實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的《軟件工程》課程案例庫(kù)建設(shè)

孫小兵，李 斌，李 云，朱俊武

(揚(yáng)州大學(xué) 信息工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 引言

《軟件工程》是軟件工程專(zhuān)業(yè)重要的基礎(chǔ)課之一，這是由軟件工程在軟件產(chǎn)業(yè)中的重要地位決定的。針對(duì)60年代“軟件危機(jī)”爆發(fā)，1968年在NATO (北大西洋公約組織)召開(kāi)的學(xué)術(shù)會(huì)議上，F(xiàn)eitz Bauer首次提出了“軟件工程”概念，后來(lái)，軟件工程作為一門(mén)學(xué)科迅速發(fā)展起來(lái)[1-2]。它以提高質(zhì)量、降低成本為目的，將系統(tǒng)化、規(guī)范化、可度量的工程化方法應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程，從而使正確的管理方法和當(dāng)前最好的開(kāi)發(fā)技術(shù)結(jié)合起來(lái)[1-2]。但是軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異，已經(jīng)從傳統(tǒng)的單機(jī)軟件開(kāi)發(fā)，到后來(lái)的面向互聯(lián)網(wǎng)的軟件開(kāi)發(fā)，到現(xiàn)在的面向物聯(lián)網(wǎng)的軟件開(kāi)發(fā)等[3-5]，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境也不斷變化，例如面向移動(dòng)互聯(lián)的軟件開(kāi)發(fā)、云環(huán)境下的軟件開(kāi)發(fā)、眾包環(huán)境下的軟件開(kāi)發(fā)、面向大數(shù)據(jù)處理的軟件開(kāi)發(fā)、基于DevOps的軟件開(kāi)發(fā)、智能化軟件開(kāi)發(fā)等等，這些變化都要求軟件工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)實(shí)踐能力[6-8]。

我國(guó)2011年將軟件工程設(shè)為一級(jí)學(xué)科，教育部專(zhuān)門(mén)成立了軟件工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)，相關(guān)大學(xué)都將《軟件工程》課程作為重點(diǎn)課程進(jìn)行建設(shè)[9-10]。而在課程建設(shè)過(guò)程中，各高校都花費(fèi)了大量的精力建設(shè)一系列案例資源庫(kù)，針對(duì)軟件工程特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一系列案例結(jié)合教學(xué)，著力提高學(xué)生的軟件工程實(shí)踐能力[11-12]。通過(guò)這些案例的教學(xué)和實(shí)踐，使學(xué)生具備軟件工程開(kāi)發(fā)的基本素質(zhì)[13-14]。

基于軟件工程環(huán)境和技術(shù)的發(fā)展，《軟件工程》課程教學(xué)很難滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)能力需求，出現(xiàn)了一些案例或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革方案：孫明等[15]提出設(shè)計(jì)型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程實(shí)踐教學(xué)改革模式，該模式以學(xué)生為主體，構(gòu)造實(shí)用的軟件項(xiàng)目案例簇進(jìn)行分階段教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軟件人才的動(dòng)態(tài)培養(yǎng)。張佩云等[16]提出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程課程案例式分段情景教學(xué)法，該方法實(shí)現(xiàn)了分段式情景教學(xué)過(guò)程管理的系統(tǒng)框架。孫小兵等[17]提出面向?qū)嵺`的軟件項(xiàng)目管理課程建設(shè)，重在建設(shè)一批適用于軟件項(xiàng)目管理課程的案例庫(kù)。吳志輝等[18]提出進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程課程教學(xué)模式改革，將小型軟件項(xiàng)目用于課堂教學(xué)和學(xué)生上機(jī)作業(yè)，提高教學(xué)效果和質(zhì)量。王靜[19]探索了以案例庫(kù)為導(dǎo)向的“現(xiàn)代軟件工程”教學(xué)模式，要求在完善教學(xué)內(nèi)容的同時(shí),使課程內(nèi)容更接近企業(yè)和社會(huì)需求。彭煥峰等[20]探討了如何面向卓越工程師培養(yǎng)進(jìn)行軟件工程案例庫(kù)建設(shè)，主要從能力知識(shí)點(diǎn)矩陣、案例-能力知識(shí)點(diǎn)矩陣、案例收集與更新、案例庫(kù)平臺(tái)構(gòu)建等方面討論案例庫(kù)建設(shè)。陳?ài)吹萚21]提出基于校企合作進(jìn)行軟件工程專(zhuān)業(yè)系列的案例教材建設(shè)，將企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目按照知識(shí)點(diǎn)體系引入到軟件工程案例教學(xué)中。

