季春艷　馮昕　何靖

摘要軟件工程是大學(xué)計算機專業(yè)必修之課。軟件工程教學(xué)對于學(xué)生建立系統(tǒng)化、規(guī)范化和綜合化計算機理論和應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)具有深遠影響。本文對國內(nèi)外軟件工程課程的教學(xué)進行了系統(tǒng)的研究，深入地分析了目前軟件工程教學(xué)存在的問題和挑戰(zhàn)，提出了角色體驗和工程文檔應(yīng)用于軟件工程教學(xué)的新方法和新思路。我們強調(diào)建立理論與實踐相結(jié)合的軟件工程知識體系，采用任務(wù)驅(qū)動的角色體驗方法，加強學(xué)生協(xié)同分工和集成創(chuàng)新能力；突出強調(diào)工程文檔在軟件工程應(yīng)用開發(fā)生命周期的重要作用，建立軟件工程中規(guī)范化的任務(wù)、知識體和實施培訓(xùn)的流程。本校已經(jīng)嘗試實施了這種教學(xué)模式，各界反饋良好。

關(guān)鍵詞軟件工程教育角色體驗軟件工程知識體系工程文檔

1引言

軟件產(chǎn)業(yè)是互聯(lián)網(wǎng)和新一代信息技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，軟件工程作為一門研究用工程化方法構(gòu)建和維護有效的、實用的和高質(zhì)量的軟件的學(xué)科，始終是軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基。對于計算機專業(yè)人才的培養(yǎng)，軟件工程在計算機高等教學(xué)中占有重要地位。但是無論從學(xué)生、教師還是業(yè)界的反饋都可以看出，軟件工程教學(xué)的實際效果遠未達到我們的期望。系統(tǒng)完整的軟件工程知識體系建立仍然面臨眾多挑戰(zhàn)，理論與實踐結(jié)合的創(chuàng)新人才依然難尋，完整嚴謹和有效的軟件工程架構(gòu)風(fēng)格依然遙遠。作為高校教師，我們必須從軟件工程的教、學(xué)、研進行深入的研究，探索一條行之有效的教學(xué)培養(yǎng)方法。

軟件工程是“將系統(tǒng)性的、規(guī)范化的、可定量的方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、運行和維護，其重點在于軟件的分析與評價、規(guī)格說明、設(shè)計和演化，同時還涉及管理、質(zhì)量、創(chuàng)新、標準、個人技能、團隊協(xié)作和專業(yè)實踐等”。①相比于其他的計算機專業(yè)課程，軟件工程的教學(xué)有很大的不同。軟件工程中重要的技術(shù)和開發(fā)原理來源于應(yīng)用和實際商業(yè)軟件開發(fā)，之后這些核心技術(shù)被提煉和整合形成原則和理論基礎(chǔ)而引入課堂，教授給學(xué)生。通過軟件工程課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要了解和掌握軟件工程的理論、技術(shù)和方法，具備作為軟件工程師所需的專業(yè)能力。優(yōu)秀的軟件工程研究者DavidParnas將軟件工程計劃分成三個階段執(zhí)行：（1）首先，詳細說明軟件工程師可能要執(zhí)行的一些任務(wù)；（2）定義軟件工程師需要的知識體；（3）將其實施作為一個培訓(xùn)計劃。②③由此可見，軟件工程是一門綜合性和實踐性很強的學(xué)科，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法在軟件工程教學(xué)中存在很大不足，人為地強調(diào)實踐或者理論基礎(chǔ)無法有效地培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能和水平，從而直接影響了課程的教育質(zhì)量和教學(xué)效果。

