軟件工程虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究設(shè)計與實(shí)現(xiàn)-科技創(chuàng)新項目申報表

年度2008項目類別教學(xué)輔助支持工具編號學(xué)科分類計算機(jī)科學(xué)中山大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第三屆科技創(chuàng)新大賽項目申報書項目名稱：軟件工程虛擬實(shí)驗(yàn)室 申 請 者：胡楊 所在單位（含院、系）：信科院 計算機(jī)系 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 通訊地址：廣州市大學(xué)城中山大學(xué)至善園6號-208 郵政編碼：510006 聯(lián)系電話申請日期：2008 年 3 月 26 日中山大學(xué)學(xué)生信息科技發(fā)展中心填 報 說 明：一、填寫申請書各項內(nèi)容，要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，字跡要清晰易辯。外語要同時用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)的縮寫詞，須注出全稱。二、申請書為A4開本，復(fù)印時用A4復(fù)印紙，于左側(cè)裝訂成冊。第三面以后各欄空格不夠時，請自行加頁，一式三份。三、填報時，應(yīng)在封面“項目類別”一欄注明申請的項目類別。四、申請人不需要填寫評審意見表。五、本表用于本屆科技創(chuàng)新大賽有關(guān)項目。 15一、簡表研究項目名稱軟件工程虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究設(shè)計與實(shí)現(xiàn)（S.E Lab+, Software Engineering Virtual Laboratory Plus Plus）項目類別AA類、重點(diǎn)項目 B類、一般項目 報審學(xué)科名 稱 1名 稱 2研究類別A基礎(chǔ)研究B應(yīng)用研究C綜合研究D其他研究B軟件工程計算機(jī)科學(xué)申請金額800元起止年月 2008 年 3 月 至 2008 年 10 月申請者姓名胡楊性別(打)A男B女出生年月1987 10民族漢學(xué)歷本科研究專長熟悉系統(tǒng)編程,網(wǎng)絡(luò)編程,數(shù)據(jù)庫以及分布式運(yùn)算.精通C/C+,熟悉匯編,以及系統(tǒng)底層的逆向工程熟悉STL,Boost,Qt4所在單位名 稱中山大學(xué)計算機(jī)系郵 政編 碼510275聯(lián)系電目組成員總?cè)藬?shù)博士生碩士生本科生參加單位數(shù)50051姓 名性別出生年月學(xué)歷項目中的分工所在單位聯(lián)系電話簽名胡楊男87.10本科生組長，軟件工程管理，協(xié)調(diào)事務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸計算機(jī)瀟男88.10本科生副組長，主程序員，服務(wù)器界面計算機(jī)小宇男86.11本科生算法設(shè)計，主程序員，UML類圖編輯器計算機(jī)寅鵬男87.1本科生文檔設(shè)計，經(jīng)典案例分析界面以及數(shù)據(jù)解析計算機(jī)沛男87.6本科生創(chuàng)意策劃，數(shù)據(jù)庫設(shè)計，客戶端界面計算機(jī)期成果G， IA.專著 B.譯著 C.教材 D. 工具書 E. 論文 F. 調(diào)研報告 G.電腦軟件 H.藝術(shù)作品 I.其他推薦人姓名衣楊專業(yè)職務(wù)副教授工作單位中山大學(xué)計算機(jī)系研究內(nèi)容和意義摘要研究和實(shí)現(xiàn)大學(xué)本科階段軟件工程課程的虛擬實(shí)驗(yàn)室，以實(shí)際案例強(qiáng)化學(xué)生的軟件工程理論知識、訓(xùn)練實(shí)踐操作能力、加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化的文檔編寫及設(shè)計實(shí)現(xiàn)能力，通過網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)加強(qiáng)學(xué)生互助、師生交流、以及學(xué)生學(xué)習(xí)過程的可監(jiān)測性，以此有助于克服當(dāng)前軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)弱點(diǎn)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。本項目對于科軟件工程教學(xué)是一個很大促進(jìn)，同時也是對于傳統(tǒng)軟件教學(xué)方法的一種挑戰(zhàn)和革新，讓軟件工程教學(xué)從課室走到了宿舍，走到了學(xué)生身邊。