基于案例過程再現(xiàn)的軟件開發(fā)能力培養(yǎng)研究
——以通訊錄管理系統(tǒng)為例

劉華明，畢學(xué)慧，王秀友，韓天鵬，李冬冬

（阜陽師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，安徽 阜陽236037）

面對社會日新月異的變化，高校培養(yǎng)的軟件工程人才與社會需要的軟件開發(fā)工程人員，還有一定的差距［1］.高校培養(yǎng)注重理論知識的學(xué)習(xí)，對實(shí)踐能力的培養(yǎng)不足，這一方面與高校實(shí)踐能力考核有關(guān)，另一方面，也是因?yàn)閷?shí)踐能力的培養(yǎng)所花的時間較多.由于職稱評定等原因，高校教師比較注重科研，在實(shí)踐教學(xué)上花費(fèi)的精力較少；此外，一些高校教師自身實(shí)踐能力不強(qiáng)，缺乏能力、方法，無法教導(dǎo)出優(yōu)秀的學(xué)生［2］.如何在短期內(nèi)提高學(xué)生的實(shí)踐能力，是教師迫切需要解決的問題.自案例教學(xué)提出之后，呼聲不斷，涌現(xiàn)了很多相關(guān)的研究［3-6］，從案例的選取［5］、案例的過程［7］、案例實(shí)施［8］、案例重用等環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討［9］.

軟件開發(fā)人員，應(yīng)是具有軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)能力的工程人員，不但應(yīng)具有一定的理論知識，還需要有較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力［5］.高校教學(xué)模式比較擅長教授理論知識，但實(shí)踐能力的培養(yǎng)需要進(jìn)一步提升.筆者針對高校人才培養(yǎng)實(shí)踐能力不足的問題，提出了案例教學(xué)再現(xiàn)模式.學(xué)生實(shí)踐能力不強(qiáng)的原因有：①案例代碼較抽象.案例的代碼，沒有明顯的制造過程，對于案例本身而言，涉及到需求分析、設(shè)計(jì)和編碼.需求、設(shè)計(jì)，都是相關(guān)文檔的內(nèi)容，比較容易掌握，而對于代碼的理解，相對較難.這些代碼和文檔之間的關(guān)系，一般沒有明顯的標(biāo)記過程.案例中的代碼較多，小的案例有十幾頁，中等案例有上百頁，這些對學(xué)生來說，理解比較吃力，因此案例的選擇非常重要，短小的案例，具有啟發(fā)性，并且具有一定的擴(kuò)展性，對學(xué)生來說比較容易學(xué)習(xí)［5］.②學(xué)生對編寫代碼比較感興趣，對文檔的重視不足.對具有一定實(shí)踐能力的學(xué)生來說，讀文檔相對容易，但若一開始讓學(xué)生去讀文檔，學(xué)生的興趣不高.案例學(xué)習(xí)，文檔和代碼并重，初級人員重視代碼，高級人員重視文檔，學(xué)生學(xué)習(xí)的不同階段，要求也不一樣.③案例過程再現(xiàn).案例軟件編寫過程，一般來說都是不可見的，學(xué)生不知道代碼撰寫的先后順序和如何解決撰寫過程中遇到的問題.筆者通過10多年軟件開發(fā)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)得知，注重軟件開發(fā)過程的學(xué)習(xí)，是入門的關(guān)鍵.學(xué)生在感受案例再現(xiàn)的過程中，學(xué)習(xí)興趣和對軟件開發(fā)的理解大大提高.不斷興起的軟件開發(fā)培訓(xùn)，就是對學(xué)生完整再現(xiàn)軟件的過程，受到學(xué)生的大力熱捧，說明了案例再現(xiàn)的重要性.案例再現(xiàn)的過程，類似于師傅帶徒弟的過程，師傅在做中教，徒弟在做中學(xué).理論和實(shí)踐相互印證，加深學(xué)生對知識的理解.

通過對案例的再現(xiàn)過程進(jìn)行探討，主要論述案例選取、軟件工具選取、案例再現(xiàn)過程，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，少走學(xué)習(xí)彎路，提高案例教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)滿足社會需求的軟件工程開發(fā)人員.