軟件工程課程必須面向解決實際問題，即如何成功地開發(fā)可靠的、可用的、可維護的軟件系統(tǒng)，滿足用戶的要求。這包含了需求分析、規(guī)劃說明、設(shè)計、構(gòu)建、測試、操作和維護等軟件生命周期的各個階段。目前，軟件工程教學(xué)主要包含兩部分：課堂教學(xué)和實踐教學(xué)。以傳統(tǒng)的教師為導(dǎo)向的教學(xué)方式為主，實踐教學(xué)為輔。教師在課堂上講授軟件工程方法、原則、技術(shù)等知識；實踐教學(xué)主要是采用實驗課的方式，由學(xué)生設(shè)計完成一個項目。根據(jù)多年教學(xué)的經(jīng)驗和我們調(diào)查反饋的結(jié)果，很多學(xué)生在本課程學(xué)習(xí)時感到茫然和無所適從，理論的東西感覺抽象難以理解，缺乏學(xué)習(xí)熱情和興趣。針對軟件工程課程的特點，我們認真分析調(diào)研了課程教學(xué)存在的問題，總結(jié)分析導(dǎo)致課程教學(xué)效果不理想的主要原因如下：

1.1課程設(shè)置安排不盡合理

軟件工程是一門涉及內(nèi)容較多的綜合性學(xué)科，所教授的原理、方法較為抽象。軟件工程中核心的技術(shù)和開發(fā)原理均來源于實際商業(yè)軟件開發(fā)，經(jīng)提煉形成原理和方法而引人課堂。目前，大部分高校將軟件工程課程設(shè)置在大三，對于剛剛完成兩年大學(xué)公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課教育的學(xué)生來講，軟件開發(fā)的基礎(chǔ)理論和概念仍然匱乏，與軟件工程相關(guān)的前期課程前后脫節(jié)。尤其在計算機科學(xué)專業(yè)課程設(shè)置中，只有一學(xué)期的必修的軟件工程課，在這么有限的時間內(nèi)學(xué)生很難掌握軟件工程的理論與實踐的精髓，從而造成大多數(shù)學(xué)生認為是在學(xué)習(xí)枯燥無用的理論。

1.2理論和實踐的脫節(jié)

軟件工程是一門實踐性很強的課程。相比于其他的計算機學(xué)科的課程，軟件工程課程核心和精髓不可能從教師的授課和課本的理論學(xué)習(xí)而獲得，靠“死讀書，讀死書”是無法完成本課程的學(xué)習(xí)的，實踐和理解相結(jié)合的融會貫通非常重要。在實際軟件開發(fā)中真刀真槍的實現(xiàn)，在練習(xí)中理解基本原理，在真正練的過程中提升理論的水平是軟件工程課程教學(xué)和實踐的有效方法。

1.3重代碼，輕文檔

在軟件工程課程的教學(xué)中，大部分的學(xué)生甚至部分教師都會自然地認為實現(xiàn)高效整齊的代碼是課程學(xué)習(xí)中最重要的工作，對于文檔工作未有足夠的重視。在實際軟件開發(fā)的工程實踐中，一般認為代碼的工作量只占到整個工程工作量的30%左右，完整、有效的各種文檔，包括設(shè)計文檔、算法文檔、說明文檔、維護文檔等是整個軟件工程核心。因而在軟件工程的教學(xué)中，我們必須轉(zhuǎn)變觀念，突出工程文檔的重要性，將各種統(tǒng)一、標準、高效和實用的文檔設(shè)計和撰寫方案融匯到課程的教學(xué)中，并且與軟件工程理論和代碼編寫結(jié)合，形成完整的的理論、算法、代碼和文檔并重的教學(xué)新方法。

1.4缺乏軟件工程知識體系的系統(tǒng)概念

商用和實際應(yīng)用軟件開發(fā)的工作是系統(tǒng)的團隊工作模式，單打獨斗無法完成商業(yè)和實用軟件開發(fā)。然而，現(xiàn)在軟件工程的教學(xué)中，教師和學(xué)生注重的是單個原理和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，從而造成了學(xué)生軟件編程風(fēng)格五花八門，程序可讀性差，軟件工程的完整知識體系混亂。團隊工作的模式要求程序員在整個工程中需要承擔不同的角色，不同的角色承擔的任務(wù)不同，又同時需要與其他的角色互相配合溝通，從而完成整個工程的開發(fā)。這一點，在目前軟件工程的教學(xué)中非常缺乏，為此我們需要建立系統(tǒng)的概念，將角色體驗的模式引入軟件工程課程教學(xué)中。

