軟件工程過(guò)程教學(xué)-軟件估算和復(fù)用方法的教學(xué)實(shí)踐

1、軟件工程過(guò)程教學(xué)軟件估算和復(fù)用方法的教學(xué)理論軟件工程過(guò)程教學(xué)軟件估算和復(fù)用方法的教學(xué)理論摘要:為了進(jìn)步學(xué)生的軟件工程管理才能,精心設(shè)計(jì)了軟件過(guò)程根底課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn),使學(xué)生體驗(yàn)從單一開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)步到多循環(huán)開(kāi)發(fā)過(guò)程,從小規(guī)模開(kāi)發(fā)過(guò)渡到大規(guī)模開(kāi)發(fā)過(guò)程,掌握估算與方案,親身體驗(yàn)使用代碼復(fù)用方法的高效率性。通過(guò)總結(jié)和分析課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證了PRBE估算教學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效性及應(yīng)用的合理性,提出了教學(xué)改良建議。關(guān)鍵詞:統(tǒng)計(jì)方法;PRBE估算;復(fù)用;PSP;TSP論文聯(lián)盟.Ll.1研究背景軟件過(guò)程根底課程是北航計(jì)算機(jī)學(xué)院為北航大三學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)必修課。我們參考attsS.Huprey的一系列研究著作1-3以

2、及卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟件工程研究所(U/SEi)的有關(guān)研究報(bào)告4-5,在滿足IEEESEBK6和PSPBK7知識(shí)和才能要求的根底上,以知識(shí)、才能、素質(zhì)培養(yǎng)為目的,結(jié)合PSPS(PersnalSftarePressS),不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)歷,完善課程設(shè)計(jì)和改良實(shí)驗(yàn)教案,確定課程體系和理論環(huán)節(jié)。我們強(qiáng)調(diào)軟件工程和過(guò)程理論從理論到實(shí)際的親身體驗(yàn)式教學(xué),進(jìn)步學(xué)生的開(kāi)發(fā)才能。課程共9周,授課18學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)18學(xué)時(shí),包括了課程要求、課程講義和作業(yè)說(shuō)明等相關(guān)材料,結(jié)合企業(yè)理論應(yīng)用開(kāi)展有針對(duì)性的教學(xué)。老師在教學(xué)過(guò)程中全程跟蹤,及時(shí)總結(jié)和糾正學(xué)生學(xué)習(xí)中的問(wèn)題,形成精煉而完好的課程體系。該課程自2022年開(kāi)設(shè)以來(lái),已經(jīng)進(jìn)

3、展了3次較大的調(diào)整,聽(tīng)課學(xué)生近600名。學(xué)生建立起開(kāi)發(fā)大型軟件的工程技能根底,學(xué)習(xí)到一些質(zhì)量管理方法,學(xué)習(xí)如何制定一個(gè)準(zhǔn)確的方案、進(jìn)步方案的準(zhǔn)確性及如何根據(jù)方案跟蹤個(gè)人的性能等,還學(xué)會(huì)使用缺陷管理、設(shè)計(jì)和代碼評(píng)審、設(shè)計(jì)模板及過(guò)程分析方法,通過(guò)使用一個(gè)已定義的過(guò)程來(lái)施行度量。課程以U/SEIattsS.Huprey的?PSPS:ASelf-IprveentPressfrSftareEngineers?(軟件工程師的自我改良過(guò)程)為主要參考教材。此教材提供了必要的軟件工程和過(guò)程的根底理論,從軟件工程師的專業(yè)性方面提供了大量的理論指導(dǎo)說(shuō)明,使學(xué)生站在軟件工程師的角度掌握專業(yè)軟件工程師的知識(shí)和技能,勝

4、任社會(huì)工作。本文就統(tǒng)計(jì)方法與估算方面的教學(xué)理論以及以代碼復(fù)用理論進(jìn)步開(kāi)發(fā)效率等內(nèi)容進(jìn)展總結(jié)。2統(tǒng)計(jì)方法在估算中的應(yīng)用估算的主要目的是力求通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)總結(jié)出一定的規(guī)律,用于工程方案。目前有多種可用的估算方法,包括模型、功能點(diǎn)估算模型等,本課程主要引入PRBE估算模型。2.1相關(guān)性和預(yù)測(cè)區(qū)間相關(guān)性是指兩組數(shù)的相關(guān)程度。公式(1)為相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式,相關(guān)系數(shù)r的變化范圍為-1.01.0。假如相關(guān)系數(shù)的值接近1.0,那么這兩組數(shù)(x和y)的相關(guān)性很高,這意味著假如x增加的話,y也會(huì)相應(yīng)成正比地增加。假如相關(guān)系數(shù)接近-1.0,那么假如x增加,y會(huì)相應(yīng)地減少。對(duì)于我們的課程教學(xué)來(lái)說(shuō),主要關(guān)注正相關(guān)性