主題詞1.主題詞數(shù)量不多于三個; 2.主題詞之間空一格。軟件工程實(shí)驗(yàn)裝置C+簡表填寫要求：一、簡表內(nèi)容必須認(rèn)真填寫，采用國家公布的標(biāo)準(zhǔn)簡化漢字。二、凡選擇性欄目，將相應(yīng)提出符A、B等之一填入該欄的右下角。三、部分欄目填寫要求：項目名稱應(yīng)確切反映研究內(nèi)容，最多不超過25個漢字（包括標(biāo)點(diǎn)符號）。報審學(xué)科名稱申請項目所屬的基礎(chǔ)學(xué)科。如涉及多學(xué)科可填寫兩個，先填為主學(xué)科。申請金額以元為單位，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，注意小數(shù)點(diǎn)。項目組主要成員指在項目組內(nèi)對學(xué)術(shù)思想、技術(shù)路線的制定與理論分析及對項目的完成起主要作用的人員。二、立論依據(jù)：（項目的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，附主要的參考文獻(xiàn)）軟件工程是大學(xué)計算機(jī)學(xué)科群中一門比較重要的高年級必修課程，此課程對于培養(yǎng)、訓(xùn)練、提高大學(xué)生建立軟件開發(fā)工程化的思想理念、掌握軟件分析和設(shè)計的基本理論原則、掌握規(guī)范和開發(fā)技術(shù)、了解和掌握軟件實(shí)現(xiàn)過程管理的知識、以及積累項目經(jīng)驗(yàn)都非常重要。然而，由于軟件工程課程（簡稱SE）是一個理論結(jié)合實(shí)踐、管理結(jié)合技術(shù)的學(xué)科，對于基本沒有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和管理理論背景的計算機(jī)系大學(xué)生，此課程難以掌握，大部分同學(xué)感覺到此課程很抽象，學(xué)習(xí)的效果不好。傳統(tǒng)模式下的軟件工程教學(xué)存在三個很明顯的缺陷。1) 課堂知識抽象。老師在課堂上的講授側(cè)重于軟件工程概念部分，著重闡述面向?qū)ο蟆⒔Y(jié)構(gòu)化、以及軟件項目管理的基本概念和理論。聽完之后了解了概念，卻還是不明白為什么會有這個概念，知其然而不知其所以然，更加不知如何運(yùn)用到實(shí)際的工程實(shí)踐中。2) 缺少實(shí)踐訓(xùn)練。缺乏比較完善的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和工具支持學(xué)生，有效的培養(yǎng)軟件工程課程的實(shí)踐技能。目前的SE實(shí)驗(yàn)支持軟件只有Rational Rose、Microsoft Project等，幾個過于“通用”的專業(yè)設(shè)計軟件。缺少結(jié)合最新SE技術(shù)的案例分析，沒有問題背景、知識要點(diǎn)，在做實(shí)驗(yàn)是，通常首先由同學(xué)們憑空想象出一個軟件項目，然后自己解決在軟件設(shè)計中遇到的問題，缺乏一個規(guī)范的對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價標(biāo)準(zhǔn)；總而言之，針對軟件工程的教學(xué)輔助軟件極度缺乏！3) 參考資料分散。SE在網(wǎng)絡(luò)上有大量的資源，但軟件工程是一個很大的學(xué)科，而且網(wǎng)絡(luò)資料基本上不會與課程教學(xué)同步，學(xué)生急需一個軟件把老師的授課資料統(tǒng)一起來，加上專門的背景訓(xùn)練、案例介紹和分析，讓同學(xué)們不僅可以復(fù)習(xí)老師課上講授的知識，還能在機(jī)房或者宿舍隨時隨地鍛煉實(shí)驗(yàn)技能。反觀其他必修課，如C+程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫原理等，其實(shí)驗(yàn)課的目的性、可操作性均較強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件也較完備；在實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)課程內(nèi)容，學(xué)生使用IDE(集成開發(fā)環(huán)境，如Microsoft Visual Studio)或者DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如Microsoft SQL Server)，完成老師布置的題目，根據(jù)題目有效地學(xué)習(xí)專業(yè)知識和培養(yǎng)能力；又比如需要特定硬件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的必修課數(shù)字電路分析與設(shè)計，同學(xué)們可以到數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)室，在俗稱”面包板”的數(shù)字電路板上反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，同時加深對老師課堂講解的理解。