在參考文獻④中，Nurkkala和Brandle對軟件工程教學(xué)進行了分析，并對現(xiàn)行軟件工程教學(xué)方法中存在的問題進行了總結(jié)：（1）沒有產(chǎn)品——學(xué)生在學(xué)習(xí)中僅僅是創(chuàng)建項目，而并非真正地開發(fā)商業(yè)級別的產(chǎn)品；（2）持續(xù)時間短——通常軟件工程課程只安排一或兩個學(xué)期，課程受限于時間過短很難真正理解軟件工程的方法、原理等在實際軟件工程項目中如何應(yīng)用，并完成開發(fā)真正的產(chǎn)品；（3）高流動性——對于一個項目來講，每個學(xué)期都有新學(xué)生加入意味著人才庫始終只有很少的人，新加入的學(xué)生很難基于之前的經(jīng)驗開發(fā)其自身的技能；（4）低復(fù)雜性——由于學(xué)習(xí)必需時間以及學(xué)生本身技能的限制，只能開發(fā)簡單的應(yīng)用；（5）無法維護——作為持續(xù)時間過短結(jié)果，學(xué)生沒法經(jīng)歷軟件開發(fā)非常重要的一個方面，即系統(tǒng)維護階段；（6）沒有客戶——學(xué)習(xí)過程中，大多數(shù)軟件工程項目都沒有真正的與客戶進行接觸，而實際的開發(fā)中必須要了解客戶的需求，根據(jù)客戶的需求進行軟件開發(fā)。

綜合上述分析，我們深入調(diào)研了現(xiàn)行軟件工程課程教學(xué)的困難和挑戰(zhàn)，分析了國內(nèi)外報道的先進的軟件工程課程教學(xué)的新方法，結(jié)合我們幾年來課堂教學(xué)的經(jīng)驗大膽改革課程體系框架和教學(xué)內(nèi)容，積極探索案例教學(xué)和實踐教學(xué)模式，提出了角色體驗和工程文檔應(yīng)用于軟件工程教學(xué)的新方法和新思路。我們強調(diào)建立理論與實踐相結(jié)合的軟件工程知識體系，采用任務(wù)驅(qū)動的角色體驗方法，加強學(xué)生協(xié)同分工和集成創(chuàng)新能力；突出強調(diào)工程文檔在軟件工程應(yīng)用開發(fā)生命周期的重要作用，建立軟件工程中規(guī)范化的任務(wù)、知識體系和實施培訓(xùn)的流程。

本文第二部分將介紹目前報道的國內(nèi)外軟件工程教學(xué)的有效方法，第三部分介紹我們探索的引入角色體驗和工程文檔的軟件工程教學(xué)新思路，第四部分進行總結(jié)。

2國內(nèi)外現(xiàn)行有效軟件工程教學(xué)方法

為了解決以上提到的軟件工程教學(xué)中存在的不足，目前，國內(nèi)外已經(jīng)提出了多種教學(xué)方法來改進軟件工程課程教學(xué)。范銳⑤等人提出了基于“做中學(xué)”的教學(xué)理念的“項目驅(qū)動、案例教學(xué)”的軟件工程教學(xué)模式，其教學(xué)理念認為軟件工程教學(xué)不能單純依靠理論講解，強調(diào)實踐對于軟件工程教學(xué)的重要性，在學(xué)生的實踐過程中，采用項目團隊方式進行項目開發(fā)，學(xué)生分組分工，明確每個人所承擔的職責(zé)，以此培養(yǎng)團隊意識?！绊椖框?qū)動”的教學(xué)方式，將整個軟件工程教學(xué)過程包含于一個完整的項目之中，學(xué)生通過完成項目學(xué)習(xí)和掌握軟件工程的包含的知識，實現(xiàn)對知識的掌握和應(yīng)用。

