Scrum敏捷方法在軟件工程實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用研究

山東華宇工學(xué)院 孫德剛

敏捷方法是一種以人為核心的軟件開(kāi)發(fā)方法，這種方法不僅被應(yīng)用在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，更在軟件工程教學(xué)之中得到了廣泛應(yīng)用。基于此，本文闡述了將敏捷方法引入軟件工程項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，分析了基于Scrum敏捷方法的軟件工程實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其具體實(shí)施路徑進(jìn)行了論述，該設(shè)計(jì)方案的研究與實(shí)施能夠?yàn)橄嚓P(guān)軟件開(kāi)發(fā)工作人員帶來(lái)一個(gè)更為便捷的軟件工程實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)思路。

軟件工程課程的實(shí)踐性相對(duì)較強(qiáng)，只有基于有效實(shí)驗(yàn)，才能保證理論與實(shí)際的有效聯(lián)系，進(jìn)而讓教學(xué)質(zhì)量得到提升。敏捷方法在軟件工程項(xiàng)目中的應(yīng)用存在諸多優(yōu)勢(shì)，但也同樣為軟件工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為了提高項(xiàng)目教學(xué)成效，相關(guān)教師必須幫助學(xué)生有效理解敏捷方法，保證理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容同步，讓基于敏捷方法的軟件工程實(shí)驗(yàn)取得良好效果。

1 敏捷方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

敏捷軟件開(kāi)發(fā)方法是一種當(dāng)前比較流行的用于應(yīng)對(duì)快速變化需求的軟件開(kāi)發(fā)能力，它的核心是人，是一種遵循迭代和循序漸進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)方法，應(yīng)用時(shí)程序員與業(yè)務(wù)專(zhuān)家之間存在緊密協(xié)作關(guān)系和直接溝通渠道，還擁有緊湊而自我組織型的團(tuán)隊(duì)。它更多的是強(qiáng)調(diào)軟件項(xiàng)目中組織團(tuán)隊(duì)的合作，從而有效提高了軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的效率，更能滿足當(dāng)下快速發(fā)展的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)體量大、工期緊等現(xiàn)實(shí)需求。

1.1 優(yōu)勢(shì)

從軟件工程敏捷開(kāi)發(fā)方法自身看，分為思想、原則、流程、方法、工具、實(shí)施等，是軟件即服務(wù)（Software as a Service）等軟件開(kāi)發(fā)模式的一種良好的闡釋。比如，在SaaS開(kāi)發(fā)模式下，產(chǎn)品一旦發(fā)布就能立刻部署到企業(yè)內(nèi)部服務(wù)器上，用戶隨即就可以使用本軟件的服務(wù)。和原有包裝盒軟件產(chǎn)品相比，SaaS開(kāi)發(fā)模式下的軟件迭代以及交付速度要快得多、并且軟件交付成本幾乎為零，大大降低了軟件迭代、缺陷修復(fù)的成本，使軟件產(chǎn)品持續(xù)交付成為現(xiàn)實(shí)。

以往，軟件工程課程基于軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的瀑布模型設(shè)置教學(xué)大綱。也就是說(shuō)，在課程規(guī)劃方面，大多以概念、需求分析、定義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和編程測(cè)試為路線設(shè)置課程內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)課程將會(huì)穿插在理論教學(xué)當(dāng)中并與后者保持同步和自然銜接，因而實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常容易實(shí)施。但基于這種方法培養(yǎng)的人才，與業(yè)內(nèi)流行的敏捷開(kāi)發(fā)方法要求不符，所以將敏捷開(kāi)發(fā)方法引入軟件工程教學(xué)十分必要。現(xiàn)階段，引入敏捷開(kāi)發(fā)方法，有著如下優(yōu)勢(shì)：第一，以小團(tuán)隊(duì)方式開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，可賦予學(xué)生充分參與實(shí)踐的機(jī)會(huì)；第二，趣味性、參與性強(qiáng)，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情；無(wú)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)且強(qiáng)調(diào)自我管理，便于培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽(yù)感與責(zé)任感，有助于增強(qiáng)軟件專(zhuān)業(yè)學(xué)生的自我管理能力；第四，關(guān)注工作產(chǎn)品的自身價(jià)值，學(xué)生可從中獲得成就感與滿足感，更能增強(qiáng)個(gè)人的軟件開(kāi)發(fā)與測(cè)試能力。

