基于工具软件和案例开发的软件工程教学方法

摘 要：针对软件工程课程的具体特点和生物医学工程专业学生培养目标,分析软件工程课程的教学现状及存在的问题,提出一种新的软件工程教学方法,该教学方法将软件生命周期模型中的开发活动、多种软件工程领域的软件工具使用和具体的软件开发案例实践紧密结合.

关 键 词：软件工程生物医学工程教学方法工具软件案例开发实践

中图分类号：G420文献标识码：A文章编号：1673-9795（2014）01（a）-0152-02

1研究背景

当今,软件产业已经渗透到几乎所有的生产生活领域,软件开发和管理人才紧缺的状况非常严重[1].然而,当前严峻的就业形势与软件人才特别是软件开发人员中高级人才的匮乏与之形成了鲜明对比.软件工程是大学培养软件人才的必修课程,更是中高级软件人才必须具备的重要基本专业素质之一.在生物医学工程专业中,从大型医疗设备（如核磁共振成像MRI,计算机断层扫描成像CT,正电子发射体层成像PET,到小型医疗设备（如彩超/B超,心电监护仪）,都必须要集成对采集的医学图像或信号的显示、分析和诊断软件.因此,对于生物医学工程专业的学生也必须具备软件工程的知识,以便为高端的医疗影像设备、监护设备和医学分析仪器设计优秀的显示、分析和诊断软件奠定基础.由于软件工程课程讲授的概念、原理、技术和方法都比较抽象,国内高校的软件工程课程理论与实践教学尚处在一种探索和发展阶段.其教学方法以教师带领学生进行知识学习的思路为主,即教师讲授,学生被动接受知识的模式.在这种教学方式下,通常导致培养的学生,在实际工作中缺少独立思考的能力,不知道如何利用相关的专业工具软件和所学理论知识来实质性地开展项目,推进项目和维护项目,即实践能力不足.

软件工程是一门实践的课程[2].为了让学生能够活学活用软件工程的概念、原理、方法和技术,在教学过程中我们采用了将一套专业工具软件的实践使用、案例分析和抽象的理论学习紧密结合起来,让学生在运用工具软件分析和设计具体案例中,更深刻和更全面地理解和运用软件工程中的概念、原理、方法和技术.我们的目标是：提高学生运用软件工程知识来管理和开发软件项目的实践能力.根据软件工程课程的主要内容,我们有选择地集成了数个当前软件工程领域内流行的专业软件分析工具,并让学生使用这些工具来分析和设计具体的项目案例,从而使学生获得实践软件生命周期中各部分相关知识的机会.这种教学方式让培养的学生既熟悉实际工作中的各种主流分析工具,又能深刻地理解和掌握各种复杂概念、原理、技术和方法等相关知识点,并使之融会贯通.我们认为通过使用相关的具体软件工具,来一步一步实现案例分析的整个过程,将获得比仅仅停留在纸面上的案例分析方式更好的、更生动的教学效果.此外,熟练掌握这些专业分析工具本身也是提高学生专业素质的重要一环,让培养的学生更易适应未来的实际工作环境,增强就业竞争力.

2基于工具软件实践的教学方法

我们认为高效的实践活动是掌握软件工程课程中概念、原理、方法和技术最佳途径[3].而如何保证实践活动的高效率呢?在我们这个基于工具软件实践的教学方法中采用了以下两个方面来保证：（1）选取当前软件工程领域最流行的软件设计和分析工具.通常这些软件管理和开发的专业工具已经将软件工程领域业界的通用概念、原理、方法和技术融入其中,这样学生在使用这些工具中,就会不知不觉地以软件工程的思维方式和开发模式来管理、分析和设计软件,从而实现了将软件工程的概念、原理、方法和技术贯穿于学生开发实践的全过程.（2）选择由简单到复杂的软件开发案例集合.这些案例的选择使得学生在实践过程中有了具体的目标.在管理、分析和设计这些软件开发目标中,学生将掌握这些案例是如何从需求一直做到测试的,理解每个步骤之间的演变过程,弄清楚软件生命周期各阶段具体要完成的工作,掌握这些阶段的模型是如何推导的,并且是如何保证可回溯的,软件开发过程是如何管理的.

2.1专业软件工具的选取

依据软件工程这门课程的教学大纲内容和当前软件工程邻域的流行的专业分析设计工具,我们为学生选择了三种软件工具：IBM公司的RationalRose、Sybase公司的PowerDesigner和HP/MercuryInteractive公司的功能测试工具WinRunner.各软件工具描述及使用工具的教学目的如表1所示.这三种软件工具的学习使用可以让学生深刻理解软件工程的各种复杂概念、原理、技术和方法等相关知识点,参考工具中的开发案例,了解该领域最新的发展成果.