陳建國⑥等人針對傳統(tǒng)以教師為主的軟件工程教學(xué)方法提出了改進，在傳統(tǒng)的軟件工程教學(xué)中引入了集體工作、實驗、案例學(xué)習(xí)、合作教育相結(jié)合的軟件工程教學(xué)方法，詳細地論述了這四部分對軟件工程教學(xué)作用以及對學(xué)生掌握軟件工程方法的幫助。采用了合作教育的方式，學(xué)校和企業(yè)合作為學(xué)生提供真正的商業(yè)軟件開發(fā)的機會，增強學(xué)生理論與實際的聯(lián)系，使得軟件工程教學(xué)中的項目管理、軟件過程、質(zhì)量保證等不再那么抽象難于理解。

近年，國外對于軟件工程教學(xué)方法中存在的不足提出了不少有效學(xué)習(xí)方法，其中相當一部分方法著重強調(diào)了協(xié)同工作⑦⑧⑨在軟件工程教學(xué)中的重要作用，在教學(xué)中分成多個小組，使學(xué)生加入其中，這些小組的組織結(jié)構(gòu)與組內(nèi)分工與實際的項目開發(fā)小組完全相同，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中完全按照實際的工程開發(fā)的需要進行學(xué)習(xí)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)中能充分掌握軟件工程的方法、原則等的實際應(yīng)用。此外，還提出了一些其他軟件工程教學(xué)的有效教學(xué)方法，如使用Liu⑩形式化方法教學(xué)；Deveaux豘等提出專注于軟件開發(fā)過程中的文檔，Deveaux認為在教學(xué)中很難獲得實際的足夠大具有開發(fā)意義的項目，而文檔的學(xué)習(xí)卻可以使學(xué)生充分了解軟件工程項目的基本原則，方法等內(nèi)容；Li豙則成功地將統(tǒng)一過程方法應(yīng)用于實際的教學(xué)當中；Pandey豛在教學(xué)中使用競爭的方法教授學(xué)生開發(fā)原則；更有一些在軟件工程的教學(xué)中采用游戲的方法，豜使學(xué)生充當游戲中項目小組的項目經(jīng)理的角色來學(xué)習(xí)軟件工程。Scott豝等人在本科生的軟件工程教育中采用了開源工具，并將之整合到軟件工程課程中，通過學(xué)生的反饋對比，表明此種方法獲得了很好的效果。

3角色體驗與工程文檔結(jié)合的軟件工程教學(xué)方法

3.1國內(nèi)軟件工程教學(xué)現(xiàn)狀

在實際的課程教學(xué)中，運用了案例開發(fā)，與企業(yè)合作等方法，并結(jié)合國內(nèi)外其他一些有效的軟件工程教學(xué)法后，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生在有限的時間內(nèi)所能理解的軟件工程知識相當有限。在對計算機科學(xué)專業(yè)的學(xué)生進行調(diào)查時，我們發(fā)現(xiàn)大約80%學(xué)生對大三進行的軟件工程課程沒什么興趣。他們認為那只是枯燥的理論課學(xué)習(xí)和繁瑣的文檔編寫。在前兩年專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)中，他們幾乎沒有接觸到文檔編寫，大部分項目的完成都是在草稿紙上設(shè)計然后直接進入程序編寫階段。他們認為這樣可以一步到位，省去很多繁瑣的細節(jié)。當然，正如我們前面提到，在本科教學(xué)中，學(xué)生在課堂上能實現(xiàn)的項目只能是中小型項目，復(fù)雜性低。學(xué)生無法感受到缺乏軟件工程流程中首要的基礎(chǔ)工作而可能造成的困難和嚴重的后果，所以學(xué)生們大多認為寫各種各樣的文檔是在浪費時間。而對于教師來說，到大三軟件工程課時，在沒有大型項目做支持的情況下，再教導(dǎo)學(xué)生編寫文檔的重要性，似乎沒有說服力，也很難扭轉(zhuǎn)學(xué)生已經(jīng)形成的直接編程的習(xí)慣。所以在計算機學(xué)科的學(xué)習(xí)中，我們大膽改革教育的方式并修訂了階段性的培養(yǎng)目標，形成一種潛移默化提升學(xué)生綜合能力和水平的模式。在本科生進入大專院校就讀后，計算機專業(yè)課程，尤其是編程課程的項目設(shè)計上需盡早地讓學(xué)生接觸到軟件工程知識的基本概念和方法。從大一專業(yè)課開始，學(xué)生們就需要開始完成簡單的項目。如果教師們可以從一開始就讓他們了解到軟件工程的生命周期，接觸到軟件工程流程中的各個步驟，從簡單到復(fù)雜地進行實踐，到大三的軟件工程課時他們就會對這些知識已經(jīng)有所了解，并不會感覺到枯燥，因為在前兩年的學(xué)習(xí)中他們一直都使用這些方法，已經(jīng)養(yǎng)成了良好的軟件工程的習(xí)慣。

