“軟件需求分析”實驗教學研究與實踐

李尤豐， 曾 岳

(金陵科技學院 軟件工程學院， 江蘇 南京 210007)

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“軟件需求分析”實驗教學研究與實踐

李尤豐， 曾 岳

(金陵科技學院 軟件工程學院， 江蘇 南京 210007)

以金陵科技學院軟件工程學院“軟件需求分析”課程實驗教學開展為例，探討該課程教育教學模式。該課程實驗環(huán)境為USDM平臺系統(tǒng)的“需求/設計管理工具”；實驗內容從項目的準備、啟動、展開、定型、評審五個環(huán)節(jié)開展，各環(huán)節(jié)采用CMMI標準管理，量化考核。學生自行組隊，提出Dirty Example，角色輪換，團隊協力工作，課中討論、評審，課后復查、修正，高質量完成文檔。并配套實驗教材，直觀指導，過程化實驗環(huán)節(jié)，提出知識能力與職業(yè)能力一體培養(yǎng)的工程教育模式。

軟件需求分析； 實驗教學； USDM； CMMI； Dirty Example

0 引 言

軟件需求是軟件系統(tǒng)成功的基礎，軟件需求分析是軟件工程最重要的階段[1]。軟件需求分析實驗是軟件需求分析類課程重要的實踐環(huán)節(jié)，其目的是將理論聯系實際，在理解軟件需求工程的過程、方法基礎上，學習掌握實際軟件項目中的需求開發(fā)和需求管理，提高學生應用相關平臺、環(huán)境、工具進行軟件需求分析和管理的能力[2-6]，幫助學生掌握軟件需求階段文檔的編寫和驗證。然而軟件需求分析理論知識枯燥難理解，在實驗課程中的應用難體現[7]。如何從有限的學時中幫助學生理解理論內容，并較好地應用實踐，同時訓練和培養(yǎng)學生的工程能力、職業(yè)能力，是軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)研究的核心問題[8]。

軟件需求分析課程(下文簡稱“本課程”)的任務，要求學生不僅僅學習和理解軟件技術知識，還要學習和理解語言學、哲學、認知心理學、社會學、人類學，以及掌握涉眾的信仰與理念，即認識論等綜合知識[9]。其中軟件技術知識，尤以軟件建模與分析技術為重[10]，要求分析在現實中觀察到的各種現象(現象學)，掌握應用軟件分析、設計和實現的基本過程和方法,了解應用軟件系統(tǒng)開發(fā)的一般過程,學習使用相關工具。

本課程培養(yǎng)學生的專業(yè)技能，培養(yǎng)包括抽象能力、整合能力、系統(tǒng)化思想的分析技能；培養(yǎng)交談和提問技巧，尤其是傾聽技巧；培養(yǎng)學生的觀察技能、歸納技能、建模技能；培養(yǎng)學生的文檔組織能力、語言駕馭能力；培養(yǎng)學生的創(chuàng)新技能；培養(yǎng)發(fā)現連用戶都沒有意識到的潛在需求的協調能力。實驗要求學生能夠根據實際問題進行溝通、獲取、提煉、分析、設計軟件需求模型，提出系統(tǒng)解決方案。并在需求獲取、需求分析等各個階段掌握各種方法，提供相應標準化格式的文檔。

該課程的開設結合行業(yè)特點及發(fā)展，聯系軟件工程專業(yè)，采用真實項目案例，反映軟件需求工程的發(fā)展水平和實驗水平。

基于這樣的背景，金陵科技學院軟件工程學院開展教學課程改革，按照“華盛頓協議”標準要求，開展工程教育，培養(yǎng)工程能力強、職業(yè)素質優(yōu)的應用型本科人才[11-13]。目前已編寫出版該課程實驗教材，正積極申報該課程為校級優(yōu)秀課程，著手建設MOOC、微課等一系列工作。

1 本課程教學目標

本課程要求學生掌握軟件需求工程逐步展開的迭代過程；掌握實際軟件需求的過程；掌握軟件需求的種類、特性和各種文檔書寫規(guī)則；掌握軟件需求獲取的各種方法和技術，并且能夠靈活運用；掌握軟件需求分析的各種技術，并能夠綜合運用；掌握軟件需求工程的文檔要點和文檔寫作技巧；了解需求驗證的常用方法和過程，即掌握需求評審的各種方法和過程；強化需求是“工程”的概念；培養(yǎng)融知識能力培養(yǎng)與職業(yè)能力于一體的應用型本科人才。

