基于課程融合和企業(yè)環(huán)境模擬的軟件工程綜合實(shí)訓(xùn)

鄭大鵬 張曉燕 張申勇

摘要：提出在軟件工程綜合實(shí)訓(xùn)課程中融合有關(guān)理論教學(xué)模塊，通過(guò)模擬軟件企業(yè)實(shí)際工作環(huán)境，讓學(xué)生在完成軟件項(xiàng)目的過(guò)程中掌握軟件工程的實(shí)戰(zhàn)知識(shí)，介紹基于建構(gòu)主義的軟件工程綜合實(shí)訓(xùn)法并付諸實(shí)施。

關(guān)鍵詞：課程融合；企業(yè)環(huán)境；綜合實(shí)訓(xùn)；軟件工程；建構(gòu)主義

1、背景

為了提高軟件工程人才培養(yǎng)水平，探索適合計(jì)算機(jī)學(xué)院特點(diǎn)的人才培養(yǎng)方案，幾年前我們提出了一種創(chuàng)新的軟件工程人才培養(yǎng)模式。我們于第6學(xué)期設(shè)置大型綜合性軟件工程實(shí)訓(xùn)課程，在課程中融合軟件工程的理論教學(xué)模塊，同時(shí)通過(guò)模擬軟件企業(yè)實(shí)際工作環(huán)境，讓學(xué)生在完成軟件項(xiàng)目的過(guò)程中掌握軟件工程的實(shí)踐知識(shí)。為了落實(shí)這種創(chuàng)新的綜合性實(shí)訓(xùn)課程，我們還對(duì)綜合實(shí)訓(xùn)的軟件開發(fā)過(guò)程進(jìn)行了探討。根據(jù)上述人才培養(yǎng)思路，我們修訂了軟件工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃。該計(jì)劃在第6學(xué)期安排了一門13學(xué)分的軟件工程綜合實(shí)訓(xùn)課，與系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)（4學(xué)分）、軟件開發(fā)過(guò)程管理（3學(xué)分）同修。按照我們的實(shí)訓(xùn)理念，后兩門課將融合在綜合實(shí)訓(xùn)課中開展。2014年春季學(xué)期，根據(jù)修訂后的教學(xué)計(jì)劃，我們首次對(duì)2011級(jí)軟件工程專業(yè).NET技術(shù)方向的59名學(xué)生實(shí)施了此綜合實(shí)訓(xùn)課的教學(xué)。

2、綜合實(shí)訓(xùn)課主要實(shí)施內(nèi)容

按照課程的構(gòu)想，軟件工程綜合實(shí)訓(xùn)一方面要通過(guò)“做中學(xué)”促進(jìn)理論課的教學(xué)，讓學(xué)生掌握軟件工程技術(shù)方面的知識(shí)；另一方面要通過(guò)企業(yè)工作環(huán)境模擬，讓學(xué)生在項(xiàng)目開發(fā)中掌握軟件工程管理和過(guò)程方面的知識(shí)。這意味著課程覆蓋面很廣。為了確保成功，我們將此次實(shí)施的重點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面。

2.1真實(shí)工作場(chǎng)景的模擬

在實(shí)踐課程中，我們盡量模擬真實(shí)的工作場(chǎng)景。除了開發(fā)時(shí)使用與企業(yè)接近的開發(fā)工具、服務(wù)器環(huán)境和工作方式，最重要的是要求學(xué)生像在企業(yè)上班一樣，每天都要到實(shí)訓(xùn)室工作，并記錄考勤。

這樣做可以給學(xué)生一種小組開發(fā)的氛圍，同時(shí)由于開發(fā)小組數(shù)據(jù)和代碼保存在單獨(dú)的服務(wù)器上，如果沒有實(shí)訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支撐，學(xué)生無(wú)法組織有效的團(tuán)隊(duì)開發(fā)。

2.2小組軟件開發(fā)

開發(fā)活動(dòng)以小組為單位，每個(gè)小組由5人組成，分別擔(dān)任組長(zhǎng)、開發(fā)經(jīng)理、計(jì)劃經(jīng)理、測(cè)試經(jīng)理和技術(shù)支持經(jīng)理等角色，小組開發(fā)活動(dòng)參照“小組軟件過(guò)程”的指引。

