武星 杜亞洲 羅瑩 王偉東

摘要：隨著國家信息建設(shè)的高速發(fā)展，軟件已經(jīng)成為人們生活中必不可少的組成部分，軟件開發(fā)能力作為信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生的最基本的應(yīng)用型技能，是專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重點。為滿足應(yīng)用型本科院?！盾浖_發(fā)與設(shè)計》課程的教學(xué)要求，在當(dāng)前課程教學(xué)的基礎(chǔ)上實踐部分教學(xué)采用項目驅(qū)動教學(xué)法，應(yīng)用統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language，UML）貫穿課程，旨在建立和完善課程的教學(xué)方法和教學(xué)邏輯，探索建立以學(xué)生為核心的實踐教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：軟件開發(fā)與設(shè)計；案例教學(xué)法；項目驅(qū)動教學(xué)法；統(tǒng)一建模語言；應(yīng)用型本科

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）29-0077-03

1 引言

隨著國家信息建設(shè)的高速發(fā)展，軟件已經(jīng)成為人們生活中必不可少的組成部分，軟件開發(fā)的需求量也在逐年增長[1]?！盾浖_發(fā)與設(shè)計》是信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)（以下簡稱信管專業(yè)）的專業(yè)課程。課程全面覆蓋本科院校信管專業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)類課程，有機地將軟件開發(fā)編程與軟件過程管理相結(jié)合設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)。根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方針，學(xué)生學(xué)習(xí)軟件開發(fā)技術(shù)是奠定從事信管類工作的基礎(chǔ)。此次教學(xué)改革引入項目驅(qū)動教學(xué)法和統(tǒng)一建模語言UML的元素為主要教學(xué)改革內(nèi)容，通過UML形式化建模對軟件構(gòu)建過程進行描述，加強學(xué)生軟件設(shè)計的實踐能力，要求學(xué)生以團隊形式開發(fā)項目，以此實現(xiàn)《軟件開發(fā)與設(shè)計》培養(yǎng)學(xué)生掌握軟件開發(fā)基礎(chǔ)技能的教學(xué)目標。

2 《軟件開發(fā)與設(shè)計》課程教學(xué)改革的必要性

《軟件開發(fā)與設(shè)計》課程所涉及的技術(shù)層面繁多，且對技術(shù)掌握的熟練程度較高，在實際的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，這門課程具有專業(yè)性強、實踐性高、規(guī)模大的特點。目前課程教學(xué)中大多采用案例式教學(xué)法，傳統(tǒng)的講授可以將軟件構(gòu)建理論和軟件編碼的知識點進行突出，學(xué)生對軟件的建模工具的使用很有興趣，可以遵循案例繪制出建模的圖例，但是在上機實踐過程中，面對獨立的項目學(xué)生往往過于注重編碼實現(xiàn)的部分，而不能很好地對項目中的軟件分析和建模，表現(xiàn)為教學(xué)過程理論和實踐脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生對課程缺乏興趣，學(xué)生脫離案例之后不具備獨立構(gòu)想、設(shè)計、開發(fā)軟件的能力。

《軟件開發(fā)與設(shè)計》是一門要求學(xué)生掌握軟件開發(fā)的課程，在軟件定義中，軟件包括兩個部分：程序和文檔，而在傳統(tǒng)教學(xué)過程中只采用案例式教學(xué)法[2]。單一的案例往往會束縛學(xué)生的思維，且不能有效地考核學(xué)生獨立設(shè)計開發(fā)軟件的分析能力、建模能力和編碼能力，導(dǎo)致在課程理論知識與實踐結(jié)合不緊密，主要表現(xiàn)在以下三個方面：

