◆舒 挺 賈宇波 張華熊

(浙江理工大學(xué)信息電子學(xué)院)

案例驅(qū)動(dòng)的通信軟件測(cè)試課程教學(xué)方法研究

◆舒 挺 賈宇波 張華熊

(浙江理工大學(xué)信息電子學(xué)院)

通信軟件測(cè)試課程具有概念繁多，理論抽象和實(shí)踐性要求較高的特點(diǎn)。本著通信協(xié)議測(cè)試?yán)碚撗芯亢蛯?shí)踐能力并舉的復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)，提出了一個(gè)基于具體協(xié)議測(cè)試案例驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)新方法。案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)測(cè)試案例在理論和實(shí)踐兩者之間結(jié)合的重要性，遵循學(xué)習(xí)的本質(zhì)規(guī)律，促使學(xué)生以知識(shí)探索者身份提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性，從而達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。

協(xié)議工程 協(xié)議測(cè)試 教學(xué)研究 案例驅(qū)動(dòng)

一、通信軟件測(cè)試課程的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

1.課程現(xiàn)狀和地位

通信軟件測(cè)試是計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)方向本科生的專業(yè)課程之一，其教學(xué)目標(biāo)為具體化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課程所學(xué)的抽象概念，提高學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信軟件開發(fā)與測(cè)試的認(rèn)知度，使學(xué)生掌握通信軟件測(cè)試的基本概念、原理、流程和實(shí)踐技能。通信軟件測(cè)試是軟件測(cè)試的一個(gè)分支，但與普通的軟件測(cè)試相比又具有獨(dú)特性。通信軟件或稱為協(xié)議軟件，往往具有分布性和實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn)。協(xié)議軟件的實(shí)現(xiàn)是對(duì)應(yīng)協(xié)議規(guī)范的具體實(shí)現(xiàn)，由于同一協(xié)議規(guī)范的實(shí)現(xiàn)方可能不同，他們實(shí)現(xiàn)的通信軟件產(chǎn)品之間的細(xì)微差異或者錯(cuò)誤，都有可能帶來災(zāi)難性的后果。例如，動(dòng)車控制通信軟件存在的瑕疵，造成了車毀人亡的追尾慘劇。這給通信軟件的測(cè)試技術(shù)提出了新的要求。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程中，需要大量的既懂得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議原理，又掌握通信軟件測(cè)試的技術(shù)人才。目前，這種測(cè)試人才的社會(huì)需求和高校培養(yǎng)的人才數(shù)量之間存在較大的缺口。因此，一些高校針對(duì)這種局面，陸續(xù)推出了系列課程來培養(yǎng)這類稀缺人才。

通信軟件測(cè)試課程與其他課程關(guān)聯(lián)度較大，它的先修課程包括:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、離散數(shù)學(xué)、程序開發(fā)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件工程等。傳統(tǒng)的脫離具體測(cè)試案例背景進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)對(duì)教師和學(xué)生來說都是一種艱難和無趣的經(jīng)歷。

2.面臨的挑戰(zhàn)

由于，通信軟件測(cè)試課程所涉及的內(nèi)容具有概念多，難度大和實(shí)踐能力要求高的特點(diǎn)，導(dǎo)致了針對(duì)本科生開展課程教學(xué)的困難。傳統(tǒng)的填鴨式的教學(xué)模式很難適用于該課程的教學(xué)。加之，相關(guān)適合教學(xué)的教材的缺乏也照成了教學(xué)的難度。目前國內(nèi)關(guān)于該主題的教材比較稀少，書籍主要以外文為主。國外經(jīng)典書籍，如由Gerard J編著的《Design and validation of computer protocols》，Gyula Csopaki著的《Testing of Communicating Systems: Methods and Applications》和 Manuel Nú?ez編著的《Testing of Software and Communication Systems》均是該領(lǐng)域難得的經(jīng)典書籍，這類教材強(qiáng)調(diào)原理、內(nèi)容豐富。但是這些教材由于內(nèi)容繁多，知識(shí)點(diǎn)較雜，沒有針對(duì)性，不適合本科教學(xué)使用。國內(nèi)關(guān)于該主題主要有兩本教材:北方工業(yè)大學(xué)趙會(huì)群教授編寫的《通信軟件測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》和桂林電子工業(yè)學(xué)院古天龍教授的《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的形式化分析與設(shè)計(jì)》。前者介紹軟件測(cè)試的基本概念、基本內(nèi)容和測(cè)試方法的分類，作為軟件測(cè)試的基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹了軟件測(cè)試的白箱法和黑箱法，該書理論性較強(qiáng)，實(shí)踐內(nèi)容相對(duì)較少，適合研究生教學(xué)。后者，就網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析與設(shè)計(jì)中的形式化方法與技術(shù)展開討論和介紹，該教材同樣更偏向于概念性內(nèi)容。