2.3、理論課融合

在實(shí)踐課開展過(guò)程中，有關(guān)理論課的內(nèi)容和進(jìn)度根據(jù)實(shí)踐課需要安排。涉及的理論課除了與實(shí)訓(xùn)課同修的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)過(guò)程管理，也包括實(shí)踐課中的理論教學(xué)模塊Web程序設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件測(cè)試管理與實(shí)踐、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及管理等3個(gè)模塊。這些理論教學(xué)的內(nèi)容盡量以學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)需要為取舍依據(jù)，內(nèi)容組織順序盡量以項(xiàng)目進(jìn)展需要為參考，所有課程都圍繞同一案例（送花網(wǎng)站）從不同的方面展開。

2.4迭代開發(fā)

按照業(yè)界流行的軟件開發(fā)過(guò)程，軟件開發(fā)以3周為一次迭代，每次迭代進(jìn)行必要的需求、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)評(píng)等活動(dòng)，通過(guò)多次迭代逐步完成軟件功能。整個(gè)實(shí)訓(xùn)包括開始1周，5次迭代15周。這與原來(lái)設(shè)想相比減少了1次迭代，主要是因?yàn)閷W(xué)期長(zhǎng)度已改為19周，需要留出2周做期末考核，l周做成績(jī)?cè)u(píng)定和提交。

2.5階段考核和小組考核

由于實(shí)訓(xùn)課時(shí)間較長(zhǎng)、學(xué)分較多，為了及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也為了減少一次性考核對(duì)學(xué)生的壓力，本課程采用階段考核方式。大約每?jī)纱蔚磳?duì)實(shí)訓(xùn)課中融合的理論知識(shí)進(jìn)行一次考核，共進(jìn)行三次。此外，為了加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，讓學(xué)生有集體感，有些作業(yè)、考核以小組為單位評(píng)分。每門課30%的成績(jī)由考勤、參與度和表現(xiàn)決定，30%由團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)和成果決定，40%由學(xué)生個(gè)人的書面考試或書面報(bào)告決定。

3、實(shí)施過(guò)程

3.1分組與選題

課程開始，首先將學(xué)生每5人分成一組，老師根據(jù)學(xué)生所在行政班并考慮以往學(xué)習(xí)成績(jī)給出初步分組方案，原則是確保每組有一名學(xué)習(xí)成績(jī)相對(duì)較好的同學(xué)，盡量讓同一行政班的學(xué)生在一組，如果有充分的理由學(xué)生可以提出微調(diào)。由于學(xué)生共59人，故分為12組，第12組4人。第12組由實(shí)驗(yàn)班中學(xué)習(xí)成績(jī)較好或編程能力較強(qiáng)的學(xué)生組成，并被委托開發(fā)本實(shí)訓(xùn)課程急需的支撐平臺(tái)系統(tǒng)，以備下一屆學(xué)生上課使用。

第1-11組學(xué)生要求參考老師提供的送花網(wǎng)站功能和代碼，使用ASP.NET技術(shù)完成一個(gè)電子商務(wù)網(wǎng)站。電子商務(wù)網(wǎng)站類型由學(xué)生從老師提出的候選類型中選擇。每個(gè)小組要求做業(yè)務(wù)不同的網(wǎng)站，但都應(yīng)完成一個(gè)完整的購(gòu)物流程，包括瀏覽商品、選購(gòu)、下訂單、網(wǎng)上支付、訂單查詢等環(huán)節(jié)。各小組選題情況見表1。

3.2開發(fā)環(huán)境搭建

課程開始，教師首先要求各小組用一臺(tái)自備的筆記本電腦作為小組開發(fā)服務(wù)器，安裝并配置服務(wù)器操作系統(tǒng)（Windows Server或Windows 7）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（SQL Server）及源代碼管理軟件（Visual Source Safe），而實(shí)驗(yàn)室電腦作為開發(fā)工作機(jī)已經(jīng)預(yù)先安裝了必要的軟件，可直接使用。

要求學(xué)生用自己的電腦做服務(wù)器主要是為了讓每組學(xué)生都能實(shí)踐服務(wù)器系統(tǒng)的安裝和配置、源代碼管理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)連接和讀寫。另外實(shí)驗(yàn)室電腦安裝了還原卡，每次啟動(dòng)都會(huì)還原，數(shù)據(jù)無(wú)法保存。

3.3Web應(yīng)用開發(fā)

