鄭志勇　王丹

［摘 要］課程團隊分析了當前軟件測試行業(yè)對人才需求的趨勢，指出一些高校軟件測試課程在培養(yǎng)學生解決復雜工程問題方面能力不足的現(xiàn)狀，并在提升培養(yǎng)目標、“產(chǎn)學研”融合、構(gòu)建校企合作的教學實訓平臺、采用科學的考核模式和評價方式等方面進行了實踐。近三年畢業(yè)生對課程教學效果的反饋表明，該課程培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力的效果良好。

［關鍵詞］軟件測試；解決復雜工程問題能力培養(yǎng)；教學案例

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）04-0061-04

隨著信息技術(shù)高速發(fā)展，線上銀行、辦公、購物、約車、社交和短視頻等軟件，已經(jīng)深入國民經(jīng)濟和社會生活中的每一個角落，改變了人們的生產(chǎn)、生活方式。大家對這些軟件的依賴性越來越強，軟件質(zhì)量成為能否保障社會生產(chǎn)生活正常運轉(zhuǎn)的重要因素之一。軟件測試作為軟件質(zhì)量保障的重要手段，貫穿軟件的全生命周期，需要軟件測試的從業(yè)人員具備較強的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。目前絕大多數(shù)高校的計算機類專業(yè)都開設了軟件工程課程，其中軟件測試學時占比較大，有的學校甚至直接開設了軟件測試課程。然而，培養(yǎng)的一些畢業(yè)生仍然不能滿足企業(yè)的要求，尤其在面對復雜工程問題的時候，一些學生無從下手，解決問題能力不足[1]?！豆こ探逃J證標準》提出，復雜工程問題應以“綜合性、深度性、沖突性”為核心[2]。朱露等將解決復雜工程問題的過程分為發(fā)現(xiàn)問題、表征問題、設計方案、實施方案、反思與評價五階段[3]。目前軟件測試課程教學主要講授軟件測試基本理論和方法，難以在教學中構(gòu)建復雜問題場景，故很難發(fā)現(xiàn)復雜問題，表征問題方法的運用也只能停留在很淺的層次，設計方案、實施方案、反思與評價的過程也只能簡單進行教學，學生體會不深刻，影響了學生軟件測試能力的培養(yǎng)。軟件測試的實踐性很強，技術(shù)也在不斷更新，但一些教師沒有接受過專門的軟件測試技術(shù)訓練，工程實踐經(jīng)驗不足，也沒有辦法構(gòu)建“綜合性、深度性、沖突性”的復雜工程問題場景，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力更無從談起。因此，有必要對軟件測試課程的教學內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)以及考核方式進行改進。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

目前，很多教師根據(jù)軟件測試課程的特點，針對學生解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的方法，探索了諸多路徑，并在教學中進行了實踐，取得了一些不錯的成果。鞠小林等針對軟件測試課程案例庫構(gòu)建任務，分析其在案例選擇、實踐環(huán)境組建和教學方案實施過程方面存在的問題，探討軟件測試課程實踐環(huán)節(jié)融合“產(chǎn)業(yè)”“教學”“學術(shù)研究”三個維度的教學思想，闡述測試案例庫的構(gòu)建要素以及實踐環(huán)境搭建方法[4]。王鑫便等針對目前軟件測試課程教學中學生學習目的性不強、教學考核方式單一等問題，提出采用OBE教育模式對軟件測試課程進行教學改革，闡述對軟件測試課程的整個教學方案進行反向設計的過程，從課程的教學目標、內(nèi)容設計、考核方式等方面進行了改革探索和實踐[5]。向尕等以產(chǎn)出為導向，分析目前軟件工程課程實踐教學中存在的問題與不足，從用人單位對畢業(yè)生核心能力的要求出發(fā)，聚焦解決復雜工程問題能力培養(yǎng)，提出基于項目驅(qū)動的軟件工程實踐教學改進方法[6]。呂友波等基于工程教育認證背景下實踐教學環(huán)節(jié)改革發(fā)展趨勢，從培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力入手，提出了課程設計改革實施方案[7]。

培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，是工科專業(yè)的核心培養(yǎng)目標。該能力的培養(yǎng)需要多門課程的理論教學和工程實踐有機結(jié)合，通過形成知識圖譜的實踐培養(yǎng)路徑來形成合力。軟件測試作為軟件工程專業(yè)的基礎課程，在培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力中，更應扛起重擔。

二、改革內(nèi)容

軟件測試理論不僅用于具體的軟件測試工作，還應用于軟件開發(fā)過程和質(zhì)量管理。通過軟件測試理論課程的學習，學生應能夠綜合運用本門和其他課程的理論知識和技術(shù)對軟件的缺陷進行查找和追蹤，能運用一定深度的理論、方法以及工具對問題進行推理、分析，并最終將其有效解決。復雜工程問題場景的呈現(xiàn)，是培養(yǎng)學生能力的關鍵。本課程主要在以下四方面進行了改革。

