摘 要：軟件工程專業(yè)課程具有工程特性，需要針對實(shí)際的問題進(jìn)行分析、評估，從而解決問題。如果按傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行該類課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，而且從課堂上學(xué)到的東西主要是相關(guān)的軟件工程知識(shí)，而學(xué)生的能力沒有得到提高。新時(shí)代、新工科，我們的教育側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力，在這樣的思想指導(dǎo)下，作者在“軟件測試技術(shù)”課程教學(xué)中嘗試了問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：軟件工程；軟件測試；問題驅(qū)動(dòng)；教學(xué)模式；課程改革；新工科

一、探索的背景

軟件工程專業(yè)課程（如軟件測試、軟件項(xiàng)目管理、軟件過程管理等）的教學(xué)工作一直以來是軟件工程、計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)教學(xué)的一個(gè)難題。一方面，學(xué)生缺乏良好工程概念和項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，甚至教師自身也缺乏工程經(jīng)驗(yàn)；另一方面，學(xué)生對這些專業(yè)課不重視，他們更看重所謂的硬實(shí)力——“編程能力”的培養(yǎng)，在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和語言類課程上投入比較大，這類課程的學(xué)習(xí)效果也容易顯現(xiàn)出來，甚至效果立竿見影，而專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果不容易顯現(xiàn)出來，學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感不強(qiáng)，從而造成學(xué)生不愿意在這些課程上投入。投入越不夠，學(xué)習(xí)效果就越不能顯現(xiàn)，從而造成一種錯(cuò)覺，感覺學(xué)不學(xué)沒什么影響。這樣的問題，通過在大學(xué)上課的場景對比得到部分驗(yàn)證，也從最近兩屆全國大學(xué)生測試大賽的不理想成績上得到驗(yàn)證。

興趣是學(xué)習(xí)的原動(dòng)力，為了提高學(xué)習(xí)效果，首先會(huì)想到“如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣”；其次，學(xué)習(xí)始終是學(xué)生自己的事情，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體也勢在必行。例如，大學(xué)任何一個(gè)專業(yè)的學(xué)生，當(dāng)初學(xué)習(xí)的起點(diǎn)是基本一致的，處在相同的學(xué)習(xí)環(huán)境中，教他們的教師也是完全一樣的，但到了高年級(jí)之后，這些學(xué)生之間的差距卻很大，這也說明學(xué)習(xí)主要取決于學(xué)生自己。為了改善教學(xué)效果，教師們也做了不少嘗試，例如：

（1）采用基于案例的教學(xué)，讓理論不再抽

象，教學(xué)更加具體生動(dòng)，的確能幫助學(xué)生理解所學(xué)的內(nèi)容。

（2）通過課程實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生一面學(xué)習(xí)理論一面結(jié)合理論進(jìn)行實(shí)踐，幫助學(xué)生理解所學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)也能夠提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

（3）通過加強(qiáng)課堂互動(dòng)，能夠檢查部分學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）采用MOOC/SPOC等教學(xué)方式，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容，在課堂上有更多的交流與討論，使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)思考，有利于學(xué)生更深刻地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（5）和企業(yè)共建課程，或者引入企業(yè)師資，加強(qiáng)課程內(nèi)容的實(shí)用性，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。

這些嘗試都是有益的，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，但是這些方法還沒有徹底改變教與學(xué)的關(guān)系、讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的真正主體，課程的實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，少數(shù)學(xué)生被點(diǎn)名提問，多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性沒有被調(diào)動(dòng)出來，多數(shù)情況下學(xué)生還是被動(dòng)學(xué)習(xí)、被動(dòng)做實(shí)驗(yàn)，而且教師不是自始至終將學(xué)生的“學(xué)習(xí)能力、分析問題和解決問題的能力”作為教學(xué)的核心，側(cè)重知識(shí)和方法等講授，缺少在真實(shí)工作環(huán)境下訓(xùn)練學(xué)生，上述方法受到一定的限制。