2 本課程開展過程及內容

實驗課的過程和任務，首先教師課堂提出實驗要求和任務目標。然后學生自行分組，每組提出一個Dirty Example，要求課題復雜度適中，解決應用型軟件中可能存在的問題。接著完成項目的準備工作，分析業(yè)務需求，包括功能需求和非功能性需求，編寫項目前景和范圍文檔。在此基礎上，進行用例建模，編寫用例說明文檔。最后對系統(tǒng)及系統(tǒng)各用例進行面向對象方法建模、數據建模，完成軟件需求規(guī)格說明書。本課程從軟件需求項目準備、啟動、展開、定型、評審五個環(huán)節(jié)開展實驗。每個實驗環(huán)節(jié)均以USDM平臺環(huán)境的“需求/設計管理工具”(下文簡稱“該工具”)為實驗平臺，并在該環(huán)境下完成相應文檔和過程管理。

2.1 USDM平臺介紹

統(tǒng)一軟件數據管理系統(tǒng)(Unified Software Data Management System,USDM)是基于CMM/CMMI管理的企業(yè)級管理平臺，內容覆蓋了從CMM/CMMI最新模型框架1.2的中文學習到軟件開發(fā)每個過程的生命周期，具有完整性、規(guī)范性和實用性。CMM/CMMI是當前世界上最流行、最實用的軟件生產過程的評價標準，已被國際軟件產業(yè)界公認為相關企業(yè)進入國際市場的通行證。CMM/CMMI幫助軟件企業(yè)規(guī)范生產過程，保證產品按時保質保量完成。本課程各實驗環(huán)節(jié)均在USDM平臺的“需求/設計管理工具”下完成文檔和過程管理。

該工具支持項目組管理，包括項目團隊的組建、成員角色、權限管理和維護；崗位角色管理，包括崗位角色設置、默認權限管理和維護。每次每個項目組學生及角色一目了然，方便老師管理和指導，為設置和輪換學生在項目團隊中的角色起到記錄、監(jiān)督等管理作用。如圖1所示。

圖1 項目團隊組建和角色安排

該工具是基于UML的軟件分析設計管理系統(tǒng)，有全套的軟件建模工具，軟件需求建模過程可在該平臺下輕松完整完成。如圖2所示，為用例模型創(chuàng)建界面。

該工具支持跨平臺。實驗各環(huán)節(jié)文檔可以生成自定義格式，也可生成Word等格式，方便各平臺間導入和導出，方便留存教學資料，記錄教學及管理過程。

圖2 創(chuàng)建用例模型

該工具支持自動統(tǒng)計度量。對各項目各階段的生產數據集中、自動統(tǒng)計度量并存儲，同時支持自動化和手動計算度量結果，允許自定義計算公式，并形成報表輸出。也可根據用戶自定義生成報表。例如，可以對學生實驗環(huán)節(jié)產生的用例數量進行統(tǒng)一度量，生成評審報告等(見圖3)，為手動需求規(guī)格說明書評審界面。

圖3 評審界面

該工具支持并行、串行或串并行混合工作流程。例如，可支持多個教師同時在線、離線評審。本功能是實驗各環(huán)節(jié)評審或同行評審的重要組件。

2.2 課堂內外安排

2.2.1 課前準備

課前準備的主要工作是組建項目團隊，提出 Dirty Example。學生自由組隊，在USDM平臺的“需求/設計管理工具”中完成團隊及角色設置。后續(xù)的角色輪換，也在該工具下實現記錄和管理。課前準備要求，在理論課上提出。

(1) 分組，每組提出一個Dirty Example，并多角色工作。 具體過程為每個小組構想或調研得到一個需要解決的實際問題，請其他小組提供解決方案。也就是每個小組提出一個Dirty Example，該Dirty Example通過自由選擇的方式，最后由其他小組來解決，這樣每個小組最后有了一個別組提出的Dirty Example。該Dirty Example一定是符合本課程的、有問題的應用型軟件，并且復雜度適中。如課題過于復雜，評審時，教師指導裁減部分功能，如過于簡單，則增加部分功能，如偏題，則教師責令重擬課題名稱。例如可以是**管理系統(tǒng)或者**網站設計等等。提出Dirty Example的小組扮演客戶方，負責解決問題的小組扮演需求方，以需求方工程團隊為主，完成項目的業(yè)務需求，建立用戶需求，最終完成系統(tǒng)需求。并完成每個階段的文檔。

自由分組，建議4人左右一組，推舉組長，即每個組有一個項目經理。每個小組成員充當不同角色，包括客戶方(用戶評審方)、需求工程師、技術評審方。每個成員都應注意工作中的交流技能、溝通技能、傾聽技能、技術能力。要求隊員能力互補，各有所長，組內能夠有效協調。教師指導跟蹤該環(huán)節(jié)，及時有效處理該環(huán)節(jié)產生的問題。該環(huán)節(jié)較好培養(yǎng)學生的團隊協作能力、交流和溝通等職業(yè)能力。多角色工作，真實模擬實際企業(yè)工作流程和環(huán)境，與企業(yè)無縫對接，幫助學生適應就業(yè)。