2.1 教學(xué)手段不利于培養(yǎng)計算思維

計算思維是運用計算機科學(xué)解決實際問題的思維活動[3-4]。在信管專業(yè)學(xué)生課程學(xué)習(xí)過程中任課老師平時并不會刻意提出計算思維的概念。課程現(xiàn)狀表現(xiàn)為授課教師根據(jù)課程安排選擇一個與課程相關(guān)的軟件項目案例，分析案例軟件的實現(xiàn)過程，學(xué)生通過仿照案例撰寫文檔和編碼實現(xiàn)，這樣的教學(xué)手段會導(dǎo)致學(xué)生思維硬化，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨立學(xué)習(xí)和思考怎么來實現(xiàn)“獲取需求-構(gòu)建模型-編碼實現(xiàn)”的軟件開發(fā)步驟。傳統(tǒng)教學(xué)方式容易固化學(xué)生思維模式，不能夠有效地去培養(yǎng)學(xué)生形成良好的計算思維和發(fā)揮學(xué)生獨立設(shè)計和開發(fā)軟件系統(tǒng)的想象力，因此《軟件開發(fā)與設(shè)計》課程在基本的案例講解后，需要由學(xué)生參與項目動手實踐，從而培養(yǎng)學(xué)生動手實現(xiàn)能力和計算思維的應(yīng)用能力。

2.2 學(xué)生獨立開發(fā)能力差

課程一般以案例教學(xué)作為主要內(nèi)容，最終限制學(xué)生思維拓展失去學(xué)習(xí)興趣。經(jīng)過這樣機械式學(xué)習(xí)的學(xué)生，當(dāng)遇到實際問題需要開發(fā)軟件時仍會存在大量的問題，如：

1）軟件需求不知道如何獲取

軟件需求獲取是整個軟件開發(fā)的基石，需求獲取不清晰或不完整則會導(dǎo)致軟件項目失敗。而只學(xué)習(xí)案例的學(xué)生不了解如何獲取需求和描述需求，導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)效果不佳。

2）軟件模型不知道如何建立

軟件建模是降低開發(fā)風(fēng)險的有效措施，復(fù)雜系統(tǒng)一般不能直接物理實現(xiàn)，軟件建模就是幫助學(xué)生理解和設(shè)計軟件的關(guān)鍵步驟，僅學(xué)習(xí)案例往往不足以學(xué)生掌握軟件建模工具缺乏實踐。

3）軟件編碼不知道如何實現(xiàn)

課程涉及技術(shù)層面較多，對學(xué)生知識的掌握程度較高。目前教學(xué)現(xiàn)狀中，代碼與設(shè)計相脫離，課程前后難以銜接，學(xué)生缺乏由模型構(gòu)建代碼的編碼能力。

2.3 教學(xué)內(nèi)容條理不清晰

軟件開發(fā)的一般流程包括需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計、編碼實現(xiàn)、軟件測試、軟件交付等步驟[5]。理論課程與實驗課程的比例為1：4，在較短的理論課時的前提下，教學(xué)中對軟件開發(fā)過程的每一步的步驟如何執(zhí)行和細化條例不夠清晰，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只能對照課程中的案例去了解開發(fā)流程中的每一項的輸入項和輸出項是什么，但是要求學(xué)生獨立完成每一步的步驟時，仍有很多細節(jié)沒有完全掌握。

3 統(tǒng)一建模語言概述

應(yīng)用統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language，UML）到課程當(dāng)中輔助學(xué)生去理解軟件開發(fā)過程中各個環(huán)節(jié)的教學(xué)改革方法。UML是面向?qū)ο笤O(shè)計的建模工具，獨立于任何具體程序設(shè)計語言[6-7]。UML是一種面向?qū)ο蟮慕７椒?，支持可視化建?[8]。因此，應(yīng)用UML可以增加課程的交互性，有利于提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。UML模型能夠貫穿于整個軟件開發(fā)的過程中，是軟件開發(fā)人員獲取系統(tǒng)需求、分析和設(shè)計等活動中的有效手段。應(yīng)用UML的優(yōu)勢在于在開發(fā)流程在每個步驟中使用UML建模幫助學(xué)生梳理整個課程學(xué)習(xí)過程中的邏輯和條理，其次UML建模能夠很好地理解軟件如何用戶需求中抽象出軟件的整體架構(gòu)，而且在物理實現(xiàn)部分同樣可以使用UML中的模型。UML主要圖例結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 《軟件開發(fā)與設(shè)計》教學(xué)改革策略

針對目前課程設(shè)計當(dāng)中存在的不合理問題，主要從教學(xué)方式、教學(xué)案例及項目選取及UML輔助教學(xué)等視角進行教學(xué)改革探索。