二、高級(jí)課程需要PBL模式

愛因斯坦曾說過，提出一個(gè)問題比解決一個(gè)問題更重要。提不出問題也就沒有問題需要解決，甚至連思考都沒有，更不要說創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。相反，通過提問容易創(chuàng)建情境、會(huì)話與協(xié)作，驅(qū)動(dòng)學(xué)生建構(gòu)有意義的認(rèn)知，這就是問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PBL）模式。不像傳統(tǒng)教學(xué)——先學(xué)習(xí)理論知識(shí)再應(yīng)用知識(shí)來解決問題，PBL模式是以問題為學(xué)習(xí)起點(diǎn)，以問題為核心規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生圍繞問題尋求解決方案的一種學(xué)習(xí)方法。PBL模式中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師成為輔助角色，更像教練，輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。PBL教學(xué)模式基本操作過程如下：

（1）教師事先完成課程的設(shè)計(jì)。每次上課，根據(jù)課程進(jìn)度要求，針對知識(shí)域提出問題。

（2）讓學(xué)生以小組的形式去討論交流，進(jìn)而完成問題的分析。教師在整個(gè)過程中始終關(guān)注同學(xué)們的討論，能夠引導(dǎo)小組討論，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題（如偏離主題、對問題理解不正確等）、及時(shí)糾正，對共性問題進(jìn)行統(tǒng)一的補(bǔ)充講解。

（3）在充分討論的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生通過查資料（包括教材、網(wǎng)絡(luò)等）找到解決方案。如果有困難，教師給予啟示或解決思路的指導(dǎo)。

（4）對結(jié)果進(jìn)行評估，包括小組內(nèi)每個(gè)成員的自我評估、小組作為團(tuán)隊(duì)進(jìn)行整體自我評估和教師對小組進(jìn)行點(diǎn)評。

問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，提高學(xué)生在教學(xué)過程中的參與程度，活躍其思維，獲得良好的教學(xué)效果。根據(jù)教學(xué)效果的實(shí)驗(yàn)研究（如圖1）[1]，課堂講授的教學(xué)效果是最差的，24小時(shí)之后所學(xué)內(nèi)容只剩下5%。要達(dá)到相對好的效果，就需要分組討論、親手實(shí)踐、學(xué)以致用?；谶@項(xiàng)研究成果，相對傳統(tǒng)的教學(xué)，PBL教學(xué)模式能夠達(dá)到更好的教學(xué)效果。從學(xué)者們對認(rèn)知研究的歷史看，經(jīng)歷了四種認(rèn)知流派。

（1）行為主義（Behaviorism）：如華生的“刺激反應(yīng)說”、斯金納的“操作條件說”等；

（2）認(rèn)知主義（Cognitivism）：如加涅的信息加工理論、布魯納的學(xué)科結(jié)構(gòu)論等；

（3）建構(gòu)主義（Constructivism）：如皮亞杰的“認(rèn)知發(fā)展”理論、杜威的“做中學(xué)”理論等；

（4）連接主義（Connectivism）：維果茨基的最近發(fā)展區(qū)、恩格斯特倫的活動(dòng)理論等。

傳統(tǒng)的教學(xué)屬于早期的行為主義、認(rèn)知主義，側(cè)重講授知識(shí)、作業(yè)練習(xí)等，要求學(xué)生記憶與理解、應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)往往處在被動(dòng)過程中，教師則靠測驗(yàn)、考試等來驅(qū)動(dòng)學(xué)生來學(xué)習(xí)。PBL教學(xué)模式則屬于建構(gòu)主義和連接主義，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自我引導(dǎo)學(xué)習(xí)、做中學(xué)，而且借助發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)資源自主尋求內(nèi)容來分析問題、解決問題。如圖2所示。

三個(gè)臭皮匠頂一個(gè)諸葛亮，過程中遇到困難，小組可以討論、協(xié)商，借助集體的智慧來解決困難，而且這種過程可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。PBL教學(xué)模式更適合軟件工程專業(yè)課程（如“軟件測試”）的“高級(jí)”學(xué)習(xí)。

