基于軟件工程過程的模擬實踐教學研究與應用

黃振華　劉翠煥　張波　張麗娟　張鵬絢　劉萌

【摘要】? ? 《軟件工程》是軟件工程專業(yè)的一門理論與實踐并重的核心課程。基于SimSE游戲的軟件工程過程與實踐教學的研究與應用以滿足《軟件工程》的實戰(zhàn)化授課需求，也為后期軟件工程專業(yè)教學研究與實踐提供必要的支撐和參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 軟件工程過程? ? SimSE? ? 模擬? ? 實訓

引言：

《軟件工程》的實踐教學可以在項目計劃、需求分析、概要設計、詳細設計、編碼與測試、過程管理（溝通管理、需求管理、項目管理、人員培訓、軟件過程改進、風險管理以及收益管理等）各階段中使用模擬方法建立項目成員間一致的交流方式[1]，以此提高學生的溝通分析能力、團隊協(xié)作能力、撰寫軟件開發(fā)文檔能力。

SimSE模擬是軟件工程中單個操作者角色的教學模擬器，操作者扮演軟件開發(fā)團隊中相應角色，按事先設定好的任務和實踐過程完成角色規(guī)定的工作任務，提交相應的工作成果。SimSE游戲軟件的圖形界面為虛擬辦公室和相關(guān)的項目信息，如需求文檔、設計文檔、開發(fā)工具和代碼等，操作者可以利用管理知識和提示信息來作出管理決策，在一定時間和預算范圍內(nèi)完成項目的開發(fā)[2]。SimSE游戲軟件的模型構(gòu)建器則是教師根據(jù)軟件項目開發(fā)過程自行設計的實踐方案，便于學生可以以相應角色進行“游戲”模擬不同工作崗位的軟件項目職責。

本文研究以軟件工程過程為主線，模擬真實軟件開發(fā)過程和軟件項目管理，使學生在模擬過程中以不同角色完成規(guī)定工作和提交產(chǎn)品，并按規(guī)則給出評價分數(shù)。

一、研究背景與意義

軟件工程是指導計算機軟件開發(fā)和維護的一門工程學科，把經(jīng)過時間考驗而證明正確的管理技術(shù)和當前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來，以經(jīng)濟地開發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護[7]。基于軟件工程分階段生命周期的軟件過程，包括：瀑布模型、快速原型模型、增量模型、螺旋模型、噴泉模型、RUP、敏捷過程與極限編程等，其中定義了運用方法的順序、應該交付的文檔資料、質(zhì)量保證和協(xié)調(diào)變化的管理措施，以及各開發(fā)階段任務完成的里程碑等細化內(nèi)容。

基于以上內(nèi)容，各高校軟件工程課程教學方法大致是基于案例或項目開發(fā)的實踐與應用講解、從不同角度把抽象的理論與方法具體化講授、適當增加課堂實踐內(nèi)容及調(diào)整興趣度開展教學、采用小組合作和模擬角色實施軟件開發(fā)過程演練、以創(chuàng)新課程評價內(nèi)容和方法為目標的激勵授課方法等。從教學、實踐和效果評價來看，都是以不同角度、不同力度和不同目標為軟件工程教學總目標服務，具有一定的局限性。

以游戲形式的基于軟件工程開發(fā)過程的模擬角色的教學實踐軟件平臺目前在國內(nèi)還沒有明確提出及實踐應用。本文的研究即是從軟件工程課程教學目標與實訓需求出發(fā)，依據(jù)軟件工程開發(fā)過程理論指導，研究基于角色的模擬真實軟件開發(fā)場景的實訓平臺，解決軟件工程理論教學和實踐效果與真實軟件開發(fā)與管理過程效果的不一致問題，在滿足民辦高教實訓需求方面是具有實用價值，也為后期軟件模擬平臺的開發(fā)提供基礎(chǔ)設計參考。