對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程方向的本科學(xué)生而言，在完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)專業(yè)方向基礎(chǔ)先導(dǎo)課程后，如何針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信軟件的特點(diǎn)，應(yīng)用所學(xué)的軟件工程和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的知識(shí)，通過通信軟件測(cè)試課程的學(xué)習(xí)，掌握通信軟件測(cè)試的基本理論和實(shí)踐方法是長(zhǎng)期困擾該課程教學(xué)的一個(gè)難題。

二、基于案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法探索

傳統(tǒng)的通信軟件測(cè)試課程教學(xué)往往是作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的進(jìn)一步延伸，過分地強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的傳授，相對(duì)忽視了基于實(shí)際測(cè)試過程和測(cè)試案例的學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程方向的本科生而言，畢業(yè)以后的出路主要為:繼續(xù)攻讀研究生或者就業(yè)。針對(duì)前者，課程教學(xué)應(yīng)該在介紹完通信軟件測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)之后，深化測(cè)試序列生成相關(guān)算法的內(nèi)容。而針對(duì)后者，教學(xué)還需結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目背景，闡述一些具體的通信軟件測(cè)試工具的使用方法和完整的測(cè)試案例，增加有針對(duì)性的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

針對(duì)課程概念枯燥、知識(shí)點(diǎn)多，實(shí)踐要求高的特點(diǎn)，本文提出了一種基于案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)思路和教學(xué)方法。由于現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)本科教學(xué)模式更注重學(xué)生理論基礎(chǔ)的培養(yǎng)，而對(duì)學(xué)生工程項(xiàng)目概念和經(jīng)驗(yàn)的積累強(qiáng)調(diào)較少。這直接導(dǎo)致了學(xué)生在學(xué)習(xí)工程相關(guān)課程時(shí)，由于沒有實(shí)踐的背景知識(shí)，對(duì)課本中概念和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的重要性和意義不敏感。為了彌補(bǔ)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，給學(xué)生營造工程項(xiàng)目氛圍，讓學(xué)生能夠在教師的引導(dǎo)下，探索解決問題的思路，從而產(chǎn)生對(duì)相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)性方法的學(xué)習(xí)渴望。遵循學(xué)習(xí)的本質(zhì)規(guī)律，讓學(xué)生自己在主動(dòng)性學(xué)習(xí)過程中建構(gòu)相應(yīng)的知識(shí)體系。只有這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性才能被更好的激發(fā)，課程教學(xué)才能收到預(yù)期的效果。

浙江理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)方向的通信軟件測(cè)試課程，正是基于該教學(xué)思想來設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)活動(dòng)。在整個(gè)課程教學(xué)過程中，以一個(gè)具體的通信協(xié)議測(cè)試仿真課題作為教學(xué)的工程背景環(huán)境，時(shí)刻聯(lián)系教學(xué)內(nèi)容與測(cè)試課題之間的關(guān)聯(lián)，聯(lián)系實(shí)際的強(qiáng)調(diào)各知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性和重要性。由于通信軟件通常規(guī)模龐大，系統(tǒng)較復(fù)雜，基于案例的教學(xué)過程設(shè)計(jì)中，測(cè)試課題的選擇是教學(xué)成功與否的關(guān)鍵之一。在有限的課時(shí)內(nèi)既要完成測(cè)試基本軟件的教授，又要針對(duì)測(cè)試案例完成測(cè)試實(shí)踐方法和過程的培訓(xùn)。如果案例選擇不合適，將直接影響教學(xué)過程的開展。本文提出的案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法中，選擇PPP協(xié)議作為測(cè)試對(duì)象，該協(xié)議既簡(jiǎn)單又包含相對(duì)完整的通信協(xié)議軟件特性，便于案例教學(xué)方法的設(shè)計(jì)和實(shí)施。

圖1 課程教學(xué)概念設(shè)計(jì)

