软件开发综合能力培养的案例教学

软件开发综合能力培养的案例教学摘要：北京工业大学软件学院在学生软件开发能力培养方面开展了多年的探索与实践活动，并凝练出进行实践教学的案例和相关成果。

文章在论述企业对软件开发人员能力要求和高校开展案例实践教学对软件人才培养意义的基础上，详细介绍这些案例的设计过程、实际应用和最终成果，完整地给出案例实践教学的实施方案，并综合了学生对案例教学的反映。

关键词：软件开发；能力培养；案例教学当前计算机专业或软件工程专业的学生存在着学用脱节、实际开发能力偏弱等问题。

尽管很多高校计算机专业、软件工程专业在软件方面的课程体系上是将整个学科专业的知识按一定顺序和层次分解，使得学生能够循序渐进地学习和掌握知识，这无疑是行之有效的。

但掌握了软件开发领域的知识，并不意味着同时具备了软件开发的能力。

事实上，学生虽然接受了系统的软件开发专业知识的学习和软件开发技术应用的训练，但软件开发能力低下的情况还相当普遍。

要从软件开发的“菜鸟”，成长为软件开发的高手，或者称之为“高级蓝领”，必须通过长期的历练，没有捷径。

但好的教学案例和人才培养模式，对促进软件人才的成长和开发能力的提升有很重要的作用[1]。

1软件开发人员能力要求由于软件开发是一项技术综合性很强的工作，因此，企业对软件开发人员能力的要求也是综合性的[2]。

按照教育部对软件学院学生实践能力培养的要求和工程应用型人才培养的定位[3]，软件学院的学生在软件开发过程中，既要能将用户的需求映射到良好的软件体系结构，在进行应用软件总体设计时有大思路和大局观，也要能运用现代软件设计方法和编程技术在进行详细设计时关注细节，实现高质量的软件；在考虑软件实际应用时，既要支持国际化及本地化的应用要求，也要支持软件及运行平台升级、操作系统迁移的应用要求；在技术应用能力上，既要对使用的编程语言和开发环境有很好的把握，也要能综合运用前期所学的操作系统技术、数据库技术、网络编程技术、图形图像处理技术、人机交互技术等专门技术；在软件工程素质上，既要具有软件工程技术和管理方面的知识，还要具备良好的团队合作、交流和文字与口头表达能力。

上述这些就是现代IT企业对软件开发人员的能力要求。

2案例实践教学对软件人才培养的意义案例实践教学对软件人才培养具有以下优势：1) 学生通过案例学习不仅对理解和掌握计算机软件的抽象概念及原理十分有用，而且对学习先进的软件编程方法、使用先进的软件开发技术、提高自身的软件开发能力大有益处。

2) 学生通过对案例代码的阅读分析，可以使一些一知半解的概念突然变得清晰易懂，使一些久思不解的问题变得豁然开朗。

3) 通过案例学习，学生能够零距离接触到软件高手，深深为他们巧妙的方法、过硬的技术、认真细致的精神、追求完美的态度所折服。

3实践教学案例的设计案例设计的内容、质量以及案例教学的水平是案例实践教学的基础，是案例学习成功与否的关键。

3.1案例设计要求设计支持软件开发能力，特别是综合开发能力培养的实践教学案例是许多高校计算机软件类专业教学面临的问题。

首先，这样的案例对于高年级的学生要涉及到他们前期所学的计算机软件开发各个方面的知识和技术，如程序设计、面向对象编程、数据结构与算法、操作系统、数据库、网络通信、图形图像处理、人机交互、软件体系结构，等等；另外，要帮助这些学生在通过案例学习后，建立起软件开发的大思路或大局观，对软件的质量要求(特别是可靠性要求)、维护要求(特别是软件功能扩充及升级要求)有很清晰地了解，并能够反映到软件的设计和实现上。

最后，学生学习完案例后，要了解支持软件跨地域、跨平台和跨时间的应用需求，并掌握保证这些需求得以实现的相关技术，如软件的国际化和本地化、软件及平台的升级、平台移植或系统迁移等技术。

在案例设计中最为关键的问题是案例能够在各高校无障碍地推广，不要因为经费、实验环境等问题使案例设计成果没有应用价值。

因此，案例设计要求全部使用开源代码或开源技术。

事实上，开源软件的使用，不仅有利于通过免费的开源软件大大降低搭建实验环境所需的条件，使学生能够零距离地学习优秀软件，全面提升自身的软件开发能力和软件开发素质，而且学生可以根据专业兴趣或学时安排，有选择地对其中的软件和技术进行更深入的学习和专门的研究，形成自身的技术特长和研究方向。

案例设计中还有一点要特别注意：所选择的案例不要涉及很深的领域专业知识，又是人们感兴趣、经常接触到的东西，这样有利于激发学生的学习兴趣；另一方面，希望案例涉及多种计算机软件开发的主流技术，如面向对象程序设计技术、客户/服务器技术、多线程技术、网络编程技术、数据库技术、图形学、GUI 等众多软件技术；最后，希望所设计的案例是综合性的应用软件，以适合学生综合开发能力的训练。

3.2案例详细设计基于上述的案例设计要求，以及早期项目的研发经历，我们选择股票软件作为软件综合开发实践教学的案例。

首先，股票软件不涉及很深的领域专业知识，又是现代社会人们非常关注、感兴趣、且有可能经常接触或身陷其中的事物，学生容易入门和感兴趣；另一方面，这类软件其工作模式主要是客户/服务器的工作模式，涉及到面向对象编程技术、网络通信技术、数据库技术、图形技术、用户界面技术以及数据结构与算法等众多软件技术，其综合性很强，对学生综合开发能力的训练非常合适；最后，我们所选择的股票软件Stock-0.0.9是一个早期的开源股票软件，它是一个股票软件的雏形，易于学生学习和完善，包括做第二次开发。