隨著軟件工程的快速發(fā)展，已有案例顯得有些過(guò)時(shí)，不能適應(yīng)新的社會(huì)應(yīng)用和軟件工程本身發(fā)展需求。為突出軟件工程能力培養(yǎng)，強(qiáng)化軟件工程實(shí)踐教育[22-23]，本文提出針對(duì)軟件工程課程構(gòu)建實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的軟件工程課程案例庫(kù)設(shè)想。該案例庫(kù)基于成熟的在線資源平臺(tái)[24]，方便教師和學(xué)生管理與使用，實(shí)現(xiàn)案例庫(kù)的動(dòng)態(tài)更新。這些案例來(lái)源多樣，滿(mǎn)足軟件工程環(huán)境和技術(shù)發(fā)展的多樣化要求。

1 《軟件工程》課程內(nèi)容與特點(diǎn)

《軟件工程》課程主要圍繞軟件生存周期介紹軟件開(kāi)發(fā)、維護(hù)、管理等方面的基本概念、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、方法、技術(shù)、過(guò)程、工具和環(huán)境。學(xué)生要重點(diǎn)掌握如何從工程的實(shí)踐角度高質(zhì)量、高效率地開(kāi)發(fā)、跟蹤和維護(hù)軟件項(xiàng)目。因此，本課程教學(xué)內(nèi)容將以軟件生存周期知識(shí)體系為線索，講解如何進(jìn)行需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)施、軟件測(cè)試、軟件維護(hù)等內(nèi)容，并介紹相關(guān)的規(guī)范、方法和技術(shù)。要求學(xué)生掌握核心知識(shí)，熟悉相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，在某個(gè)知識(shí)域上追求深度，理解職業(yè)道德，明白系統(tǒng)工程和軟件工程的區(qū)別，能夠利用系統(tǒng)工程原則指導(dǎo)軟件工程，具有團(tuán)隊(duì)合作精神，具有交流表達(dá)能力，具有協(xié)調(diào)、折衷能力，具有綜合能力，具有終身學(xué)習(xí)能力，具有對(duì)新技術(shù)的分析和應(yīng)用能力。因此，課程案例建設(shè)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)社會(huì)需求、軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的變化需求、軟件不斷演化和升級(jí)的需求。

《軟件工程》課程主要特點(diǎn)如下：

(1)知識(shí)碎片化?！盾浖こ獭氛n程內(nèi)容既包括軟件工程開(kāi)發(fā)，如需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件測(cè)試等內(nèi)容，還有軟件工程管理，如成本管理、質(zhì)量管理等內(nèi)容。各部分內(nèi)容之間既具有獨(dú)立性，又有一定的關(guān)聯(lián)性，例如軟件測(cè)試和質(zhì)量管理是相關(guān)的。

(2)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、方法、技術(shù)多。如在軟件開(kāi)發(fā)方法中，有結(jié)構(gòu)化的開(kāi)發(fā)方法、面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法、基于組件的開(kāi)發(fā)方法等。

(3)知識(shí)更新快。軟件工程的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是工程性，而工程性就是要不斷適應(yīng)社會(huì)需求、適應(yīng)環(huán)境變化。例如軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境不斷發(fā)生變化，從傳統(tǒng)的單機(jī)軟件開(kāi)發(fā)，到后來(lái)的面向互聯(lián)網(wǎng)的軟件開(kāi)發(fā)，到現(xiàn)在的面向物聯(lián)網(wǎng)的軟件開(kāi)發(fā)等。

(4)實(shí)踐性強(qiáng)。軟件工程除了關(guān)注軟件項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)和實(shí)施外，還包括軟件項(xiàng)目的管理，軟件項(xiàng)目的維護(hù)與演化。軟件的工程性要求高效開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的軟件，以及不斷滿(mǎn)足用戶(hù)需求的軟件。

(5)團(tuán)隊(duì)的突出性。軟件工程不僅在于開(kāi)發(fā)軟件項(xiàng)目，還重在團(tuán)隊(duì)的組織和管理。開(kāi)發(fā)一個(gè)工程項(xiàng)目不是單兵作戰(zhàn)，而是由不同角色人員組成的團(tuán)隊(duì)合作。

