黃振華　劉翠煥　張波　張麗娟　張鵬絢　劉萌

【摘要】? ? 《軟件工程》是軟件工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)理論與實(shí)踐并重的核心課程?；赟imSE游戲的軟件工程過(guò)程與實(shí)踐教學(xué)的研究與應(yīng)用以滿(mǎn)足《軟件工程》的實(shí)戰(zhàn)化授課需求，也為后期軟件工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)研究與實(shí)踐提供必要的支撐和參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 軟件工程過(guò)程? ? SimSE? ? 模擬? ? 實(shí)訓(xùn)

引言：

《軟件工程》的實(shí)踐教學(xué)可以在項(xiàng)目計(jì)劃、需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼與測(cè)試、過(guò)程管理（溝通管理、需求管理、項(xiàng)目管理、人員培訓(xùn)、軟件過(guò)程改進(jìn)、風(fēng)險(xiǎn)管理以及收益管理等）各階段中使用模擬方法建立項(xiàng)目成員間一致的交流方式[1]，以此提高學(xué)生的溝通分析能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、撰寫(xiě)軟件開(kāi)發(fā)文檔能力。

SimSE模擬是軟件工程中單個(gè)操作者角色的教學(xué)模擬器，操作者扮演軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)中相應(yīng)角色，按事先設(shè)定好的任務(wù)和實(shí)踐過(guò)程完成角色規(guī)定的工作任務(wù)，提交相應(yīng)的工作成果。SimSE游戲軟件的圖形界面為虛擬辦公室和相關(guān)的項(xiàng)目信息，如需求文檔、設(shè)計(jì)文檔、開(kāi)發(fā)工具和代碼等，操作者可以利用管理知識(shí)和提示信息來(lái)作出管理決策，在一定時(shí)間和預(yù)算范圍內(nèi)完成項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)[2]。SimSE游戲軟件的模型構(gòu)建器則是教師根據(jù)軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程自行設(shè)計(jì)的實(shí)踐方案，便于學(xué)生可以以相應(yīng)角色進(jìn)行“游戲”模擬不同工作崗位的軟件項(xiàng)目職責(zé)。

本文研究以軟件工程過(guò)程為主線(xiàn)，模擬真實(shí)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程和軟件項(xiàng)目管理，使學(xué)生在模擬過(guò)程中以不同角色完成規(guī)定工作和提交產(chǎn)品，并按規(guī)則給出評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。

一、研究背景與意義

軟件工程是指導(dǎo)計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)的一門(mén)工程學(xué)科，把經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來(lái)，以經(jīng)濟(jì)地開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的軟件并有效地維護(hù)[7]。基于軟件工程分階段生命周期的軟件過(guò)程，包括：瀑布模型、快速原型模型、增量模型、螺旋模型、噴泉模型、RUP、敏捷過(guò)程與極限編程等，其中定義了運(yùn)用方法的順序、應(yīng)該交付的文檔資料、質(zhì)量保證和協(xié)調(diào)變化的管理措施，以及各開(kāi)發(fā)階段任務(wù)完成的里程碑等細(xì)化內(nèi)容。

基于以上內(nèi)容，各高校軟件工程課程教學(xué)方法大致是基于案例或項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的實(shí)踐與應(yīng)用講解、從不同角度把抽象的理論與方法具體化講授、適當(dāng)增加課堂實(shí)踐內(nèi)容及調(diào)整興趣度開(kāi)展教學(xué)、采用小組合作和模擬角色實(shí)施軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程演練、以創(chuàng)新課程評(píng)價(jià)內(nèi)容和方法為目標(biāo)的激勵(lì)授課方法等。從教學(xué)、實(shí)踐和效果評(píng)價(jià)來(lái)看，都是以不同角度、不同力度和不同目標(biāo)為軟件工程教學(xué)總目標(biāo)服務(wù)，具有一定的局限性。

以游戲形式的基于軟件工程開(kāi)發(fā)過(guò)程的模擬角色的教學(xué)實(shí)踐軟件平臺(tái)目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有明確提出及實(shí)踐應(yīng)用。本文的研究即是從軟件工程課程教學(xué)目標(biāo)與實(shí)訓(xùn)需求出發(fā)，依據(jù)軟件工程開(kāi)發(fā)過(guò)程理論指導(dǎo)，研究基于角色的模擬真實(shí)軟件開(kāi)發(fā)場(chǎng)景的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，解決軟件工程理論教學(xué)和實(shí)踐效果與真實(shí)軟件開(kāi)發(fā)與管理過(guò)程效果的不一致問(wèn)題，在滿(mǎn)足民辦高教實(shí)訓(xùn)需求方面是具有實(shí)用價(jià)值，也為后期軟件模擬平臺(tái)的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參考。