Dirty Example的來源，改變了傳統(tǒng)由教師定課題的模式，培養(yǎng)考察學生的生活觀察能力，業(yè)務捕捉能力，思維創(chuàng)新能力等。以金陵科技學院軟件工程專業(yè)某班學生本課程提出的Dirty Example為例，有“大學生二手交易平臺”“悅動圈”“智能幫助睡眠系統(tǒng)”“金科通”“廣播放放”……。很多課題，在后續(xù)課程中有很好的延續(xù)和實現。很多軟件申請了軟件著作權、專利。團隊及成員參加各類競賽，獲得諸多獎項，包括國家級獎項。部分優(yōu)質軟件，學院正在推廣，以期商品化，產業(yè)化。學院為此專門建設創(chuàng)新實驗室，設置專項款用，吸引更多學生將提出的Dirty Example在該課程后進行實現。可見，學生的力量是無限的，教學就是挖掘學生的能量，使之釋放，綻放燦爛光芒，為人類科技進步努力。

(2) 選擇示范小組，有效指導考核。由任課教師挑選一示范小組，詳細跟蹤和考核該小組的各實驗環(huán)節(jié)，遇問題及時溝通解決。該組進度比其他組進度控制稍快。其他組有問題和示范組溝通解決，解決不了提請任課教師解決。

此過程使各實驗環(huán)節(jié)既有目標參照，實驗結果不會“離題”，又能“優(yōu)帶差”，節(jié)約教師精力，較好完成實驗指導任務。

(3) 強調實驗規(guī)則。 課前對實驗課程要求部署，并強調實驗規(guī)則，包括實驗要求、實驗安排、實驗計劃、注意事項，強調每個環(huán)節(jié)的度量要求，強調考核要求。度量數據通過USDM平臺工具記錄并自動計算，控制和記錄整個實驗過程。

2.2.2 課中討論評價

課堂上主要針對各實驗環(huán)節(jié)進行考核和問題解決，并將過程及文檔記錄到實驗平臺工具下。課堂形式主要有學生現場討論、模擬討論、分組討論、報告發(fā)言、辯論、問題評價等。教師把控現場，評審學生實驗結果，記錄各階段考核結果，并對學生遇到的問題，進行探討解答。

例如，對學生的用例說明書評審時，通過度量需求獲取的次數，度量面談方法獲取的用例數量，度量原型方法獲取的用例數量，度量用戶需求數量、用例數量、平均用例的場景數量、平均用例的描述字數、以及最大用例描述的字數等。如果用例多，而用戶需求數量少，表明本實驗環(huán)節(jié)學生存在問題。如果用例多，而用例場景少，則表明也存在問題?？紤]用例分割得是否太小等。提醒注意事項包括注意系統(tǒng)邊界的設置，參考目標模型的建立[14]等。

該過程鍛煉和培養(yǎng)學生的知識運用能力，即實際工程能力，同時培養(yǎng)學生表達、思維、分析等職業(yè)能力。該過程真實有效考核學生所做工作，并幫助其分析，以得到良好的教學效果。進度慢的督促，有嚴重問題的指出，以防偏離方向。實驗過程、結果文檔、結果度量、注意事項均記錄在USDM平臺工具中。配套實驗教材演示其在USDM中的相應完成過程。

2.2.3 課后自主學習

每個實驗環(huán)節(jié)的內容完成都要依靠學生課后調研、探討、分析、完成，然后提請課堂討論，針對課堂討論提出的修改意見，再課后修正實驗內容結果，最終完成每個實驗環(huán)節(jié)。

例如，項目啟動時學生提出一個合理的Dirty Example，角色扮演完成后，要真實調研，采用面談、調研報告、建立原型等真實過程，得到真實需求。對真實需求進行充分整理、分析、設計，得到前景和范圍文檔，同時完成問題分析的過程文檔，提請課堂討論。

例如，項目展開時以前景和范圍文檔為依據，安排計劃，展開需求獲取活動。利用理論課學習的需求獲取的各種方法，結合多次獲取和分析的迭代過程，獲取用戶需求，建立用戶需求列表，完成用例文檔。根據用戶需求，建立分析模型，為問題設計解決方案。要求完成需求獲取安排計劃書，用例文檔(用戶需求文檔)，用戶需求列表，使用面談報告、原型物件等，最終形成用例文檔說明書。

該過程充分調動學生的自主能動性，自學能力，社交能力，工程能力。能有效使用和反饋理論課堂內容，縮短理論與實踐的距離，增強學生的學習興趣。另外課后時間自由安排，學生自主性、自控能力凸顯。