但是軟件工程這門課程卻缺乏這樣直觀有效的實(shí)驗(yàn)手段。參考文獻(xiàn):MIT Software Engineering Course1.http:/ /OcwWeb/Electrical-Engineering-and-Computer-Science/6-171Fall2003/CourseHome/UIUC Software Engineering Course2.http:/ /undergraduate/courses.php?course=cs428Stanford Software Engineering Course3.http:/ /class/cs295/4.Roger S Pressman. Software Engineering: A Practitioners Approach, 6th Edition NewYork: McGraw-Hill, 20055. 錢樂秋，趙文耘，牛軍鈺軟件工程 清華大學(xué)出版社6.鄭人杰，殷人昆，陶永雷實(shí)用軟件工程 清華大學(xué)出版社三、研究方案：1研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題S.E Lab+可同時在Windows、Linux、Mac等主流平臺上部署，它將是一個可跨平臺的軟件。任何學(xué)習(xí)者都能獲得為其量身定做的可運(yùn)行版本。本項目旨在開發(fā)一套實(shí)用性強(qiáng)的軟件工程課程實(shí)驗(yàn)裝置，為學(xué)習(xí)者營造一個分階段、循序漸進(jìn)并且?guī)в忻鞔_目標(biāo)、進(jìn)度指示和定量評價手段的學(xué)習(xí)過程。本項目研究的主要著眼點(diǎn)在于如何利用計算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件工程實(shí)驗(yàn)課程理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合；研究內(nèi)容將包括教學(xué)輔助軟件界面的設(shè)計，知識點(diǎn)相關(guān)案例的展示方式，對學(xué)習(xí)進(jìn)度的定量、自動化評價和管理，個人資料、案例、習(xí)題、知識點(diǎn)等信息的表示（用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）和存儲等主題。本項目針對當(dāng)前軟件工程實(shí)驗(yàn)課程的情況，主要解決軟件工程實(shí)驗(yàn)裝置沒有充分體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)及教學(xué)要求這一問題；具體上通過將教學(xué)系統(tǒng)、評價系統(tǒng)與可視化的分析、設(shè)計工具相結(jié)合，將知識點(diǎn)的講授、案例的演示與學(xué)習(xí)者的動手實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的理解、分析、設(shè)計以及表達(dá)能力，并以習(xí)題的方式對其知識點(diǎn)掌握情況進(jìn)行評估。在循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者將加深對軟件工程核心思想的體會，逐步掌握軟件開發(fā)流程中各個階段所需的實(shí)驗(yàn)技能。明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和交互式的學(xué)習(xí)手段，有助于幫助初學(xué)者克服對軟件工程實(shí)驗(yàn)“紙上談兵”般難以入手的尷尬，總結(jié)出實(shí)實(shí)在在的體會和收獲。擬解決的關(guān)鍵問題：1）在并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，本項目對于穩(wěn)定性以及性能方面的要求特別是在多人通過本虛擬實(shí)驗(yàn)室與老師互動的時候的速度和相應(yīng)時間的高要求。2)在知識點(diǎn)練習(xí)的時候，怎樣模擬老師出題的場面，特別是練習(xí)提交的時候怎么樣模擬老師改試卷的情況，如客觀的評分，以及有用的提示和批注。虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺學(xué)生討論社區(qū)課后習(xí)題訓(xùn)練UML類圖設(shè)計師生互動環(huán)節(jié)經(jīng)典案例解析2擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案:以軟件工程權(quán)威文獻(xiàn)、行業(yè)國家標(biāo)準(zhǔn)為主導(dǎo)，輔以主流軟件開發(fā)規(guī)范，以“研究實(shí)現(xiàn)再研究再實(shí)現(xiàn)”的迭代開發(fā)方式來實(shí)現(xiàn)此項目。