2 《軟件工程》課程案例庫(kù)

根據(jù)《軟件工程》課程的教學(xué)內(nèi)容及特點(diǎn)，簡(jiǎn)單的課程講解和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐并不能讓學(xué)生真正了解和掌握該課程要求的知識(shí)。因此，需要建立一套適合軟件工程的案例庫(kù)，幫助學(xué)生更好地鍛煉軟件工程能力。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)得到軟件工程需(并不限于)建立如下案例庫(kù)：

(1)失敗軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)案例庫(kù)：收集各種失敗的軟件產(chǎn)品案例，如vista系統(tǒng)、ARIANE火箭、美國(guó)停電事件、臨床醫(yī)療系統(tǒng)事故等等，通過(guò)失敗軟件產(chǎn)品案例，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)軟件失敗的因素和可能帶來(lái)的損失，從事故中汲取教訓(xùn)，認(rèn)識(shí)軟件工程的重要性，了解軟件產(chǎn)品質(zhì)量的重要性。

(2)軟件工程標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范庫(kù)：實(shí)時(shí)收集當(dāng)前軟件工程相關(guān)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，讓學(xué)生了解并學(xué)習(xí)這些規(guī)范，結(jié)合相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)符合規(guī)范的軟件產(chǎn)品。

(3)軟件工程新技術(shù)發(fā)展庫(kù)：實(shí)時(shí)收集當(dāng)前軟件工程發(fā)展最新技術(shù)，讓學(xué)生及時(shí)了解并學(xué)習(xí)這些新技術(shù)，充分運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)和軟件環(huán)境搭建，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)軟件新技術(shù)發(fā)展的快速性，鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力。

(4)軟件開(kāi)發(fā)模型庫(kù)：提供常用的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程模型，讓學(xué)生理解這些開(kāi)發(fā)模型并嘗試遵循這些模型進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)踐中理解不同模型的適用性和不同點(diǎn)。

(5)在線互動(dòng)平臺(tái)和資源庫(kù)：構(gòu)建針對(duì)課程的各種在線資源、最新技術(shù)進(jìn)展等，增加課程互動(dòng)，鍛煉溝通能力。

(6)課程內(nèi)容建設(shè)庫(kù)：建設(shè)相應(yīng)的《軟件工程》課程內(nèi)容，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)并提供可能的延伸內(nèi)容，更深層次理解課程。

(7)面向移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目案例庫(kù)：不斷更新現(xiàn)有的移動(dòng)項(xiàng)目案例庫(kù)，讓學(xué)生選擇不同的平臺(tái)，如Andriod和iOS，將相應(yīng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)出來(lái)并打包發(fā)布，發(fā)布后由用戶(hù)評(píng)論。由學(xué)生不斷維護(hù)和更新，鍛煉其軟件開(kāi)發(fā)能力、發(fā)布能力、軟件維護(hù)能力。

(8)云環(huán)境下的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)庫(kù)：針對(duì)當(dāng)前云環(huán)境下的軟件開(kāi)發(fā)，建立一些案例，讓學(xué)生參與云環(huán)境下的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，充分利用云資源，開(kāi)發(fā)云環(huán)境下運(yùn)行的軟件。

(9)面向特定領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)處理軟件開(kāi)發(fā)：利用學(xué)校高性能計(jì)算環(huán)境，開(kāi)發(fā)一系列面向特定領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)處理軟件，如農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)處理、生物信息數(shù)據(jù)處理、水資源信息數(shù)據(jù)處理等。

(10)更新已有開(kāi)源代碼環(huán)境下的軟件測(cè)試和bug修正跟蹤案例庫(kù)：針對(duì)不斷更新的開(kāi)源軟件，讓學(xué)生參與測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其中的bug，然后嘗試去改進(jìn)這些bug，鍛煉學(xué)生的閱讀軟件能力、軟件測(cè)試能力、軟件演化能力、領(lǐng)域?qū)W習(xí)能力。

(11)眾包環(huán)境下的軟件開(kāi)發(fā)：讓學(xué)生參與在線眾包環(huán)境下(如Topcoder)的軟件開(kāi)發(fā)，參與國(guó)際項(xiàng)目的軟件開(kāi)發(fā)競(jìng)賽，鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能力和英文溝通能力。

(12)合作企業(yè)問(wèn)題庫(kù)：不斷收集與學(xué)院有合作的一些軟件企業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的一些問(wèn)題，發(fā)布一系列軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，讓學(xué)生參與實(shí)踐，鍛煉分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

