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1、2.4计算机科学与技术（软件工程方向）专业规范一、软件工程专业教育的历史、现状及发展方向1. 软件工程学科与教育的发展 软件在当今的信息社会中占有重要的地位，软件产业是信息社会的支柱产业之一。随着软件应用日益广泛、软件规模日益扩大，人们开发、使用、维护软件不得不采用工程的方法，以求经济有效地解决软件问题。借助于计算机科学技术、数学、管理科学与工程诸多学科，今天的软件工程己由最初的一个学科方向发展成为以计算机科学技术为基础的一个新兴交叉学科。该学科的发展可分为概念提出、学科雏形和学科确立三个阶段。(1) 概念提出1960年代末期，计算机程序在复杂度、规模和应用领域等方面的增长引人注目，这导致上千
2、亿资金花费在软件开发上，许多人的工作和生活依赖于软件开发的成果。软件产品帮助人们获得了更高的工作和生产效率，同时也给人们提供了一个更加安全、灵活和宽松的工作与生活环境。尽管有很多成功之处，许多软件产品在成本、工期、质量等方面仍存在严重问题。主要原因是：1) 软件产品是复杂的人造系统，具有复杂性、不可见性和易变性，难以处理。2) 个人或小组开发小型软件非常有效的编程技术和过程，在开发大型、复杂系统时难以发挥同样的作用。3) 计算机和软件技术的快速发展，提高了客户对软件的期望，促进了软件产品的进化，为软件产品提出了新的、更多的需求，因此增加了软件行业内的竞争，难以在可接受的开发进度内保证软件的质量
3、。1968年在德国举行的NATO软件工程会议上，为应对“软件危机”的挑战，提出了“软件工程”的术语。这个时期有代表性的软件工程定义是“为了经济地获得在真实机器上可靠工作的软件而制定和使用的合理工程原则和方法”。1972年IEEE学会的计算机协会第一次出版了“软件工程学报”。此后，“软件工程”这个术语被广泛用于工业、政府和学术界，众多的出版物、团体和组织、专业会议在它们的名称里使用“软件工程”这个术语，很多大学的计算机科学系先后开设了软件工程课程。(2) 学科雏形软件工程早期的发展是理清软件工程过程的各种活动，提出软件生命周期的概念和软件开发的瀑布模型，制定软件生命周期中主要活动的质量标准。标准
4、是工程的起点和归宿。人们在制定各种标准时，加深了对软件产品的理解。软件不可靠、不可维护、不可移植导致开发和维护费用激增。特别是软件测试不能证明软件正确，且事后的更改不一定能增进软件的质量。这些问题要求计算机科学改进构造软件的方法，甚至开发出新的语言实现新的编程范型，设计高质量软件的规范或范型来开发软件。计算机科学从软件工程实践中得到了许多待解决的问题，从而推动了计算技术的进展，如数据流、控制流、事件驱动、状态机变换、面向对象、净室软件等方法。软件工程将这些技术规范化、模式化，并制作相应的工具，使得软件生产率更高、质量更好、成本更低。它们相得益彰，相互促进。这个时期的软件工程定义特别强调，软件工
5、程以计算机科学和数学为基础，用系统的、可控制的、有效的方式建造高质量的软件。有代表性的定义包括：1) “软件工程是一种工程形式，它运用计算机科学和数学原理，针对软件问题获得一种经济有效的解决方案。”2) “用系统的、规范的、可度量的方法，开发、运行和维护软件”。1991年，ACM和IEEE-CS的计算学科教程CC1991专题组将“软件工程”列为计算学科的九个知识领域之一。1980年代末到1990年代初，计算机硬件普遍采用大规模集成电路。在单主机计算模式下，基于瀑布模型的软件开发过程和结构式过程语言编程范型占主导地位，软件工程得到极大的发展。以阶段论看待软件生命周期，给规范和规程的制定、工具研制