1) 需求分析： 通過負(fù)責(zé)軟件工程教學(xué)的衣楊老師的指導(dǎo),自己的上課的親身經(jīng)歷和與感受一與同學(xué)之間的溝通與交流,發(fā)現(xiàn)目前教學(xué)中的不足和需要改進(jìn)的地方2) 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計：通過第一步，得知客戶（學(xué)生）對軟件工程教學(xué)的需求，開始思索整個程序的架構(gòu)設(shè)計3）系統(tǒng)靜態(tài)邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計：設(shè)計好宏觀以及總體的系統(tǒng)架構(gòu)以后，小組會一個星期開一次會慢慢討論底層的靜態(tài)邏輯架構(gòu)的建設(shè)4）代碼編寫：在每個架構(gòu)都設(shè)計和構(gòu)思好以后，開始按照之前的需求分析和方案開始編寫程序以及代碼5）項目單元測試：在代碼編寫完成以后，項目組成員內(nèi)開始對已完成的項目軟件進(jìn)行分步驟，有條理的單元回歸測試，以及壓力測試以便及時發(fā)現(xiàn)問題，修改問題.6）項目管理：在通過系統(tǒng)的測試以后，開始正式投入使用，部署。而且及時和用戶溝通，不斷了解新的形勢和變化，進(jìn)一步完善功能，提高用戶滿意度。技術(shù)路線：采用跨平臺的C+類庫QT來實(shí)現(xiàn)平臺無關(guān)性，使用SQLite實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲訪問，以在線團(tuán)隊協(xié)作和項目管理平臺EveryDo來實(shí)現(xiàn)項目的管理、任務(wù)日程安排、文檔、代碼的更新和成員交流，以boost庫的智能指針、函數(shù)綁定、信號-槽機(jī)制來加強(qiáng)項目實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性及組件化?？尚行苑治觯罕卷椖恳延性敿?xì)的研究資料列表，項目的各個目標(biāo)功能皆已確定了對應(yīng)的技術(shù)方案，因此項目在技術(shù)上已經(jīng)不成問題。項目組組長、組員各有所長，各成員都曾參與與他人合作的編程項目的開發(fā)，組長胡楊更是QT、Boost等跨平臺C+庫的精通者；而組員楊瀟長于數(shù)據(jù)庫、界面編程，組員洪小宇精于算法、圖表繪制的程序?qū)崿F(xiàn)、組員鄭寅鵬長于數(shù)據(jù)格式設(shè)計、文檔實(shí)現(xiàn)，組員鐘沛精通QT界面編程：因此，對于此項目所采用的各技術(shù)，小組成員們完全能夠勝任。3本項目的特色與創(chuàng)新之處本項目計劃研究、設(shè)計開發(fā)一個軟件系統(tǒng)軟件工程虛擬實(shí)驗(yàn)室（S.E Lab+）具體特色如下：1）提供虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。使用者通過S.E Lab+提供的具體案例訓(xùn)練，獲得軟件工程中各環(huán)節(jié)的基本技能（包括需求分析、系統(tǒng)分析與設(shè)計這樣的設(shè)計技能，以及圖表繪制、各種文檔的標(biāo)準(zhǔn)格式等操作技能），2）提供SE實(shí)驗(yàn)軟件裝置。虛擬實(shí)驗(yàn)室提供的各種虛擬實(shí)驗(yàn)裝置，如各種圖表繪制工具，例如UML繪制、數(shù)據(jù)流圖繪制等，和各種標(biāo)準(zhǔn)格式的文檔又為進(jìn)行軟件工程實(shí)驗(yàn)提供了有力工具。3）提供面向教師的學(xué)習(xí)進(jìn)度監(jiān)測、管理功能和學(xué)習(xí)社區(qū)功能。學(xué)習(xí)者登入聯(lián)機(jī)系統(tǒng)時，學(xué)習(xí)的進(jìn)度、質(zhì)量將會匯總到服務(wù)器供教師參考；教師也可以自由定制需要學(xué)習(xí)者完成的測試。同時，通過記錄各使用者的學(xué)習(xí)進(jìn)度細(xì)況，一個使用者在需要幫助時，可以了解到哪些使用者已經(jīng)順利完成了自己正在學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)，從而可以向這些使用者發(fā)送消息并請求幫助。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)社區(qū)內(nèi)可以輕松地就軟件工程課程請求幫助、提供幫助和發(fā)表意見。