二、實訓平臺研究與設計

軟件工程實訓模擬軟件系統(tǒng)功能包括：用戶注冊、角色選擇、規(guī)則制定、場景選擇、執(zhí)行過程監(jiān)控、檢查評價等，教師和學生均可使用瀏覽器通過互聯(lián)網(wǎng)進行模擬實訓。教師通過用戶注冊、規(guī)則制定、場景選擇、檢查評價等功能進行基于軟件開發(fā)模型的軟件開發(fā)過程規(guī)則制定、場景設定、評價策略與分數(shù)計算;學生通過注戶注冊和角色選擇功能模擬用戶、項目經(jīng)理、系統(tǒng)分析師、軟件設計師、程序員、測試員完成軟件開發(fā)模擬過程后得到總評分數(shù);系統(tǒng)基于時間按設定規(guī)則自動執(zhí)行，并提示學生完成規(guī)定工作和提交產(chǎn)品;系統(tǒng)評價總分包括：過程分數(shù)是根據(jù)學生完成工作過程是否符合規(guī)則設定得到;產(chǎn)品分數(shù)是根據(jù)學生提交產(chǎn)品的質(zhì)量得到;系統(tǒng)支持相同項目在某時間點后不同分支執(zhí)行過程的結(jié)果圖數(shù)據(jù)對比。

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)風格、事件驅(qū)動架構(gòu)風格和基于規(guī)則的系統(tǒng)架構(gòu)風格。將系統(tǒng)部署在Web服務器，進行負載均衡配置，數(shù)據(jù)庫服務器單獨設立，方便實訓課程增加而導致的持久化的數(shù)據(jù)量加大，可以按需擴展。對實訓軟件場景頁面變化不大設計使用前端緩存技術(shù)和WebSocket技術(shù)，提高頁面交互的實時性和訪問速度。由HTML5+CSS3+JavaScripts構(gòu)建前端頁面，利用前端緩存技術(shù)，瀏覽器將不經(jīng)常變的頁面內(nèi)容保存在本地，以便下次訪問時直接加載。將前端緩存技術(shù)與WebSocket API 結(jié)合，使瀏覽器和服務器只一次握手就可直接快速傳送數(shù)據(jù)，性能優(yōu)于AJAX輪詢機制。

模擬實訓系統(tǒng)使用事件驅(qū)動架構(gòu)風格是解決在系統(tǒng)自動執(zhí)行規(guī)則和評價過程中角色和規(guī)則的觸發(fā)關(guān)系問題。系統(tǒng)設計是首先由教師基于軟件開發(fā)模型對執(zhí)行規(guī)則和評價方法制定;其次是用戶在使用時先確定角色和開發(fā)模型（即規(guī)則），再由系統(tǒng)自動執(zhí)行規(guī)則和評價，要求實訓用戶角色和規(guī)則是解耦的。使用事件驅(qū)動架構(gòu)風格，即可以進行規(guī)則的集中注冊，也實現(xiàn)了用戶角色與規(guī)則的解耦;實現(xiàn)了通過角色的確定和規(guī)則的選擇在系統(tǒng)自動執(zhí)行過程中，系統(tǒng)自動調(diào)用觸發(fā)事件所注冊的規(guī)則，完成參與角色之間按規(guī)則交互的應用場景。在采用事件驅(qū)動架構(gòu)風格進行編碼時，使用Spring框架，消息隊列管理完全基于配置，簡化了編碼難度，結(jié)構(gòu)清晰簡單，可維護性好，降低了項目開發(fā)難度;在功能擴展方面，便于修改規(guī)則和增加規(guī)則主題，以及不同規(guī)則間的組合。