6、、预算管理、工程核算、组织质量过程带来极大方便，基于瀑布模型的软件工程的研究在软件需求分析、软件设计、软件测试、软件质量保证、软件过程改进等多个子领域得到深化和扩展，形成了软件工程学科的雏形。(3) 学科确立1970年代末期，美国制定研究生教育计划时采纳了IEEE-CS提出的制定软件工程教程的建议，为软件工程教育打下了基础。1980年代末和1990年代初，软件工程教育得到卡内基-梅隆大学软件工程研究所（SEI）的培育和支持。他们调查软件工程教育的现状；出版软件工程推荐教程；在卡内基-梅隆大学建立软件工程硕士教育计划；组织和推动软件工程教育者研讨会。1993年，IEEE-CS和ACM为把软件工程
7、建设成为一个专业，建立了IEEE-CS/ACM联合指导委员会。随后，该指导委员会被软件工程协调委员会（SWECC）替代。SWECC给出了“软件工程职业道德规范”、“本科软件工程教育计划评价标准”和“软件工程知识体”（SWEBOK）。SWEBOK全面描述了软件工程实践所需的知识，为开发本科软件工程教育计划打下了基础。2004年8月，全世界500多位来自大学、科研机构和企业界的专家、教授经过多年的努力，推出了软件工程知识体、软件工程教育知识体（SEEK）两个文件的最终版本，标志着软件工程学科在世界范围正式确立，并在本科教育层次上迅速发展。软件工程、计算机科学、计算机工程、信息系统、信息技术并列成为
8、计算学科下的独立学科。(4) 我国的软件工程教育我国的软件工程基础技术研究始于1980年代初。当时，软件开发方法学成为研究热点。1980年在北京召开了我国首届软件工程研讨会，之后，许多高等学校和科研单位陆续开展了软件开发方法学、CASE工具和环境、面向对象技术等软件工程基础技术的研究。“软件工程核心支撑环境”，“软件工程技术、工具和环境的研究与开发（SEP）”等课题被列入国家重点科技攻关项目，其科研成果代表了我国软件工程技术研究的水平。与此同时，部分高校面向研究生开设了软件工程课程，开始引进和编写软件工程教材。1984年和1985年，国家科委选择重点高校招收了两批（200人）软件工程硕士，为软
9、件工程教育积累了经验。此后，高等院校开始为本科开设软件工程课程。部分高校从1988年开始试办软件工程专业（后来在学科调整时又归并到计算机科学与技术学科）。1990年代，软件重用和软件构件技术成为研究热点，面向对象方法和技术成为软件开发的主流技术，软件过程研究及软件企业的过程改善受到广泛重视。随着软件工程技术的发展，高校又增设了面向对象技术，支持面向对象技术的Smalltalk语言、软件过程管理、软件测试技术、软件过程度量等课程，软件工程领域的教学内容不断丰富，教学时数不断增加，教学改革不断深入。为适应我国经济结构战略性调整，实现软件产业和软件人才培养的跨越式发展，2000年发布了18号文件国务
10、院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策的通知，2001年经教育部和国家计委批准，全国成立了35所示范性软件学院。各高校软件学院和计算机学院（系）为培养高层次、实用型、复合型、具有国际竞争力的人才，要求学生在思维创新的基础上，提高技术创新和工程创新能力，提高软件工程实践和软件工程管理能力。这有效地促进了我国软件工程学科的发展，我国软件工程教育开始走向成熟。2. 软件工程学科概况SWECC发布的SWEBOK定义了软件工程学科的内涵，它由10个知识域构成。(1) 软件需求软件需求描述解决现实世界某个问题的软件产品，及对软件产品的约束。软件需求涉及需求抽取、需求分析、建立需求规格说明和确认
11、，涉及建模、软件开发的技术、经济、时间可行性分析。软件需求直接影响软件设计、软件测试、软件维护、软件配置管理、软件工程管理、软件工程过程和软件质量等。(2) 软件设计设计是软件工程最核心的内容。设计既是“过程”，也是这个过程的“结果”。软件设计由软件体系结构设计、软件详细设计两种活动组成。它涉及软件体系结构、构件、接口，以及系统或构件的其他特征，还涉及软件设计质量分析和评估、软件设计的符号、软件设计策略和方法等。(3) 软件构造通过编码、单元测试、集成测试、调试、确认等活动，生成可用的、有意义的软件。软件构造除要求符合设计功能外，还要求控制和降低程序复杂性、预计变更、进行程序验证和制定软件构造
