基于《黑盒測試的因果圖測試法》教學(xué)設(shè)計

劉桂玲

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件與信息學(xué)院，北京 100018）

在等價類劃分法和邊界值分析法中，都是著重考慮輸入條件，并沒有考慮到輸入情況的各種組合，也沒考慮到各個輸入情況之間的相互制約關(guān)系。如果在測試時必須考慮輸入條件的各種組合，可能的組合數(shù)將是天文數(shù)字。因此必須考慮描述多種條件的組合，相應(yīng)地產(chǎn)生多個動作的形式來設(shè)計測試用例，這就需要利用因果圖。因果圖方法適合于檢查程序輸入條件的各種組合情況，因果圖方法是一種有效的軟件測試方法。

1 因果圖法的概述

1.1 什么是因果圖

因果圖是一種形式語言，用自然語言描述的規(guī)格說明可以轉(zhuǎn)化為因果圖。因果圖實際上是一種數(shù)字邏輯電路（一個組合的邏輯網(wǎng)絡(luò)），但沒有使用標(biāo)準(zhǔn)的電子學(xué)符號，而是使用了稍微簡單點的符號，它有助于用一個系統(tǒng)的方法選擇出高效的測試用例集，它還有一個額外的好處就是可以指出規(guī)格說明的不完整和不明確之處。

1.2 因果圖設(shè)計方法

因果圖法是從用自然語言書寫的程序規(guī)格說明的描述中找出因(輸入條件)和果(輸出或程序狀態(tài)的改變)，因果圖中使用的是簡單的邏輯符號，以直線連接左右結(jié)點。左結(jié)點表示輸入狀態(tài)(或稱做原因)，右結(jié)點表示輸出狀態(tài)(或稱做結(jié)果)，在因果圖中用4種符號分別表示規(guī)格說明中的4種因果關(guān)系，通常在因果圖中，用c表示原因，e表示結(jié)果。各結(jié)點表示狀態(tài)，可取“0”或“1”值。“0”表示某狀態(tài)不出現(xiàn)，“1”表示某狀態(tài)出現(xiàn)。

使用因果圖法的優(yōu)點：

（1）考慮到了輸入情況的各種組合以及各個輸入情況之間的相互制約關(guān)系。（2）能夠幫助測試人員按照一定步驟，高效率的開發(fā)測試用例。（3）因果圖法是將自然語言規(guī)格說明轉(zhuǎn)化成形式語言規(guī)格說明的一種嚴(yán)格的方法，可以指出規(guī)格說明存在的不完整性。

1.3 因果圖設(shè)計步驟

（1）分析程序規(guī)格說明的描述中，哪些是原因，哪些是結(jié)果。并給每個原因和結(jié)果賦予一個標(biāo)識符。原因常常是輸入條件或是輸入條件的等價類，而結(jié)果是輸出條件。（2）分析軟件規(guī)格說明描述中的語義，找出原因與結(jié)果之間，原因與原因之間對應(yīng)的關(guān)系，根據(jù)這些關(guān)系，畫出因果圖。（3）由于語法或環(huán)境限制，有些原因與原因之間，原因與結(jié)果之間的組合情況不可能出現(xiàn)，為表明這些特殊情況，在因果圖上用一些記號表明約束或限制條件。（4）把因果圖轉(zhuǎn)換成判定表。（5）把判定表的每一列拿出來作為依據(jù)，設(shè)計測試用例。

因果圖生成的測試用例包括了所有輸入數(shù)據(jù)取TRUE與FALSE的情況，構(gòu)成的測試用例數(shù)目達(dá)到最少，且測試用例數(shù)目隨輸入數(shù)據(jù)數(shù)目的增加而增加。

事實上，在較為復(fù)雜的問題中，這種方法常常是十分有效的，它能有效地幫助確定測試用例。當(dāng)然，如果哪個開發(fā)項目在設(shè)計階段就采用了判定表，也就不必再畫因果圖了，而是可以直接利用判定表設(shè)計測試用例了。

圖1 原因與結(jié)果主要關(guān)系

圖2 排異約束

圖3 包容約束

圖4 唯一約束

圖5 要求約束

2 因果圖基本符號和主要關(guān)系

2.1 因果圖基本符號

因果圖基本符號包括原因，用C表示，例如C1、C2……Ci；結(jié)果，用E表示，例如E1、E2……Ei；狀態(tài)，用0或1表示，當(dāng)一個原因為假或真時，稱其處于“0狀態(tài)”或“1狀態(tài)”、當(dāng)一個結(jié)果發(fā)生（或不發(fā)生）時，稱其處于“1狀態(tài)”或“0狀態(tài)”，也就是說0表示某狀態(tài)不出現(xiàn)，1表示某狀態(tài)出現(xiàn)。