2.2软件开发案例的选取

软件开发案例需要精心地选取,选取的原则是“由简单到复杂,由局部到整体”.案例又分为教学案例和实践案例.教学案例,即在教学过程引入软件开发的实际案例,将抽象复杂的理论知识用生动具体的实例进行讲解,能够收到事半功倍的效果.案例教学应以应用软件工程的概念、原理、方法和技术分析和解决案例为主线,以工具软件的学习和使用为辅线,通过分析实际案例,提高学生的兴趣,从而激发学生的积极性和主动性.选择的教学案例最好来源于教师自己熟悉的软件项目,将一个典型的、完整的、易于理解的并贴近学生的实际生活的案例引人教学中,将复杂抽象的概念用具体生动的案例进行诠释,从而提高了教学效果.实践案例,即学生在实验课中及课后需要完成的软件开发实际案例,可以根据学生的兴趣,选定数个复杂度中等的实际案例.根据生物医学工程专业的特点,教学和实践案例可以选择心电监护仪、MRI图像重建和显示、医院信息化系统HIS、医学图像显示和分析软件等具体的实际案例.在这些实际案例中,由学生们自由组合的小组任意选其一来在规定的时间内实现开发,并上交开发的实际成果,如软件规格说明书、分析设计中的各种文档视图、独立运行的开发软件和源代码、测试规格说明书和使用说明书等等.这种将感兴趣案例和分组实践相结合的方式可以让学生们集思广益,相互学习,又体会到软件工程中的项目组织管理方面知识的重要性.2.3软件生命周期与软件工具相结合

软件工程的概念、原理、方法和技术均可纳入每个软件的软件生命周期中.而在软件工程业界各种软件工具中,某一些完整涵盖了软件生命周期中各项开发活动,如RationalRose和PowerDesigner,而另一些则专注于某一项软件开发活动,使该项软件开发活动功能更专业更强大,如WinRunner.这些软件工具都提供了软件项目开发的完整的建模解决方案,都支持统一建模描述语言（UML）,包含各种软件工程建模的动态或静态视图.在选定了具体开发案例后,让学生以开发组的形式,运用这些软件开发建模、测试工具来完成相关软件开发案例的开发工作.学生在开发过程中,鼓励阅读这些软件工具的帮助文件,这不仅有利于对书本上各种复杂概念、原理、技术和方法的进一步理解,而且让学生们主动思考如何解决开发过程中的实际问题.在这种具体的实践中,学生的学习兴趣得到提高,学生的成就感得到满足,最终学习效果明显提升.每一个软件的熟练使用本身就是需要对软件工程专业邻域知识牢固掌握和相关开发案例的详细分析,需要大量的实践时间.因此,应该要求学生先抓住软件生命周期模型这条主干,完成对软件开发各项主要开发活动的学习理解.其它更深的问题及细节可让感兴趣的学生课后学习完成.

3实践过程中应注意的问题

在软件工程教学和实践过程中,将软件工程知识、案例实践和生物医学工程专业知识紧密结合,提高教学效率,增加专业针对性,应该注意以下方面.首先将本课程与学生已学过的其他计算机类课程联系起来.学生应初步具备程序设计（如面向对象的C++语言设计）、数据库、操作系统、软件图形化界面设计等相关知识；其次要让学生将理解、掌握与软件工具实践运用有效结合.在软件工程开发实践中,深刻理解什么是软件工程,为什么需要软件工程,软件工程需要解决哪些问题,软件工程涉及哪些方面的内容；牢固地掌握软件工程的概念、技术、过程、手段及工具软件；体会运用工程化思想进行软件开发,进行需求分析、软件设计、软件实现、软件测试、软件维护的重要性；再次,教师应该在学生的实际学习过程中将“课堂讲授、案例的工具软件实践、课后进一步思考和阅读”三者紧密结合.“课堂讲授”主要是让学生切实理解课程中的知识点和软件工程思想,无需死记硬背.“案例的工具软件实践”是根据具体的软件开发案例在实践过程中体会软件工程的原则、方法和技术；在掌握高效软件工具的过程中,提高抽象思维的能力、培养独立解决问题的能力、培养合作精神.“课后进一步思考和阅读”是进一步阅读相关的软件工程及项目开发方面的书籍,软件工具的帮助文件,了解先进设计方法和最新技术,开拓学生的视野,提高学生的兴趣,为后续专业方向课程的学习打下坚实的基础.最后,要引导并鼓励学生将所学的软件工程的概念、技术、过程、手段及工具软件运用与生物医学工程专业相结合.这可以通过选取具有该专业背景的教学案例和实践案例来实现软件工程知识在此专业软件开发中的应用.此外,以介绍国内外生物医学工程领域中相关专业软件的设计特点为辅助,使学生了解当前软件工程在生物医学工程软件开发中的最新成果.

4结语

软件工程是门综合性很高的课程.理论性和实践性都很强,本文阐述了一种新的软件工程教学方法,该教学方法将软件生命周期模型中的开发活动、多种软件工程领域的软件工具使用和具体的软件开发案例实践紧密结合.此外,本教学方法紧扣生物医学工程专业培养的目标和要求,选择具有该专业背景的开发案例,有效地融合了专业知识和软件工程知识.本教学方法的最终目的是让生物医学工程专业的学生深刻牢固地掌握软件工程的概念、原理、方法和技术,能做到学以致用,提高学生的学习兴趣,扩展学生的视野,为培养医疗设备及仪器的软件开发人员,特别是高端大型医疗设备的软件开发高级人才做准备.本教学方法已在教学实践中取得了学生的好评,当然本教学方法还需在实践中不断加以完善和调整.