程序設(shè)計的軟件架構(gòu)探索

1、程序設(shè)計的軟件架構(gòu)探索     作者：王海舜 蔣巍巍 劉師少 單位：浙江中醫(yī)藥大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院1依據(jù)課程內(nèi)在聯(lián)系構(gòu)建軟件設(shè)計系列課程群構(gòu)成學(xué)生程序設(shè)計能力的計算思維、算法設(shè)計、程序設(shè)計與實現(xiàn)和系統(tǒng)分析能力四個基本要素，關(guān)鍵是提高計算思維、抽象思維、邏輯思維的能力，一兩門孤立的語言或算法課程無法完成，這需要從系統(tǒng)工程的角度進(jìn)行整體設(shè)計，組合相關(guān)的系列課程構(gòu)成相應(yīng)的教學(xué)和實踐系統(tǒng)，并有一個循序漸進(jìn)的深入過程，這一過程一般需要經(jīng)過知識的積累、程序設(shè)計課程學(xué)習(xí)、軟件開發(fā)實踐等不同的環(huán)節(jié)，也就是要經(jīng)歷啟蒙入門，發(fā)展提高和開發(fā)應(yīng)用三個階段2。通過貫穿大學(xué)四年的程序設(shè)

2、計類課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在程序設(shè)計啟蒙入門、發(fā)展提高和開發(fā)應(yīng)用的不同階段都能夠很好地達(dá)到各個階段的教學(xué)要求，形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，循序漸進(jìn)、潛移默化地養(yǎng)成程序設(shè)計能力。因此，依據(jù)程序設(shè)計能力不同培養(yǎng)階段的教學(xué)規(guī)律，我們應(yīng)選擇對學(xué)生程序設(shè)計能力培養(yǎng)有著關(guān)鍵作用的課程組成軟件設(shè)計類課程群，課程群的主要課程可由以下課程組成。1）啟蒙入門階段：計算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計等。2）發(fā)展提高階段：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、計算方法、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、軟件工程、Java程序設(shè)計等。3）開發(fā)應(yīng)用階段：網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫開發(fā)實踐、醫(yī)學(xué)信息學(xué)、信息系統(tǒng)設(shè)計、醫(yī)學(xué)圖象處理等。建設(shè)課程群的目的是把原本相對獨(dú)立的

3、課程在教學(xué)過程中有機(jī)融合，前后課程互相呼應(yīng)，逐步深化，把學(xué)生引入門。在課程群內(nèi)涵建設(shè)中，按“點(diǎn)線面體”的思路構(gòu)建課程群框架，即以每門課程的主要知識點(diǎn)為基礎(chǔ)，把程序設(shè)計類主干課程串成前后有機(jī)銜接的教學(xué)“線”，在課程群的“面”上構(gòu)建課內(nèi)外相關(guān)的任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)激勵機(jī)制，最終形成軟件設(shè)計課程群的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)化的程序設(shè)計類課程教學(xué)框架4。在具體實踐中，從分析課程群每門課程的知識點(diǎn)入手，從知識點(diǎn)內(nèi)涵、教學(xué)要求、教學(xué)策略以及與前驅(qū)知識點(diǎn)和后續(xù)知識點(diǎn)關(guān)系等多個維度建立課程群中課程的知識架構(gòu)的點(diǎn)、線關(guān)系，進(jìn)而形成相關(guān)課程知識點(diǎn)前驅(qū)、后續(xù)知識點(diǎn)互相融合匯聚的知識面和課程體系。在此基礎(chǔ)上通過完善相關(guān)課程教學(xué)大綱，達(dá)

