孫 耀,陳圣國,王智鋼,張海濤,張 燕

(1.金陵科技學院軟件工程學院， 江蘇 南京 211169；2.金陵科技學院， 江蘇 南京 211169)

隨著信息技術(shù)應用領域的不斷拓展，軟件產(chǎn)品規(guī)模逐漸擴大，復雜程度也逐步提高，這使具有搭建系統(tǒng)核心構(gòu)架、澄清技術(shù)細節(jié)、掃清主要難點能力的系統(tǒng)架構(gòu)師成為緊缺高端人才。因此，培養(yǎng)學生在復雜軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中具備選擇合理的設計模式和軟件體系結(jié)構(gòu)以簡化系統(tǒng)復雜度、提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量的能力，成為各高校開設“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程的重要教學目標。傳統(tǒng)的“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容側(cè)重對軟件體系結(jié)構(gòu)基本概念、理論以及軟件體系結(jié)構(gòu)適用性的講解，而學生需要記憶大量枯燥、易遺忘、易混淆的理論概念。同時，這種灌輸式教學方式不但影響教學目標的實現(xiàn)，而且無法激發(fā)學生的好奇心和求知欲，不利于自主學習和終身學習意識的培養(yǎng)。因此，為更好地實現(xiàn)“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程的教學目標，培養(yǎng)具備利用所學基本理論識別、表達、分析復雜軟件工程問題能力的專業(yè)人才，本文以南京市多個重點項目為依托，提出基于真實項目案例的“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程建設方案，以期為應用型高端軟件人才的培養(yǎng)提供借鑒。

一、基于OBE理念的課程目標制定

(一)課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐

根據(jù)工程教育的OBE(Outcomes-based Education，基于學習產(chǎn)出的教育模式)理念，“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程目標需對軟件工程專業(yè)的畢業(yè)要求提供直接支撐。

1.支持畢業(yè)要求1(工程知識)：能夠?qū)?shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決復雜軟件工程問題。具體指標點為：具備扎實的軟件工程專業(yè)知識，具備理解復雜軟件工程問題的能力，能夠判別軟件系統(tǒng)的復雜性，能夠運用所學知識和方法進行復雜工程問題求解(1-3)。

2.支持畢業(yè)要求2(問題分析)：能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理識別、表達，并通過文獻研究分析復雜軟件工程問題，以獲得有效結(jié)論。具體指標點為：能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，對軟件系統(tǒng)進行抽象分析與識別，并進行推理、求解和驗證(2-1)；能夠有效分析和描述軟件系統(tǒng)需求，對于具體的復雜軟件工程問題，能夠評估各種解決方案的優(yōu)劣勢(2-2)。

3.支持畢業(yè)要求3(設計/開發(fā)解決方案)：能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的軟件系統(tǒng)、模塊(組件)或算法流程，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。具體指標點為：能夠設計針對復雜軟件工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的軟件系統(tǒng)、模塊(組件)或算法流程、測試方案及用例(3-3)。

4.支持畢業(yè)要求5(使用現(xiàn)代工具)：能夠針對復雜軟件工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復雜軟件工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。具體指標點為：能夠掌握軟件工程領域中所使用的主要方法、平臺、工具和技術(shù)資源，了解其差異和適用領域(5-1)。

5.支持畢業(yè)要求10(溝通)：能夠就復雜軟件工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令，并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。具體指標點為：具有與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流的能力，并能在復雜軟件工程項目實施過程中運用以上能力(10-1)。

(二)課程目標對畢業(yè)要求指標點支撐情況

“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程目標與畢業(yè)要求指標點之間的支撐關系如表1所示。課程目標1旨在以實際案例促進學生對軟件體系結(jié)構(gòu)中基本概念及經(jīng)典軟件體系結(jié)構(gòu)各軟件成分之間關系的理解，使學生具備扎實的軟件工程專業(yè)知識(1-3)，具備理解復雜軟件工程問題的能力(2-1)，進而能夠根據(jù)問題的特征選擇設計模式和軟件體系結(jié)構(gòu)并對所選軟件體系結(jié)構(gòu)進行評估(2-2)；課程目標2通過仿真模擬，引導學生參照已有具體案例，逐步設計滿足特定復雜軟件工程問題的軟件系統(tǒng)、模塊(組件)或算法流程、測試方案及用例(3-3)，體驗軟件開發(fā)體系結(jié)構(gòu)設計過程的各個環(huán)節(jié)所使用的主要方法、平臺、工具和技術(shù)資源(5-1)。課程目標3通過經(jīng)典案例，分析不同設計模式的設計思想，總結(jié)所解決問題的具體特征，了解經(jīng)典軟件體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點與使用場景，使學生能夠針對軟件開發(fā)中遇到的問題和根據(jù)軟件系統(tǒng)的特點進行軟件體系結(jié)構(gòu)設計。引導學生在分析、設計、開發(fā)、測試、驗證和文檔編撰過程中，選擇、使用恰當?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具(5-1)，分析不同開發(fā)周期中各種軟件文檔的內(nèi)容、格式、規(guī)范，使學生具備撰寫軟件開發(fā)文檔的能力(10-1)。