(13)企業(yè)項(xiàng)目經(jīng)理庫(kù)：建立有關(guān)企業(yè)的項(xiàng)目經(jīng)理庫(kù)，邀請(qǐng)這些經(jīng)理參與學(xué)生實(shí)際項(xiàng)目的指導(dǎo)和開(kāi)發(fā)，提出新的維護(hù)需求，傳授職業(yè)道德，分享軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。

(14)軟件職業(yè)道德案例庫(kù)：收集關(guān)于軟件開(kāi)發(fā)的法律或道德問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德、素養(yǎng)和習(xí)慣。

3 《軟件工程》課程案例庫(kù)實(shí)施

揚(yáng)州大學(xué)《軟件工程》課程分配48課時(shí)，由32課時(shí)的課堂教學(xué)和16課時(shí)的實(shí)驗(yàn)組成，還有32學(xué)時(shí)的課程實(shí)踐。16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)可有效幫助學(xué)生進(jìn)行軟件工程基本知識(shí)點(diǎn)實(shí)踐， 32學(xué)時(shí)的課程實(shí)踐可結(jié)合軟件工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)進(jìn)行工程項(xiàng)目鍛煉。

對(duì)上述14個(gè)案例庫(kù)的實(shí)施和使用主要采用課后自主學(xué)習(xí)、課程討論以及項(xiàng)目實(shí)踐的方式。學(xué)校建立了課程教學(xué)綜合平臺(tái)THEOL (http://eol.yzu.edu.cn)，該平臺(tái)用于支持專(zhuān)業(yè)精品課程建設(shè)、研究性教學(xué)建設(shè)以及資源共享等，支持軟件工程課程的知識(shí)體系和經(jīng)驗(yàn)庫(kù)建立。該平臺(tái)不僅用于教師發(fā)布案例庫(kù)，還可用于學(xué)生討論和項(xiàng)目提交。目前，基于揚(yáng)州大學(xué)在線教育綜合平臺(tái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了10個(gè)案例庫(kù)，設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

案例庫(kù)收集來(lái)源于4個(gè)方面：①校內(nèi)教師項(xiàng)目案例收集，即面向?qū)W校教師收集最新的項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)，吸引學(xué)生參與并持續(xù)跟蹤；②面向行業(yè)案例收集，即收集與學(xué)校合作的企業(yè)案例進(jìn)行案例建設(shè)；③軟件工程會(huì)議文獻(xiàn)收集和獲取，即收集近年來(lái)在軟件工程知名國(guó)際會(huì)議(如國(guó)際軟件工程大會(huì)ICSE、國(guó)際基礎(chǔ)軟件工程會(huì)議FSE、自動(dòng)化軟件工程國(guó)際會(huì)議ASE)上關(guān)于軟件工程技術(shù)和管理的最新技術(shù)進(jìn)展；④在線資源收集和獲取，即從公網(wǎng)收集相關(guān)案例資料以更新案例庫(kù)。教師和學(xué)生都可使用該平臺(tái)進(jìn)行案例的導(dǎo)入、更新和獲取，該平臺(tái)還能針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控、跟蹤和量化統(tǒng)計(jì)。

圖1 案例庫(kù)設(shè)計(jì)

通過(guò)使用這些案例庫(kù)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到軟件工程不是空洞的課程，而是實(shí)踐性課程，甚至比以往學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言課程更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的重要性、有效性，由此更深地了解軟件工程相關(guān)知識(shí)和方法。

4 結(jié)語(yǔ)

《軟件工程》課程是計(jì)算機(jī)和軟件工程專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)必修課，傳統(tǒng)的教學(xué)方式僅僅簡(jiǎn)單地將課程教學(xué)和項(xiàng)目實(shí)踐結(jié)合，教學(xué)效果不是很理想。有些案例教學(xué)方法側(cè)重項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，不能滿(mǎn)足軟件工程各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際需求。根據(jù)《軟件工程》課程特點(diǎn)，本文探討了實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的案例庫(kù)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，介紹了14種面向?qū)嵺`的《軟件工程》課程案例庫(kù)建設(shè)方法。基于這些案例庫(kù)，學(xué)生能更深地了解軟件工程的知識(shí)和方法，并運(yùn)用這些知識(shí)開(kāi)展軟件工程實(shí)踐。