在軟件工程課程實(shí)踐中強(qiáng)化過(guò)程思維與過(guò)程控制

周　勇　黃國(guó)興

摘要本文強(qiáng)調(diào)將過(guò)程思維與過(guò)程控制應(yīng)用于軟件工程教學(xué)實(shí)踐，分析并總結(jié)了實(shí)踐結(jié)果，表明這一方法對(duì)課程教學(xué)有顯著作用。

關(guān)鍵詞過(guò)程思維過(guò)程控制課程實(shí)踐軟件工程

1 問(wèn)題的提出

今天，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)軟件開發(fā)企業(yè)認(rèn)識(shí)到軟件過(guò)程的重要性。導(dǎo)致軟件項(xiàng)目失敗的原因除了技術(shù)、工具等因素以外，更多的是由于缺乏過(guò)程規(guī)范。軟件開發(fā)需要團(tuán)隊(duì)的努力，如果缺少過(guò)程規(guī)范，團(tuán)隊(duì)就可能遵循不同的過(guò)程。更普遍的情況則是團(tuán)隊(duì)根本就沒(méi)有任何經(jīng)過(guò)定義的過(guò)程。

正如Watts Humphrey認(rèn)為的那樣，“為了解決軟件問(wèn)題，重要的第一步就是將整個(gè)軟件開發(fā)任務(wù)看作一個(gè)可控的、可度量的以及可改進(jìn)的過(guò)程?！?/p>

將已有的軟件過(guò)程運(yùn)用于實(shí)踐或在實(shí)踐中改進(jìn)現(xiàn)有軟件過(guò)程，需要軟件工程師在學(xué)習(xí)期間接受不同方面的教育，概括來(lái)說(shuō)，一個(gè)合格的軟件工程師，他需要具備以下基本素質(zhì)：

（1）了解一個(gè)或多個(gè)開發(fā)過(guò)程。

（2）對(duì)于自己從事的開發(fā)過(guò)程有詳細(xì)的了解。

（3）建立起一套改進(jìn)過(guò)程的機(jī)制。

（4）對(duì)過(guò)程改進(jìn)作出計(jì)劃。

（5）找出上述計(jì)劃所需的資源。

（6）執(zhí)行上述計(jì)劃。

（7）持續(xù)改進(jìn)過(guò)程。

在上述活動(dòng)中，需要度量和評(píng)估。同時(shí)，還要給軟件工程師們?cè)谄鋸?fù)雜的工作中提供智能化的工具。

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和按部就班的理論學(xué)習(xí)，而伴隨著以程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為引導(dǎo)的編程實(shí)踐活動(dòng)通常是以學(xué)生個(gè)體為單位進(jìn)行的，它并沒(méi)有充分教授學(xué)生從事軟件開發(fā)所必需的方法和技巧。

現(xiàn)在比較流行的軟件工程教學(xué)方法，是在授課過(guò)程中伴隨個(gè)體或小組項(xiàng)目開發(fā)。但是，無(wú)論是教師還是學(xué)生往往把注意力集中在任務(wù)、工作、人員或者結(jié)構(gòu)之上，而不是集中在過(guò)程之上，在項(xiàng)目開發(fā)中采用的還是一貫的基于任務(wù)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?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐項(xiàng)目中強(qiáng)調(diào)以軟件過(guò)程為中心，讓學(xué)生了解并實(shí)際看到自己的開發(fā)過(guò)程，這一開發(fā)過(guò)程通常會(huì)貫穿軟件工程實(shí)踐領(lǐng)域，包括計(jì)劃、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施、測(cè)評(píng)以及修改等一系列需要專門技術(shù)的復(fù)雜活動(dòng)。

認(rèn)知科學(xué)的研究表明，開發(fā)方法與技巧的掌握，涉及以下三個(gè)方面。

（1）明確各類指示和實(shí)踐活動(dòng)。

（2）在一個(gè)相關(guān)的環(huán)境中運(yùn)用此類技巧。

（3）采用結(jié)構(gòu)化的方式開展此類活動(dòng)。

針對(duì)上述三個(gè)方面，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中采用了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、基于過(guò)程、小組開發(fā)。其中，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)于明確各類指示和實(shí)踐活動(dòng)，小組開發(fā)對(duì)應(yīng)于在一個(gè)相關(guān)的環(huán)境中運(yùn)用此類活動(dòng)，基于過(guò)程對(duì)應(yīng)于采用結(jié)構(gòu)化的方式開展此類活動(dòng)。另外，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中強(qiáng)調(diào)過(guò)程思維和過(guò)程控制，有別于一般的小組項(xiàng)目實(shí)踐。

