敏捷軟件開發課程評價指標體系及應用

嚴 悍，趙學龍，于立功

（南京理工大學 計算機科學與工程學院，江蘇 南京 210094 ）

敏捷軟件開發課程評價指標體系及應用

嚴 悍，趙學龍，于立功

（南京理工大學 計算機科學與工程學院，江蘇 南京 210094 ）

針對敏捷軟件開發課程的評價指標問題，對引進的評價指標體系進行改進并給出應用實例。通過實例分析，該評價指標體系不僅能指明教學內容和實踐的基本方向，而且能定量分析每一種敏捷能力的變化，有效評價教學效果，精準分析優勢與缺陷，從而指導和改進教學實踐。

敏捷軟件開發；評價指標；動態指標

0 引 言

敏捷軟件開發Agile Software Development（下文簡稱ASD）采用一組輕量級方法，作為傳統軟件工程的改進與革新，從2001年至今得到廣泛關注和應用[12]。高校在教學中也積極引進ASD課程，如德國波恩大學于2003年率先引進ASD作為研究生課程；在美國，Texas Austin大學于2006年創辦敏捷技術培訓中心，Bowling Green州立大學創辦ASF（Agile Software Factory）培訓機構，Johns Hopkins大學創建ASD課程；清華大學、北京大學等國內高校也陸續開設相關課程。南京理工大學于2007年從德國波恩大學引進極限編程eXtreme Programing（下文簡稱XP）實踐課程，用于計算機相關專業高年級本科生和研究生的暑期實踐[3]。該課程主要是單純項目開發訓練，同時引進一套相應的評價指標。從2010年開始，ASD被納入研究生正規課程體系，增加了課堂環節，以彌補單純項目訓練的不足。針對ASD課程評價指標問題，需要探索改進方法。

1 主要問題

目前，ASD作為計算機專業課程面臨的主要問題如下：

（1）缺乏統一標準。盡管IEEE在2011年推出了一個工程推薦標準P1648[4]，但對ASD課程的統一標準仍缺乏指導，導致ASD課程的教材選用、內容形式和課程計劃都取決于教師個人興趣和能力。這與傳統軟件工程課程體系的標準化規范化形成鮮明對比[5]。

（2）缺乏適用的評價指標體系。盡管前期引進了極限編程XP和SCRUM[6]的定量評價指標，但該指標主要針對集中式的團隊項目開發活動，如結對編程[7]、迭代周期等，缺少針對ASD課堂教學內容的評價，如測試驅動開發、代碼重構[8]等。原有指標適用于單團隊、單項目、單平臺的項目實踐，即學生人數相對少（少于12人）、訓練時間集中（主要是暑期時間，每天8學時，共4周）且教學資源充足（有專用實驗室）的環境條件，但ASD成為正規課程后，學生人數劇增(往往多于40人)，教學時間碎片化（如每次2～3學時，每周2次，共5～7周）且缺少集中實踐場所。此時就需要改進評價指標，以適應分散式的多團隊、多項目、多平臺的變化。

2 評價指標的改進與應用實例

評價指標的改進主要包括兩方面：一方面，整合與縮減。原有指標包含14項定量指標，經過整合與縮減，最后形成10項指標，對應10種敏捷能力；另一方面，增加動態指標。

2.1 動態指標

動態指標是每次課程根據教學對象、內容、形式、資源（包括時間和場所）的不同而確定的可變指標。動態指標受到當前軟件工程新進展的影響。靜態指標是ASD基本教學內容所決定的指標，并不隨教學對象形式而改變。

之所以需要動態指標，是因為ASD作為傳統軟件工程的改進與革新，應適應當前軟件工程在編程語言、工具等方面的最新進展。如在2010—2014年，設計模式成為熱點，設計模式就作為ASD課程的動態內容和指標。2015—2016年，Java8成為新的Java語言標準，C++11/14成為新的C++語言標準而得到廣泛關注，新語言需要及時引入ASD以改進編程。建議采用技術講座形式來對應動態指標。ASD動態內容與指標所占比例需根據學生已學的課程和ASD教學目標來確定，動態內容與指標建議占ASD總課程10%～15%的比例。

2.2 評價指標應用實例

2016年部分研究生ASD課程的10項指標評價結果如圖1 所示，其中新語言應用能力作為動態指標。

圖1 定量評價指標應用實例

在圖1中，一種敏捷能力指標對應一張圖。對于一種能力，一名學生對應圖中一個點(x,y)。其中x表示課程前能力，y表示課程后能力，x和y范圍是從0～10。評價原始數據來自課程結束時的學生匿名調查問卷，由原始數據形成散點圖后計算平均斜率，而且將對角線（斜率為1）作為基準。該圖常用于衡量一個群體在某方面定量變化程度。斜率越大表示變化程度越大，教學效果越明顯；斜率越小（趨近1），表示教學效果相對不明顯。這種斜率稱為作用系數。除了作用系數，散點圖可觀察和分析學生個體的能力分布情況。

課程前后學生的能力平均值的增長對比情況如圖2所示。計算方法是對10種能力分別計算x和y的平均值，然后制圖。下面基于定量指標評價結果進行具體分析。

圖2 敏捷能力增長對比圖

3 優勢能力分析

從圖2直觀來看新語言應用能力和交流溝通能力的顯著增長。其中新語言應用能力的課前分值最低，交流溝通能力課后分值最高。原因分析如下：

（1）新語言應用能力分析。課堂上用15%課時介紹新語言（包括Java8和AspectJ/AOP），新語言對于實際工程開發具有重要作用。從圖1中能發現個別學生對于新語言是零知識，起點x=0，導致課程前平均分偏低，進而導致增長分值相對較高。同時也發現個別學生“零變化”，即y=x，原因是本課程未限定Java作為唯一編程語言，而且這些學生所選項目并未使用Java語言。對于動態指標的預期作用為y=1.2x，圖1中結果為y=1.322x，評價效果超過預期，說明動態引入新語言內容能有效增強學生的能力。

