核心概念與案例驅(qū)動的軟件測試課程教學(xué)研究

王勇+李麗+盧桂馥+劉濤

摘要：提高計算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的軟件測試水平，將有利于保證學(xué)生畢業(yè)后開展高水平的軟件測試工作，從而進(jìn)一步提高我國的軟件質(zhì)量。文章分析軟件測試教學(xué)過程中存在的問題，提出以核心概念與案例驅(qū)動的軟件測試課程教學(xué)改革，闡述其具體方法和實(shí)施途徑，最后總結(jié)課程評價和效果。

關(guān)鍵詞：軟件測試；核心概念；案例驅(qū)動

0.引言

隨著軟件日益滲透到人們生活的方方面面，人們對軟件高質(zhì)量的要求也日漸迫切。然而，通過與軟件企業(yè)中的項目經(jīng)理和測試人員溝通交流，大多企業(yè)表示，雖然軟件測試工作是一項重要工作，但與系統(tǒng)開發(fā)人員和軟件設(shè)計師相比，軟件測試員的工作未能得到應(yīng)有的重視，這與軟件測試人員的技術(shù)水平以及業(yè)界的重產(chǎn)出輕質(zhì)量相關(guān)。因此，提高軟件測試水平，將有利于開展高水平的軟件測試工作，保證軟件的高質(zhì)量，同時，也會為軟件測試職業(yè)帶來正面效應(yīng)。

1.存在的問題

1.1基本概念混淆

目前，大多數(shù)高校均開設(shè)軟件測試課程，通常以講解理論知識為主，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)只占很小的部分，即教師重理論、輕實(shí)踐；另一方面，學(xué)生普遍對理論不感興趣，重視軟件測試工具的使用。最后結(jié)果是學(xué)生對測試?yán)碚撘恢虢猓瑢y試工具的掌握粗枝大葉。

通過調(diào)研可以看出，學(xué)生對軟件測試中的基本概念含糊不清，經(jīng)常混淆。比如，軟件測試與調(diào)試，軟件錯誤（error）與故障（fault），軟件故障（fault）與失效（failure）等混為一談。對軟件測試的基本原理不清，表現(xiàn)為對諸如覆蓋（coverage）、故障傳播模型（RIP模型）、測試充分性等不甚了解。眾所周知，對一門學(xué)科的核心概念的精準(zhǔn)把握，有利于掌握該學(xué)科的基本原理。反之，核心概念的混淆，反映學(xué)生對軟件測試原理的理解不夠深入。

1.2案例及測試教學(xué)工具缺乏

軟件測試是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。學(xué)生們?nèi)绻荒苡H手完成測試活動的各個過程，就很難真正地掌握軟件測試的相關(guān)知識，更難勝任軟件公司的軟件測試工程師崗位。目前，大多高校都對軟件測試課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)高度重視，也采取了案例驅(qū)動的教育教學(xué)改革。然而，適用于高校教學(xué)的實(shí)際案例不多見，軟件測試教材中所給出的諸如判斷屬于哪種三角形的案例很難適應(yīng)軟件測試對象不斷發(fā)展的要求。高校在案例及可應(yīng)用于教學(xué)的測試工具選擇上存在困境。如何在給定課時的情況下，既教授學(xué)生專門的軟件測試?yán)碚撝R，又讓學(xué)生掌握市場上常見的軟件測試工具，對高校的教師的確是一個很大的挑戰(zhàn)。

1.3師資缺少工程背景

軟件測試是一門藝術(shù)，Boris Beizer等將軟件測試劃分為五級，leve10到level4。在最高級（1evel4）中，測試看作是一種智力訓(xùn)練，能夠幫助所有的IT專業(yè)人員開發(fā)出更高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品。由此可見，軟件測試雖然感覺起點(diǎn)要求比較低，但是到第三級以后，軟件測試工程師不但要有軟件測試的相關(guān)理論知識，還要有大量的與軟件產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的知識。大多高校都缺少專門從事軟件測試領(lǐng)域研究并具有豐富工程背景的教師。近年來，不少本科高校引進(jìn)了大量的計算機(jī)相關(guān)的博士，軟件相關(guān)的博士依然較少，而博士偏重于某一狹小領(lǐng)域的研究方向，對整個軟件相關(guān)的本科專業(yè)教學(xué)幫助并不大。因此，解決軟件測試的師資及其工程化背景，是提高軟件測試教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵之一。

2.方法

2.1以學(xué)生反饋為抓手，重點(diǎn)灌輸核心概念和測試思想

核心概念的清楚把握是理解某一門技術(shù)的關(guān)鍵。例如，在整個軟件測試過程中，軟件規(guī)格說明書起著至關(guān)重要的作用，是衡量軟件是否失效的關(guān)鍵。表1是軟件測試中所涉及的核心概念。基于這些核心概念，我們通過隨機(jī)測驗(yàn)的方式及時了解學(xué)生的掌握情況。

通常的測試結(jié)果顯示，學(xué)生對有些概念的理解令人驚訝。我們需要對這些概念進(jìn)行重點(diǎn)標(biāo)注，并調(diào)整部分教學(xué)內(nèi)容的講授。