基于案例驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)概念設(shè)計(jì)如圖1所示。整個(gè)課程的教學(xué)內(nèi)容以PPP協(xié)議軟件測(cè)試案例為核心來設(shè)計(jì)，突出兩個(gè)教學(xué)重點(diǎn):協(xié)議測(cè)試概念和理論與協(xié)議測(cè)試方法和實(shí)踐。在課程教學(xué)過程中，以該測(cè)試案例為中心議題，提出完成測(cè)試工作所需的理論概念和對(duì)應(yīng)的測(cè)試實(shí)施策略和方法。有了具體的工程測(cè)試目標(biāo)問題，學(xué)生面對(duì)全新的協(xié)議軟件測(cè)試概念就不會(huì)覺得空洞，從而由知識(shí)被動(dòng)的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄖ鲃?dòng)性的知識(shí)探索者的角色。作為教師，在基于案例的課程教授過程中，也找到了務(wù)實(shí)的落腳點(diǎn)，避免純粹“空對(duì)空”的教學(xué)過程。教師和學(xué)生之間這種基于共同問題的教學(xué)互動(dòng)有利于良好的教學(xué)氛圍的營造，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

三、教學(xué)規(guī)劃和實(shí)踐評(píng)價(jià)

通信軟件測(cè)試，是浙江理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)方向本科生的專業(yè)選修課之一。在課程體系安排中，總學(xué)時(shí)被設(shè)置為32學(xué)時(shí)，課內(nèi)授課16學(xué)時(shí)，課外測(cè)試實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。課程學(xué)時(shí)設(shè)置強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性，旨在針對(duì)學(xué)生繼續(xù)深造和就業(yè)兩方面的需求，在教授學(xué)生通信軟件測(cè)試基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化實(shí)踐測(cè)試的技能。限于教學(xué)學(xué)時(shí)的限制，在教學(xué)內(nèi)容安排上舍棄了一些技術(shù)理論枝節(jié)，而是針對(duì)解決PPP協(xié)議測(cè)試問題來構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容。結(jié)合本人協(xié)議測(cè)試技術(shù)方面的積累，把一些最新的協(xié)議測(cè)試技術(shù)融合到日常教學(xué)內(nèi)容中。課程教學(xué)圍繞PPP協(xié)議測(cè)試問題展開，首先介紹最基本的協(xié)議工程測(cè)試方面的理論知識(shí)(3學(xué)時(shí))，接著重點(diǎn)介紹擴(kuò)展有限狀態(tài)機(jī)EFSM的原理和基于EFSM的協(xié)議測(cè)試方法(3學(xué)時(shí))。然后，針對(duì)性的介紹典型的基于EFSM模型的測(cè)試?yán)煞椒?3學(xué)時(shí))，和典型測(cè)試工具軟件的應(yīng)用(2學(xué)時(shí))。最后，綜合闡述PPP協(xié)議的測(cè)試方法(5學(xué)時(shí))。課外實(shí)踐環(huán)節(jié)的16學(xué)時(shí)，學(xué)生將在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立應(yīng)用測(cè)試工具軟件進(jìn)行針對(duì)PPP協(xié)議的測(cè)試實(shí)踐。

在課程期末考核中，設(shè)置了學(xué)生對(duì)課程滿意度和建議的調(diào)查環(huán)節(jié)。學(xué)生反饋信息的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，80%以上的同學(xué)認(rèn)可基于測(cè)試案例的教學(xué)方法，認(rèn)為該方法可以有效提升學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。同時(shí)，在實(shí)例測(cè)試過程中可以持續(xù)的體驗(yàn)到知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的成就感。

四、結(jié)束語

通信軟件測(cè)試課程具有概念繁多，理論抽象和實(shí)踐性要求較高的特點(diǎn)。如何設(shè)計(jì)和實(shí)施課程的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)可以從事網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議測(cè)試工作和理論研究的復(fù)合型人才，是一個(gè)富有挑戰(zhàn)的課題。本文提出了一個(gè)基于具體協(xié)議測(cè)試案例來開展教學(xué)的新方法。新方法強(qiáng)調(diào)課程教學(xué)過程以測(cè)試案例為中心議題，遵循學(xué)習(xí)的本質(zhì)規(guī)律，以測(cè)試案例作為理論知識(shí)的仿真項(xiàng)目背景，可以有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

［1］Holzmann G J，Company A T A T.Design and validation of computer protocols［M］.Prentice Hall，1991.

［2］Gyula Csopaki，Margit Dibuz，Katalin Tarnay.Testing of Communicating Systems:Methods and Applications［M］.Springer，1999.

［3］Manuel Nú?ez，Paul Baker，Mercedes G.Merayo.Testing of Software and Communication Systems［M］.Springer，2009.

［4］趙會(huì)群.通信軟件測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)［M］.人民郵電出版社，2004.

［5］古天龍，蔡國永.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的形式化分析與設(shè)計(jì)［M］.電子工業(yè)出版社，2003.