（1）這類課程是交叉學(xué)科構(gòu)成的復(fù)雜問題。軟件工程不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)、管理科學(xué)、數(shù)學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)等構(gòu)成的交叉學(xué)科，而且軟件系統(tǒng)本身、作用于系統(tǒng)的上下文、輸入和輸出，今天也變得越來越復(fù)雜。特別是在云服務(wù)、大數(shù)據(jù)的背景下這種復(fù)雜性更為顯著，導(dǎo)致像測試預(yù)言這類問題更具有不確定性，如圖3所示。

（2）學(xué)生的認(rèn)知能力不僅僅停留在“記憶、理解、應(yīng)用”之上，還需要“分析、評價(jià)和創(chuàng)造”等更高層的能力。

（3）基于教材和教師的指導(dǎo)，豐富的軟件工程網(wǎng)絡(luò)資源能夠滿足問題分析和解決的需求。

（4）軟件工程的知識(shí)更新很快，教材和教師都很難做到及時(shí)更新過時(shí)的知識(shí)，但互聯(lián)網(wǎng)資源能及時(shí)彌補(bǔ)這一缺陷。換句話說，學(xué)習(xí)將會(huì)是軟件工程專業(yè)的畢業(yè)生持續(xù)一輩子的事情。

從第（1）和（4）這兩點(diǎn)看，采用這種PBL模式也是必要的。

三、PBL在軟件測試課程中的應(yīng)用

PBL教學(xué)模式的課程問題設(shè)計(jì)服務(wù)于課程的教學(xué)目標(biāo)，從教學(xué)實(shí)際情況出發(fā)，由淺入深，激發(fā)每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、分析問題和解決問題的潛力，更有效地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。這里以“軟件測試”課程為背景進(jìn)行講解，對其他專業(yè)課程同樣具有很好的借鑒作用。

（1）課程問題設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)性，覆蓋課程全部的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，可以采用思維導(dǎo)圖方式來設(shè)計(jì)，見參考文獻(xiàn)[2]最后附的“全書內(nèi)容及教學(xué)指導(dǎo)概覽”。雖然軟件開發(fā)與測試的新技術(shù)層出不窮，研發(fā)環(huán)境變化也快，但是關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)是相對穩(wěn)定的，基于關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的問題也就相對穩(wěn)定，學(xué)生在分析問題和解決問題時(shí)只是需要考慮技術(shù)和環(huán)境的變化。這樣，每學(xué)年課程設(shè)計(jì)改動(dòng)不大，教師工作量不太大，而上下文的變化驅(qū)使學(xué)生思考更多，更加積極采用新技術(shù)，這樣的場景更適合問題驅(qū)動(dòng)，進(jìn)一步凸顯“學(xué)生是學(xué)習(xí)的中心”。同時(shí)，雖然問題設(shè)計(jì)要盡可能照顧到全班同學(xué)，但還是要設(shè)定相對偏高的難度，對大多數(shù)學(xué)生要具有挑戰(zhàn)性，有挑戰(zhàn)，才有鍛煉。這部分難度設(shè)計(jì)和難點(diǎn)的選擇，可以從業(yè)界調(diào)查數(shù)據(jù)和相關(guān)分析中獲得。

（2）可以通過場景設(shè)計(jì)導(dǎo)入問題。我們常采用“講故事、提問、做游戲、現(xiàn)場演示”等方式來完成場景設(shè)計(jì)以導(dǎo)入問題。像軟件測試，往往就可以從質(zhì)量事故開始，如奔騰芯片浮點(diǎn)計(jì)算缺陷、歐洲阿麗亞娜5型火箭發(fā)射后40秒鐘火箭爆炸、1999年火星探測器在試圖登陸火星表面時(shí)墜毀等。故事背后就隱藏著未解決好的問題，從而引導(dǎo)出問題?，F(xiàn)場演示精選的某款軟件（帶特定缺陷的），讓學(xué)生觀察整個(gè)運(yùn)行過程，引導(dǎo)學(xué)生捕捉異?，F(xiàn)象，然后自然呈現(xiàn)出問題。軟件測試的提問（questions）設(shè)計(jì)相對簡單一些，可以直接提出一系列問題（如圖4所示）：為什么要測它？測什么？哪些要重點(diǎn)測？如何測？如何評估測試效果……