本課程介紹給學(xué)生的是ASP.NET Web Form編程技術(shù)。因?yàn)橄刃拚nC#高級(jí)程序設(shè)計(jì)中已介紹過(guò)此技術(shù)，實(shí)訓(xùn)課的目標(biāo)是加強(qiáng)以往知識(shí)并付諸實(shí)踐。此外，這種編程技術(shù)入門容易，比較適合本實(shí)驗(yàn)班大部分同學(xué)掌握。

第12組學(xué)生提出使用他們感興趣的ASP. NET MVC技術(shù)完成項(xiàng)目，指導(dǎo)老師支持學(xué)生大膽嘗試。第4組同學(xué)提出瀏覽器端編程使用HTML+CSS+AJAX技術(shù)，也獲得同意。這體現(xiàn)了因材施教的思想。

本課程實(shí)施的一大特色是為學(xué)生提供了完整的送花網(wǎng)站代碼和文檔示例，讓學(xué)生在模仿過(guò)程中建立自己的編程經(jīng)驗(yàn)。

各小組開發(fā)活動(dòng)在類似企業(yè)的分布式環(huán)境下進(jìn)行。學(xué)生每日開始編程時(shí)，先從服務(wù)器上簽出源代碼；每日結(jié)束時(shí)，將修改后的代碼簽入服務(wù)器。每日集成活動(dòng)要求小組測(cè)試經(jīng)理負(fù)責(zé)保證每日簽入的代碼都是完整、可運(yùn)行的。此外，每個(gè)成員開發(fā)時(shí)直接讀寫服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)，確保數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一致性。

3.4Web代碼重構(gòu)

開發(fā)過(guò)程中，要求學(xué)生在第一次迭代完成網(wǎng)站的原型；然后在第2、3次迭代添加功能代碼實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站要求的功能；最后在學(xué)習(xí)多層體系架構(gòu)、設(shè)計(jì)模式等方面知識(shí)后，在第4、5次迭代對(duì)完成的代碼進(jìn)行重構(gòu)，使系統(tǒng)優(yōu)化為多層體系結(jié)構(gòu)，并在有關(guān)功能實(shí)現(xiàn)中適當(dāng)使用設(shè)計(jì)模式、Web服務(wù)、Windows服務(wù)等技術(shù)。為了便于學(xué)生模仿和體會(huì)代碼重構(gòu)的概念，示例代碼按照迭代階段分為初始版、多層架構(gòu)版及分布技術(shù)與設(shè)計(jì)模式版，并分別在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)提供給學(xué)生。后兩個(gè)版本的示范代碼中留有大量重構(gòu)的痕跡供學(xué)生參考。

3.5小組活動(dòng)

在開發(fā)過(guò)程中，要求小組開展每日晨會(huì)、考勤、每周例會(huì)、周計(jì)劃、日志、周報(bào)、每周互評(píng)等開發(fā)活動(dòng)。由于缺少支撐軟件的輔助，以上某些活動(dòng)未能很好監(jiān)督，執(zhí)行還不夠到位。但考勤、周例會(huì)、周計(jì)劃等活動(dòng)基本堅(jiān)持下來(lái)。

在技術(shù)層面，小組開展的活動(dòng)包括業(yè)務(wù)建模、范圍識(shí)別、需求描述、原型設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、每日集成、源代碼管理等。由于項(xiàng)目非真實(shí)，管理軟件缺乏和準(zhǔn)備工作不足，尚有代碼走查、測(cè)試驅(qū)動(dòng)的開發(fā)（TDD）、風(fēng)險(xiǎn)管理、變更控制等未很好落實(shí)。

3.6理論課教學(xué)

