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摘要：文章首先阐述了硕士研究生软件体系架构课程目标及内容，然后论述了硕士研究生软件体系架 构课程翻转课堂教学模式构建策略，包括课前—教学内容的设计和发布;课中— 开展小组讨论及 报告;课后— 完成知识点练习及案例实操。
近年来，来自国内不同院校的教师和研究者针对 软件架构类课程设计了大量的教改方案[1]。李嗽等[2]提 出了将案例式教学 、翻转课堂和开源软件相结合的 软件体系架构课程教学改革思路 。沈莹、张林[3] 从软 件体系架构课程的教学内容、实践项目、教学评估三 方面阐述了课程改革方案。丁智国[4]介绍了如何以任 务驱动为主线开展面向硕士研究生的软件体系架构 课程教学，并探讨了翻转课堂教学的具体流程。蔺一 帅等[5] 提出了“学用互助，做有情怀 、有温度的软件 人”的软件体系结构课程教学核心理念，设计了“任 务导向、案例驱动、以面引点、体验探究、立体思政” 的特色教学方式，并在实践中进行了应用。上述文献 为笔者的研究提供了重要参考。
笔者在结合自身教学实践及对其他院校硕士研 究生软件体系架构课程教学情况进行了解的基础上， 发现硕士研究生软件体系架构课程教学主要存在以 下问题：①由于大部分硕士研究生的关注点局限于个 人的研究方向，因而大多将学习重点放在公共必修课 及与个人研究方向密切相关的课程上，导致研究方向 与该课程不相关的硕士研究生对该课程的积极性不 高;②硕士研究生往往来自不同的本科专业，除了软 件工程及相关专业的学生，其余学生通常缺乏与软件 体系架构有关的先修课程(软件工程、编程语言等) 基 础，更缺乏参与软件工程项目的实践经验;③软件体 系架构课程教学中缺乏习题库和案例库，导致学生实 操演练不足。
在我国开展新工科建设的背景下，笔者借鉴相关 文献内容并总结自己的教学体会，构建了面向硕士研 究生的基于翻转课堂的软件体系架构课程教学模式， 主要环节包括在课前以在线学习方式预习知识点;在 课中由教师引导学生以小组形式进行文献报告或案例讨论，并回答学生提出的问题;在课后通过完成在线习题和案例分析巩固知识点。这样可以让学生通过 教师引导和自主学习相结合的方式掌握一定的软件 体系结构设计和分析能力，进而能对现实中的具体系 统做出最佳的体系结构设计决策。希望本研究能为新 工科背景下高校软件体系架构课程的改革和建设提 供参考。
一、硕士研究生软件体系架构课程目标及内容
( 一)硕士研究生软件体系架构课程目标
软件体系架构课程是计算机科学与技术等专业 硕士研究生的专业课之一。面向硕士研究生的软件体 系架构课程的目标是通过介绍软件体系架构的概念 内涵及关于软件体系架构建模、设计、分析和评审等 方面的理论与方法，并分析不同风格的软件体系架构 过程，培养学生对具有一定规模的软件体系结构进行 设计和分析的能力，进而使其能对现实中的具体系统 做出最佳的体系结构设计决策[6]。
通过对软件体系架构课程的学习，学生的抽象思 维能力、面向全局的系统分析与设计能力、运用知识 求解实际问题的能力、独立思考创新的能力均将得 到提升， 进而能够从事与软件工程相关的技术和科 研工作。
上述课程目标要求学生不仅要掌握与软件体系 架构相关的知识点，还要能够将知识点灵活应用于具 体的案例，以系统架构师的角色分析、设计软件体系 架构。
(二)硕士研究生软件体系架构课程内容
在分析国内与软件体系架构相关的教材并考虑 硕士研究生的专业背景、知识基础、能力素质等具体 情况的基础上，笔者选取覃征等主编的《软件体系结 构》(第 5 版) [7] 为课程主教材，选取秦航编写的《软件 设计和体系结构》(第 2 版) [8]等为课程参考教材，并拟定了课程内容 。其中，覃征等主编的《软件体系结构》分为基础理论、理论工具和研究部分三个部分，详细 介绍了软件架构的基础理论、工程领域、研究前沿和 实践问题 。具体而言，该教材不仅结合软件体系架构 的发展前沿介绍了典型的软件体系架构风格案例，而 且提供了大量与软件体系架构相关的国内外重要文献，因此比较适合在硕士研究生软件体系架构课程教 学中使用。
在分析覃征等主编的《软件体系结构》教材及其 他课程参考教材的基础上，笔者设计了软件体系架构 课程内容，具体如图 1 所示。
根据图 1 可知，软件体系架构课程的重点内容是 软件体系架构设计，主要基于软件体系架构风格完成 该任务 。软件体系架构风格分为两部分：一是经典软 件体系架构风格，二是现代软件体系架构风格 。前者 主要包括管道-过滤器风格、面向对象风格、事件驱动 风格、分层风格、数据共享风格、虚拟机风格、反馈控 制风格等;后者主要包括多层架构、云体系架构风格、 网格计算体系风格、面向服务的体系架构和微服务体 系架构等前沿的软件体系架构风格。