2.2 因果圖基本符號間的主要關(guān)系

（1）原因與結(jié)果之間的關(guān)系。因果圖中用來表示4種因果關(guān)系的基本符號，它們分別是恒等、非、或、與，如圖1所示。

（2）原因之間的約束關(guān)系。在因果圖中，原因之間的約束關(guān)系包括排異約束、包容約束、唯一約束和要求約束，這四種約束關(guān)系用特定的符號標(biāo)明。排異約束用符號E表示，如圖2所示；包容約束用符號I表示，如圖3所示；唯一約束用符號O表示，如圖4所示；要求約束用符號R表示，如圖5所示。

3 《黑盒測試的因果圖測試法》在教學(xué)中的設(shè)計

針對高職院校軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)生，結(jié)合《軟件測試技術(shù)》課程教學(xué)大綱，下面將從教學(xué)分析、設(shè)計思路、實施過程、學(xué)習(xí)成果、教學(xué)評價五個方面進(jìn)行論述。

3.1 教學(xué)分析

3.1.1 教學(xué)內(nèi)容選定

授課內(nèi)容選自軟件技術(shù)專業(yè)的一門核心課程《軟件測試技術(shù)》課程，根據(jù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、人才培養(yǎng)方案、課程標(biāo)準(zhǔn)，立足軟件測試行業(yè)人才需求，參考校企合作編寫教材，將課程以一個項目“某某 web 網(wǎng)站的測試”為框架，以下分別設(shè)置講述了4個任務(wù)：

（1）制定軟件測試策略和根據(jù)具體測試項目確定測試方法；（2）根據(jù)測試計劃采用黑盒測試方法進(jìn)行測試用例的設(shè)計；（3）正確根據(jù)測試計劃采用白盒測試方法進(jìn)行測試用例的設(shè)計；（4）進(jìn)行測試實施以及撰寫測試報告。本單元授課內(nèi)容為任務(wù)二中的 2.4 黑盒測試的因果圖測試法，所需學(xué)時4學(xué)時。

3.1.2 學(xué)情分析

授課對象為高職軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)生，通過前期調(diào)研分析可知，學(xué)生已經(jīng)具備文檔撰寫技巧、涉及相關(guān)的基礎(chǔ)知識和基本技能；學(xué)生還需在如下方面繼續(xù)努力，提高成績。如軟件測試方法、測試用例設(shè)計、撰寫測試報告等方面需要深入學(xué)習(xí)，團(tuán)隊合作等職業(yè)素養(yǎng)方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.1.3 教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和崗位要求，確定本單元的知識目標(biāo)、能力目標(biāo)；并把培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作職業(yè)素養(yǎng)、培養(yǎng)精益求精的職業(yè)精神和團(tuán)隊合作精神貫穿于整個教學(xué)過程中。

3.1.4 教學(xué)重難點

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)及學(xué)生已有的知識與能力，確定單元的教學(xué)重點是：通過需求規(guī)格說明，確定原因和結(jié)果；確定原因和結(jié)果之間的關(guān)系；能夠繪制因果圖。教學(xué)難點是：繪制因果圖過程中，中間節(jié)點的抽取。

3.2 設(shè)計思路

依據(jù)職業(yè)教育教學(xué)改革要求，基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念，采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，以“某某web網(wǎng)站的測試”為載體進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，完成從因果圖基礎(chǔ)知識（基本符號、主要關(guān)系）到繪制因果圖、設(shè)計測試用例的完整工作過程。充分利用教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)課程平臺的教學(xué)資源，開展課前預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)和課后拓展的教學(xué)活動。

3.3 教學(xué)實施

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，“黑盒測試的因果圖測試法”教學(xué)項目安排4課時，在教學(xué)實施過程中分為課前準(zhǔn)備、課程教學(xué)環(huán)節(jié)（課堂引入、知識點講解、實例講解）、評價總結(jié)和課后拓展提高等4個環(huán)節(jié)。

3.3.1 課前準(zhǔn)備

教師提前將問題、學(xué)習(xí)資料上傳到課程平臺，發(fā)布課前預(yù)習(xí)通知。學(xué)生接到預(yù)習(xí)通知后，下載問題，并通過查找學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)習(xí)的時間與空間。

3.3.2 課程教學(xué)環(huán)節(jié)