4、到目標(biāo)明確、層次分明、定位正確、強(qiáng)化基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)知識面的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。2建立基于混合式學(xué)習(xí)的程序設(shè)計課程群教學(xué)模式混合式學(xué)習(xí)（BlendingLearning）將傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)方式和數(shù)字化學(xué)習(xí)方式有機(jī)整合，根據(jù)程序設(shè)計能力培養(yǎng)的啟蒙入門、發(fā)展提高和開發(fā)應(yīng)用不同階段教學(xué)特點(diǎn)，圍繞程序設(shè)計能力的“算法設(shè)計與分析能力、程序設(shè)計與實現(xiàn)能力和系統(tǒng)分析、開發(fā)能力”的遞進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)，從混合式學(xué)習(xí)課程導(dǎo)入機(jī)制、多元化的程序設(shè)計課程活動組織策略、課內(nèi)外學(xué)習(xí)支持以及教學(xué)評價等四個教學(xué)環(huán)節(jié)，從啟蒙入門、發(fā)展提高、開發(fā)應(yīng)用不同階段組織開展混合式學(xué)習(xí)5-7。2.1啟蒙入門階段從程序設(shè)計能力入門訓(xùn)練入手，其重點(diǎn)在

5、算法設(shè)計與分析能力的培養(yǎng)。針對大一、大二學(xué)生程序設(shè)計啟蒙課程主要有計算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計基礎(chǔ)等；教學(xué)圍繞基本知識點(diǎn)訓(xùn)練編程思路、算法設(shè)計與分析方法，引導(dǎo)學(xué)生入門；教學(xué)活動組織中側(cè)重于以班集體為單位的理論和實驗教學(xué)，同時結(jié)合程序設(shè)計競賽、課程設(shè)計、大作業(yè)等開展課外編程學(xué)習(xí)；建立BB平臺、開發(fā)上線ZCMUOJ（ZhejiangChineseMedicalUniversityOnlinejudge：浙江中醫(yī)藥大學(xué)在線編譯）系統(tǒng)，使之成為程序設(shè)計階段課外學(xué)習(xí)平臺，把師生面對面及借助網(wǎng)絡(luò)和BB平臺的輔導(dǎo)相結(jié)合，通過檢查平時程序設(shè)計作業(yè)完成情況和程序代碼數(shù)量和質(zhì)量，以及期末的現(xiàn)場程序設(shè)計實驗考試，進(jìn)行學(xué)習(xí)成

6、績綜合評價。2.2發(fā)展提高階段發(fā)展提高階段重點(diǎn)在程序設(shè)計與實現(xiàn)能力培養(yǎng)，從軟件工程的角度，研究從程序設(shè)計到軟件設(shè)計能力培養(yǎng)。本階段主要是針對大二、大三學(xué)生，主要課程有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、計算方法、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、軟件工程等；該階段的教學(xué)側(cè)重在程序設(shè)計的綜合性、整體性素養(yǎng)培養(yǎng)，綜合相關(guān)課程設(shè)計任務(wù)，以設(shè)計性、綜合性實驗為主，重點(diǎn)圍繞軟件開發(fā)的完整流程開展實踐，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊分工與協(xié)作；以小組協(xié)作方式為主，根據(jù)各課程知識間的依賴特性從課程群的角度組織開展課程設(shè)計與假期實踐；同時，強(qiáng)化軟件集成開發(fā)環(huán)境（如VisualStudioTeamSystem、Eclipse等），版本控制工具（如CVS等）等協(xié)同

7、開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用；教師的角色也隨之從“教”師變?yōu)椤皩?dǎo)”師，提供實踐思路與方法的指導(dǎo)，引導(dǎo)小組成員協(xié)作學(xué)習(xí)、角色扮演、討論交流；教學(xué)評價側(cè)重于程序開發(fā)、文檔撰寫、軟件評測、團(tuán)隊協(xié)作等多個角度，通過小組自評、組間互評與教師評價等方式綜合考量。2.3開發(fā)應(yīng)用階段開發(fā)應(yīng)用階段重點(diǎn)在系統(tǒng)分析、開發(fā)能力培養(yǎng)，軟件團(tuán)隊合作開發(fā)訓(xùn)練，基于常用團(tuán)隊協(xié)作軟件開發(fā)平臺的軟件開發(fā)訓(xùn)練。針對大三、大四學(xué)生結(jié)合計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是我校醫(yī)學(xué)領(lǐng)域信息開發(fā)的優(yōu)勢，從醫(yī)學(xué)信息學(xué)的角度，開展跨學(xué)科的醫(yī)療衛(wèi)生信息化項目開發(fā)實踐。該階段課程群主要課程有醫(yī)學(xué)信息學(xué)、信息系統(tǒng)設(shè)計、Java程序設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫開發(fā)實踐、醫(yī)學(xué)數(shù)字圖