圖1 基于Scrum敏捷開(kāi)發(fā)過(guò)程模型

1.2 挑戰(zhàn)

從上文中我們不難看出，將敏捷開(kāi)發(fā)方法引入軟件工程教學(xué)，有助于提高教學(xué)質(zhì)量。但在這一過(guò)程也為軟件工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。敏捷方法的重點(diǎn)在于快速迭代，迭代周期大多為2-4周/次，若僅讓學(xué)生完成單個(gè)迭代實(shí)驗(yàn)不利于學(xué)生理解該模式，只有讓他們?cè)趯W(xué)期內(nèi)完成3-4個(gè)迭代并交付多個(gè)版本，才能較為完整地踐行開(kāi)發(fā)的敏捷過(guò)程。不過(guò)，從實(shí)際情況來(lái)看，若要完成多個(gè)迭代，則難以保證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與理論教學(xué)的有效銜接，二者的不同步也將阻礙軟件工程的實(shí)驗(yàn)成效。

2 基于敏捷方法的軟件工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是基于瀑布模型建設(shè)的，它并不能滿足敏捷方法的實(shí)際要求。比如，基于敏捷方法，應(yīng)通過(guò)User Story（用戶故事）和Product backlog（產(chǎn)品待辦事項(xiàng)集合）來(lái)描述Scrum需求；任務(wù)工作量則需要小組成員的敏捷估算撲克游戲來(lái)估算。而且，實(shí)踐中，還需要基于Burndown Chart即依賴(lài)燃盡圖來(lái)控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，讓任務(wù)帖子由“To do”向“In progress”、“Testing”和“Done”等欄目轉(zhuǎn)移的過(guò)程保持可控。

軟件工程敏捷方法的實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)采用Scrum過(guò)程框架，共分為3個(gè)階段，每一階段設(shè)定為1個(gè)月。第1階段為軟件開(kāi)發(fā)的前期準(zhǔn)備階段，包括信息收集、認(rèn)知啟動(dòng)、數(shù)據(jù)流分析等工作。而第2、3階段，對(duì)應(yīng)敏捷開(kāi)發(fā)的2個(gè)迭代周期，即Scrum過(guò)程模式中Sprint。在完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，還需要把軟件需求分析與需求定義、軟件設(shè)計(jì)方法、持續(xù)構(gòu)建與集成、單元測(cè)試、功能測(cè)試和非功能測(cè)試等內(nèi)容融入到軟件開(kāi)發(fā)與迭代過(guò)程，體現(xiàn)軟件工程思想、項(xiàng)目管理、質(zhì)量管理等內(nèi)容。基于Scrum敏捷開(kāi)發(fā)過(guò)程模型如圖1所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，有關(guān)于測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)（Test Driven Development）即TDD、Scrum、結(jié)對(duì)編程、極限編程等敏捷方法的研究相對(duì)較多，為基于敏捷方法的實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)提供了參考。對(duì)于軟件工程而言，實(shí)踐性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)多且難度大是其課程設(shè)置的主要特點(diǎn)，只有基于有效實(shí)驗(yàn)才能保證理論知識(shí)與實(shí)踐訓(xùn)練之間的有效融合，所以在教學(xué)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不可或缺。

在進(jìn)行基于敏捷方法的軟件工程實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)之前，相關(guān)工作人員需要對(duì)實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)選定，從而保證課程的內(nèi)容與軟件工程課程具有同步性。比如，以Scrum過(guò)程框架作為軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的敏捷方法，用一學(xué)期的時(shí)間完成軟件工程理論內(nèi)容教學(xué)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)。那么，Scrum框架的整體設(shè)計(jì)時(shí)限為4個(gè)月，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)前期準(zhǔn)備、第一個(gè)迭代、第二個(gè)迭代和第三個(gè)迭代來(lái)劃分框架設(shè)計(jì)的全部周期，從而保證軟件開(kāi)發(fā)的完整性。以每一個(gè)月為1階段周期，以第一階段為前期準(zhǔn)備階段，后三個(gè)階段為學(xué)生實(shí)踐階段。