表1 課程目標對畢業(yè)要求指標點支撐情況

二、課程教學內(nèi)容設置

為更好地實現(xiàn)課程目標，本文參考經(jīng)典軟件體系結(jié)構(gòu)[1-4]和設計模式教程[5-7]，針對畢業(yè)要求指標點選擇教學內(nèi)容，實現(xiàn)教學內(nèi)容對畢業(yè)要求指標點的支撐作用(表2、表3)。區(qū)別于教學內(nèi)容僅按照章節(jié)和知識點安排的傳統(tǒng)模式，基于真實項目案例的軟件體系結(jié)構(gòu)課程將理論教學與實踐教學相結(jié)合，并將真實項目場景融入理論教學環(huán)節(jié)，同時加大實踐教學比例。通過“支持畢業(yè)要求指標點的能力要求”和“學生任務”欄目，明確教學內(nèi)容對應的畢業(yè)要求指標點、學生學習任務及學生學習后應獲得的能力，將OBE理念落實到課堂和實驗教學單元。在項目案例選擇上力求做到以下幾點：一是優(yōu)先選擇最新的項目案例，因為軟件技術(shù)更新迭代迅速，新的項目有利于學生理解最新的軟件技術(shù)；二是選擇質(zhì)量高的項目案例，所選項目案例應該遵循軟件工程規(guī)范，具備完備的軟件開發(fā)文檔與良好的代碼管理機制；三是類型與難度多樣性，針對不同的體系結(jié)構(gòu)，選擇具有代表性的項目案例，讓學生更好地體會不同體系結(jié)構(gòu)的應用場景。

表2 理論教學內(nèi)容對畢業(yè)要求及指標點的支撐

表3 實踐教學內(nèi)容對畢業(yè)要求及指標點的支撐

三、基于案例研究的課程教學方法

相較傳統(tǒng)的灌輸式教學方式，基于案例研究的教學方法可以提高學生的學習主動性，幫助學生獲得更多的專業(yè)實踐能力。

一是案例真實，理論與實踐結(jié)合。根據(jù)工程項目經(jīng)驗，合理選擇最新的、能夠與教學內(nèi)容相結(jié)合的工程項目作為教學案例，將枯燥的理論概念與生動的實例項目結(jié)合，讓學生切身體會每個理論是如何應用到具體的工程項目中去的，從而提高學生工程實踐能力。

二是討論為主，引導為輔。在案例分析中，采用以學生討論為主、教師引導為輔的方式，讓學生最大程度地參與到討論過程中，激發(fā)他們運用所學知識的積極性，鼓勵學生大膽嘗試。教師通過逐步引導的方式，讓學生體會所選案例是如何選擇設計模式與軟件體系結(jié)構(gòu)的，并了解其優(yōu)缺點。

三是仿真模擬，深刻體驗。學生分組討論、仿真模擬設計已有的復雜軟件系統(tǒng)，并擔任不同的角色，體會不同角色在項目管理開發(fā)過程中的作用，熟悉工作內(nèi)容。這能夠培養(yǎng)其團隊意識和獨立完成工作的能力(策劃、組織、管理能力)，促使學生學會與團隊成員交流，提高表達能力，從而更好地協(xié)調(diào)不同角色之間的工作。

四、支持畢業(yè)要求達成度分析的多元化課程考核

(一)關注課程目標是否達成的考核方式

本課程考核方式采用試卷考核和實踐考核相結(jié)合、期末考試和平時考核相結(jié)合的多元化考核方式。對課程目標的評價由3部分構(gòu)成：期末考試(占比40%)側(cè)重考核課程目標1的教學效果，直接反映學生對軟件體系結(jié)構(gòu)中基本概念及經(jīng)典軟件體系結(jié)構(gòu)各軟件成分之間關系的理解程度；實踐考核(占比40%)側(cè)重考核課程目標2的教學效果，能夠反映學生是否具備采用程序設計語言、開發(fā)平臺常見設計模式和體系結(jié)構(gòu)解決一定復雜度軟件問題的能力；報告等其他形式(占比20%)側(cè)重考核課程目標3的教學效果，可以反映學生是否具備撰寫軟件開發(fā)文檔的能力。相較于一張試卷定成績的傳統(tǒng)考核方式，多元化的考核方式將學生學習過程評價作為重要依據(jù)納入課程目標評價更具合理性。

1.期末考試(占總成績40%)?？荚囶}型為填空題(10分)、選擇題(20分)、判斷題(10分)、簡答題(10分)、體系結(jié)構(gòu)應用(25分)和設計模式應用(25分)。

2.實踐考核(占總成績40%)。本課程設置4個實驗：經(jīng)典軟件體系結(jié)構(gòu)風格(分值占12.5%)、C/S結(jié)構(gòu)應用開發(fā)(分值占37.5%)、B/S結(jié)構(gòu)應用開發(fā)(分值占25%)、設計模式應用(分值占25%)。每個實驗提前1周布置給學生，要求其在課外進行實驗預習，對實驗內(nèi)容進行分析和設計。教師在實驗課上對學生分析設計的成果進行檢查，評分由程序功能完成度(占比40%)、代碼對各特定設計模式/體系結(jié)構(gòu)各組成部分分解是否合理(占比30%)、實驗報告是否完整詳細和描述設計方案文檔是否完整(占比30%)3個方面構(gòu)成。

3.其他考核(占總成績20%)。本課程把作業(yè)納入課程考核范圍,作業(yè)形式由課后習題及報告兩種形式構(gòu)成，其中報告和課后習題(多次)分別為50分。

(二)畢業(yè)要求達成度分析

課程考核及成績評定結(jié)果出來后，教師可通過課程對畢業(yè)要求達成度進行分析(圖1)。區(qū)別于傳統(tǒng)的考試成績的正態(tài)分布圖，基于OBE的軟件體系結(jié)構(gòu)課程考核結(jié)果可視化分析可以幫助教師掌握全班在哪些畢業(yè)要求指標點上存在短板及每個學生的學習狀態(tài)，以便持續(xù)改進課程教學并對學生實施個性化教學。

圖1 基于OBE的“軟件體系結(jié)構(gòu)”課程考核結(jié)果可視化分析