3.2基于文檔撰寫的潛移默化式教學(xué)法

我們經(jīng)常只會在軟件開發(fā)或維護過程出現(xiàn)問題時才意識到那些被忽略的文檔的重要性。在我們的調(diào)查中，軟件工程師們大約有60%以上都認為自己的文檔的編寫能力只是一般，有些甚至不會撰寫文檔（見表1）。很多工程師在學(xué)校并沒有受到專業(yè)的訓(xùn)練，只有到工作中才開始慢慢學(xué)習(xí)與實踐，但是經(jīng)常由于時間有限，項目截止日期逼近而只好疏于對文檔的編寫或是只能犧牲其質(zhì)量。如果我們在本科教學(xué)中盡早地讓學(xué)生接觸到各類文檔，在撰寫項目文檔的過程中，學(xué)生不但能學(xué)習(xí)到軟件工程的流程，也能把撰寫文檔的技能鍛煉熟練，更重要的是他們會漸漸地把文檔的撰寫與管理當成一種習(xí)慣，當成一種必須。這樣，無論是大型項目還是小規(guī)模項目，他們都會用一定的軟件工程流程來完成。一開始的小項目中，也許他們并不能理解為什么要撰寫那么多文檔，但當他們到高年級創(chuàng)建相對復(fù)雜的項目時就能體會到文檔的好處。他們就能領(lǐng)會，計算機軟件并不只是程序，還應(yīng)該有一整套文檔資料。這些資料都是在開發(fā)過程中產(chǎn)生出來的，對軟件管理人員，開發(fā)人員，維護人員，測試人員，客戶，包括程序員自己都是必不可少的。那么如何開始這種潛移默化式教學(xué)法呢？教師們要對所有四年的專業(yè)課程進行分析，總結(jié)出需要參加這個軟件工程教學(xué)計劃課程和項目。加入到這個計劃里的課程教師要設(shè)計符合這個計劃的項目，并將文檔撰寫作為對學(xué)生必須的要求。在整個計劃中，建議提供一套完整統(tǒng)一的各類文檔的模板以供學(xué)生們使用，包括軟件需求說明書，軟件設(shè)計說明書，軟件測試說明書，項目開發(fā)計劃書等。這些模板要一致，學(xué)生在所有課程中要使用一致的模板，由簡化版到完整版，低年級的學(xué)生先使用簡化版的模板，讓他們漸漸地學(xué)習(xí)撰寫文檔。比如一年級的項目可以只要求寫軟件需求說明書。在模板的設(shè)計中，最好是和企業(yè)界運用的文檔保持一致，然后進行簡化，給學(xué)生提供一種他們可以勝任的文檔模板，然后逐年增加內(nèi)容，最終可以與業(yè)界使用的文檔保持一致。這個計劃的實施需要得到計劃內(nèi)課程教師們的認同，通力合作，把學(xué)生四年的學(xué)習(xí)列入計劃，并隨時進行監(jiān)督。經(jīng)過四年的訓(xùn)練，學(xué)生的寫作能力一定能得到大幅度提高，對軟件工程的認識也會非常深入，畢業(yè)后能夠勝任商業(yè)軟件和應(yīng)用軟件的開發(fā)要求。

