能夠勝任如研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試、構(gòu)造、操作、管理，以及銷售、咨詢和培訓(xùn)等多種角色，并能在軟件工程過(guò)程中選擇和使用合適的軟件工程設(shè)計(jì)與開發(fā)工具。《規(guī)范》要求，軟件工程課程要培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握軟件工程知識(shí)與技能，具備作為軟件工程師從事工程專業(yè)所需的能力。其實(shí)踐教學(xué)體系需要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生以下方面的能力：工具的使用與實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、評(píng)審與測(cè)試、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通、過(guò)程管理與控制等；實(shí)踐教學(xué)的形式包括：課程實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)踐、企業(yè)實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

2軟件工程課程改革所面臨的問(wèn)題

我國(guó)的普通高等教育從1999年開始連年擴(kuò)招，在教學(xué)規(guī)模上有了迅速發(fā)展，從精英教育迅速走入了大眾化教育環(huán)境。但是，傳統(tǒng)的精英教育模式即使仍然優(yōu)秀與先進(jìn)，也不能完全適應(yīng)普及化高等教育的需要，新的高等教育形勢(shì)呼喚新的教學(xué)方法、新的教材和新的教學(xué)模式。另一方面，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)教學(xué)模式在實(shí)踐環(huán)節(jié)上的缺乏與不足與今天社會(huì)人才市場(chǎng)的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)不相適應(yīng)。長(zhǎng)期以來(lái)，我們培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生存在著“什么都學(xué)過(guò) (卻) 什么都不會(huì)”的尷尬處境，專業(yè)教育、教材與應(yīng)用需求嚴(yán)重脫節(jié)。事實(shí)上，學(xué)生就業(yè)難并不是就業(yè)市場(chǎng)不需要計(jì)算機(jī)人才，其根源還是計(jì)算機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀所致。

軟件工程課程雖然一直都有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，但常常只是停留在組織學(xué)生編寫軟件項(xiàng)目若干設(shè)計(jì)文檔這個(gè)單一環(huán)節(jié)上。然而，由于中等教育過(guò)早和長(zhǎng)期的文理分家，理工科學(xué)生的文檔編寫能力是個(gè)“軟肋”，他們不感興趣；而且，由于教學(xué)時(shí)間有限，要真正完成軟件工程各階段文檔的編寫事實(shí)上也沒(méi)有可能。此外，由于學(xué)生甚至連任課教師也缺乏軟件開發(fā)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)，使一門應(yīng)用性很強(qiáng)的工程科學(xué)卻常常被當(dāng)成理論課來(lái)開展，課堂教學(xué)必然枯燥、乏味。因此，作為一門重要的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，如何開展軟件工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如何保證軟件工程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的效果一直是個(gè)問(wèn)題。

軟件工程課程要讓學(xué)生學(xué)以致用，為市場(chǎng)培養(yǎng)適用的應(yīng)用型軟件工程專業(yè)人才；軟件工程課程要“因材施教”，通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科理論知識(shí)的理解和學(xué)習(xí)熱情。因此，迫切需要優(yōu)秀的軟件工程實(shí)驗(yàn)教材和對(duì)軟件工程綜合實(shí)踐的精心設(shè)計(jì)。

3關(guān)于解決問(wèn)題的思考

教育的一個(gè)重要原則是“因材施教”。通過(guò)對(duì)計(jì)算學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀和對(duì)培養(yǎng)對(duì)象的分析，我們認(rèn)識(shí)到：

1) 大眾化高等教育背景下人才的培養(yǎng)，應(yīng)該體現(xiàn)到教材建設(shè)上。尤其是應(yīng)用型大專院校的教材建設(shè)不僅要做好減法——適當(dāng)?shù)亟档屠碚撘螅惨龊眉臃ā黾犹骄啃詫?shí)驗(yàn)并在實(shí)踐環(huán)節(jié)中有突破性的創(chuàng)新。

2) 要根據(jù)學(xué)生求知欲望強(qiáng)的特點(diǎn)擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，要利用學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)的特點(diǎn)來(lái)提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，努力形成一個(gè)“什么都學(xué)過(guò)什么都會(huì)點(diǎn)”的積極局面。

3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的建設(shè)要有可操作性、趣味性和適當(dāng)?shù)碾y度。可操作性保證學(xué)生都能完成實(shí)驗(yàn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)信心的建立，在一定程度上減少學(xué)生抄襲的理由，克服實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)普遍抄襲的弊病；趣味性體現(xiàn)“寓教于樂(lè)”以提高學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的積極性；而適當(dāng)?shù)碾y度有助于激發(fā)優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)一步鉆研的斗志。

4) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)覆蓋軟件工程學(xué)科的各個(gè)主要環(huán)節(jié)，覆蓋軟件生存周期的各個(gè)階段，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)學(xué)科理論知識(shí)的理解。但也要避免“喧賓奪主”，沖擊或淡化相應(yīng)理論課程的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要形式多樣，例如可以是實(shí)驗(yàn)、論文、課程設(shè)計(jì)等不同環(huán)節(jié)，并且各種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該得到嚴(yán)肅認(rèn)真的設(shè)計(jì)，使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)墓?jié)奏感。同時(shí)，在積極發(fā)展實(shí)驗(yàn)教育的同時(shí)，要保證必要的理論教學(xué)水平。

4實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與成果

根據(jù)以上思考，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)文檔的組織等方面都做了精心的考慮和安排，嘗試為軟件工程課程編寫并出版了《軟件工程學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材。該實(shí)驗(yàn)教材依據(jù)課程教學(xué)大綱，充分理解課程的大多數(shù)主教材，遵循課程教學(xué)的規(guī)律和節(jié)奏，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的可操作性，幫助學(xué)生有效地把握本課程的知識(shí)內(nèi)涵和提高理論與實(shí)踐的水平。

《軟件工程學(xué)實(shí)驗(yàn)》通過(guò)一系列學(xué)習(xí)軟件工程工具的實(shí)驗(yàn)練習(xí)，把軟件工程的概念和理論知識(shí)融入到實(shí)踐當(dāng)中，從而加深對(duì)軟件工程的認(rèn)識(shí)和理解。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及到軟件生存周期的各個(gè)階段，如表1所示。

實(shí)驗(yàn)1：軟件工程工具與環(huán)境。主要通過(guò)因特網(wǎng)搜索與瀏覽等，讓學(xué)生熟悉軟件工程的技術(shù)支持環(huán)境，了解軟件工程工具以及支持環(huán)境對(duì)于開展軟件工程實(shí)踐的意義，了解主流的軟件工具和軟件開發(fā)環(huán)境產(chǎn)品及其發(fā)展與應(yīng)用狀況，嘗試通過(guò)專業(yè)網(wǎng)站的輔助與支持來(lái)開展軟件工程應(yīng)用實(shí)踐。

實(shí)驗(yàn)2：軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化。了解支持國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)信息的專業(yè)網(wǎng)站。熟悉和掌握軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化的概念、內(nèi)容及其意義。系統(tǒng)地了解與軟件工程相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)熟悉和掌握國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8567-1988，掌握軟件項(xiàng)目規(guī)模與軟件文檔實(shí)施關(guān)系的處理方法，掌握軟件文檔管理的基本要求。

實(shí)驗(yàn)3：軟件開發(fā)繪圖工具Visio。了解Visio工具軟件的功能特色和工作環(huán)境，掌握應(yīng)用Visio工具繪制軟件開發(fā)圖形的基本操作；了解開發(fā)Visio解決方案的基本概念，通過(guò)UML模型圖、網(wǎng)絡(luò)圖、機(jī)架圖和網(wǎng)站圖等圖形的繪制，熟悉Visio繪圖操作。

實(shí)驗(yàn)4：軟件分析與建模工具PowerDesigner。了解PowerDesigner的4個(gè)模型：業(yè)務(wù)處理模型(BPM)、概念數(shù)據(jù)模型(CDM)、物理數(shù)據(jù)模型(PDM) 和面向?qū)ο竽Ｐ?OOM)及其相互關(guān)系與作用；初步了解系統(tǒng)分析和建模工具PowerDesigner的概念和操作界面；學(xué)習(xí)運(yùn)用PowerDesigner工具進(jìn)行簡(jiǎn)單系統(tǒng)分析建模操作，學(xué)習(xí)建立BPM、CDM、PDM和OOM的方法等。

實(shí)驗(yàn)5：軟件自動(dòng)化測(cè)試。學(xué)習(xí)自動(dòng)化測(cè)試的原理和方法，結(jié)合軟件生命周期，了解自動(dòng)測(cè)試工具的類型以及測(cè)試步驟和自動(dòng)測(cè)試用例設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，了解測(cè)試自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)和限制，掌握MI WinRunner功能測(cè)試等工具的基本操作。

實(shí)驗(yàn)6：軟件項(xiàng)目管理Project。了解IT項(xiàng)目管理的基本概念和項(xiàng)目管理核心領(lǐng)域的一般知識(shí)，初步掌握項(xiàng)目管理軟件Microsoft Project的一般操作界面和基本操作。

