周　勇　黃國興

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

關(guān)鍵詞過程思維過程控制課程實踐軟件工程

1 問題的提出

今天，越來越多的國內(nèi)軟件開發(fā)企業(yè)認識到軟件過程的重要性。導(dǎo)致軟件項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程規(guī)范。軟件開發(fā)需要團隊的努力，如果缺少過程規(guī)范，團隊就可能遵循不同的過程。更普遍的情況則是團隊根本就沒有任何經(jīng)過定義的過程。

正如Watts Humphrey認為的那樣，“為了解決軟件問題，重要的第一步就是將整個軟件開發(fā)任務(wù)看作一個可控的、可度量的以及可改進的過程?！?/p>

將已有的軟件過程運用于實踐或在實踐中改進現(xiàn)有軟件過程，需要軟件工程師在學(xué)習(xí)期間接受不同方面的教育，概括來說，一個合格的軟件工程師，他需要具備以下基本素質(zhì)：

（1）了解一個或多個開發(fā)過程。

（2）對于自己從事的開發(fā)過程有詳細的了解。

（3）建立起一套改進過程的機制。

（4）對過程改進作出計劃。

（5）找出上述計劃所需的資源。

（6）執(zhí)行上述計劃。

（7）持續(xù)改進過程。

在上述活動中，需要度量和評估。同時，還要給軟件工程師們在其復(fù)雜的工作中提供智能化的工具。

傳統(tǒng)的計算機學(xué)科教學(xué)中，強調(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)計語言為引導(dǎo)的編程實踐活動通常是以學(xué)生個體為單位進行的，它并沒有充分教授學(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，是在授課過程中伴隨個體或小組項目開發(fā)。但是，無論是教師還是學(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，而不是集中在過程之上，在項目開發(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。

我們在教學(xué)實踐項目中強調(diào)以軟件過程為中心，讓學(xué)生了解并實際看到自己的開發(fā)過程，這一開發(fā)過程通常會貫穿軟件工程實踐領(lǐng)域，包括計劃、分析、設(shè)計、實施、測評以及修改等一系列需要專門技術(shù)的復(fù)雜活動。

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

（1）明確各類指示和實踐活動。

（2）在一個相關(guān)的環(huán)境中運用此類技巧。

（3）采用結(jié)構(gòu)化的方式開展此類活動。

針對上述三個方面，我們在教學(xué)實踐中采用了項目驅(qū)動、基于過程、小組開發(fā)。其中，項目驅(qū)動對應(yīng)于明確各類指示和實踐活動，小組開發(fā)對應(yīng)于在一個相關(guān)的環(huán)境中運用此類活動，基于過程對應(yīng)于采用結(jié)構(gòu)化的方式開展此類活動。另外，我們在教學(xué)實踐中強調(diào)過程思維和過程控制，有別于一般的小組項目實踐。

2 強調(diào)過程思維和過程控制

在傳統(tǒng)計算機學(xué)科的教學(xué)中，經(jīng)常會忽視軟件過程，這一點從許多的計算機學(xué)科的教學(xué)計劃及教學(xué)大綱中反映出來，一般地，學(xué)生們總是先寫代碼，然后再補寫文檔，對學(xué)生的調(diào)查表明很多學(xué)生在開發(fā)時根本不寫書面的設(shè)計文檔（如圖1所示）。我們在課程實踐中，強化了學(xué)生們的過程思維。

從某種意義上說，過程思維反映了人類的大腦對知識與經(jīng)驗的保存及其使用的方式。根據(jù)加涅提出的學(xué)習(xí)過程的基本模式，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間，且不能單純歸于生長過程。所謂的“知識”就保存在神經(jīng)元之間的相互連接中，開始時是一種“弱連接”，即我們所說的“弱記憶”，當(dāng)我們獲取了知識并且在實踐中加以運用的話，上述連接就會得到加強，從而形成所謂的“強記憶”。只要你擁有了針對于某一特定領(lǐng)域的知識和經(jīng)驗后，再遇到相同的情況，就會自動運用頭腦中保存的有關(guān)知識，這時你所作出的反應(yīng)就像是自動完成的，過程的執(zhí)行將是自然而然的事?？梢哉f，正是由于多次相同的經(jīng)歷和不斷的訓(xùn)練，才導(dǎo)致了我們對知識的掌握，對過程的駕輕就熟。

過程思維和傳統(tǒng)的思維方式大不相同，采用這種方法會導(dǎo)致明顯不同的結(jié)果。這一點對于所有團隊成員都具有相同的目標(biāo)并且在采用過程思維時尤其突出。過程思維會使大家保持行為的一致，從而實現(xiàn)整體能力的提升，獲得更佳的效果。這在強調(diào)團隊精神的軟件開發(fā)中顯得尤其重要。