8、象處理等；該階段以項目實訓(xùn)、企業(yè)實踐為主，重點(diǎn)圍繞醫(yī)學(xué)信息工程軟件開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件開發(fā)等以及軟件測試等多種角色開展教學(xué)；以團(tuán)隊分工協(xié)作的方式開展課程設(shè)計、項目實訓(xùn)和科研項目開發(fā)，并與相關(guān)衛(wèi)生信息化企業(yè)合作開展企業(yè)實踐，組織學(xué)生參與醫(yī)院信息化項目研發(fā)；由相關(guān)教師組成導(dǎo)師組，以客戶經(jīng)理、項目經(jīng)理等角色給予項目團(tuán)隊方向、思路、策略的指導(dǎo)，教師參與并鼓勵學(xué)生借助網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)資源共同研究解決完善相關(guān)問題；通過項目答辯的形式檢查實訓(xùn)成果。3以任務(wù)驅(qū)動的課內(nèi)外程序設(shè)計推進(jìn)機(jī)制程序設(shè)計能力的培養(yǎng)，僅靠課內(nèi)的教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要建立完善的課外程序設(shè)計學(xué)習(xí)機(jī)制，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)潛力，為此

9、，我們主要采取程序設(shè)計類課程布置的課外大作業(yè)、課程設(shè)計任務(wù)以及參與教師實際科研項目開發(fā)等多種途徑來驅(qū)動學(xué)生的課外參與程序設(shè)計能力訓(xùn)練，同時建立多種形式的驗收講評和評價激勵機(jī)制，任務(wù)驅(qū)動與激勵機(jī)制的結(jié)合是引導(dǎo)學(xué)生課外開展程序設(shè)計一種有效措施8。3.1啟蒙入門階段以程序設(shè)計競賽為抓手在低年級學(xué)生的程序設(shè)計能力啟蒙入門階段，以實施課外程序設(shè)計競賽為抓手，從程序設(shè)計能力培養(yǎng)與訓(xùn)練入手，根據(jù)程序設(shè)計能力的教學(xué)規(guī)律，建立不同難度、不同層次的課外程序設(shè)計訓(xùn)練和競賽為主的學(xué)習(xí)激勵機(jī)制；設(shè)計開發(fā)適合我校學(xué)生特點(diǎn)的ZCMUOJ系統(tǒng)，使之成為學(xué)生參與程序設(shè)計的主要學(xué)習(xí)支持平臺。為了吸引同學(xué)參與課外程序設(shè)計，我們建立

10、了周賽、月賽、學(xué)期比賽以及單挑賽等多種形式的程序設(shè)計競賽機(jī)制，刺激學(xué)生的參與興趣。平均每周組織一次程序設(shè)計周賽，每月組織一次個人單挑賽和團(tuán)體月賽，每學(xué)年分別組織學(xué)院比賽和學(xué)校比賽，參與人員覆蓋了計算機(jī)專業(yè)一二年級70%學(xué)生。以程序設(shè)計競賽為主要抓手的程序設(shè)計能力培養(yǎng)使學(xué)生程序設(shè)計能力明顯提高，低年級學(xué)生完成課程設(shè)計的編程難度和代碼數(shù)量明顯提高，學(xué)習(xí)程序設(shè)計的興趣明顯上升，特別是在ACM比賽中，我校2011年浙江省ACM程序設(shè)計競賽中獲銅獎三項；2011年4月，我校在ACM-ICPC亞洲賽區(qū)晉級賽福州站比賽中獲銅獎1項，學(xué)校排名25位；在2011年9月第36屆ACM-ICPC國際大學(xué)生程序設(shè)計競