2.3 配套實驗教材，細化各實驗環(huán)節(jié)，強調系統(tǒng)性

本課程市場上很難找到實驗教材，更別提適合我校的實驗教材。針對這種情況，金陵科技學院軟件工程學院，組織課程組，根據幾年的教學積累，聯合企業(yè)，合作編寫《軟件需求工程實驗教程》教材，幫助學生熟悉本課程實驗平臺環(huán)境，解決學生對需求分析文檔來源、實現過程難以理解的問題。以實際企業(yè)項目為案例，細化需求得到的各環(huán)節(jié)，還原得到需求的過程，指導學生開展每個實驗環(huán)節(jié)。將一完整的企業(yè)真實項目案例——“Android點餐系統(tǒng)”，貫穿始終，進行教學，既充分考慮各實驗環(huán)節(jié)的細節(jié)及迭代，又充分體現教學的整體性、連貫性和系統(tǒng)性[15]，即既分割又耦合，幫助學生理解整個需求過程的每個環(huán)節(jié)及過程。例如，針對用例說明書的建立過程，首先以前期“Android 點餐系統(tǒng)”前景和范圍文檔為基礎，講解“什么是用例，繪制用例的規(guī)范，角色和用例分析”等基礎理論知識。接著舉例“Android 點餐系統(tǒng)”的“菜品信息管理用例”，分析該用例的參與者是“管理員”，用例是“菜品信息管理”。接著細化和迭代分析，分析“菜品信息管理用例”又包含“查看菜品信息、添加菜品、刪除菜品、修改菜品信息”四個子用例。然后表述“用例圖如何表示”，“如何創(chuàng)建各用例描述”，“如何設計用例模型圖”，并說明“在USDM中如何建立用例說明書文檔和管理該過程”[16]。后期又以該用例文檔說明書為基礎，開展建模，編寫“Android 點餐系統(tǒng)”的軟件需求規(guī)格說明書。

該教材作為本課程的實驗依據和參考資料，幫助和指導學生完成本課程實驗的每個環(huán)節(jié)。

3 結 語

軟件工程學科知識發(fā)展快速，軟件需求工程作為軟件工程專業(yè)前端課題，理論枯燥難懂，實驗無法準確體現理論內容。實驗相關教材的編寫數量也極少。如何較好地開展實驗課程，有良好的教學效果和教學反饋，培養(yǎng)與實際企業(yè)無縫接軌的工程能力和職業(yè)能力一體化的人才，是軟件工程專業(yè)教育的目標和方向[6]。目前軟件需求分析方法分類眾多，創(chuàng)新方法也較多，如何針對每個案例，采用合適的方法，很好地指導學生開展實驗，值得探討。該課程如何與軟件工程專業(yè)后續(xù)課程有效銜接，將學生提出的Dirty Example課題的系統(tǒng)解決方案有效實現和商品化，值得研究。

金陵科技學院軟件工程學院培養(yǎng)的是應用性強、地方性特點明顯的軟件工程類專業(yè)學生，特別強調工程能力，包括項目實踐能力、文檔能力、創(chuàng)新能力等。目前我校在USDM平臺環(huán)境上，進行軟件需求分析實驗課程的實際教學和演練，使用企業(yè)真實案例，改變了以往一味接受式的教學模式，教學效果良好。培養(yǎng)的學生具有很好的工程性和創(chuàng)新性。本專業(yè)學生就業(yè)情況良好。

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Research and Practice "Software Requirement Analysis" Experimental Teaching

LIYou-feng，ZENGYue

(The Software Engineering Institute, Jinling Institute of Technology, Nanjing 210007, China)

Taking the experimental teaching of Software Requirement Analysis in the School of Software Engineering, Jinling Institute of Technology as an example, this study discusses the teaching mode of engineering education. The experimental environment of the course is the Requirements/Design Management Tool of the USDM .The course includes preparing, beginning , analyzing and designing, and verifying a project. Every step is managed by CMMI standard and quantitative assessments. Students are to format their own teams, put forward dirty examples, rotate the roles, teamwork, discuss in class, review and verify after class, finish high quality documents. By offering the experimental materials, to guiding and refining the experiments, the knowledge ability and occupation ability of students can be improved.

software requirement analysis； experimental teaching; USDM； CMMI; Dirty Example

2015-05-14

校教育教改研究課題(40714007)；軟件工程學科項目資助

李尤豐(1977-)，女，江蘇宜興人，碩士，講師，從事一線教學工作,研究方向為圖像分析。

Tel.: 18913805565; E-mail：flllyf@126.com

TP 311.5; G 642

A

1006-7167(2016)04-0228-04