軟件測試本質(zhì)是一種抽樣技術(shù)。正如Beizer所說，測試很簡單，測試人員只需要找到一個圖然后覆蓋它。然而，覆蓋的原則是什么？關(guān)注點(diǎn)在哪里？我們需要結(jié)合故障傳播的過程，并進(jìn)行多次強(qiáng)化。故障傳播模型有利于學(xué)生理解軟件失效產(chǎn)生的過程，而能理解軟件工作即為發(fā)現(xiàn)軟件失效的過程，而軟件調(diào)試即為已知軟件失效去找到bug并進(jìn)行修復(fù)的過程。通過學(xué)生的多次反饋，積極灌輸測試基本概念與測試思想，有利于學(xué)生理解軟件測試的本質(zhì)思想，更有利于后期的測試實(shí)踐。

2.2以案例驅(qū)動打通軟件測試工作流程

軟件測試是一門藝術(shù)，更是一項工程實(shí)踐活動。學(xué)生在教學(xué)活動中工程實(shí)踐能力的提高是判斷教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，很多高校都試圖探索出符合本校學(xué)生實(shí)際的項目驅(qū)動教學(xué)方案。自2012年，我們也進(jìn)行了案例驅(qū)動教學(xué)改革的嘗試。我們認(rèn)為，單元測試是集成測試、系統(tǒng)測試等方法的基礎(chǔ)，通過案例驅(qū)動，打通軟件測試的整個工作流程比講授更多的測試技術(shù)更重要。因此，在整個案例驅(qū)動過程中，我們側(cè)重于精講單元測試過程中各個測試準(zhǔn)則的應(yīng)用。

軟件測試是發(fā)現(xiàn)軟件錯誤的過程，該過程不僅僅包括測試用例的設(shè)計與測試諭言的使用，還包括大量的文檔撰寫。規(guī)范化的文檔是進(jìn)行規(guī)范化測試的基礎(chǔ)與保證，IEEE829 Standard給出的測試文檔如圖1所示。

我們對標(biāo)準(zhǔn)的測試文檔進(jìn)行簡化，主要強(qiáng)調(diào)軟件規(guī)格說明書、測試設(shè)計規(guī)格說明、測試用例與測試數(shù)據(jù)規(guī)格說明、測試結(jié)果報告等主要測試文檔的撰寫。在案例驅(qū)動中主要應(yīng)用一個簡單程序——飛機(jī)座位預(yù)訂程序作為課堂教學(xué)案例講解，使用一個較為復(fù)雜的程序——車輛保險程序作為學(xué)生課后練習(xí)使用。其內(nèi)容主要分以下幾個部分（見表2）。

2.3借助開源項目，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

面向教學(xué)的案例選擇程序規(guī)模通常較小，無法滿足學(xué)生對較復(fù)雜軟件測試學(xué)習(xí)的實(shí)際需求。因此，為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，可以通過引入軟件測試領(lǐng)域廣泛使用的SIR庫（The Software Infrastructure Repository，htto：//sir.unl.edu/portal/index.html）中開源軟件作為學(xué)生的軟件測試對象。表3選取SIR庫中規(guī)模適中的8個程序作為開源項目。SIR庫已包含了一個用于正確版本和多個錯誤版本，以及應(yīng)用各種測試研究的測試用例集合。通過研讀開源軟件的幫助文件，學(xué)生能夠掌握測試用例的規(guī)范編寫，以及測試腳本的編寫。表3為開源軟件信息表。

3.課程評價及效果

軟件測試課程不同于一般的理論課程，它不但需要學(xué)生的個人能力，同時需要團(tuán)隊的協(xié)作精神。我們將課程成績劃分為兩塊，理論考試占70%，實(shí)踐考核為30%。我們在實(shí)踐過程中將學(xué)生每4個人分為一組，作為實(shí)踐部分的最終得分。在考核中，教師對每一個小組進(jìn)行考核，組長對小組成員進(jìn)行考核。我們將每個小組規(guī)定為100分，55分交給組長分配給每個組員，比如25分、10分、10分、10分，總計55分，其他組員每個人有15分的分配權(quán)利。

我們分別對教學(xué)改革前的2010級計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的81名學(xué)生、教學(xué)改革后的2011級計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的79名學(xué)生、2012級計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的84名學(xué)生進(jìn)行了滿意度調(diào)查，主要包括課程滿意度、組長滿意度、組員滿意度。為了避免直接對教師進(jìn)行評價，我們讓每名學(xué)生對課程之間進(jìn)行效果評價，分為很滿意、比較滿意、滿意、不滿意四個等級。小組內(nèi)也進(jìn)行滿意度評價，分別是組長對組員，組員對組長及其他組員。圖2顯示學(xué)生對課程的滿意度有了顯著的改善。圖3顯示學(xué)生之間的滿意度也逐年增長。總之，采用核心概念和案例驅(qū)動的教學(xué)改革有效果顯著。

4.結(jié)語

高校在軟件測試課程的教學(xué)與實(shí)踐中還存在諸多問題。我們針對這些問題采用以核心概念和案例驅(qū)動的教學(xué)方法改革，并取得了一定的教學(xué)效果。但是，培養(yǎng)滿足社會需求的軟件測試人才，不僅僅要改革軟件測試課程的方式方法，還需要課程群之間的相互滲透。下一步，我們將基于核心概念與案例驅(qū)動的教學(xué)改革實(shí)踐應(yīng)用于軟件方向的課程中。