面向過程的軟件工程課程質量輔助評價與控制研究

　　摘要：軟件工程是一門實踐性、工程性很強的課程，如何在軟件開發的全過程對學生進行質量監控和評價，是切實增強學生實踐能力，規范學生軟件開發活動和行為的有力保障。文章從現有評價體系存在的問題、基本的改革思路和具體實施三個方面，對課程質量評控體系進行了探討，并對其中涉及的一些關鍵問題進行了必要的論述。
　　關鍵詞：軟件工程；質量評價；工作流
　　
　　1研究背景
　　軟件工程是計算專業一門重要的主干課程，其教學內容緊密圍繞軟件開發過程中的各種方法、技術和原理，從而為計算機軟件的開發、維護、管理等活動提供過程指導。通過本課程的學習，使學生掌握大規模軟件開發中的主要技術和方法，具備軟件工程師從業需要的專業技能，并在工作實踐中能勝任研究、分析、設計、生產、測試、管理等多種角色[1]。
　　但長期以來，軟件工程在教學實踐中也暴露出很多問題，這固然與軟件工程知識面廣，抽象性、實踐性強的特點有關[2]，但也反映出各高校在教學實踐模式，課程質量控制方面存在一定不足：
　　1) 除理論教學外，盡管也設置了實驗與課程設計環節，但普遍缺乏對實驗與課程設計的過程質量控制與評價機制。多數教學模式仍以“事后評價”代替“過程評價”，忽略了對學生軟件實現過程中關鍵點(如編碼風格，測試標準)的質量控制與評價，導致學生在實踐中“結果正確，方法(過程)錯誤”。
　　2) 缺乏系統化的評價與控制體系。教師缺乏對學生學習過程的導向和評價機制[3]，無法及時將發現的問題反饋到理論教學環節中，導致教學與實踐的脫節。
　　3) 缺乏對軟件管理思想的實踐和質量控制體系。
　　
　　軟件工程是以開發和管理方法為核心的工程學，但學生在實踐中往往表現出對軟件管理的漠視，如不進行配置管理、軟件評審、計劃控制等，這與目前的評價機制中學生只注重開發方法與開發成果的做法不無關系。
　　4) 缺乏對學生教學質量進行評價與控制的輔助平臺。教師如果只在期末對學生進行考核與評價，學生錯誤的方法和過程已經發生或無法糾正，如在學習過程中對學生進行考核與評價，又因為過程點很多，造成教師工作量增大。因此必須借助一些自動化輔助評價工具，實現快速、可靠的質量評價，并通過平臺及時反饋給學生，以對其錯誤的開發方法和過程進行修正。
　　基于上述分析，我們認為：傳統的質量評價體系難以在教學過程中真正把握學生的學習效果，也難以充分調動學生學習的主動性和創造性，因此改革現有課程的評價方式，建立科學的評價體系，對于培養創新型合格的軟件人才具有十分重要的意義。
　　2課程改革的基本思路
　　軟件工程學有一個重要的思想，即“軟件質量形成于軟件生產的全過程”，只有使得影響軟件質量的全部要素在開發過程中始終處于受控狀態，才能提高最終軟件產品的質量。如果將這一理念移植到教學活動中，我們認為學生的“學習質量”也是由教學、實踐過程決定的，規范、改善學生在軟件開發過程中的各項活動，培養學生的質量意識、管理意識和協作意識，遠比期末的單一考核方式更有價值和意義。
　　軟件能力成熟度模型(Capability Maturity Model for Software，簡稱CMM)是目前評價軟件企業過程能力成熟度的標準，也是幫助企業改進軟件產品質量和過程的指南，對規范員工(當然也包括學生)的軟件開發過程、活動、方式等具有重要作用。根據CMM，可將軟件生命周期分為產品概念、產品定義、產品開發、產品測試、用戶驗收和產品維護等6個階段，包含項目管理、項目研發和機構支撐等3類過程、19個過程域，其中研發過程包含需求分析、技術預研、系統設計、實現和測試、系統測試、Beta測試、客戶驗收和項目評審等8個過程域。