4.1 案例教學(xué)法及項目驅(qū)動教學(xué)法

目前在《軟件開發(fā)與設(shè)計》課程中案例教學(xué)法在教學(xué)過程中主要體現(xiàn)在：課程的知識講解中引用實際的軟件系統(tǒng)案例——教學(xué)系統(tǒng)管理平臺，使用該平臺的初衷在于更貼近學(xué)生，但是單一的案例局限性較高，教師對案例進行分析和編碼教學(xué)，學(xué)生可以基本掌握該案例的設(shè)計、開發(fā)和文檔的實操過程。但是脫離課程案例和教師指導(dǎo)，學(xué)生自行設(shè)計和開發(fā)軟件則會出現(xiàn)實踐能力不足的情況。案例教學(xué)法的仍有相應(yīng)的優(yōu)勢——若選取的案例能夠使學(xué)生共鳴則能起到促進作用，因此課程教學(xué)改革仍保留使用案例教學(xué)法。

項目驅(qū)動教學(xué)法的教學(xué)過程以學(xué)生為核心，教師作為指導(dǎo)的角色。教學(xué)法表現(xiàn)為學(xué)生發(fā)揮獨立思考能力和創(chuàng)新能力，以小組的形式擬定項目。小組的形式能夠考驗學(xué)生的適應(yīng)團隊開發(fā)環(huán)境，鍛煉團隊協(xié)作能力。以項目驅(qū)動學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)課程知識，獨立開發(fā)組織、設(shè)計和開發(fā)軟件。

項目驅(qū)動和案例教學(xué)法相結(jié)合能夠有效地解決了傳統(tǒng)課程教學(xué)中不利于計算思維培養(yǎng)的問題和學(xué)生獨立開發(fā)能力差的問題，課程安排中教師在理論教學(xué)部分采用案例教學(xué)法，使用具體案例引入理論知識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在實踐教學(xué)部分采用項目驅(qū)動教學(xué)法，由學(xué)生分組選擇實際的項目，動手實操加強理論知識掌握，鍛煉學(xué)生的獨立開發(fā)能力，二者相得益彰從而提高課程教學(xué)水平。

4.2 案例教學(xué)法案例選擇標準

目前使用教學(xué)管理系統(tǒng)平臺作為案例學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對系統(tǒng)功能需求理解不夠透徹，案例選取不當(dāng)會降低課程教學(xué)效果。因此案例的選取應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實際情況選取，選取的標準應(yīng)該分為以下幾個方面：

1） 案例能夠與課程內(nèi)容安排相契合，能夠?qū)咐浖c軟件生命周期的各階段對應(yīng)，實現(xiàn)案例完全貫穿課程的理論講解過程，有助于學(xué)生完整地學(xué)習(xí)到軟件開發(fā)各個階段的詳細內(nèi)容。

2） 案例的難度和復(fù)雜度要適中。案例難度過高或者案例過于復(fù)雜，一方面會導(dǎo)致學(xué)生理解有困難，另一方面會打擊學(xué)生的信心，降低學(xué)生的積極性。案例難度過低或者過于簡單，不能達到提升學(xué)生能力的目的，也會讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時降低興趣。因此案例的選取需要教師根據(jù)學(xué)生的接受能力動態(tài)地調(diào)整，以實現(xiàn)既能夠鍛煉學(xué)生同時還能夠讓學(xué)生學(xué)有余力。

3） 案例應(yīng)該契合學(xué)生工作學(xué)習(xí)場景。案例和學(xué)生的日常生活越接近，越能調(diào)用學(xué)生的積極性。本課程不再使用教學(xué)管理系統(tǒng)平臺，而是根據(jù)本院醫(yī)學(xué)院校的性質(zhì)和應(yīng)用型高校的宗旨，選擇電子處方軟件作為教學(xué)案例，通過生活中的案例引起學(xué)生共鳴，加深學(xué)生對知識的理解。

4.3 UML在課程中的應(yīng)用

課程包含兩個部分：理論教學(xué)部分包含基本理論和案例分析，實踐教學(xué)包括軟件設(shè)計、軟件開發(fā)和文檔編寫，UML可以貫穿整個課程過程。

首先，理論教學(xué)部分采用案例教學(xué)法：

1） 在需求分析階段，講解UML用例圖的理論知識，教師引導(dǎo)學(xué)生使用用例嘗試獲取課程案例需求，強化獲取需求能力和描述需求能力。

2） 在概要設(shè)計階段，講解UML系統(tǒng)用例圖、系統(tǒng)領(lǐng)域類圖、活動圖和狀態(tài)圖的理論知識，結(jié)合需求分析案例的系統(tǒng)架構(gòu)和概念模型。