（一）提升培養(yǎng)目標

第一，要跳出課程看專業(yè)。將培養(yǎng)軟件測試工程師的目標轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)高級軟件工程師的目標，扭轉(zhuǎn)學生對這門課“重開發(fā)，輕測試”的思想認識，使其從思想上重視這門課程在專業(yè)中的地位。

第二，要進行多視角下的課堂教學。同一個教學案例，可以從軟件測試的角度去介紹，也可以從軟件開發(fā)或基于不同需求對軟件項目管理要求的角度去講解，組織小組討論，提高學生的參與度，實現(xiàn)多視角下的軟件測試課堂教學。

第三，在案例教學過程中，除了讓學生找出軟件的bug（漏洞），還要讓學生總結(jié)和分析bug產(chǎn)生的原因、bug的解決方案，以及程序員思考問題的習慣導致的在其開發(fā)的其他模塊中也出現(xiàn)類似缺陷的風險。

（二）“產(chǎn)學研”融合

在實際的軟件開發(fā)、管理過程中會出現(xiàn)很多復雜工程問題，從中精選符合學生認知、適合教學的案例素材融入教學內(nèi)容的設計，精心地組織教學過程，啟發(fā)學生提出復雜的問題，并引導學生結(jié)合所學內(nèi)容，嘗試性地尋求問題的答案，形成一條龍的“產(chǎn)學研”實踐案例。教師在教學的同時，對實踐教學進程進行跟蹤，結(jié)合學生的行為數(shù)據(jù)、活動軌跡，也能夠發(fā)現(xiàn)很具體的、較復雜的工程問題場景，這些問題的解決過程和方式方法，反過來也能夠為企業(yè)和科研中出現(xiàn)的問題作參考，做到產(chǎn)業(yè)、教學、科研互通，真正地培養(yǎng)學生解決實際復雜工程問題的能力。下面介紹兩個教學案例，案例一為優(yōu)秀畢業(yè)生分享的解決軟件測試復雜工程問題的場景，案例二為教師本人科研當中出現(xiàn)的解決復雜問題的場景。

案例一：某知名互聯(lián)網(wǎng)大廠的酒店業(yè)務高性能網(wǎng)關優(yōu)化實踐。近年來，酒店采用DDD技術(shù)架構(gòu)，一直在對以往的業(yè)務進行調(diào)整。其中核心領域的團隊將各自的“應用層”統(tǒng)一交給下游網(wǎng)關團隊，組成統(tǒng)一的應用層。這種由多個網(wǎng)關合并成大前臺（酒店業(yè)務網(wǎng)關）的模式帶來的好處是核心系統(tǒng)邊界清晰明了，但是在實際業(yè)務運轉(zhuǎn)中，出現(xiàn)了業(yè)務網(wǎng)關吞吐性能變差的問題。對問題進行詳細分析發(fā)現(xiàn)：Servlet與業(yè)務邏輯雖說是同一個線程，但高峰期流量上漲，尤其到流量尖峰的時候，Servlet 容器線程被阻塞，服務的吞吐量就會明顯下降，由此得到問題的根源所在：（1）CPU 資源大量浪費在阻塞等待上，資源利用率低；（2）為了增加并發(fā)度，會引入更多額外的線程池，隨著 CPU 調(diào)度線程數(shù)的增加，會導致更嚴重的資源爭用，上下文切換占用 CPU 資源；（3）線程池中的線程都是阻塞的，硬件資源無法充分利用，系統(tǒng)吞吐量容易達到瓶頸。

有效的解決方案：基于響應式編程模型，使用異步非阻塞式 I/O，可以更高效地處理并發(fā)請求，提高應用程序的吞吐量和響應速度。解決后的效果：單機可支持 QPS上限從100提升至200，吞吐量性能上限提升100%，資源成本下降一半。

案例二：飛機地面試驗429總線信號出現(xiàn)“毛刺現(xiàn)象”的問題案例。在某北方飛機試驗場所的地面鐵鳥臺某項試驗中，大氣仿真計算機通過ARINC429總線輸出的信號“間斷性”不正確，通過大量的軟件測試定位并用示波器對信號進行抓取，發(fā)現(xiàn)信號是不規(guī)則的方波信號，噪聲很大，毛刺現(xiàn)象非常明顯，導致接收信號的設備無法對信號“高”“零”“低”三種電平狀態(tài)進行識別。經(jīng)長時間的觀察發(fā)現(xiàn)，該問題在白天進行的試驗中幾乎不出現(xiàn)，而是通常在晚上加班進行的試驗中出現(xiàn)，測試人員的解決方法通常是暫時擱置出現(xiàn)問題的試驗，下班后關掉設備，第二天上班再完成這一部分的試驗。參與飛機地面鐵鳥臺試驗的系統(tǒng)設計單位以及各個飛機成品廠各有二三十家，所涉及的各個子系統(tǒng)也有七八種，有很多成品廠在別的機型（設計單位在不同城市）都沒有出現(xiàn)該問題，而且該問題在秋冬季節(jié)出現(xiàn)的概率大。有一天某測試人員與一個研究電磁波的人探討起這個問題，后者分析認為，北方在供暖期間空氣干燥，容易產(chǎn)生靜電，參與試驗的設備經(jīng)過一天運轉(zhuǎn)，到了晚上尤其容易產(chǎn)生信號干擾。測試人員最終將各參試設備共同接地，并加大信號傳輸線的屏蔽保護層后，問題成功解決。通過學習該案例，學生了解了解決實際復雜工程問題的全過程，培養(yǎng)了表達能力、發(fā)散性思維和與他人溝通尋求幫助的能力。