二、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)

軟件工程實(shí)訓(xùn)模擬軟件系統(tǒng)功能包括：用戶(hù)注冊(cè)、角色選擇、規(guī)則制定、場(chǎng)景選擇、執(zhí)行過(guò)程監(jiān)控、檢查評(píng)價(jià)等，教師和學(xué)生均可使用瀏覽器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行模擬實(shí)訓(xùn)。教師通過(guò)用戶(hù)注冊(cè)、規(guī)則制定、場(chǎng)景選擇、檢查評(píng)價(jià)等功能進(jìn)行基于軟件開(kāi)發(fā)模型的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程規(guī)則制定、場(chǎng)景設(shè)定、評(píng)價(jià)策略與分?jǐn)?shù)計(jì)算;學(xué)生通過(guò)注戶(hù)注冊(cè)和角色選擇功能模擬用戶(hù)、項(xiàng)目經(jīng)理、系統(tǒng)分析師、軟件設(shè)計(jì)師、程序員、測(cè)試員完成軟件開(kāi)發(fā)模擬過(guò)程后得到總評(píng)分?jǐn)?shù);系統(tǒng)基于時(shí)間按設(shè)定規(guī)則自動(dòng)執(zhí)行，并提示學(xué)生完成規(guī)定工作和提交產(chǎn)品;系統(tǒng)評(píng)價(jià)總分包括：過(guò)程分?jǐn)?shù)是根據(jù)學(xué)生完成工作過(guò)程是否符合規(guī)則設(shè)定得到;產(chǎn)品分?jǐn)?shù)是根據(jù)學(xué)生提交產(chǎn)品的質(zhì)量得到;系統(tǒng)支持相同項(xiàng)目在某時(shí)間點(diǎn)后不同分支執(zhí)行過(guò)程的結(jié)果圖數(shù)據(jù)對(duì)比。

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)風(fēng)格、事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)風(fēng)格和基于規(guī)則的系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)格。將系統(tǒng)部署在Web服務(wù)器，進(jìn)行負(fù)載均衡配置，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器單獨(dú)設(shè)立，方便實(shí)訓(xùn)課程增加而導(dǎo)致的持久化的數(shù)據(jù)量加大，可以按需擴(kuò)展。對(duì)實(shí)訓(xùn)軟件場(chǎng)景頁(yè)面變化不大設(shè)計(jì)使用前端緩存技術(shù)和WebSocket技術(shù)，提高頁(yè)面交互的實(shí)時(shí)性和訪(fǎng)問(wèn)速度。由HTML5+CSS3+JavaScripts構(gòu)建前端頁(yè)面，利用前端緩存技術(shù)，瀏覽器將不經(jīng)常變的頁(yè)面內(nèi)容保存在本地，以便下次訪(fǎng)問(wèn)時(shí)直接加載。將前端緩存技術(shù)與WebSocket API 結(jié)合，使瀏覽器和服務(wù)器只一次握手就可直接快速傳送數(shù)據(jù)，性能優(yōu)于AJAX輪詢(xún)機(jī)制。

模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)使用事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)風(fēng)格是解決在系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行規(guī)則和評(píng)價(jià)過(guò)程中角色和規(guī)則的觸發(fā)關(guān)系問(wèn)題。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是首先由教師基于軟件開(kāi)發(fā)模型對(duì)執(zhí)行規(guī)則和評(píng)價(jià)方法制定;其次是用戶(hù)在使用時(shí)先確定角色和開(kāi)發(fā)模型（即規(guī)則），再由系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行規(guī)則和評(píng)價(jià)，要求實(shí)訓(xùn)用戶(hù)角色和規(guī)則是解耦的。使用事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)風(fēng)格，即可以進(jìn)行規(guī)則的集中注冊(cè)，也實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)角色與規(guī)則的解耦;實(shí)現(xiàn)了通過(guò)角色的確定和規(guī)則的選擇在系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用觸發(fā)事件所注冊(cè)的規(guī)則，完成參與角色之間按規(guī)則交互的應(yīng)用場(chǎng)景。在采用事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)風(fēng)格進(jìn)行編碼時(shí)，使用Spring框架，消息隊(duì)列管理完全基于配置，簡(jiǎn)化了編碼難度，結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單，可維護(hù)性好，降低了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)難度;在功能擴(kuò)展方面，便于修改規(guī)則和增加規(guī)則主題，以及不同規(guī)則間的組合。