1 案例選取

案例選取是一個非常重要的環(huán)節(jié)［5］.軟件開發(fā)不僅涉及開發(fā)技術(shù)，還需要開發(fā)人員了解軟件應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)知識.例如，開發(fā)財(cái)務(wù)管理軟件，開發(fā)人員必須懂得財(cái)務(wù)方面的相關(guān)知識，才能開發(fā)出相應(yīng)軟件.案例的選擇，要根據(jù)學(xué)生的知識域來進(jìn)行，這樣學(xué)生理解案例相對容易.以筆者經(jīng)驗(yàn)，選取以學(xué)生學(xué)習(xí)和生活為題材的案例，學(xué)生最容易接受，其原因是學(xué)生經(jīng)常接觸這些軟件，業(yè)務(wù)操作比較熟練.學(xué)生在校期間，經(jīng)常使用教學(xué)管理系統(tǒng)，查詢成績、選課、評教；使用圖書管理系統(tǒng)借書等.筆者篩選了三類與學(xué)生相關(guān)的系統(tǒng)（見表1），以加深學(xué)生對案例的理解.這些案例中涉及的業(yè)務(wù)，學(xué)生比較熟悉，在理解需求和涉及文檔方面，難度系數(shù)較低.根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和程度，選取合適等次的案例.若學(xué)生的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)少，可選取一些小型案例，原因有：①案例小，文檔和代碼短，閱讀時間短，理解難度低；②案例再現(xiàn)過程的時間短，占用時間少，適合于教學(xué)；③所需知識面少，軟件開發(fā)各個流程全面；④案例可以在C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)模式之間移植，難度低，能較好的擴(kuò)展學(xué)生的知識面.

表1 案例選擇難易程度

2 案例再現(xiàn)工具選取

案例再現(xiàn)，就是再現(xiàn)軟件開發(fā)過程［10］.軟件工程的3要素為方法、工具和過程［11］.開發(fā)軟件離不開軟件工具，選擇合適的工具是軟件開發(fā)的必要前提.本文對軟件開發(fā)能力培養(yǎng)進(jìn)行研究，重視軟件工具的使用.一般選取簡單且容易上手的軟件，不宜太大，因?yàn)榇笮蛙浖_發(fā)工具，功能較多，學(xué)生入手難.軟件工具種類繁多，在不同的階段，所需的工具也有所區(qū)別.本文探討在案例再現(xiàn)過程中，軟件開發(fā)人員常用的一些軟件（見表2）.首先在電腦上安裝好列舉的這些工具，方便在開發(fā)過程中使用.學(xué)生必須逐漸熟悉這些工具，由生疏到主動學(xué)習(xí)和熟練應(yīng)用，在掌握這些工具的基本功能后，結(jié)合教師在使用過程中的一些講解，漸漸地去探索更高級的功能，豐富自己的知識面，開闊眼界.教材中一般不會涉及到這些知識，學(xué)生必須自己去摸索.目前，大多數(shù)高校學(xué)生對軟件工具的使用不夠熟練，因此，必須重視軟件工具的學(xué)習(xí).

表2 開發(fā)階段各種工具的使用

3 案例過程再現(xiàn)

案例過程再現(xiàn)，故名思議，就是把案例的制作過程，重新演示一遍.在案例開發(fā)過程中，教師掌握好開發(fā)的先后順序，錄屏保存，以備學(xué)生課下觀看.案例再現(xiàn)過程，結(jié)合了案例分析、案例教學(xué)、案例驅(qū)動等教學(xué)模式，首先教師把案例材料分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生閱讀，再對案例的內(nèi)容進(jìn)行講述，從案例的需求分析開始，到設(shè)計(jì)、編碼，三者對應(yīng)，讓學(xué)生知道他們之間的關(guān)系.需求分析明確項(xiàng)目要干什么，設(shè)計(jì)主要確定軟件的結(jié)構(gòu)，代碼是把需要設(shè)計(jì)的軟件，選擇相關(guān)編程語言開發(fā)處理軟件實(shí)體.案例分析、案例過程再現(xiàn)，可以穿插進(jìn)行.本文以管理系統(tǒng)為例，涉及的算法比較簡單，容易擴(kuò)展.為了更好地說明案例的再現(xiàn)過程，以通訊錄管理系統(tǒng)為例，論述需求分析、設(shè)計(jì)和編碼及測試之間的過程，詳述他們之間的關(guān)系（見圖1）.

3.1 需求分析

需求分析是對功能定義的描述，也是用戶驗(yàn)收和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).因此需求分析必須弄清楚軟件要干什么，才能開發(fā)軟件，否則開發(fā)的軟件不符合用戶要求.在通訊錄中，要求存儲聯(lián)系人的基本信息，包括姓名、性別、地址、手機(jī)、email，qq，微信、微博、備注等.這里的要求是對存儲的信息進(jìn)行增、刪、改、查.用戶存儲的信息有用戶編號（id）、姓名（name）、手機(jī)（phone）、電話（telephone）、地址（address）、qq 號（qq）、微信（WeChat）、微博（Weibo）.系統(tǒng)無其他實(shí)體，所以實(shí)體之間的聯(lián)系無，用例圖和實(shí)體圖比較簡單，易于理解.用戶功能描述的E-R圖見圖2.

3.2 設(shè)計(jì)

對通訊錄管理系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要體現(xiàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的功能圖見圖3，主要有增、刪、改、查4個模塊.查詢模塊，可以再細(xì)劃分為按姓名查詢和按電話號碼查詢（手機(jī)或電話）.系統(tǒng)的4個菜單，對應(yīng)用例圖中的信息添加、修改、刪除和查詢4個用例，其中，信息查詢用例包括按姓名查和按電話查兩個子用例，對應(yīng)界面的查詢菜單的兩個子菜單，按姓名查和按電話查.圖4為按姓名查詢界面圖.

