UML课程教学的改革与实践
2014-07-03徐立新付晓琳刘钢
徐立新 付晓琳 刘钢
摘要：UML课程是软件工程专业的一门必修课，该文通过分析了UML课程教学中存在的问题和不足，结合在实际教学中的经验和体会，对UML课程教学的教学目标、教学内容和考核方式等进行了一系列探索，总结了UML课程教学的方法和一些改进意见，提高了课程教学质量和效果。
关键词：UML课程教学；教学实践；教学改革；软件工程 ；考核方式
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）12-2807-02
Reform and Practice on UML Teaching
XU Li-xin1，FU Xiao-lin 2，LIU Gang2
（1.Aviation University of Air Force， Changchun 130022，China； 2.Changchun University of Technology， Changchun 130012，China）
Abstract：UML course is a required course of software engineering. Through the analysis of the problems and shortcomings in UML teaching， the paper combined with experience and understanding of the actual teaching， explored a series of teaching objectives， teaching content and assessment methods of UML teaching， etc， summed up the teaching method and some improvements of UML teaching， enhanced the quality and effectiveness of teaching.
Key words：UML teaching； teaching practice； teaching reform； software engineering； assessment methods
UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）是软件开发的标准建模语言，它综合了在大型、复杂系统建模领域得到认可的优秀的软件思想及工程方法，采用一整套成熟的建模技术，对软件进行描述、构造及文档编制，对各个应用领域的系统分析设计都广泛适用[1]，方便软件系统构造者表达设计思想和交流设计成果[2]。目前高校软件工程专业都开设UML基础或软件建模课程，然而实际在该课程教学的过程中发现学生对其缺乏认识和兴趣，课程教学效果达不对预期的要求，UML课程的考试大多以笔试为主，这在很大程度上导致学生在UML课程学习中轻实践重理论[3]。学生运用UML与软件开发相结合的能力明显不足，无法适应未来职业发展的需要。
1 教学现状与问题
在教学过程中发现，学生在学习UML知识时普遍存在对UML的作用与意义缺乏认识，学习动力不足。这与学生的学习程度和实践经验有关，UML内容不仅仅是停留在字面上的语法和一些图形元素，一些经验和体会必须通过软件开发的实践才能获得。
UML作为软件行业的标准语言，是计算机、软件工程专业学生都要必须掌握的基础知识，课程教学的目的与要求必须明确。软件工程专业培养方案中设置的UML课程主要注重软件建模方法和技术[4]，但实际教学中该课程教学的内容和要求并不明确，教师在教学的过程中随意性强，使用的教材大多强调对各种UML建模元素的介绍和以ROSE为代表的早期建模工具的使用，内容简单，建模工具手段单一，与实际的软件开发过程不相适应。
UML课程的特点是知识量较大、细节知识繁杂、较为抽象、所需关联知识较多、实践性较强[5]。这也造成了课程教学内容多、与实践结合难度大的问题，出现了课程内容与实践脱节的现象。具体表现有教材中的案例大多取材早期UML著作和文献，内容缺乏新意，举例过于简单，以致于看起来很容易懂，但难以在具体分析特定场景时借鉴使用，导致学生在很长时间内都难以理解UML的实际应用价值。
UML课程的考核方式以传统的笔试为主也是不合适的，这种考核形式使学生为了应付考试，对UML知识采用死记硬背的方法，学习效果不明显。此外，课程的学习缺少协作，学生间的团队学习和配合能力没有建立，也是造成兴趣缺乏和学习效果差的原因。
2 教学实践的探索
UML课程的开设应考虑在学生完成了大部分的软件开发与实践课程之后进行，例如：掌握C++和Java等面向对象语言，熟悉数据库的理论和操作使用，实践过Web应用等流行的软件开发技术。为调动学生的学习积极性，充分认识到UML课程的重要性及意义，在教学中采取了下面一些措施和方法提高学生的学习兴趣与能力。
2.1 引入工程实践，深入理解UML的作用和意义
为了解决学生在UML课程学习中存在的认识不清，对学习不重视的问题，在课程教学过程中通过枯燥的说教来强调UML作用和意义是不够的，需要给出具体的更有说服力的工程实践让学生们进行感性认识，在教学中主要使用了三类典型软件开发技术与UML相结合，一是基于Web的应用程序开发，利用UML知识进行需求分析、对象领域建模、网页流程建构及程序代码框架的生成；二是数据库的分析与设计，利用UML建模数据库，分析数据的持久化；三是嵌入式软件开发，针对硬件与实时开发的特点利用UML完成分析设计及测试工作。这三类实践都是目前软件开发的重要领域，具有很强的可操作性，学生可以在学习UML理论知识的同时动手实践。工程实践的引入消除了原有学习UML理论知识枯燥难理解的问题，进一步帮助学生认识到UML在众多软件开发中实际的作用及重要性，从而认清学好本课程的作用及重大意义，为后续专业课程的学习及毕业设计乃至职业发展奠定扎实的理论与实践基础。endprint