2 強(qiáng)調(diào)過(guò)程思維和過(guò)程控制

在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)學(xué)科的教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)忽視軟件過(guò)程，這一點(diǎn)從許多的計(jì)算機(jī)學(xué)科的教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱中反映出來(lái)，一般地，學(xué)生們總是先寫代碼，然后再補(bǔ)寫文檔，對(duì)學(xué)生的調(diào)查表明很多學(xué)生在開發(fā)時(shí)根本不寫書面的設(shè)計(jì)文檔（如圖1所示）。我們?cè)谡n程實(shí)踐中，強(qiáng)化了學(xué)生們的過(guò)程思維。

從某種意義上說(shuō)，過(guò)程思維反映了人類的大腦對(duì)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的保存及其使用的方式。根據(jù)加涅提出的學(xué)習(xí)過(guò)程的基本模式，學(xué)習(xí)是人的傾向性或能力的變化，這種變化要能保持一定時(shí)間，且不能單純歸于生長(zhǎng)過(guò)程。所謂的“知識(shí)”就保存在神經(jīng)元之間的相互連接中，開始時(shí)是一種“弱連接”，即我們所說(shuō)的“弱記憶”，當(dāng)我們獲取了知識(shí)并且在實(shí)踐中加以運(yùn)用的話，上述連接就會(huì)得到加強(qiáng)，從而形成所謂的“強(qiáng)記憶”。只要你擁有了針對(duì)于某一特定領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)后，再遇到相同的情況，就會(huì)自動(dòng)運(yùn)用頭腦中保存的有關(guān)知識(shí)，這時(shí)你所作出的反應(yīng)就像是自動(dòng)完成的，過(guò)程的執(zhí)行將是自然而然的事?？梢哉f(shuō)，正是由于多次相同的經(jīng)歷和不斷的訓(xùn)練，才導(dǎo)致了我們對(duì)知識(shí)的掌握，對(duì)過(guò)程的駕輕就熟。

過(guò)程思維和傳統(tǒng)的思維方式大不相同，采用這種方法會(huì)導(dǎo)致明顯不同的結(jié)果。這一點(diǎn)對(duì)于所有團(tuán)隊(duì)成員都具有相同的目標(biāo)并且在采用過(guò)程思維時(shí)尤其突出。過(guò)程思維會(huì)使大家保持行為的一致，從而實(shí)現(xiàn)整體能力的提升，獲得更佳的效果。這在強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)精神的軟件開發(fā)中顯得尤其重要。

因此，我們?cè)谡n程實(shí)踐中，要求學(xué)生在以小組為單位的軟件開發(fā)活動(dòng)中，采用以過(guò)程為中心的方法，即要求他們的開發(fā)活動(dòng)基于過(guò)程。這里所涉及的軟件過(guò)程在課程的理論部分已經(jīng)明確闡述過(guò)，需要學(xué)生們?cè)陧?xiàng)目開發(fā)中加以實(shí)踐，做到融會(huì)貫通。

過(guò)程通常體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一個(gè)方面是關(guān)于指定過(guò)程的定義，通常是將過(guò)程所包含的活動(dòng)和程序文檔化；第二個(gè)方面是過(guò)程的學(xué)習(xí)，通過(guò)人們頭腦中學(xué)到的過(guò)程知識(shí)來(lái)驅(qū)動(dòng)他們的行為；第三個(gè)方面在于過(guò)程活動(dòng)的結(jié)果。所以，過(guò)程不僅僅是一堆文檔，除了定義過(guò)程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行過(guò)程培訓(xùn)（結(jié)合理論知識(shí)），還需要加強(qiáng)過(guò)程的監(jiān)控，通過(guò)這種方式確保過(guò)程活動(dòng)是按照已定義的過(guò)程文檔內(nèi)容來(lái)執(zhí)行并確保最終開發(fā)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 設(shè)計(jì)的方法

我們針對(duì)學(xué)生開展的項(xiàng)目開發(fā)，設(shè)定了一個(gè)體系框架，用以支持并控制其開發(fā)過(guò)程。這個(gè)框架的設(shè)計(jì)參考了格拉奇和伊利在1980年提出的設(shè)計(jì)過(guò)程模式，這一框架在較高的層面列舉了相關(guān)的活動(dòng)內(nèi)容，包括領(lǐng)域知識(shí)、啟發(fā)式的策略、控制的策略、學(xué)習(xí)的策略。

針對(duì)上述認(rèn)知框架，我們總結(jié)了教師的六項(xiàng)基本任務(wù)，用以支持和控制基于過(guò)程的教學(xué)。

（1）幫助建立任務(wù)模型

針對(duì)具體的領(lǐng)域及其實(shí)際任務(wù)，幫助項(xiàng)目小組制定任務(wù)模型（WBS），在開發(fā)活動(dòng)中進(jìn)一步細(xì)化相應(yīng)的子任務(wù)。