（3）如何引導(dǎo)學(xué)生討論問題。首先要讓學(xué)生清楚“問題是什么”，如果問題不清楚，鼓勵(lì)學(xué)生提出來，教師再換一種方式重新闡述問題。其次，讓學(xué)生了解這個(gè)過程，先討論什么后討論什么。例如，開始討論時(shí)，學(xué)生主要采用“頭腦風(fēng)暴”方法來收集影響問題的各種因素。任何一個(gè)學(xué)生有想法，不管對錯(cuò)與否，都可以大膽地提出來，相互碰撞、相互啟發(fā)，產(chǎn)生新的想法。在討論過程中也要注意傾聽，等其他同學(xué)說完再發(fā)言，鼓勵(lì)學(xué)生采用舉手方式進(jìn)行有序的討論，避免無序討論，杜絕出現(xiàn)混亂的爭吵局面。

（4）分析問題。分析問題的能力是大學(xué)培養(yǎng)的核心能力，PBL教學(xué)模式不僅使學(xué)生主動(dòng)參與分析，而且提供了更多的時(shí)間和空間來訓(xùn)練學(xué)生這方面能力。通過頭腦風(fēng)暴等收集到的信息、數(shù)據(jù)需要整理、歸納與分類；歸納后可能發(fā)現(xiàn)之前頭腦風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)缺失，要求學(xué)生演繹出所缺失部分；借助因果圖、親和圖、系統(tǒng)圖、矩陣圖等定性地分析問題；借助抽樣調(diào)查、概率統(tǒng)計(jì)、散布圖、直方圖等定量地分析問題。

（5）解決問題。對學(xué)生來說，要正確運(yùn)用一些正在學(xué)習(xí)的新知識(shí)、新方法，的確有較大的挑戰(zhàn)。所幸的是，教師、教材還依舊在那里，學(xué)生可以參考教材的方法、獲取網(wǎng)絡(luò)資源以來解決問題，解決過程中遇到困難時(shí)可以尋求教師的指導(dǎo)和幫助，也可以向?qū)I(yè)社區(qū)求助，以得到相應(yīng)的解決方案。教師擺出的問題是特定的，學(xué)生可以參考通用的方法，但無法抄襲，不能作弊；教師也要注意提醒學(xué)生們不要生搬硬套。在解決問題過程中，會(huì)碰到新的問題，促使學(xué)生持續(xù)的探索和研究。新的問題，可能會(huì)超出教材，這時(shí)又會(huì)促使學(xué)生尋找新的資源，不斷提高自我學(xué)習(xí)能力。

（6）評估與反思。當(dāng)某個(gè)小組上臺(tái)（或站起來）介紹分析和解決問題過程時(shí)，了解自己做得好、做得不好的地方，相當(dāng)于完成了自我評估；然后，教師進(jìn)行點(diǎn)評，并讓其他各個(gè)小組（選一個(gè)代表）對該組進(jìn)行評估、打分，類似360度評估方法。這個(gè)過程，學(xué)生容易相互示好，但教師在現(xiàn)場，就能及時(shí)糾正這樣不正之風(fēng)，引導(dǎo)學(xué)生積極、正確地評估對方小組。評估過程中，重點(diǎn)要讓學(xué)生反思過去做得不夠好的地方，討論如何改進(jìn)。

（7）由淺入深。PBL教學(xué)模式更要強(qiáng)調(diào)由淺入深、循序漸進(jìn)，逐步深入各個(gè)難點(diǎn)。這樣做，避免PBL教學(xué)實(shí)施一開始就擱淺，同時(shí)學(xué)生的能力逐步得到提升與檢驗(yàn)。例如單元測試（UT）從一段代碼、一個(gè)函數(shù)開始，然后到一個(gè)類、完整的包（package），再從動(dòng)態(tài)測試到靜態(tài)測試、從傳統(tǒng)的UT到測試驅(qū)動(dòng)開發(fā)實(shí)踐（TDD、ATDD或BDD），逐步深入下去，直到覆蓋關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