软件体系架构课程的另一项重要内容是软件体 系架构的描述方法。软件体系架构的描述方法包括直 接 描 述 软 件 体 系 架 构 的 统 一 建 模 语 言 (Unified Modeling Language，UML) 方法和基于形式化的软件体 系架构描述语言 (ArchitectureDescription Language， ADL) 方法 。直接描述软件体系架构的统一建模语言 方法运用统一 的建模语言绘制软件蓝图，采用统一 的 符号体系，将直观图形符号、自然语言和形式化语言 结合起来，对软件体系架构进行描述 。该方法的优势 在于可以对复杂的软件系统进行可视化、详述、构造 和文档化。基于形式化的软件体系架构描述语言方法运用工程领域的一种描述性语言 ADL 描述软件体系 架构，因为 ADL 具有形式化的语法和语义，可以在一 定的抽象层次上对软件体系架构加以描述，因而能够 为设计者提供强有力的分析工具、模式识别器和代码 整合工具等。
软件体系架构课程内容也包括软件体系架构的 分析方法， 即基于场景的体系架构分析方法(Software Architecture Analysis Method，SAAM) 和 体系架构权 衡 分析方法(Architecture Tradeoff Analysis Method， ATAM) 。SAAM 是一种非功能质量属性的体系架构分 析方法，该方法最早形成文档并得到广泛使用，最初 用于比较不同软件体系架构， 以分析场景的可修改 性，后亦被用于分析可移植性、可扩充性等其他质量 属性 。ATAM 是在 SAAM 的基础上发展起来的，该方 法能够重点分析软件体系架构的性能、实用性、安全 性和可修改性， 有助于在系统开发之前对这些质量 属性进行评价和折中 。此外，学生还需理解软件体系 架构分析方法中敏感点和权衡点的概念 。敏感点是 一个或多个构件 (亦可包括构件之间的关系) 的特 性;权衡点是影响多个质量属性的特性，是多个质量属性的敏感点。
软件体系架构课程内容还包括软件开发方法(包 括结构化开发、面向对象的开发、构件化开发、面向服 务的开发、敏捷开发等) 和开发模型(包括瀑布模型、 原型模型 、螺旋模型、RUP 统 一 过程模型 、V 模型 、 RAD 快速应用模型等) 。
二、硕士研究生软件体系架构课程翻转课堂教学 模式构建策略
笔者将面向硕士研究生的基于翻转课堂的软件 体系架构课程教改方案划分为课前预先学习、课中小 组讨论(报告) 和课后总结复习三个环节，具体如图 2 所示 。课前，教师通过学习通软件告知学生课堂类型 (包括案例分析和文献报告)，并在该平台上传课件和 相关文献等教学资源。学生可通过平台预先学习与软 件体系架构内容相关的知识点或进行文献阅读 。课 中，如果是案例分析课堂，那么教师要在课堂上(如果 是在线课程， 那么将通过超星课堂开展在线教学) 指 导学生开展案例分析，并回答学生遇到的问题，学生 则要在教师的引导下以小组为单位就某一具体案例 开展研讨并进行讲解和分享，其他小组可通过学习通 软件对其报告进行评估;如果是文献阅读课堂，那么 负责文献阅读的小组就要作报告，教师或其他小组可 以提问，并对其报告内容进行评估。课后，学生通过在 线方式总结案例、完成习题、巩固知识点。教师应当跟 踪软件体系架构案例的实操进度，并及时评阅学生作 业、完成在线答疑工作。
( 一)课前—教学内容的设计和发布课前的主要任务包括软件体系架构知识点的划 分、核心教学点的布置、教学课件的设计等。笔者首先 将整个课程的内容划分为五个部分， 如表 1 所示，第 一部分为阅读和分析与软件体系架构的起源和发展 相关的文献(6 学时)，以便学生掌握软件体系架构相 关概念的内涵及软件体系架构的发展史;第二部分为 软件体系架构风格(22 学时)，该部分为课程的核心内 容，需要重点规划知识点;第三部分为软件体系架构 描述语言(4 学时);第四部分为软件体系质量属性及 评估方法(2 学时);第五部分为软件体系架构的发展前景(2 学时) 。
由于学生是硕士研究生，因而课程安排了文献 阅读和小组报告文献内容环节，以便学生提前阅读 与软件体系架构相关的文献、熟识该领域的著名人 物，初步了解软件体系架构的起源和发展脉络，以及 软件体系架构相关概念的内涵 。另外，教师应将全 班学生分为若干小组并将课前预习内容发布在线上 学习平台上， 学生则根据所分小组完成文献阅读和 知识点讲解等任务。
(二)课中—开展小组讨论及报告