5、。預(yù)測(cè)區(qū)間,是在一組給定觀察值的根底上,計(jì)算在一定的概率條件下下一個(gè)值可能落入的范圍。公式(2)為計(jì)算預(yù)測(cè)區(qū)間界限的公式,公式(3)為計(jì)算預(yù)測(cè)區(qū)間上下限的公式。圖2給出6個(gè)程序的實(shí)際數(shù)據(jù)以及第7次估算的70%的預(yù)測(cè)區(qū)間。這個(gè)預(yù)測(cè)區(qū)間給出了70%的實(shí)際值可能落在的區(qū)間。如圖1所示,7個(gè)點(diǎn)中的6個(gè)點(diǎn)在預(yù)測(cè)范圍上下限之內(nèi),并且另外1個(gè)點(diǎn)(點(diǎn)1)離預(yù)測(cè)區(qū)間的上限很近。其中,yk的估算為yk=0+1xk,t(p,n)為p=70%或p=90%且自由度a=n-2的t分布的值,xavg是x的平均值,xk用于估算和計(jì)算預(yù)測(cè)區(qū)間。預(yù)測(cè)區(qū)間給出了實(shí)際程序規(guī)?；蜷_(kāi)發(fā)時(shí)間的可能范圍。當(dāng)估算很準(zhǔn)確時(shí),預(yù)測(cè)區(qū)間將會(huì)變窄,類

6、似地,當(dāng)估算誤差很大時(shí),預(yù)測(cè)區(qū)間也會(huì)變大。2.2PRBE估算模型3PRBE(PRxy-BasedEstiating,基于代理的估算)是PSP/TSP的一局部,包括如何獲得估算數(shù)據(jù),如何使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)展估算以及如何度量和改良估算的準(zhǔn)確性。它的估算思想是:假如新建立的組件與以前建立的組件類似,那么新組件所需的工作量與舊組件一樣。在PRBE估算中,需要建立自己的代碼庫(kù),以跟蹤所有程序的規(guī)模和工作量,而代碼庫(kù)中的每個(gè)組件都有設(shè)定的類型(計(jì)算、邏輯或數(shù)據(jù)等)和規(guī)模(非常孝孝中、大、非常大)。當(dāng)開(kāi)場(chǎng)一個(gè)新工程時(shí),我們可以將任務(wù)劃分成與代碼庫(kù)中組件相似的類型和規(guī)模,然后利用線性回歸方法來(lái)估算工程的工作量。P

7、RBE估算可以使用任何所選的項(xiàng)為代理,但只有滿足以下幾個(gè)條件7才能成為好的代理:1)代理規(guī)模(prxy)的度量應(yīng)該與開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品需要的工作量嚴(yán)密相關(guān)。2)一個(gè)產(chǎn)品的代理規(guī)模內(nèi)容應(yīng)該可以自動(dòng)計(jì)算。3)工程開(kāi)場(chǎng)時(shí),代理規(guī)模應(yīng)是形象化、易懂的。4)代理規(guī)模應(yīng)該便于定制,以適應(yīng)工程和開(kāi)發(fā)人員的需求。5)對(duì)于不同的軟件開(kāi)發(fā)施行方案,代理規(guī)模應(yīng)該是敏感的,而且應(yīng)該可以正確反映出開(kāi)發(fā)本錢和工作量。表1顯示了四種PRBE法、使用它們的條件以及如何使用它們。假設(shè)你選擇了4種PRBE規(guī)模估算規(guī)程中的1種,就決定了如何計(jì)算參數(shù),而這種選擇基于所采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。方法A應(yīng)該是首選,但是它要求至少3個(gè)及以上估算代理規(guī)模(E

8、)和實(shí)際新增和修改規(guī)模的數(shù)據(jù)點(diǎn),并要求數(shù)據(jù)點(diǎn)的相關(guān)性r=0.7。假如方法A難以實(shí)行,可以試著使用方法B。方法B使用方案新增和修改的規(guī)模以及實(shí)際新增和修改的規(guī)模,同樣必須有3個(gè)及以上數(shù)據(jù)點(diǎn),且要求r=0.7。假如數(shù)據(jù)不滿足方法A和B,但是有一些方案和實(shí)際的新增與修改規(guī)模,可以使用方法。假如沒(méi)有任何數(shù)據(jù),那就只能使用方法D,而這實(shí)際上并沒(méi)有作預(yù)測(cè),僅僅是猜想一個(gè)值作為方案新增和修改的規(guī)?；蛘唛_(kāi)發(fā)時(shí)間,輸入到工程方案中。3課程內(nèi)容設(shè)計(jì)軟件過(guò)程根底課的教學(xué)目的包括知識(shí)和才能兩個(gè)方面。知識(shí)方面主要是使學(xué)生滿足行業(yè)對(duì)軟件工程師的專業(yè)要求,才能方面主要是使學(xué)生使用經(jīng)過(guò)證明的有效的方法,不斷進(jìn)步自己的過(guò)程才能