概括起來，PBL教學(xué)模式體現(xiàn)了以下幾項(xiàng)要素：具有挑戰(zhàn)的且為真實(shí)的問題、持續(xù)探究的學(xué)生、作為學(xué)習(xí)主體的學(xué)生（認(rèn)真聽取他們的聲音，給予反饋和評估）、不斷反思的自我評估、可共享/分享的成果等。一個(gè)最小的、完整的PBL教學(xué)過程就是一個(gè)問題的分析和解決的過程。

四、教學(xué)效果與結(jié)論

從2012年就開始嘗試問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，至今已有6年，取得了良好的教學(xué)效果。從出勤率看，同專業(yè)班級(jí)，一般只有70%的出勤率；而采用PBL教學(xué)模式，出勤率高達(dá)95%，深受學(xué)生歡迎。從課程成績看，學(xué)生的平均成績逐年提高、均分差逐步縮小。從用人單位反饋看，學(xué)生對軟件測試的掌握更加扎實(shí)，到了公司熟悉業(yè)務(wù)后就基本能獨(dú)立工作。

PBL教學(xué)模式實(shí)施時(shí)，不要完全固化于形式，而是改變過去的教學(xué)思維，教師重新定位自己的角色——教練式導(dǎo)師，在問題驅(qū)動(dòng)下幫助學(xué)生完成“做中學(xué)”。在問題分析與解決過程中，教師在旁邊觀察，發(fā)現(xiàn)問題可以記下來，不一定需要及時(shí)指出來，讓學(xué)生犯錯(cuò)，從錯(cuò)誤中吸取教訓(xùn)，印象深刻，學(xué)生更能學(xué)到東西。等學(xué)生完成之后，教師再點(diǎn)評——指出學(xué)生犯了什么錯(cuò)誤、為什么會(huì)犯這類錯(cuò)誤、如何糾正錯(cuò)誤、如何預(yù)防錯(cuò)誤等。如果需要，再讓學(xué)生重做一次，觀察改進(jìn)的效果。

PBL教學(xué)模式可以讓每個(gè)學(xué)習(xí)者參與（學(xué)習(xí)）其中，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性，著重構(gòu)建積極的、上下文驅(qū)動(dòng)的、開放的、協(xié)作的學(xué)習(xí)環(huán)境。對于像軟件測試這樣的“高級(jí)”課程，正需要這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境，才能使學(xué)生獲得“分析、評估和創(chuàng)造”的能力。不斷鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑假定，摸清環(huán)境，分析所處的各種條件，加強(qiáng)推理分析，提高學(xué)生批判性思維、系統(tǒng)性思維能力。

問題來自于他人的實(shí)際工作，但可以讓學(xué)生將書本上的知識(shí)和現(xiàn)實(shí)世界中的問題連接起來，明晰所學(xué)方法的應(yīng)用場景，真正做到學(xué)以致用。問題不是用來學(xué)習(xí)的，而是用于模擬真實(shí)的工作環(huán)境，構(gòu)建實(shí)實(shí)在在的分析和解決問題的過程，從而讓學(xué)生獲得真實(shí)體驗(yàn)，構(gòu)建自己的軟件工程技能。這種技能也不局限于本課程的知識(shí)和能力，還包括溝通能力、表達(dá)能力和自學(xué)能力。問題成為紐帶，促進(jìn)學(xué)習(xí)者之間的強(qiáng)有力的合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] David A. Sousa. How the brain Learns[M]. National Training Laboratories of Alexandria， Corwin Press， 2005.

[2] 朱少民. 軟件測試——基于問題驅(qū)動(dòng)模式[M]. 北京： 高等教育出版社，2017.

[責(zé)任編輯：余大品]