按照建構(gòu)主義認(rèn)知理論，在實(shí)踐課中融合理論模塊的教學(xué)主要是為學(xué)生的自我知識(shí)構(gòu)建提供素材和幫助，這既能提高理論課的教學(xué)效果，也可以確保實(shí)踐項(xiàng)目的完成。為此我們要求理論課的內(nèi)容必須圍繞項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)際需要展開，理論課中的例子必須與項(xiàng)目相關(guān)，且各種不同的理論課應(yīng)以同一項(xiàng)目為實(shí)例，這樣可以從不同的角度體現(xiàn)各種理論知識(shí)對(duì)項(xiàng)目開發(fā)的作用。以上要求對(duì)理論模塊教學(xué)內(nèi)容的取舍和內(nèi)容組織的先后順序提出了新的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際執(zhí)行時(shí)，由于系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)這門傳統(tǒng)專業(yè)課的內(nèi)容不要有太大的變化，我們?cè)谠O(shè)置項(xiàng)目需求時(shí)做了特別的考慮。例如，為了讓學(xué)生了解和掌握有關(guān)多層體系架構(gòu)、設(shè)計(jì)模式方面的知識(shí)，要求各小組最后完成的作品必須是多層體系架構(gòu)，且要實(shí)現(xiàn)付款功能（為此，筆者事先實(shí)現(xiàn)了模擬的公共支付網(wǎng)站及相關(guān)編程接口供學(xué)生開發(fā)使用），付款的實(shí)現(xiàn)還要考慮支持多種不同的付款方式。這樣，教學(xué)大綱規(guī)定的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)就能在項(xiàng)目中體現(xiàn)了。在理論課內(nèi)容組織順序方面，為了與項(xiàng)目開發(fā)的需要配合，開始幾周要安排較多的理論課教學(xué)，開發(fā)的進(jìn)度則相應(yīng)減慢。

3.7全程輔導(dǎo)

本課程要求學(xué)生在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)學(xué)期的時(shí)間里，每天到實(shí)訓(xùn)教室工作或上課。這是本課程的特色，也是模擬真實(shí)工作場(chǎng)景的需要。在此過(guò)程中，理論課之外的所有時(shí)間都安排老師全程輔導(dǎo)，一方面監(jiān)督學(xué)生的工作，了解各小組的進(jìn)展；另一方面可及時(shí)解答學(xué)生的問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及效果。

4、實(shí)施結(jié)果

由精心的組織和認(rèn)真的執(zhí)行，本實(shí)訓(xùn)課首次實(shí)施最終順利完成，12個(gè)小組都提交了自己的作品。這些作品雖然水平參差，但都已超過(guò)往用實(shí)踐課，基本達(dá)到了本校畢業(yè)設(shè)計(jì)作品要求，有些小組作品甚至已達(dá)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)水平。

為了比較新的實(shí)訓(xùn)課與以往同類課程的教學(xué)效果，筆者連續(xù)兩年對(duì)自己所帶的軟件工程綜合實(shí)訓(xùn)課學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。作為對(duì)比的2013年綜合實(shí)訓(xùn)課按照未改革的傳統(tǒng)模式進(jìn)行。凋查方法是采用統(tǒng)一的規(guī)范化問卷，要課程結(jié)束時(shí)按照自愿和匿名的原則請(qǐng)已完成答辯的學(xué)生填寫2013年調(diào)查班級(jí)共42名同學(xué)，收回有效問卷38份；2014年共有59名同學(xué)，收回有效問卷48份問卷中代表學(xué)生對(duì)實(shí)踐課總體印象和評(píng)價(jià)的陳述包括以下兩部分。

問題1：本課程讓我學(xué)到了軟什開發(fā)的實(shí)戰(zhàn)知識(shí)；

問題15：總體來(lái)說(shuō)，本實(shí)踐課開展得很好

這兩項(xiàng)的調(diào)查結(jié)果如圖l、圖2所。

從圖1可知，2013年89%的同學(xué)對(duì)課程表示認(rèn)可，其中強(qiáng)烈認(rèn)可者占18%；2014年，采用新的教學(xué)模式后，對(duì)此問題表示認(rèn)可者上升到92%，其中表示強(qiáng)烈認(rèn)可者顯著上升到42%。根據(jù)圖2，對(duì)本課程總體上認(rèn)可的學(xué)生從79%上升到了85%，其中表示強(qiáng)烈認(rèn)可的從26%顯著上升到了56%。

5、結(jié)語(yǔ)

盡管基于課程融合和企業(yè)環(huán)境模擬的軟件工程綜合實(shí)訓(xùn)實(shí)施有一定的困難，但只要精心計(jì)劃、充分準(zhǔn)備，該實(shí)訓(xùn)課方案是完全可行的。盡管第一次實(shí)施尚有不少需要改進(jìn)的地方，但實(shí)施的結(jié)果表明，這種實(shí)訓(xùn)方式有利于提高學(xué)生的軟件工程實(shí)戰(zhàn)能力，并能顯著提高學(xué)生對(duì)課程的滿意度。