课中的主要组织形式为教师进行主题讲解(列出 与课程内容相关的知识点及主要问题) 并引导学生进 行小组讨论与报告 。如果课中安排的是文献阅读，那 么教师应提前通过在线学习平台向学生发布需要阅 读的文献，学生在课堂上进行文献阅读报告;如果课 中安排的是与软件架构风格相关的内容，那么教师应 负责组织各小组按照一定的顺序进行报告。
教师可将班级划分为 7 个小组，每个小组负责介 绍一种软件架构风格，其他小组则需要就该组的报告 进行评估，以便全班学生共同学习每一种软件架构风 格，如表 1 所示 。例如，G6 小组负责报告与专家系统 相关的知识点及案例，那么，其他 6 个小组需要对 G6 小组的工作进行评估，评估通过(超星) 泛雅在线网络 教学平台开展。评估项目应由教师事先设计并分发给 其他小组。
如表 2 所示，本课程共 18 次课(36 学时)，其中教 师讲授用 6 次课(共 12 学时)，学生进行文献报告用 5 次课(共 10 学时)，学生开展案例分析及报告用 7 次 课(共 14 学时) 。
通过表 2 可知，7 个不同的小组分别负责文献阅 读活动和软件体系架构案例的分析及实现任务 。例 如，G1 小组负责软件体系架构起源和发展文献报告， 并负责管道过滤器软件体系架构的案例部分，即在微 软 ASP.net 框架中管道过滤器风格的应用。
(三)课后—完成知识点练习及案例实操
为了解决课程教学中缺乏习题库和案例库，导致 学生缺乏实操演练的问题，笔者选择全国计算机技术 与软件专业技术资格(水平) 考试之软件架构师考试 所指定的《系统架构设计师教程》[9]《系统架构设计师 考试 32 小时通关》[10]等教材中的相关习题作为课后习 题和练习案例， 要求学生完成一定量的线上作业，以加强对相关知识的掌握和记忆 。另外，各小组在课后 需要合作完成基于某种软件体系架构的案例系统设 计及实现任务。
课程评估包括平时成绩和期末成绩两部分 。具体来说，平时成绩包括课前在线学习情况、课堂讨论 情况、课后作业完成情况三项;期末成绩包括案例设 计及实现、实验报告、期末考试三项，考核方式如表 3 所示。
三、结语
针对软件体系架构课程教学中存在的硕士研究 生积极性不高、缺乏相关先修课程基础和项目经验、 缺乏习题库和案例库等问题，笔者提出了面向硕士研 究生的基于翻转课堂的软件体系架构课程教学模式 及其具体设计 。该课程设计包括课前、课中和课后三 个环节。在课前，为了让学生大致了解课程内容，教师 应根据教学内容划分知识点并完成教学课件的制作 和上传;在课中，教师应列出主要问题，并引导学生通 过小组讨论和小组成员轮流报告的形式对多种软件 体系架构风格特别是前沿体系架构风格展开分析;在 课后，学生可根据教学内容开展项目实操、完成在线 题库和案例题库中的题目，以巩固所学知识，同时每 个小组还要完成与所承担的软件体系架构风格相关 的案例分析工作。基于翻转课堂的教学改革可以提高 学生的参与度，但也存在一些问题 。比如， 目前的课前 预习材料形式仅包括文献和课件， 尚未包含视频课 程 。又如，划分小组的学习形式可能导致每一个小组 的成员仅重点研习了与本小组所承担的案例风格相关的知识和技术，这些问题都需要教师在以后的教学 实践中加以改进。
参考文献：
[1] 杨春梅 . 高校翻转课堂的有效翻转[M]. 北京:北京大学出版社 , 2021.
[2] 李嗽,文艳军,刘万伟,等.软件体系结构课程教学改革规划与实 施[J].计算机教育,2015(6):19-21.
[3] 沈莹,张林.研究生课程软件体系结构的教学实践探讨[J].计算机 教育,2017(10):140-144.
[4] 丁智国.翻转课堂在软件体系结构课程教学中的实践[J].计算机 教育,2017(3):68-71.
[5] 蔺一帅,李青山,鲍亮,等.基于学用互助的软件体系结构课程教 学探索与实践[J].软件导刊,2022.21(3):10-13.
[6] 全国专业学位研究生教育指导委员会.专业学位研究生核心课 程指南(试行)[M].北京:高等教育出版社,2020.
[7] 覃征,熊昆,李旭,等.软件体系结构[M].5 版 .北京:清华大学出版 社,2021.
[8] 秦航.软件设计和体系结构[M].2 版.北京:清华大学出版社,2021. [9] 杨春辉,孙伟.系统架构设计师教程[M].北京:清华大学出版社, 2021.
[10] 薛大龙.系统架构设计师考试 32 小时通关[M].北京:中国水利 水电出版社,2018.
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