軟件工程虛擬實驗室的研究設(shè)計與實現(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：軟件工程虛擬實驗室 申 請 者：胡楊 所在單位（含院、系）：信科院 計算機系 計算機科學(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驗室的研究設(shè)計與實現(xiàn)（S.E Lab+, Software Engineering Virtual Laboratory Plus Plus）項目類別AA類、重點項目 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)傳輸計算機瀟男88.10本科生副組長，主程序員，服務(wù)器界面計算機小宇男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)計算機系研究內(nèi)容和意義摘要研究和實現(xiàn)大學(xué)本科階段軟件工程課程的虛擬實驗室，以實際案例強化學(xué)生的軟件工程理論知識、訓(xùn)練實踐操作能力、加強標(biāo)準(zhǔn)化的文檔編寫及設(shè)計實現(xiàn)能力，通過網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)加強學(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)前軟件工程實驗教學(xué)弱點、改進實驗教學(xué)質(zhì)量。本項目對于科軟件工程教學(xué)是一個很大促進，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。軟件工程實驗裝置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。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）軟件工程是大學(xué)計算機學(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)、了解和掌握軟件實現(xiàn)過程管理的知識、以及積累項目經(jīng)驗都非常重要。然而，由于軟件工程課程（簡稱SE）是一個理論結(jié)合實踐、管理結(jié)合技術(shù)的學(xué)科，對于基本沒有實際工程經(jīng)驗和管理理論背景的計算機系大學(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?、結(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，更加不知如何運用到實際的工程實踐中。2) 缺少實踐訓(xùn)練。缺乏比較完善的實驗環(huán)境和工具支持學(xué)生，有效的培養(yǎng)軟件工程課程的實踐技能。目前的SE實驗支持軟件只有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，在做實驗是，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)范的對實驗結(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，還能在機房或者宿舍隨時隨地鍛煉實驗技能。反觀其他必修課，如C+程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫原理等，其實驗課的目的性、可操作性均較強，實驗環(huán)境和條件也較完備；在實驗室，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行實驗的必修課數(shù)字電路分析與設(shè)計，同學(xué)們可以到數(shù)字電路實驗室，在俗稱”面包板”的數(shù)字電路板上反復(fù)進行訓(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驗手段。參考文獻: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行版本。本項目旨在開發(fā)一套實用性強的軟件工程課程實驗裝置，為學(xué)習(xí)者營造一個分階段、循序漸進并且?guī)в忻鞔_目標(biāo)、進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在于如何利用計算機輔助教學(xué)(CAI)技術(shù)，實現(xiàn)軟件工程實驗課程理論與實踐的緊密結(jié)合；研究內(nèi)容將包括教學(xué)輔助軟件界面的設(shè)計，知識點相關(guān)案例的展示方式，對學(xué)習(xí)進度的定量、自動化評價和管理，個人資料、案例、習(xí)題、知識點等信息的表示（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)前軟件工程實驗課程的情況，主要解決軟件工程實驗裝置沒有充分體現(xiàn)學(xué)科特點及教學(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，將知識點的講授、案例的演示與學(xué)習(xí)者的動手實踐相結(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掌握情況進行評估。在循序漸進的學(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驗技能。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驗“紙上談兵”般難以入手的尷尬，總結(jié)出實實在在的體會和收獲。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驗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。虛擬實驗室平臺學(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、實驗方案及可行性分析擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案:以軟件工程權(quán)威文獻、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“研究實現(xiàn)再研究再實現(xiàn)”的迭代開發(fā)方式來實現(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來實現(xiàn)平臺無關(guān)性，使用SQLite實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲訪問，以在線團隊協(xié)作和項目管理平臺EveryDo來實現(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-槽機制來加強項目實現(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)軟件工程虛擬實驗室（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實驗軟件裝置。虛擬實驗室提供的各種虛擬實驗裝置，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)格式的文檔又為進行軟件工程實驗提供了有力工具。3）提供面向教師的學(xué)習(xí)進度監(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)機系統(tǒng)時，學(xué)習(xí)的進度、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，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:大規(guī)模，高性能，并發(fā)網(wǎng)絡(luò)連接的支持。模擬現(xiàn)實批改自然語言的試題的人工智能的研究。4（1）預(yù)期的研究進度和成果（2）項目規(guī)模及要達(dá)到的技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)（3）效益預(yù)測（1） 預(yù)期的研究進度和成果：2008-3-01 2008-4-30：進行需求分析，與老師和同學(xué)交流，得出共識。項目組進一步完成，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，進行評估修改。2008-7-1 2008-8-28：開始正式進行代碼的編寫工作，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驗室的例子。2008-9-1 2008-10-1在最終完成作品的基礎(chǔ)上進行單元回歸測試，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)濟指標(biāo)：此虛擬實驗室完成以后應(yīng)該是一個可以滿足部署在實驗室的實驗環(huán)境，規(guī)模大概是一個機房或者說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） 提供軟件工程實驗軟件裝置。3） 提供面向教師的學(xué)習(xí)進度監(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)生可以在實驗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踐一下課上所說的內(nèi)容。 簡單來說就是實現(xiàn)更好的軟件工程教學(xué)實踐。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 計算機系 05級 本科生：1) 本人以曾獨立完成過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)驗可以用到現(xiàn)在的虛擬實驗室網(wǎng)絡(luò)連接上面來。楊瀟 計算機系 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)實驗室的計劃與落實情況已具備的科研條件：1) 程序用計算機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)進行測試。3