2.1.1 前期準(zhǔn)備階段

在這一階段，學(xué)生們需要完成軟件開(kāi)發(fā)前的所有準(zhǔn)備工作。比如，產(chǎn)品定義、需求分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流分析、系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品發(fā)布計(jì)劃。此時(shí)，基于敏捷方法的軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該與軟件工程的基本概念、項(xiàng)目管理過(guò)程、軟件過(guò)程、系統(tǒng)框架和需求工程等理論課程相對(duì)應(yīng)。主要實(shí)驗(yàn)任務(wù)應(yīng)該是建立團(tuán)隊(duì)、分析需求、估算工作量、定義產(chǎn)品、發(fā)布規(guī)劃并設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)。當(dāng)然，分析基本業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也可作為實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)交付產(chǎn)品愿景、團(tuán)隊(duì)分工和Product backlog。

2.1.2 第一個(gè)迭代

所謂第一個(gè)迭代，就是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中有關(guān)于產(chǎn)品功能特性開(kāi)發(fā)的第一個(gè)迭代，這是Sprint的第一個(gè)階段。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)框架時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)該基于先易后難的原則作業(yè)。因此，首個(gè)迭代較為簡(jiǎn)單，只要保證每一個(gè)Scrum環(huán)節(jié)都過(guò)一遍即可。比如，以制定Sprint計(jì)劃、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、編程、進(jìn)行僅限于功能測(cè)試的驗(yàn)收測(cè)試、開(kāi)展產(chǎn)品Review和反思會(huì)議，完成Product backlog維護(hù)等實(shí)驗(yàn)任務(wù)。在實(shí)驗(yàn)后，交付Spring backlog、燃盡圖、會(huì)議記錄和第一版產(chǎn)品，并提供修改后的Product backlog。而且，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該與系統(tǒng)建模、計(jì)劃項(xiàng)目、測(cè)試基本方法等理論課程進(jìn)行有效銜接。

2.1.3 第二個(gè)迭代

與第一個(gè)迭代相比，第二個(gè)迭代在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上增加了單元測(cè)試和UI設(shè)計(jì)；在可選任務(wù)中增加了結(jié)對(duì)編程、重構(gòu)代碼、每日構(gòu)建和搭建繼承環(huán)境等內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)后的交付內(nèi)容與第一個(gè)迭代相同；理論教學(xué)銜接以案例分析、代碼重構(gòu)、結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施與部署等內(nèi)容為主。

2.1.4 第三個(gè)迭代

相比于前兩個(gè)迭代，第三個(gè)迭代的實(shí)驗(yàn)應(yīng)添加代碼評(píng)審內(nèi)容，其可選任務(wù)主要為自動(dòng)化測(cè)試、缺陷分析、可測(cè)試性測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)后需提供最終版本的燃盡圖、產(chǎn)品和會(huì)議記錄。教學(xué)時(shí)，應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)分析與控制、持續(xù)改進(jìn)過(guò)程、團(tuán)隊(duì)建設(shè)溝通、產(chǎn)品質(zhì)量分析等理論課程內(nèi)容銜接。

2.2 實(shí)驗(yàn)框架實(shí)施

為了保證基于敏捷方法的軟件工程框架設(shè)計(jì)的有效實(shí)施，教師應(yīng)該以觀察員的身份參與學(xué)生實(shí)驗(yàn)組的會(huì)議，但不宜參與討論；在必要時(shí)，可為學(xué)生提供指導(dǎo)和示范，但教師應(yīng)合理安排實(shí)踐，從而保證所有學(xué)生都能獲得來(lái)自教師的輔導(dǎo)和支持。而且，教師還應(yīng)充分尊重敏捷團(tuán)隊(duì)的自我管理特點(diǎn)，以開(kāi)放、包容、信任和鼓勵(lì)的態(tài)度面對(duì)學(xué)生，引導(dǎo)他們參與管理過(guò)程，提高管理能力。比如，鼓勵(lì)學(xué)生自主命題、組織學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)答辯評(píng)定、引導(dǎo)自主確定團(tuán)隊(duì)分工等。

綜上所述，基于敏捷方法的軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠有效提升該專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑW(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力，可為增強(qiáng)學(xué)生學(xué)科興趣和實(shí)踐創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。在實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)，相關(guān)教師需要基于實(shí)際教學(xué)需要，基于敏捷方法開(kāi)展軟件工程實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)，并且通過(guò)教師引導(dǎo)和師生配合保證設(shè)計(jì)方案的順利實(shí)施。