（2）提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)

教師實(shí)時(shí)地為項(xiàng)目小組提供指導(dǎo)（參加討論會(huì)、專題網(wǎng)站、MSN等），給出提示性意見(jiàn)，評(píng)價(jià)局部成果，隨時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生。

（3）提供開發(fā)模板

針對(duì)學(xué)生缺乏開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的實(shí)際情況，提供系統(tǒng)開發(fā)的模板，有助于學(xué)生熟悉開發(fā)過(guò)程和內(nèi)容，提高文檔的規(guī)范性。

（4）鼓勵(lì)學(xué)生將其學(xué)到的知識(shí)和方法付諸實(shí)施

這種做法將有利于學(xué)生在實(shí)踐中驗(yàn)證有關(guān)理論知識(shí)和方法。

（5）分析學(xué)生開發(fā)過(guò)程中反饋的信息

鼓勵(lì)學(xué)生評(píng)審開發(fā)中的關(guān)鍵活動(dòng)，分析反饋結(jié)果，對(duì)過(guò)程改進(jìn)提出建議和意見(jiàn)。

（6）鼓勵(lì)學(xué)生探索

鼓勵(lì)學(xué)生在開發(fā)過(guò)程中創(chuàng)新，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

為了讓學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)中運(yùn)用軟件過(guò)程更加有效，進(jìn)一步地，我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的角色與機(jī)制的配合，包括：

（1）過(guò)程所有權(quán)

由教師按照軟件過(guò)程課程所教授的有關(guān)理論，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程。學(xué)生可以根據(jù)需要提出改進(jìn)這個(gè)過(guò)程，但是，需要得到教師的評(píng)估確認(rèn)。

（2）對(duì)過(guò)程執(zhí)行情況的監(jiān)控

由教師在項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中全程監(jiān)控過(guò)程的執(zhí)行情況。

（3）過(guò)程使用者的反饋

學(xué)生在執(zhí)行過(guò)程中按要求反饋其執(zhí)行情況，教師據(jù)此了解和評(píng)價(jià)學(xué)生的過(guò)程執(zhí)行結(jié)果。

（4）評(píng)價(jià)

教師對(duì)最終過(guò)程執(zhí)行結(jié)果給出評(píng)價(jià)。

4 實(shí)驗(yàn)

我們選擇了同一年級(jí)同一班級(jí)的兩門軟件工程專業(yè)課程進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，課程為三年級(jí)的“軟件開發(fā)實(shí)踐”和“軟件過(guò)程”。我們采用的教學(xué)方法就是在課程中配套進(jìn)行小組項(xiàng)目開發(fā)，以小組為單位獨(dú)立完成既定的項(xiàng)目，要求參照軟件過(guò)程的理論和方法，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，提倡編寫完整的開發(fā)文檔。

實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，兩個(gè)樣本集合分別代表了自由的小組開發(fā)（軟件過(guò)程）和受控制的小組開發(fā)（軟件開發(fā)實(shí)踐），以此檢驗(yàn)不同的開發(fā)效果。

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表1、表2和表3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如圖2、圖3所示。

5 結(jié)論

從學(xué)生調(diào)查的反饋結(jié)果可以看出，在小組開發(fā)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)過(guò)程思維，并讓教師參與過(guò)程控制，大大提高了學(xué)生小組開發(fā)的有效性和規(guī)范性，其項(xiàng)目開發(fā)的結(jié)果評(píng)價(jià)也得到了明顯的提高。對(duì)于受控的開發(fā)小組，其開發(fā)過(guò)程中相關(guān)活動(dòng)的參與率較高，而對(duì)于自由的開發(fā)小組方式，其開發(fā)過(guò)程中相關(guān)活動(dòng)的參與率較低。

進(jìn)一步地，我們希望能改進(jìn)我們的控制方法，如果能夠建立一個(gè)統(tǒng)一的教學(xué)控制平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上將項(xiàng)目任務(wù)發(fā)布、項(xiàng)目控制、項(xiàng)目評(píng)審、項(xiàng)目資源以及項(xiàng)目討論集成起來(lái)，將有效地提高學(xué)生項(xiàng)目小組的開發(fā)效率，加強(qiáng)過(guò)程控制，改進(jìn)軟件過(guò)程，從而大大促進(jìn)軟件工程專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量。（本文獲“2005年全國(guó)青年教師計(jì)算機(jī)教育優(yōu)秀論文評(píng)比”二等獎(jiǎng)）

參考文獻(xiàn)

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