模擬實訓軟件將基于規(guī)則的系統(tǒng)架構(gòu)風格應用在整體三層架構(gòu)中的中間層----應用邏輯層，解決制定規(guī)則集、規(guī)則解釋器、選擇器規(guī)則制定與解釋和系統(tǒng)自動執(zhí)行問題。教師通過表示層來編輯規(guī)則，應用邏輯的實現(xiàn)代碼抽象為規(guī)則，生成規(guī)則集的執(zhí)行邏輯;學生則得到由系統(tǒng)按規(guī)則自動執(zhí)行后的結(jié)果評價。采用基于規(guī)則的系統(tǒng)架構(gòu)風格進行設計，首先基于軟件開發(fā)模型特征抽象規(guī)則集;其次是從應用程序代碼中分離執(zhí)行決策，基于Prova+Mandarax設計規(guī)則引擎則/解釋器，用于系統(tǒng)基于時鐘自動執(zhí)行規(guī)則時監(jiān)控執(zhí)行狀態(tài)，便于根據(jù)時鐘進行狀態(tài)更新;然后是實現(xiàn)用戶接口接受數(shù)據(jù)輸入、解釋業(yè)務規(guī)則、跟蹤執(zhí)行的事件等模擬功能。其中規(guī)則集和狀態(tài)管理器為標準部件，其他為可變部件。采用基于規(guī)則的架構(gòu)風格設計成功的將規(guī)則集、規(guī)則解釋器、選擇器、工作內(nèi)存以及解釋問題有機的結(jié)合到一起，即便于規(guī)則的制定和解釋，也實現(xiàn)系統(tǒng)的自動執(zhí)行。

考慮到后期的開發(fā)工作及相關(guān)系統(tǒng)的集成與數(shù)據(jù)共享問題，采用SOA架構(gòu)模式+ESB總線封裝集成實訓相關(guān)業(yè)務，實現(xiàn)應用集成;為了解決各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享問題，采用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)對實訓數(shù)據(jù)進行定義、清洗、分發(fā)和傳送，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。基于軟件工程過程的模擬實訓軟件架構(gòu)設計如圖1所示，下層為上層提供服務。

在軟件工程實訓模擬軟件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲的關(guān)系模型主要部分如下：

學生（學號，姓名，性別，地址，電話，用戶類型，密碼，登錄名，文件，班級ID，用戶ID）;

班級（班級ID，名稱，類型，狀態(tài)）;

教師（教師ID，姓名，授課時間，用戶類型，登錄名，密碼，工號，班級ID，用戶ID，課程ID）;

課程（課程ID，課程名稱）;

課程成績（學號，課程ID，課程成績，評價）;

用戶（用戶ID，登錄名，密碼）;

用戶選擇角色（用戶ID，角色ID，用戶角色，選擇角色時間）;

角色（角色ID，名稱）;

角色提交文檔（角色ID，文檔ID，提交時間，保存地址）;

文檔（文檔ID，文檔名稱，文檔類型，文檔類型ID）;

文檔類型（文檔類型ID，類型名稱）。

三、結(jié)束語

本文研究實踐證明，軟件工程課程教學過程采用游戲的形式，將學習與娛樂有機的整合到一起，是可以有效的提高學生學習積極性和學習效果。使影響軟件開發(fā)項目是否成功的各類因素及其組合通過游戲形式對學生和教師產(chǎn)生深遠的影響，通過不斷調(diào)整實施策略來保證軟件開發(fā)項目成功的高比率。

參? 考? 文? 獻

[1] James S.Collofello. University/Industry Collaboration in Developing A Simulation Based Software Project Management Training Course[C]//Thirteenth Conference on Software Engineering Education and Training， March， 2000， Austin， Texas， USA：161-168.

[2] 李廣原，胡秦斌. 軟件工程課程模擬教學法初探. 計算機教育. 2011年第13期. 92-95

[3] 韋宇煒，聶篤憲. 軟件工程課程設計教學模式探討[J]. 考試周刊，2010（11）：159-160

[4]? SimSE OnLine.

[5] 李廣原，馬楠. 國外軟件工程教學法初探. 計算機教育. 2011年第1期. 92-95

[6] Jazayeri M. The Education of a Software Engineer[C]//Proceedings of the 19th International Conference on Automated Software Engineering. Linz，Austria：IEEE，2004.

[7] 張海藩，牟永敏. 軟件工程導論. 清華大學出版社. 2013年8月第6版. 5-15