（三）構(gòu)建校企合作的教學實訓平臺

學院引進上海澤眾軟件科技有限公司的軟件測試平臺，成立企業(yè)級軟件測試實驗室，聘請企業(yè)導師，組織教師參與行業(yè)內(nèi)權(quán)威企業(yè)在全國范圍內(nèi)主辦的師資培訓活動，獲得相應的資格培訓證書。課程實驗、實踐教學也通過該平臺實施，幫助學生對復雜工程問題的解決過程有更深、更直接的體會。

（四）采用科學的考核模式和評價方式

課程考核除了期末考試，還將過程性考核納入考核成績中，并適當增加比重。課程考核成績由平時成績和期末考核成績共同決定，其中平時成績由課后作業(yè)、課堂表現(xiàn)、實驗、大作業(yè)等綜合評定。

大作業(yè)是模擬公司項目組的工作模式，將3～4名學生組成一個小組，組長按照崗位角色分配任務、進度控制和質(zhì)量監(jiān)督。大作業(yè)安排在期末前兩周進行，此時正好是學生畢業(yè)設計答辯結(jié)束準備離校的時間，選取學生的畢業(yè)設計作品作為被測的軟件，通過對作品進行測試發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，把這些缺陷正確表征出來并設計實施解決方案，最后再進行反思與評價。

該作業(yè)將任務分配到各組，對學生成績考核需考慮整個小組任務完成情況、學生的態(tài)度和表現(xiàn)，以及組內(nèi)每個人發(fā)揮的作用、組內(nèi)互評和集體答辯表現(xiàn)等方面對學生進行綜合評價。

三、課程改革效果

為了培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，軟件測試課程團隊自2018年進行教學改革以來，一直在征集優(yōu)秀畢業(yè)生在研發(fā)軟件產(chǎn)品過程中出現(xiàn)的復雜問題案例，結(jié)合教師研究或開發(fā)的項目凝練出適合用于教學的復雜問題案例[8]，用來支持課程教學。課程改革效果良好，學生連續(xù)五年評價教師的教學水平為優(yōu)秀，課程負責人被學生評為校級“我最喜愛的任課教師”。

對軟件工程專業(yè)近三年畢業(yè)生進行線上問卷調(diào)查，設置如下問題：（1）軟件測試課程對當前從事的工作是否有幫助？（2）課程案例對理解復雜工程問題是否有幫助？（3）軟件測試課程對解決實際復雜工程問題能力培養(yǎng)是否有幫助？

一共收到152名畢業(yè)生的反饋，結(jié)果見圖1。

從調(diào)查結(jié)果來看，94%以上的學生認為軟件測試課程對當前從事的工作有幫助，講授的課程案例對他們理解復雜工程問題有很大的幫助，對培養(yǎng)他們解決實際工程復雜問題的能力很有好處。

四、結(jié)語

學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)，本身就是一個復雜的問題，需要整個專業(yè)課程群進行聯(lián)動，才有可能形成合力。專業(yè)課教師，除了進行正常的教學內(nèi)容的設計之外，還要了解行業(yè)發(fā)展趨勢、緊跟專業(yè)技術(shù)的步伐，要將自己的研究成果融入課程教學中，與本專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生保持緊密聯(lián)系，不斷地征集他們在生產(chǎn)或研發(fā)過程中出現(xiàn)的適合教學用的復雜問題場景，從中凝練出特色的教學案例，并將其充實到課程教學中，為螺旋式培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力提供支撐。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 林健.如何理解和解決復雜工程問題：基于《華盛頓協(xié)議》的界定和要求［J］.高等工程教育研究，2016（5）：17-26.

[2] 中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會.工程教育認證標準：T/CEEAA 001—2022[S].北京：中國標準出版社，2023.

[3] 朱露，唐浩興，胡德鑫，等.工科本科生解決復雜工程問題能力評價模型[J].高等工程教育研究，2023（4）：86-99.

[4] 鞠小林，陳翔，文萬志，等.“產(chǎn)教研”融合的軟件測試課程案例庫構(gòu)建[J].計算機教育，2019（3）：121-125.

[5] 王鑫便，劉仰光，程萍，等.基于OBE的軟件測試課程教學改革探索[J].計算機教育，2020（5）：97-101.

[6] 向尕，康海燕，孫璇.面向解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的軟件工程實踐教學探索[J].計算機教育，2021（10）：161-165.

[7] 呂友波，蘇曉東，秦相林，等.面向解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的計算機課程設計改革[J].黑龍江科學，2022，13（11）：162-164.

[8] 鄭志勇，張翼飛，王丹.注入航空特色的軟件測試課程改革與實踐[J].高教學刊，2021，7（28）：145-148.

［責任編輯：雷 艷］