9、,并通過(guò)此過(guò)程的講授進(jìn)步在開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)中工作所需的技能。本課程是在學(xué)生學(xué)習(xí)完、+和Java等語(yǔ)言及軟件工程根底課程后開(kāi)設(shè)的。在進(jìn)步估算準(zhǔn)確性和消費(fèi)率方面,主要教學(xué)和實(shí)驗(yàn)步驟如下:1)課程安排。本課程參照SEi的PSP培訓(xùn)的相關(guān)材料,設(shè)置了3個(gè)階段的課程,如圖2所示。2)課程輔助工具。在PSP教學(xué)中,正確地搜集數(shù)據(jù)是學(xué)生遇到的最大挑戰(zhàn)。加上學(xué)生的經(jīng)歷較少,經(jīng)常會(huì)估算不準(zhǔn)確,復(fù)用方法理論甚少。假如用數(shù)論文聯(lián)盟.Ll.據(jù)客觀看到我才能進(jìn)步了,是對(duì)學(xué)生增強(qiáng)自我信心的最大鼓勵(lì)。我們?cè)谠泄ぞ吒咨显鰪?qiáng)了針對(duì)估算和復(fù)用方面的功能。(1)如圖3所示,在初始的時(shí)間估算中,工具會(huì)根據(jù)學(xué)生輸入的總時(shí)間和歷史各階段的百

10、分比自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的參考值,然后學(xué)生可以根據(jù)需要分配各階段時(shí)間。(2)如圖4所示,在進(jìn)展規(guī)模估算前,學(xué)生首先要將已有的構(gòu)件添加到個(gè)人代碼庫(kù)中。(3)如圖5所示,學(xué)生選擇PRBE估算方法時(shí),根據(jù)歷史數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)的相關(guān)性。假如相關(guān)性條件符合所選的方法,工具會(huì)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)以及該程序的代理規(guī)模,用PRBE方法估算出總的規(guī)模、總的時(shí)間以及對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)區(qū)間;假如相關(guān)性不符合所選方法的要求,工具會(huì)提醒學(xué)生重新選擇。4結(jié)果分析和評(píng)價(jià)無(wú)論從學(xué)生個(gè)體還是總體的角度出發(fā),我們?cè)诠浪銣?zhǔn)確度和消費(fèi)率方面都獲得了良好的成果。1)我們給學(xué)生提供專門的實(shí)驗(yàn)課集體訓(xùn)練(上機(jī))環(huán)境,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一步步指導(dǎo)學(xué)生,使其體會(huì)正確的做事方

11、法,體會(huì)努力后獲得的成功。表2是學(xué)生在集中指導(dǎo)下的教學(xué)效果與上學(xué)期個(gè)人自由上機(jī)的比擬。學(xué)生在經(jīng)過(guò)18學(xué)時(shí)的理論課后,在很多方面都有了改良,學(xué)生的反應(yīng)如表3所示。2)在理論過(guò)程中,具有較高數(shù)據(jù)相關(guān)性的學(xué)生,其估算準(zhǔn)確度會(huì)較高。在完成幾個(gè)程序后,學(xué)生基于已建立的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)展相關(guān)性分析,得到比擬好的結(jié)果,如圖6所示。3)圖7是學(xué)生規(guī)模估算偏向的箱線圖,可以看出,規(guī)模估算的準(zhǔn)確性在不斷進(jìn)步。圖8是學(xué)生時(shí)間估算偏向的箱線圖。比擬作業(yè)1和作業(yè)5,無(wú)論是規(guī)模偏向還是時(shí)間偏向,都有了很大幅度的減校論文聯(lián)盟.Ll.5結(jié)語(yǔ)在本次教學(xué)中,學(xué)生從單一開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)步到多循環(huán)開(kāi)發(fā)過(guò)程,從小規(guī)模開(kāi)發(fā)過(guò)渡到大規(guī)模開(kāi)發(fā)過(guò)程,進(jìn)

12、步了代碼復(fù)用才能,為后續(xù)學(xué)習(xí)獲得了珍貴經(jīng)歷。另外,學(xué)生為課程提出了非常珍貴的建議,特別在考慮代碼難度與復(fù)用比例的應(yīng)用等方面,我們將根據(jù)課程總結(jié)作進(jìn)一步改良。參考文獻(xiàn):1attsSHuphrey.ADisiplinefrSftareEngineering.Addisn-esleyPrfessinal,1995.2attsSHuphrey.個(gè)體軟件過(guò)程-PSP引論.吳超英,車向東,譯.北京:人民郵電出版社,2001.3attsSHuphrey.PSPS軟件工程師的自我改良過(guò)程.吳超英,等譯.北京:人民郵電出版社,2022.4illHayes,Jaesver.ThePersnalSftarePress:AnEpirialStudyftheIpatsfPSPnIndividualEngineersR.Pittsburgh,PA:SftareEngineeringInstitute,arnegieellnUniversity,1997:5-42.5NpurDavis,Juliaullaney.TheTeaSftarePress(TSP)inPratie:A