3.3基于角色體驗的軟件工程課程教學(xué)法

上面提到的文檔式教學(xué)法是為了訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)建各類軟件工程文檔的能力。在課堂項目中，由于時間有限，一個學(xué)生往往不可能完成整套文檔的撰寫。在低年級階段，在小型或中型項目中，學(xué)生學(xué)習(xí)了軟件需求和軟件設(shè)計文檔，學(xué)生應(yīng)該可以單獨完成。但當項目變得相對復(fù)雜，大多課程項目都是以團隊合作的形式來完成。教師通常知道哪些同學(xué)組成一個團隊，但并不清楚或關(guān)心這些同學(xué)在項目組里擔任的角色。這樣，在四年的學(xué)習(xí)中，有些同學(xué)在項目組里只保持著一種角色，如只擔任了程序員或測試員，并沒有機會對各個相應(yīng)的角色進行體驗，導(dǎo)致他們知識的不全面。與文檔教學(xué)法相結(jié)合，我們提出一種叫做角色體驗的教學(xué)法，和文檔式教學(xué)法同步進行，一同潛移默化地將軟件工程知識注入學(xué)生腦海。所有加入計劃的課程要統(tǒng)一安排項目組成員，目的是讓每個學(xué)生在這些課程項目完成的過程中能體驗所有的軟件工程角色，并完成這一角色相對應(yīng)的文檔。這樣不但訓(xùn)練了每個學(xué)生各種文檔的寫法，讓學(xué)生了解了軟件工程生命周期整個團隊要進行的工作，而且鍛煉了學(xué)生互相合作的團隊精神，避免學(xué)生在團隊中只依賴于幾個學(xué)習(xí)相對比較優(yōu)秀的學(xué)生來完成項目。假設(shè)我們要訓(xùn)練學(xué)生四個角色：項目經(jīng)理，系統(tǒng)分析設(shè)計師，程序工程師，和測試工程師，我們需要至少四門課程加入此計劃。如圖-1所示，四個學(xué)生分為一個項目組，經(jīng)過這四門課程項目的訓(xùn)練，他們可以完成這四個角色的訓(xùn)練，學(xué)會四種文檔的撰寫，體驗各個角色在軟件工程流程中的職責(zé)。如果要增加角色和文檔種類的話，可以適當調(diào)整學(xué)生團隊組員數(shù)目與職責(zé)。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練，學(xué)生對團隊合作一定會有更加深入的認識，也能提高隊員的溝通能力，以改善畢業(yè)生在企業(yè)界缺乏溝通能力的現(xiàn)狀。

經(jīng)過四年的文檔與角色的潛移默化式訓(xùn)練，一定能大幅提高學(xué)生的軟件工程能力。相比單純的一到兩門軟件工程課程，學(xué)生對軟件工程的理解要深入得多，實踐能力也會大幅度提高。由于計算機科學(xué)專業(yè)課程設(shè)置并不像軟件工程專業(yè)對軟件工程的教學(xué)那么有針對性而且課時較少，所以這種方法尤其適合計算機專業(yè)的教學(xué)。

4總結(jié)

本文對國內(nèi)外軟件工程課程的教學(xué)進行了系統(tǒng)的研究，深入地分析了目前軟件工程教學(xué)存在的問題和挑戰(zhàn)，探索了角色體驗和工程文檔應(yīng)用于軟件工程教學(xué)的新方法和新思路。這種教學(xué)方法使學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中不斷積累軟件工程知識，更好地理解軟件工程開發(fā)的理論、方法、過程，具備較好的理論與實踐結(jié)合的能力，提升學(xué)生協(xié)同分工和集成創(chuàng)新的能力。本學(xué)校計算機科學(xué)專業(yè)正在進行這種教學(xué)方法，意在培養(yǎng)更多適應(yīng)業(yè)界需求的軟件開發(fā)專業(yè)化的人才。