4）兩大突出技術(shù)特點(diǎn):大規(guī)模，高性能，并發(fā)網(wǎng)絡(luò)連接的支持。模擬現(xiàn)實(shí)批改自然語言的試題的人工智能的研究。4（1）預(yù)期的研究進(jìn)度和成果（2）項目規(guī)模及要達(dá)到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（3）效益預(yù)測（1） 預(yù)期的研究進(jìn)度和成果：2008-3-01 2008-4-30：進(jìn)行需求分析，與老師和同學(xué)交流，得出共識。項目組進(jìn)一步完成，問題陳述，用例分析，用例規(guī)約，活動圖。等初期文檔2008-5-1 2008-5-31：開始宏觀上進(jìn)行系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計。2008-6-1 2008-6-30：開始系統(tǒng)底層邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計，反思之前的2步不足的地方，進(jìn)行評估修改。2008-7-1 2008-8-28：開始正式進(jìn)行代碼的編寫工作，預(yù)計此時可以完成一個帶有完整軟件工程案例的軟件工程虛擬實(shí)驗(yàn)室的例子。2008-9-1 2008-10-1在最終完成作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行單元回歸測試，發(fā)現(xiàn)以及糾正必要的問題。等諸類成員再也不能發(fā)現(xiàn)問題的時候正式投入使用，部署，進(jìn)入軟件項目管理的過程。（2） 項目規(guī)模及要達(dá)到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：此虛擬實(shí)驗(yàn)室完成以后應(yīng)該是一個可以滿足部署在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，規(guī)模大概是一個機(jī)房或者說75-125人共同學(xué)習(xí)軟件工程。預(yù)計達(dá)到的技術(shù)：1） 提供虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。2） 提供軟件工程實(shí)驗(yàn)軟件裝置。3） 提供面向教師的學(xué)習(xí)進(jìn)度監(jiān)測、管理功能和學(xué)習(xí)社區(qū)功能。（3） 效益預(yù)測： 此軟件完成以后，可以把目前校內(nèi)的軟件工程教學(xué)帶入到一個新的臺階，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室在這個軟件的幫助下集中一起討論學(xué)習(xí)中遇到的種種問題，或者在宿舍里面自己重溫實(shí)踐一下課上所說的內(nèi)容。 簡單來說就是實(shí)現(xiàn)更好的軟件工程教學(xué)實(shí)踐。四、研究基礎(chǔ)1與本項目有關(guān)的研究工作積累和已取得的研究工作成績胡楊 組長 計算機(jī)系 05級 本科生：1) 本人以曾獨(dú)立完成過ShadowVistor - 一個 RAT（網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制軟件）其中大范圍用到了高密度網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并發(fā)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全及系統(tǒng)編程的技術(shù)正好這個項目里面的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)可以用到現(xiàn)在的虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)連接上面來。楊瀟 計算機(jī)系 05級 本科生：1.基于GDI+的桌球RPG游戲使用動態(tài)碰撞檢測算法、使用GDI+繪制的桌球RPG游戲。2.基于OpenGL的三維坦克游戲Demo擁有地形繪制、紋理貼圖、粒子火焰效果的三維游戲。3.即時通訊程序“QPlus”使用GDI+繪制仿Vista半透明外觀、類似QQ的即時通訊程序?；赟/C架構(gòu)，擁有好友、群、表情、頭像、文件傳輸?shù)裙δ堋?已具備的科研條件，尚缺少的科研條件和擬解決的途徑；擬利用校內(nèi)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的計劃與落實(shí)情況已具備的科研條件：1) 程序用計算機(jī)2) 相關(guān)資料3) 國外參考書籍4) 編譯環(huán)境尚缺少的科研條件：1.一個大規(guī)模的測試環(huán)境擬解決的途徑：1.等軟件寫好之后找小組成員組成局域網(wǎng)進(jìn)行測試。3