3） 在詳細設(shè)計階段，講解UML協(xié)作圖、包圖、模塊類圖、時序圖等相關(guān)理論知識，結(jié)合系統(tǒng)模型分析案例，學(xué)生學(xué)習(xí)模塊化思想，并設(shè)計模塊間接口。

4） 在編碼實現(xiàn)階段，講解由UML類圖到編碼的實現(xiàn)理論，結(jié)合案例分析設(shè)計階段中的UML類圖使用面向?qū)ο蟮恼Z言實現(xiàn)方式。

5） 在測試階段，講解UML組件圖和協(xié)作圖的理論知識，講解不同的測試階段使用不同的UML 圖作為工作的基礎(chǔ)。學(xué)生學(xué)習(xí)參照UML圖例設(shè)計各階段測試用例，驗證案例系統(tǒng)功能的完整性。

6） 在軟件交付階段，講解部署圖的理論知識，分析案例在物理建模和部署時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

各階段所使用的UML圖例如表1所示。

其次，實踐教學(xué)部分采用項目驅(qū)動教學(xué)法：

1） 在項目需求分析階段，應(yīng)用UML用例圖描述需求，同時將對需求的描述形成需求規(guī)格說明書。

2） 在項目概要設(shè)計階段，應(yīng)用UML系統(tǒng)用例圖、系統(tǒng)領(lǐng)域類圖、活動圖和狀態(tài)圖等建立項目架構(gòu)和概念模型，形成概要設(shè)計說明書。

3） 在項目詳細設(shè)計階段，應(yīng)用UML模塊類圖、時序圖及協(xié)作圖等圖例描述系統(tǒng)架構(gòu)，此外需要對軟件數(shù)據(jù)庫建模，形成詳細設(shè)計說明書和數(shù)據(jù)庫設(shè)計說明書。

4） 在項目編碼實現(xiàn)階段，使用前端技術(shù)完成項目的界面設(shè)計和實現(xiàn)，編碼參考詳細設(shè)計中的模塊類圖，形成項目源代碼和模塊開發(fā)卷宗。

5） 在項目測試階段，應(yīng)用項目UML組件圖和協(xié)作圖等，設(shè)計測試用例，對應(yīng)UML系統(tǒng)用例驗證系統(tǒng)功能，形成項目測試計劃文檔和測試分析文檔。

6） 在項目交付階段，應(yīng)用UML部署圖，部署項目的物理模型，形成軟件配置管理計劃，用戶手冊和操作手冊。

各階段所使用的UML圖例與理論教學(xué)階段對應(yīng)，實踐教學(xué)階段性產(chǎn)出如表2所示：

課程以項目答辯作為考核手段，并撰寫項目開發(fā)總結(jié)報告。UML建模在《軟件開發(fā)與設(shè)計》課程中完整貫穿這個教學(xué)過程，應(yīng)用UML之后課程安排條理性更合理，同時每個階段有對應(yīng)國家軟件開發(fā)規(guī)范的產(chǎn)出，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范軟件開發(fā)流程。

5 結(jié)束語

綜上所述，對《軟件開發(fā)與設(shè)計》課程的改革主要以案例教學(xué)法為理論教學(xué)基礎(chǔ)，以項目驅(qū)動教學(xué)法為實驗教學(xué)基礎(chǔ)，應(yīng)用UML貫穿《軟件開發(fā)與設(shè)計》課程，旨在建立和完善課程的教學(xué)方法和教學(xué)邏輯，探索建立學(xué)生為核心，教師為輔導(dǎo)的課堂模式。建立學(xué)生主動創(chuàng)新、團隊協(xié)作實踐的教學(xué)模式。培養(yǎng)學(xué)生計算思維，形成計算思維設(shè)計和解決生活中的實際問題的良好習(xí)慣。培養(yǎng)學(xué)生良好的軟件開發(fā)規(guī)范，使用軟件工程理論結(jié)合UML建模，有條理地開發(fā)符合國家軟件開發(fā)標準的軟件系統(tǒng)。培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、開拓創(chuàng)新的理論實踐能力，對標課程應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。

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【通聯(lián)編輯：王力】