（2）交流溝通能力分析。團隊項目中要求每個人發言，對任何團隊決策都必須發表個人意見，表明個人態度，這種強制性對于交流溝通能力起到積極作用。此外團隊計劃游戲也對促進交流溝通能力提高。

從圖2可以看出，測試驅動開發能力和軟件難度評估能力也得到顯著提高。分析原因如下：

（1）測試驅動開發能力分析。雖然部分學生事先學過軟件測試相關課程，但傳統課程往往不包含測試驅動開發TDD，而TDD是ASD最重要特征之一。ASD課堂實踐中提供2個具體實例，分別占用2次課時，課堂上教師給出問題之后要求各團隊研討40分鐘，然后提交測試用例和關鍵編碼，最后教師立即講解要點和注意事項。這種實踐方式起到了積極作用。

（2）軟件難度評估能力分析。課堂上給出4種實踐方式：①用卡片書寫待解決的問題和待完成的任務。該方法在極限編程XP中用來描述用戶素材與設計任務。②用撲克牌1～10作為每個人對于問題難度和工作量的定量評估(1分最容易，10分最難工作量最大)。③團隊計劃游戲。這是一種SCRUM方法[6]，在每個迭代周期第一天對每個新問題和新任務投票評估，評估過程中要求給出最高值和最低值的學生說明原因。④迭代式反饋修正。每完成一個任務都將實際工作量與預期相比較，逐漸使評估趨向準確。這種方法簡便易行，具有趣味性和互動性，得到學生認可。

4 不足之處及改進方法

從圖2中可以看出，工具能力和軟件表達能力提高相對不明顯。原因分析如下：

（1）工具能力分析。ASD相關工具涉及較多，主要分為個人工具（如編碼、測試與重構工具）與團隊工具（如代碼共享與版本控制工具）。研究生ASD課程中每周只有4學時開發實踐，而工具應用能力的提高需要較多的開發實踐做基礎，因此工具能力難以在短時間內明顯提高。另外，不同團隊允許采用不同語言和工具來開發不同項目，這使得工具應用多樣化，教師難以具體指導，導致工具應用能力與編程技能都難以在短時間內得到明顯提高。如果是全天課程且多項目都采用相同工具，即便4周時間，評估效果也能得到明顯提高。

（2）軟件表達能力分析。ASD課程強調兩方面表達能力：口頭表達（團隊項目展示與答辯）與字面表達（小論文或個性化論文，要求學生就某事情表明個人態度并給出理由，并非撰寫軟件文檔）。ASD課程需要培養學生的文字表達能力的原因是：通過每人提交小論文的形式，給每個學生一個平等的機會來表達自己態度和意見，避免團隊負責人或骨干的個人意見覆蓋所有成員的情況。大多學生對于小論文撰寫難以掌握，這成為本課程一個缺點。其改進方法有：①用2學時分析、總結往屆學生小論文的優點和缺點，并說明撰寫方法，強調實踐性、邏輯符合性與形式一致性；②放棄正規論文和軟件文檔的形式要求，著重強調學生個性化表達并鼓勵創新思維。

5 結 語

ASD課程建立明確的評價指標體系有兩個作用：①反映課程教學目標，指明教學與實踐的基本方向；②定量分析每一種能力的變化，有效評價教學效果，精準分析優勢、缺陷和不足，指導和改進ASD教學實踐。盡管ASD目前無法形成國際或國內標準，評價指標也可能因人而異，但ASD課程評價指標是動態可改變的，能適應當前軟件工程的最新進展，成為受學生歡迎的專業課程。

[1] Martin R C. 敏捷軟件開發： 原理、模式與實踐[M]. 鄧輝, 譯. 北京： 清華大學出版社, 2003.

[2] Cockburn A. Agile software develoment[M]. 2nd ed. New York： Pearson Education, Inc, 2007.

[3] Beck K. Extreme programming explained： Embrace change[M]. Boston： Addison-Wesley, 2004.

[4] Software & Systems Engineering Standards Committee (C/S2ESC). 1648 WG-RP for establishing and managing software development efforts using agile methods[EB/OL]. [2016-09-18]. http：//standards.ieee.org/develop/wg/1648_WG.html.

[5] Devedzic V. Teaching agile software development： A case study[J]. IEEE Transactions on Education, 2011, 54(2)： 273-278.

[6] Schwaber K, Beedle M. Agile software development with SCRUM[M]. New Jersey： Prentice Hall, 2002.

[7] 嚴悍, 苑俊旺, 邵帥, 等. 極限編程中結對編程的不良現象分析及對策[J]. 計算機教育, 2014(8)： 51-53.

[8] Fowler M. Refactoring： Improving the design of existing code[M]. Boston： Addison-Wesley Longman, 2000.

（見習編輯：張 勛）

1672-5913(2017)03-0148-04

G642

南京理工大學研究生教育優秀工程項目（海外共建課程2014年第一批）。

嚴悍，男，副教授，研究方向為軟件工程與信息安全，yanhan@njust.edu.cn。