将该软件作为案例进行实践教学可让学生接触和应用如下开源技术：1)Linux操作系统及虚拟机技术；2)GCC程序设计技术(包括编译技术、调试技术及集成开发技术等)；3)MySQL数据库应用技术(基于C/C++应用编程接口API的MySQL数据库开发技术)；4) 基于套接字编程的网络通信技术(支持TCP/IP协议的开源liptcp++库的应用)；5) 基于Gtk+的界面设计技术(应用Glade支持界面的设计及应用框架的生成)；6) 股票软件的结构化程序设计及面向对象编程技术等。

在对Stock-0.0.9进行编译生成可执行目标代码并建立其运行环境的过程中，学生能够接触和了解到程序设计的强类型机制、可靠性编程思想、软件构造方法、C/S工作模式实现手段、开发环境及应用环境升级对策、软件国际化及本地化应用要素、操作系统迁移或移植问题等方面的内容，使学生真正掌握基于复杂图形用户界面的大型应用软件开发的方法和技术，理解现代软件开发方法学和现代程序设计思想，增强他们解决实际问题的工程实践能力。

4案例教学实践及成果4.1实践情况软件学院针对教育部对软件学院学生实践能力培养的高要求和软件工程硕士复合型工程人才培养的定位，以及学院学生(特别是非在职的工程硕士研究生)综合性实践能力太弱等实际情况，经充分论证，确定了提升学生软件综合开发能力的培养目标，分别于2006年下半年在学院为本科生开设了“界面设计”课程，为软件工程硕士开设了“高级软件编程技术”课程。

这两门选用同样案例，讲授了10多次，受益学生达800多人。

在这期间，课程的教学案例和实践资源也不断得到补充和完善。

4.2实践成果——教材建设学院考虑到案例实践教学的效果以及教学案例和实践资源的成熟与完整，决定将案例和课程资源进行总结与提升，出版与之配套的实践教材，推广相关的实践教学经验，让国内高等学校计算机和软件相关专业的实践教学从中受益。

学校对此工作提供了经费支持，同时在清华大学出版社的支持下，完成了《软件综合开发案例教程——Linux、GCC、MySQL、Socket、Gtk+与开源软件》的编写工作，该教材已于2011年2月出版发行。

1) 教材的主要内容。

除了有大量篇幅讲述计算机应用的主要开源技术外(如Linux操作系统、GCC 编程语言、网络Socket编程通信、MySQL数据库管理、Gtk+界面设计)，特别通过实际案例——Stock股票软件将这些技术融会贯通在一起，并站在更高的角度上对软件体系结构、应用软件开发模式、软件的国际化与本地化，软件开发和应用环境升级方法以及平台移植技术等充分地介绍和实例说明，以此达到授人以渔的目的。

可以说这是一本集各种主要的计算机开源技术应用于一体的软件综合开发实践教材。

2) 教材的特色。

①能够满足计算机、软件工程及相近专业高年级学生在前期学习了程序设计、操作系统、数据库、计算机网络等计算机专业基础课程后，急需通过一个案例或一个项目来应用这些专业基础知识和技术进行综合性实验或实践，提高自身计算机技术综合应用能力的需求。

②除了对主流的计算机开源技术做了详细地介绍和举例分析外，还特别地突出了计算机开源技术在实际股票软件项目中的应用，很好地支持着案例驱动式的实践教学。

③教材所涉及到的实验教学资源相当丰富，覆盖面相当广，且全是开源软件或开源工具，保证了国内许多院校在办学条件不足，实验教学经费有限，无法全方位引进商用软件工具的情况下，仍然能够开设出软件综合性开发的实践课程。

总之，该教材作为案例实践教材，自始至终强调和灌输现代软件开发方法学和现代程序设计思想，强调软件综合开发能力的培养。

该教材所涵盖的大量技术内容、实操案例及问题解决方案，如果学生能够完全掌握并能实际地用于软件项目的开发，从软件开发能力上说已达到一个高级蓝领的要求了。

5案例实践教学的实施方案北京工业大学软件学院在学生软件综合开发能力培养上分别针对软件工程本科专业的学生和软件工程专业学位的学生开设了选择同样案例和教材的不同课程——“界面设计”和“高级软件编程技术”。

下面我们主要以本科生为例，介绍在“界面设计”课程中案例实践教学的实施方案或课程大纲。

5.1课程设计目的学院在四年制软件工程专业本科生的教学计划中，为大三的学生在第二学期安排了“界面设计”的课程，60学时，2学分，共15个实验单元(每个单元4学时)。

“界面设计”课程是按照教育部对国家示范性软件学院培养工程化软件实用人才的要求，以界面设计为立足点，对前期所学的主要计算机技术(如软件开发、程序设计、网络编程、数据库应用等)进行综合训练。

要求学生在掌握界面设计的原则、方法和常用技术，掌握当前主流的开源界面开发工具Gtk+和开源界面设计工具Glade进行界面设计及实现等技能的基础上，通过具体的案例——股票行情分析软件，将计算机软件开发所涉及到的相关知识综合在一起，开展实践活动。

通过该实践课程，除了使学生掌握界面设计的全部流程和技术，培养学生界面的设计能力外，可使学生接触和学习基于复杂图形用户界面的大型软件开发的方法和技术，了解Linux操作系统、编程语言、程序设计、编译应用、图形界面、数据库、网络通信、软件体系结构、应用软件开发模式以及平台移植等技术在实际软件开发或应用项目中的具体应用，达到增强他们工程实践能力的目的。