實(shí)驗(yàn)7：軟件配置管理VSS。學(xué)習(xí)軟件配置管理的基本概念、分類、工具集成和相關(guān)技術(shù)，初步了解Visual SourceSafe 配置管理工具的使用方法。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)中都包含背景知識(shí)介紹、所需的工具與準(zhǔn)備工作，以及詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟指導(dǎo)等，以幫助學(xué)生加深對(duì)課程教材中所介紹概念的理解以及掌握一些主流工具或應(yīng)用的基本使用方法。每個(gè)實(shí)驗(yàn)完成后，要求學(xué)生根據(jù)個(gè)人體會(huì)完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：軟件工程實(shí)驗(yàn)總結(jié)。全部實(shí)驗(yàn)完成后，要求學(xué)生回顧所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行系統(tǒng)的概括、評(píng)價(jià)和總結(jié)，以鞏固通過(guò)實(shí)驗(yàn)所了解和掌握的軟件工程相關(guān)知識(shí)和技術(shù)。師生通過(guò)“實(shí)驗(yàn)總結(jié)”和“教師評(píng)價(jià)”部分，交流對(duì)學(xué)科知識(shí)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解與體會(huì)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)單元設(shè)計(jì)了“實(shí)驗(yàn)單元的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)”，全部實(shí)驗(yàn)完成之后的實(shí)驗(yàn)總結(jié)部分還設(shè)計(jì)了“課程學(xué)習(xí)能力測(cè)評(píng)”等內(nèi)容，書后則提供了“實(shí)驗(yàn)成績(jī)記錄”，以此方便師生交流對(duì)學(xué)科知識(shí)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解與體會(huì)，方便老師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的記錄和管理，以及對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行必要的評(píng)估。

課程設(shè)計(jì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，分別要求完成的兩個(gè)課程設(shè)計(jì)作業(yè)是：

1) 指定或自選項(xiàng)目需求分析與概要設(shè)計(jì)文檔；

2) PowerDesigner項(xiàng)目設(shè)計(jì)——物業(yè)管理系統(tǒng)。

5學(xué)生的體會(huì)與評(píng)價(jià)

《軟件工程學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材編寫和出版以來(lái)，已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，師生們大都給予了很高的評(píng)價(jià)。

教師們說(shuō)：

＊很高興看到一本非常優(yōu)秀、實(shí)用的軟件工程實(shí)驗(yàn)教材，對(duì)我的教學(xué)很有幫助，彌補(bǔ)了軟件工程實(shí)驗(yàn)的空缺。

＊得到《軟件工程實(shí)驗(yàn)》一書很受啟發(fā)，特別是通過(guò)這段時(shí)間的閱讀、操作與理解，感到這本書確實(shí)很好，有撥云見(jiàn)日的感覺(jué)。該書的各部分都很有特點(diǎn)，對(duì)軟件工程課程各部分的學(xué)習(xí)也很有幫助。

一些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總結(jié)摘錄如下。

＊這組實(shí)驗(yàn)是輔助我們學(xué)好軟件工程的重要實(shí)踐課程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們真正領(lǐng)會(huì)了課程所介紹的概念、原理、方法和技巧等。實(shí)驗(yàn)充分地結(jié)合了課本，效果非常好，大家對(duì)學(xué)好軟件工程有了強(qiáng)大的信心和興趣，讓人感到學(xué)以致用。用一句話來(lái)總結(jié)軟件工程實(shí)驗(yàn)：學(xué)軟件工程可以沒(méi)有實(shí)驗(yàn)，但學(xué)好軟件工程則必須要有實(shí)驗(yàn)。

＊軟件工程課是唯一一門讓我覺(jué)得學(xué)得還不夠，課時(shí)還不夠多的一門課程。較其他計(jì)算機(jī)課程，這門課多的是快樂(lè)和輕松，少的是無(wú)奈和郁悶，如此愜意地完成，其中又不缺少知識(shí)的灌溉。……

6后記

我們高興地看到，軟件工程課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所做的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新嘗試，較好地符合了CC2004和《規(guī)范》的相關(guān)要求，同時(shí)，也得到了學(xué)生與教師的好評(píng)。我們要認(rèn)真研究“專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告”和CC2004的相關(guān)報(bào)告，積極進(jìn)取，繼續(xù)完善已經(jīng)獲得的成果。

在軟件工程實(shí)驗(yàn)課程成功設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，我們正在考慮下一步以軟件開發(fā)小組為基本模型，設(shè)計(jì)“軟件工程項(xiàng)目沙盤模擬系統(tǒng)”作為軟件工程課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，組織學(xué)生以一定的競(jìng)技方式開展軟件工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)活動(dòng)，使學(xué)生能綜合應(yīng)用軟件工程知識(shí)，充分運(yùn)用軟件工程工具，很好地實(shí)踐和完成軟件工程項(xiàng)目，從中感性地理解和把握軟件工程活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

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[3] 周蘇等.電子商務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新與發(fā)展.北京：萬(wàn)國(guó)學(xué)術(shù)出版社，第三屆中美電子商務(wù)高級(jí)論壇論文集，2006:585-588.

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[5] 周蘇，王文，張泳等編著.軟件工程學(xué)實(shí)驗(yàn).北京：科學(xué)出版社，2005.

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