12、标准。软件构造与软件配置管理、工具和方法、软件质量密切相关。(4) 软件测试测试是软件生存周期的重要部分，涉及测试的标准、测试技术、测试度量和测试过程。测试不再是编码完成后才开始的活动，测试的目的是标识缺陷和问题，改善产品质量。软件测试应该围绕整个开发和维护过程。测试在需求阶段就应该开始，测试计划和规程必须系统，并随着开发的进展不断求精。正确的软件工程质量观是预防，避免缺陷和问题比改正好。代码生成前的主要测试手段是静态技术（检查），代码生成后采用动态技术（执行代码）。测试的重点是动态技术，从程序无限的执行域中选择一个有限的测试用例集，动态地验证程序是否达到预期行为。(5) 软件维护 软件产品交
13、付后，需要改正软件的缺陷、提高软件性能或其他属性、使软件产品适应新的环境。软件维护是软件进化的继续。软件维护要支持系统快速地、便捷地满足新的需求。基于服务的软件维护越来越受到重视。软件维护是软件生存周期的组成部分。然而，历史上维护从未受到重视。现在情况有了改变，软件组织力图使软件运营时间更长，软件维护成为令人关注的焦点。(6) 软件配置管理为了系统的控制配置变更，维护整个系统生命周期中配置的一致性和可追踪性，必须按时间管理软件的不同配置，包括配置管理过程的管理、软件配置鉴别、配置管理控制、配置管理状态记录、配置管理审计、软件发布和交付管理等。(7) 软件工程管理运用管理活动，如计划、协调、度量
14、、监控、控制和报告，确保软件开发和维护是系统的、规范的、可度量的。它涉及基础设施管理、项目管理、度量和控制计划三个层次。度量是软件管理决策的基础。近年来软件度量的标准、测度、方法、规范发展较快。(8) 软件工程过程管理软件工程过程的目的是实现一个新的或者更好的过程。软件工程过程关注软件过程的定义、实现、评估、测量、管理、变更、改进，以及过程和产品的度量。软件工程过程分为：围绕软件生存周期过程的技术和管理活动，即需求获取、软件开发、维护和退役的各种活动；对软件生存周期的定义、实现、评估、度量、管理、变更和改进。(9) 软件工程工具和方法软件工程工具是以计算机为基础的，用于辅助软件生存周期过程。通
15、常，工具是为特定的软件工程方法设计的，以减少手工操作的负担，使软件工程更加系统化。软件工具的种类很多，从支持个人到整个生存周期。软件工具分为：需求工具、设计工具、构造工具、测试工具、维护工具、配置管理工具、工程管理工具、工程过程工具、软件质量工具等。软件工程方法支持软件工程活动，使软件开发更加系统，并能获得成功。软件工程方法不断发展。当前，软件工程方法分为：启发式方法，包括结构化方法、面向数据方法、面向对象方法和特定域方法；基于数学的形式化方法；用软件工程多种途径实现的原型方法，原型方法帮助确定软件需求、软件体系结构、用户界面等。(10) 软件质量软件质量贯穿整个软件生存周期，涉及软件质量需求
16、、软件质量度量、软件属性检测、软件质量管理技术和过程等。SWEBOK还把软件工程相关学科列为知识域，它们是软件工程发展不可或缺的部分。相关学科知识域包括计算机工程、计算机科学、数学、管理学、项目管理、质量管理、系统工程学和软件人类工程学八个领域。3. 软件工程学科的方法论软件工程学科是计算学科的分支，计算学科中理论、抽象、设计等三个学科形态，绑定、大问题的复杂性、概念和形式模型、一致性和完备性、效率、演化、抽象层次、按空间排序、按时间排序、重用、安全性、折衷与决策等12个基本概念，数学方法、系统科学方法在软件工程学科中占有重要地位。此外，软件工程还十分重视管理过程，以提高软件产品的质量、降低开发成本、保证工程按时完成。系统性、规范性、可度量性也是软件工程非常关注的。4. 软件工程学科的相关学科软件工程学科的理论基础是数学、计算机科学。软件工程的研究和实践