　　由于每個過程域可看作一個工作流程，其中包含若干相互聯系的原子活動和文檔、數據等，這與工作流系統的思想非常相似，因此我們可以利用工作流技術設計、建立一個工作流環境，通過活動與角色以及角色與具體用戶之間的關聯，即可實現將軟件開發過程中的各種文檔、任務和程序在參與項目的各用戶之間共享和傳遞，并能有效地重用已有項目成果，或對軟件過程進行有效地管理和控制。
　　例如，通過對CMM中需求分析過程的適當裁剪，我們可以定制一個如圖1所示的工作流模型。
　　
　　圖1需求分析工作流
　　首先，各項目小組通過“用戶”(用戶由項目提出小組的成員擔任。)進行需求調研，形成原始的需求調研報告，然后通過分析、建模，提煉出實際的用戶需求和系統需求，并在項目組內部進行需求評審。一旦發現問題，則記入檢查報表并進行重新分析，否則可進入文檔編寫和需求確認活動。
　　當流程實例運行的時候，活動可根據上述模型定義自動分配給指定接收者，并且有關完成此活動所需要的數據也會傳遞給相應的接收者，從而提高業務過程執行效率。此外，流程中采用的多種觸發機制不僅使得整個過程自然銜接，而且充分體現了流程活動間相互協作、相互制約的特點。
　　為全面了解學生在軟件過程中的狀態，工作流模型中還設置了多個觀測點和控制點，指導教師可以通過各觀測點評價學生的工作，或通過各控制點直接參與該流程，如評審學生的項目成果，控制軟件配置項的變更等等。
　　為減少評價時的人為偏差(類似高考批改作文題)，在某些觀測點，我們引入了多方評價、及時公示的方式。如上圖中觀測點1，我們采用了“用戶＋教師”的評價方式，因為用戶可以更準確地評價學生的需求獲取活動。類似，在觀測點4，我們可以考慮加入實訓管理人員的評分，以獲得對學生更中肯、適當的評價。
　　通過這種改革方式，有效地解決了質量評價體系中的兩個關鍵問題：1)規范和調整了學生的軟件開發過程，強制學生在一種相互協作、相互支持的環境中完成項目開發所涉及的所有活動和任務；2)為教師的精細化管理和準確、客觀的質量評價打下了堅實的基礎，并籍以形成與理論教學良好的互動與反饋。
　　3質量評控系統
　　根據以上改革思路，我們設計了一個包括指導教師、學生、實訓管理人員、軟件開發過程以及評價指標在內，更為科學合理的質量評控系統[4]，并將整個系統劃分為4個模塊，如圖2所示。
　　1) 工作流定義模塊。
　　通過對CMM模型的剪裁和歸并，以更加靈活的方式構建適于教學需求的軟件開發流程，并將定義的流程保存在工作流模型庫中。一旦該模型定義好后，所有的流程實例都只能在該模型所確定的框架下執行，確保實訓項目過程的標準化。
　　
　　圖2質量評價與控制體系結構圖
　　指導教師可以定制多個工作流模型，以滿足實踐中不同開發方法、項目的實際需求。
　　2) 工作流執行模塊。
　　負責軟件開發工作流程的調度和執行，根據流程定義進行解釋，并按照解釋結果對流程進行控制、任務管理和異常處理等。流程中各活動之間相互聯系，相互協調，也相互制約，形成教師、學生、實訓管理人員之間的有機融合，從而為全方位、多角度地監控軟件開發過程中的各個環節，保障教學質量提供“引擎”支持。
　　3) 過程質量反饋模塊。
　　質量評價系統將項目實踐中的各種活動信息進行整理、統計、分類后，及時反饋給指導教師和實訓管理人員，并對整改意見的落實情況進行動態監控。
　　教師也可加載一些輔助工具，如靜態測試工具、動態測試工具、代碼分析器等進行項目信息的統計和生成，最終形成一個制度化的、運轉良好的輔助平臺。
　　4) 過程質量評價模塊。
　　該模塊由過程評價和結果評價兩部分組成。過程評價的依據主要是觀察學生的軟件開發活動是否按照流程標準規范有序的進行，各項活動是否達到了預期的效果；結果評價則依賴于過程質量反饋模塊中產生的各種觀測數據和信息，如需求規格說明，項目開發計劃、設計規范、測試用例、源代碼、測試記錄、配置管理方案等。根據軟件文檔規范和產品質量標準，形成對項目成果的客觀評價。
　　