模擬實(shí)訓(xùn)軟件將基于規(guī)則的系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)格應(yīng)用在整體三層架構(gòu)中的中間層----應(yīng)用邏輯層，解決制定規(guī)則集、規(guī)則解釋器、選擇器規(guī)則制定與解釋和系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行問(wèn)題。教師通過(guò)表示層來(lái)編輯規(guī)則，應(yīng)用邏輯的實(shí)現(xiàn)代碼抽象為規(guī)則，生成規(guī)則集的執(zhí)行邏輯;學(xué)生則得到由系統(tǒng)按規(guī)則自動(dòng)執(zhí)行后的結(jié)果評(píng)價(jià)。采用基于規(guī)則的系統(tǒng)架構(gòu)風(fēng)格進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先基于軟件開(kāi)發(fā)模型特征抽象規(guī)則集;其次是從應(yīng)用程序代碼中分離執(zhí)行決策，基于Prova+Mandarax設(shè)計(jì)規(guī)則引擎則/解釋器，用于系統(tǒng)基于時(shí)鐘自動(dòng)執(zhí)行規(guī)則時(shí)監(jiān)控執(zhí)行狀態(tài)，便于根據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行狀態(tài)更新;然后是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)接口接受數(shù)據(jù)輸入、解釋業(yè)務(wù)規(guī)則、跟蹤執(zhí)行的事件等模擬功能。其中規(guī)則集和狀態(tài)管理器為標(biāo)準(zhǔn)部件，其他為可變部件。采用基于規(guī)則的架構(gòu)風(fēng)格設(shè)計(jì)成功的將規(guī)則集、規(guī)則解釋器、選擇器、工作內(nèi)存以及解釋問(wèn)題有機(jī)的結(jié)合到一起，即便于規(guī)則的制定和解釋?zhuān)矊?shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)執(zhí)行。

考慮到后期的開(kāi)發(fā)工作及相關(guān)系統(tǒng)的集成與數(shù)據(jù)共享問(wèn)題，采用SOA架構(gòu)模式+ESB總線(xiàn)封裝集成實(shí)訓(xùn)相關(guān)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用集成;為了解決各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享問(wèn)題，采用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)對(duì)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義、清洗、分發(fā)和傳送，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成?；谲浖こ踢^(guò)程的模擬實(shí)訓(xùn)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，下層為上層提供服務(wù)。

在軟件工程實(shí)訓(xùn)模擬軟件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)系模型主要部分如下：

學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，地址，電話(huà)，用戶(hù)類(lèi)型，密碼，登錄名，文件，班級(jí)ID，用戶(hù)ID）;

班級(jí)（班級(jí)ID，名稱(chēng)，類(lèi)型，狀態(tài)）;

教師（教師ID，姓名，授課時(shí)間，用戶(hù)類(lèi)型，登錄名，密碼，工號(hào)，班級(jí)ID，用戶(hù)ID，課程ID）;

課程（課程ID，課程名稱(chēng)）;

課程成績(jī)（學(xué)號(hào)，課程ID，課程成績(jī)，評(píng)價(jià)）;

用戶(hù)（用戶(hù)ID，登錄名，密碼）;

用戶(hù)選擇角色（用戶(hù)ID，角色I(xiàn)D，用戶(hù)角色，選擇角色時(shí)間）;

角色（角色I(xiàn)D，名稱(chēng)）;

角色提交文檔（角色I(xiàn)D，文檔ID，提交時(shí)間，保存地址）;

文檔（文檔ID，文檔名稱(chēng)，文檔類(lèi)型，文檔類(lèi)型ID）;

文檔類(lèi)型（文檔類(lèi)型ID，類(lèi)型名稱(chēng)）。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文研究實(shí)踐證明，軟件工程課程教學(xué)過(guò)程采用游戲的形式，將學(xué)習(xí)與娛樂(lè)有機(jī)的整合到一起，是可以有效的提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果。使影響軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是否成功的各類(lèi)因素及其組合通過(guò)游戲形式對(duì)學(xué)生和教師產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，通過(guò)不斷調(diào)整實(shí)施策略來(lái)保證軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目成功的高比率。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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