圖1 通訊錄用例圖

圖2 用戶實(shí)體圖

圖3 系統(tǒng)功能圖

圖4 按姓名查詢

3.3 實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能，選用java語言，數(shù)據(jù)庫采用輕量級的mysql數(shù)據(jù)庫，采用eclipse編譯器編寫.實(shí)現(xiàn)階段是案例再現(xiàn)的關(guān)鍵，從數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)到各個模塊的編寫，教師需要一步一步演示給學(xué)生看，讓學(xué)生有一個直觀的代碼實(shí)現(xiàn)過程.在代碼編寫過程中，最好錄屏記錄，便于學(xué)生課下模仿學(xué)習(xí).此外，人為地設(shè)置一些錯誤，告訴學(xué)生碰到bug問題如何去解決.這個非常重要，很多學(xué)生在此過程中，會因粗心造成一些程序錯誤，但不知道如何解決，自信心遭受打擊，慢慢對編程失去興趣.遇到問題迎難而上，如何去解決編程過程中出現(xiàn)的錯誤，這是編程的關(guān)鍵.程序員在編碼的過程中，或多或少都會出現(xiàn)一些錯誤.初級人員因經(jīng)驗(yàn)不足，出現(xiàn)錯誤特別多，需要教師逐步引導(dǎo)，在解決問題的過程中，積累經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)的錯誤就會越來越少.實(shí)際上，初級人員在撰寫代碼的過程中，出現(xiàn)的低級錯誤較多，而這些錯誤通過搜索引擎、論壇、或請教同學(xué)和教師，一般很容易解決.學(xué)生在軟件學(xué)習(xí)初級階段，要認(rèn)清楚這點(diǎn)，對建立學(xué)習(xí)自信心很重要.

3.4 軟件測試

測試是為了發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤，按測試技術(shù)來分，一般可分為白盒測試和黑盒測試.以筆者經(jīng)驗(yàn)，在代碼編寫階段，一般選用白盒測試.邊寫邊測試，有利于把錯誤及時消除.另外，在代碼編寫過程中，多思考不正常的情況，以便錯誤處理和異常情況處理，加強(qiáng)軟件的可靠性.教師在代碼編寫過程中，需要把這些測試思想穿插進(jìn)去.

在遇到錯誤時，運(yùn)用一些代碼調(diào)試技術(shù)，分析代碼出錯的原因，收集數(shù)據(jù)去驗(yàn)證假設(shè).在收集數(shù)據(jù)過程中，除了用調(diào)試工具查看內(nèi)存中變量外，還可以把程序過程記錄下來，便于分析錯誤產(chǎn)生的原因，養(yǎng)成勤于思考的好習(xí)慣.

案例代碼分發(fā)給學(xué)生課下研讀，討論，也可以繼續(xù)完善功能，更大程度的激發(fā)學(xué)生的興趣.為了讓讀者模仿本文所給出的通訊錄管理系統(tǒng)，請?jiān)趃ithub網(wǎng)站上下載，下載地址：https：//github.com/LIUHUAMING888999/address-book-system.

除了編碼階段的單元測試外，還要經(jīng)歷集成測試、系統(tǒng)測試和實(shí)際運(yùn)行階段.這里列出一些功能測試用例進(jìn)行測試，以讓學(xué)生對測試有一個直觀的感受.以測試信息添加模塊為例，給出功能測試表，見表3.

表3 添加模塊功能測試用例

4 結(jié)語

為了快速提高軟件開發(fā)人員的實(shí)踐能力，筆者對案例教學(xué)進(jìn)行研究，融合案例分析、案例驅(qū)動和項(xiàng)目驅(qū)動方法，提出了案例過程再現(xiàn)教學(xué)方法，加深學(xué)生的軟件開發(fā)過程體驗(yàn).在案例過程再現(xiàn)中，從選擇簡單案例入手，涉及到軟件開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，包括需求分析、設(shè)計(jì)、編碼和軟件開發(fā)工具及軟件測試內(nèi)容［11］.案例再現(xiàn)需要讓學(xué)生參與到案例再現(xiàn)過程中，教師實(shí)時提問，以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況.教師針對學(xué)生的知識掌握情況，有的放矢地選取教學(xué)內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生興趣為主，先易后難，學(xué)生有了一定軟件開發(fā)基礎(chǔ)后，再介紹更高層次的案例.學(xué)生積累了軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)以后，也可以通過自學(xué)，學(xué)習(xí)更高層次內(nèi)容.筆者以自己授課的班級進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，案例教學(xué)再現(xiàn)過程能很好地提高學(xué)生的軟件開發(fā)能力.