因此，我們在課程實踐中，要求學(xué)生在以小組為單位的軟件開發(fā)活動中，采用以過程為中心的方法，即要求他們的開發(fā)活動基于過程。這里所涉及的軟件過程在課程的理論部分已經(jīng)明確闡述過，需要學(xué)生們在項目開發(fā)中加以實踐，做到融會貫通。

過程通常體現(xiàn)在三個方面：第一個方面是關(guān)于指定過程的定義，通常是將過程所包含的活動和程序文檔化；第二個方面是過程的學(xué)習(xí)，通過人們頭腦中學(xué)到的過程知識來驅(qū)動他們的行為；第三個方面在于過程活動的結(jié)果。所以，過程不僅僅是一堆文檔，除了定義過程，對學(xué)生進行過程培訓(xùn)（結(jié)合理論知識），還需要加強過程的監(jiān)控，通過這種方式確保過程活動是按照已定義的過程文檔內(nèi)容來執(zhí)行并確保最終開發(fā)目標(biāo)的實現(xiàn)。

3 設(shè)計的方法

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

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

（1）幫助建立任務(wù)模型

針對具體的領(lǐng)域及其實際任務(wù)，幫助項目小組制定任務(wù)模型（WBS），在開發(fā)活動中進一步細化相應(yīng)的子任務(wù)。

（2）提供實時指導(dǎo)

教師實時地為項目小組提供指導(dǎo)（參加討論會、專題網(wǎng)站、MSN等），給出提示性意見，評價局部成果，隨時鼓勵學(xué)生。

（3）提供開發(fā)模板

針對學(xué)生缺乏開發(fā)經(jīng)驗的實際情況，提供系統(tǒng)開發(fā)的模板，有助于學(xué)生熟悉開發(fā)過程和內(nèi)容，提高文檔的規(guī)范性。

（4）鼓勵學(xué)生將其學(xué)到的知識和方法付諸實施

這種做法將有利于學(xué)生在實踐中驗證有關(guān)理論知識和方法。

（5）分析學(xué)生開發(fā)過程中反饋的信息

鼓勵學(xué)生評審開發(fā)中的關(guān)鍵活動，分析反饋結(jié)果，對過程改進提出建議和意見。

（6）鼓勵學(xué)生探索

鼓勵學(xué)生在開發(fā)過程中創(chuàng)新，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和獨立解決問題的能力。

為了讓學(xué)生在項目開發(fā)中運用軟件過程更加有效，進一步地，我們設(shè)計了相應(yīng)的角色與機制的配合，包括：

（1）過程所有權(quán)

由教師按照軟件過程課程所教授的有關(guān)理論，結(jié)合項目實際，制定一個標(biāo)準(zhǔn)過程。學(xué)生可以根據(jù)需要提出改進這個過程，但是，需要得到教師的評估確認。

（2）對過程執(zhí)行情況的監(jiān)控

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

（3）過程使用者的反饋

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

（4）評價

教師對最終過程執(zhí)行結(jié)果給出評價。

4 實驗

我們選擇了同一年級同一班級的兩門軟件工程專業(yè)課程進行對比實驗，課程為三年級的“軟件開發(fā)實踐”和“軟件過程”。我們采用的教學(xué)方法就是在課程中配套進行小組項目開發(fā)，以小組為單位獨立完成既定的項目，要求參照軟件過程的理論和方法，強調(diào)團隊合作，提倡編寫完整的開發(fā)文檔。

實驗流程如圖1所示，兩個樣本集合分別代表了自由的小組開發(fā)（軟件過程）和受控制的小組開發(fā)（軟件開發(fā)實踐），以此檢驗不同的開發(fā)效果。

實驗的結(jié)果如表1、表2和表3所示。實驗結(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)過程中強調(diào)過程思維，并讓教師參與過程控制，大大提高了學(xué)生小組開發(fā)的有效性和規(guī)范性，其項目開發(fā)的結(jié)果評價也得到了明顯的提高。對于受控的開發(fā)小組，其開發(fā)過程中相關(guān)活動的參與率較高，而對于自由的開發(fā)小組方式，其開發(fā)過程中相關(guān)活動的參與率較低。

進一步地，我們希望能改進我們的控制方法，如果能夠建立一個統(tǒng)一的教學(xué)控制平臺，在這個平臺上將項目任務(wù)發(fā)布、項目控制、項目評審、項目資源以及項目討論集成起來，將有效地提高學(xué)生項目小組的開發(fā)效率，加強過程控制，改進軟件過程，從而大大促進軟件工程專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量。（本文獲“2005年全國青年教師計算機教育優(yōu)秀論文評比”二等獎）

參考文獻

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