通過小組代表演示、闡述預(yù)習(xí)問題，檢驗學(xué)生預(yù)習(xí)效果。教師播放FLASH動畫引入本次課程的授課內(nèi)容，一方面幫助學(xué)生梳理之前所學(xué)的等價類劃分法、邊界值著重考慮的是單個輸入條件；另一方面引入本次課程學(xué)習(xí)內(nèi)容“因果圖測試法”，用因果圖可以體現(xiàn)多個輸入條件之間的組合關(guān)系。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，采用的教學(xué)手段包括廣播管理軟件進(jìn)行電子點名、課堂引入（信息化教學(xué)手段、學(xué)生動手畫圖、團(tuán)隊合作）、知識點講解（學(xué)生自主學(xué)習(xí)、學(xué)生代表發(fā)言、小組PK、師生互動）、采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組交流、團(tuán)隊PK的形式進(jìn)行因果圖基本知識點講解。通過小組代表發(fā)言交流，同學(xué)們對因果圖部分內(nèi)容知識點都基本掌握，個別同學(xué)對符號的表示有時會混淆。針對這一問題，通過對實例進(jìn)一步講解和小組之間完成互動游戲，進(jìn)行PK，加深同學(xué)們對符號的記憶。在實例講解環(huán)節(jié)中，由于因果圖法的主要思想較難直觀地達(dá)到理解的效果，所以采用引入實例的教學(xué)方法，幫助學(xué)生理清邏輯思路，通過7步法，完成實例同時也掌握了因果圖法的主要思想。

圖6 實物圖

實例1：

某軟件的需求規(guī)格說明書中規(guī)定：

第一個字符必須是A或B，第二個字符必須是一個數(shù)字字符，在此情況下進(jìn)行文件的修改；如果第一個字符不是A或B，則給出信息L；如果第二個字符不正確，則給出信息M。確定原因和結(jié)果，繪制正確的因果圖，并設(shè)計合理的測試用例。

解析：實例1題目較簡單，教師通過動畫演示，分析實例說明，幫助學(xué)生理清邏輯思路，逐步確定原因和結(jié)果；確定因果關(guān)系；確定原因之間的約束；確定中間節(jié)點。在繪制因果圖過程中，因為因果圖的設(shè)計方法不唯一，為了集思廣益，采用分組討論，將小組所繪因果圖上傳平臺并展示。大家共同討論修改后，學(xué)生二次提交。最后，通過學(xué)生上交的結(jié)果，評選小組最佳因果圖。通過“騰訊投票助手”投票，票數(shù)最高的小組作業(yè)為最優(yōu)。

實例2：有一個自動售貨機(jī)軟件（只接收5元或者10元紙幣），其規(guī)格說明如下，見圖6。

（1）若投入5元紙幣，按下可樂、雪碧或紅茶按鈕，則送出相應(yīng)的飲料；

（2）若售貨機(jī)沒有零錢找，則一個顯示“零錢找完”的紅燈亮，此時投入10元紙幣并按下某種飲料按鈕后，則退還10元紙幣；

（3）若售貨機(jī)有零錢找，此時投入10元紙幣并按下某種飲料按鈕后，在送出相應(yīng)飲料的同時退還5元。”

請根據(jù)上述描述確定原因和結(jié)果，并繪制因果圖。

解析：實例2題目較難，教師先通過白板畫圖，幫助同學(xué)們分析實例說明，確定原因個數(shù)和結(jié)果個數(shù)；確定因果關(guān)系以及他們之間的約束。教師在電腦上進(jìn)行操作。學(xué)生一邊聽講，一邊跟著教師操作。小組作業(yè)上傳課程平臺，教師點評、學(xué)生修改，小組進(jìn)行二次提交。

3.4 評價總結(jié)

學(xué)生總結(jié)任務(wù)實施過程中的得失。總結(jié)內(nèi)容包含知識掌握情況和綜合素質(zhì)情況兩個方面。教師總結(jié)本次課的重點與課堂上發(fā)現(xiàn)的問題，總結(jié)學(xué)生上交作業(yè)情況。

3.5 課后拓展提高

課后學(xué)生完成任務(wù)單，包括企業(yè)真實案例。學(xué)生根據(jù)自身技能水平，合理選擇拓展任務(wù)，學(xué)生課后遇到問題，可以與教師交流。

4 學(xué)習(xí)成果

（1）學(xué)生課堂滿意度、課堂紀(jì)律、團(tuán)隊合作、任務(wù)單完成率均有明顯提升；期中、期末考試成績成上升趨勢。（2）學(xué)習(xí)和小組PK貫穿整個教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生團(tuán)隊意識顯著增強(qiáng)。（3）真實企業(yè)案例提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

5 教學(xué)評價

根據(jù)學(xué)生課堂及完成活動任務(wù)的表現(xiàn)，以教師點評和學(xué)生互評的形式相結(jié)合，對所學(xué)知識在任務(wù)單中進(jìn)行小結(jié)。