11、賽亞洲區(qū)預(yù)賽大連站比賽中獲銅獎1項。3.2發(fā)展提高階段以課程設(shè)計為抓手大二和大三學(xué)生已初步掌握程序設(shè)計基礎(chǔ)，需要提高發(fā)展程序設(shè)計能力，突出軟件工程角度的軟件工程化開發(fā)能力的培養(yǎng)。軟件團(tuán)隊合作開發(fā)訓(xùn)練采用企業(yè)通用的集成開發(fā)環(huán)境和軟件版本控制工具進(jìn)行軟件開發(fā)訓(xùn)練。此階段主要采取相關(guān)課程的課程設(shè)計和二年級小學(xué)期的集中課程設(shè)計等多種形式實現(xiàn)程序設(shè)計。例如在“數(shù)據(jù)庫開發(fā)”課程中，采用案例教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生開展課程設(shè)計，通過剖析數(shù)據(jù)庫開發(fā)案例，詳細(xì)展開需求分析、模型設(shè)計、程序設(shè)計、程序測試以及系統(tǒng)發(fā)布等各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方法，引導(dǎo)學(xué)生從單一程序設(shè)計到較為復(fù)雜的軟件系統(tǒng)開發(fā)的過渡，培養(yǎng)學(xué)生軟件工程素養(yǎng)和軟件開發(fā)能力

12、。3.3開發(fā)應(yīng)用階段以項目開發(fā)為抓手大三和大四學(xué)生已經(jīng)掌握了軟件開發(fā)的基礎(chǔ)，但需要更多的實際項目開發(fā)實踐，以便迅速提高軟件開發(fā)能力。對此，我們采取課程教學(xué)中的模擬項目開發(fā)和實際軟件項目開發(fā)相結(jié)合的激勵機(jī)制。針對全體學(xué)生，在后續(xù)的醫(yī)學(xué)信息學(xué)、信息系統(tǒng)設(shè)計等課程中開展模擬軟件工程開發(fā)全過程的程序設(shè)計。例如在醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程教學(xué)中，把完成一個醫(yī)院信息系統(tǒng)子模塊設(shè)計開發(fā)作為貫穿于整個教學(xué)過程的任務(wù)，要求人人都參與項目開發(fā)，并且要用軟件工程的方法來實現(xiàn)項目開發(fā)。以班級為單位，開發(fā)醫(yī)院信息系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，模擬實際項目開發(fā)，分層管理，班級設(shè)立項目經(jīng)理和技術(shù)總監(jiān)，負(fù)責(zé)項目實施管理和技術(shù)管理，3至4人為一組，設(shè)

13、立項目組長，負(fù)責(zé)項目模塊的開發(fā)，要求每組完成需求、概要設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和軟件測試四個文檔，并且結(jié)合醫(yī)院信息系統(tǒng)參觀調(diào)研，完善需求分析和設(shè)計。通過課程設(shè)計，嘗試對軟件設(shè)計全過程，特別是軟件開發(fā)團(tuán)隊的合作，這對提高同學(xué)們軟件設(shè)計能力有很大的幫助。同時，在課程設(shè)計成果考核評價中，我們讓項目團(tuán)隊中每個人上臺宣講自己所做的工作、演示系統(tǒng)，學(xué)生代表評分與教師評分相結(jié)合。自2005年級至2008年級，共五屆490名計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生參加醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程設(shè)計，共完成22個門診或住院子系統(tǒng)，100個子模塊。同時，通過公開招募考試等形式，召集一些軟件開發(fā)能力較強(qiáng)或?qū)W習(xí)能力較好的學(xué)生參加寒暑假教師的實際科研項目開發(fā)，并使之形成班級軟件開發(fā)的骨干力量，進(jìn)一步帶動整