　　為加強學生的管理意識、質量意識，激勵學生提高學習自覺性和創新能力，我們提出一種虛擬費用管理與評價方法，即對每個項目小組，執行虛擬項目經費管理，包括計劃提前/超期獎懲、過程效率獎懲、質量優劣獎懲、實訓提升績效等，并將其作為整個項目組學生的基準評價。
　　5) 質量控制服務模塊。
　　通過制定一系列實踐教學質量管理制度與辦法，對整個項目、項目組和項目資源的運作進行管理、服務。
　　下面，我們以“配置變更管理”流程為例，闡述如何通過質量評價和控制服務增強學生對“軟件版本”和“配置管理”的認識，圖3所示為“配置變更”的工作流模板。
　　圖3配置變更管理
　　與企業中實際的軟件項目管理相同，軟件配置項一旦通過正式評審即成為基線。如果項目組成員需要對基線內容進行修改，必須向項目經理提出“變更請求”，由項目經理做出分析和評估后，再向指導教師提出“變更審核”，教師可指出其中可能存在的問題并拒絕該請求，也可指導學生完成該變更請求，并在項目經理復審之后，重新建立新的基線。
　　由于工作流的引入，學生對軟件配置項尤其是基線的維護必須依據標準過程實現，這樣就規范了學生的配置管理活動，如變更請求、變更成本估計、復審、修改、測試等活動均有文檔記錄，是學生完成項目質量的重要評價依據。此外，為體現項目管理的嚴謹性，由于配置項進行變更、完善所產生的項目延遲將自動通過“項目經費”體現，并計入項目組的基準成績中。
　　此外，在項目的選題與計劃方面，為盡量體現項目的真實性，各項目組只能從其他小組的備選題目中選擇設計題目，這樣就解決了項目實訓中缺乏實際用戶和用戶需求的問題。其次，各項目組確定選題后，還需選定適合的軟件過程模型，并進行人員計劃、時間進度計劃、風險分析與識別等活動。其中人員、時間等要素將直接與工作流系統中的角色、時間進度一一映射，并通過量化進入過程質量反饋和評價模塊，將項目計劃和計劃控制有機結合起來，為后續的項目評價提供了合理的依據。
　　通過上述評控機制的引入，一方面實現了軟件工程過程、軟件管理在教學實踐中的完全可視化，滿足了教學雙方實時溝通、協調的需求。另一方面，由于流程化活動模版和標準的引入，更加規范了學生的軟件開發行為，加深了學生的質量意識、管(理)控(制)意識和對軟件開發理論知識的理解。
　　以該質量評控體系在本院2008—2009學年的教學實踐來看，學生普遍反映通過該平臺，能夠較好地理解、掌握軟件工程項目的開發理論和方法，與單純的教學、評價體系相比，學生學習的主動性、積極性增強了，系統分析能力、設計能力、測試和維護能力、團隊協作能力均得到了較大的提高。
　　
　　4結語
　　對于像軟件工程這樣一門實踐性、工程性很強的課程，僅僅簡單的從考試或實驗成績角度對教學效果和學生進行評價無疑是不夠的。客觀地說，作為第一次開發實際軟件系統的學生，要在較短的時間里開發出各方面都達到真正實用要求的系統是難以完成的。實踐的意義更主要是讓學生經歷完整的過程，體驗各階段方法和工具的應用，鍛煉包括技術在內的各種能力(如與用戶交流、文檔寫作、協作與項目管理等)，以提高其綜合素質。
　　因此，從這個角度來說，對軟件過程的要求、熟悉和評價遠比對結果的評價更加重要，從學生剛開始hr8dHqNQA2AW2mHmT961jPC35MjSJ8T/tUvNU+Ew4qE=接觸項目開發的這一刻就規范學生的軟件開發過程、開發行為，并施以積極、適時的引導和評價，才能為其今后軟件開發的“標準化、工程化、規范化、產品化”奠定堅實的基礎。
　　當然，如何在教學實踐中，多角度、多層次的對學生實踐能力進行評價和控制研究是一個復雜的系統工程，目前我們也正處于探索與試驗階段，期待在以后的工作中進一步獲得更有效、更完善的研究成果。
　　
　　參考文獻：
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