2.2 依据不同层次要求设置教学目标
软件工程专业按内容学习程度将其划分三个层次，如图1所示。一是通过学习做到认清UML包含的各类图形及符号，明确其含义，称之为看图；二是通过与实践相结合解决简单的应用问题，绘制各类UML图，称为画图；三是贯穿软件开发的全过程，学习使用模型建立软件蓝图，确立软件建模思维，称为建模。第一个层次是基础，第二个层次是提高，第三个层次是深化。按这三个层次的要求，在课程教学中循序渐进，让学生先做到会看图，再做到会画简单的图，进而学会使用建模思想协同软件开发。对于不同专业的学生，也依据三个层次来组织教学，第一层次会看图是基础要求，是所有学习UML课程的学生必须要达到的目标，对于计算机应用专业的学生达到第二层次的要求，而软件工程专业的学生则应达到第三层次的要求。
2.3 使用UML新标准，覆盖软件开发的最新实践
UML的内容已经随着软件技术的发展而不断发展变化，最新UML2中加入若干新的图，一些术语和机制也发生了变化。如果在教学中依然使用旧的内容讲解会造成学生在接触新知识时的不适应和不理解，有鉴于此，教师在教学中要不断加强自身能力的培养，及时了解UML软件建模领域的最新发展和变化，并与实践应用相结合。教师在讲解基本内容的同时，还向学生介绍最新的UML理论与应用知识，在选用教材和参考书时优先考虑介绍UML2内容的图书。软件建模工具也不要使用ROSE这类早期商业化笨重的软件。积极推荐学生学习使用免费或开源的UML建模工具，例如ArgoUML和StarUML。另外也向学生建议学习使用功能强大简便易用的具有试用版本的最新商业化软件，例如Enterprise Architecture和Visual Paradigm。学生在了解这些UML工具的同时知道最新软件开发的理论与实践，同时也对计算机建模工具软件的运用积累丰富的使用经验。
2.4 精心组织教学内容，基础和深入相得益彰
UML课程中有相当多的专业术语，通过讲解给学生一一列出，由于国内对UML术语翻译有多种名称，因此在讲解时需要给出英文原意。这一方面增加了学生的计算机英文词汇数量，另一方面也为学生理解相关知识点降低了难度，还能使学生体会到明确不同名称下UML内容的重要含义。
为提高学生的动手能力及调动大家参与的积极性，我们采用“全员参与、案例示范”的方法完成知识的教学过程。由于UML建模软件在UML教学中具有重要的地位，教师在讲解相关知识时，采用课堂演示教学方法，带领学生现场探索UML建模软件的各种重要功能。在工具未完全掌握时也可使用传统的纸笔绘制UML图，工具熟练的条件下使用软件绘制UML图。新知识讲解完毕后，当堂演示、操作，以强化新学习的知识和技能。与传统做法不同是，教师建议有笔记本电脑的同学上课时携带自己的电脑，同步进行操作和练习，对于没有笔记本电脑的学生，可以使用教师机到讲台上练习或分组练习，鼓励他们遇到问题时相互讨论与协作。在这样的练习环节中，充分调动了全体学生的学习积极性和参与热情。
为领会UML理论知识，并将所学内容进行实际应用，在每学完课程的一章或知识单元后都设置典型案例问题，安排学生完成。例如在学完用例图时绘制网上购物的主要用例，在学完序列图后绘制ATM的操作过程，在学完状态机图后绘制mp3播放器的状态等。
最后在全部内容学习完成后，将全班学生分为多个小组，每组5-7人，要求各小组综合运用所学知识，系统分析一个项目，使用软件工具对其建模，画出该系统的用例图、活动图、状态图、时序图、类图等图形，以完整体验使用UML进行软件分析和设计的过程。
2.5 考核方式的调整，引入自我评价机制
UML课程的考核应该采取灵活多样的方式对学生的学习进行考查，尤其注重学习过程的考核，应该针对课程内容的学习深入设计一些开放性的作业或实验让学生完成。课程的笔试考核可以保留，考核的内容主要集中在检查学生对知识的理解和掌握，多一些主观灵活运用，少一些简单的知识点记忆。
结合UML课程的主要内容及教学目标要求开展学习过程的考核，我们精心选择了8到10条评分标准，在开课第一时间发给学生，要求学生在每学完一章或单元的内容后，完成相应的案例，依据标准给自己打分，在课程完成后教师收集学生个人自评的分数，再综合教学过程中学生学习的程度与完成案例的实际情况，给出合理的分数。在内容考核评价标准中特别设置对于积极提出问题，并与教师深入探讨UML相关内容的学生，额外给予加分，从而激励学生在学习过程关注学习过程，使一些原本对UML学习不够热心的同学也能够积极地参与进来。
3 结束语
从总体看，由于采用了上述多种方法，UML课程的教学效果比较令人满意。不仅调动起学生的学习积极性，而且增强了其自主学习能力、分析与解决问题能力，以及同学之间的协调、配合能力，加深了师生以及同学之间的感情。随着对UML学习的不断深入，学生的认知结构和思维能力也都出现了明显的变化，综合素质得到了全方位的提高。值得注意的是，UML知识的学习和应用不是一个短期的过程，需要学生在以后的学习过程中下大气力持续深入，特别是与其他课程学习和开发实践相结合才能达到最终期望的效果，另外教师理论与实践水平的不断提高也是影响该课程教学效果的重要因素。
参考文献：
[1] 周春雷.UML课程教学效果提升策略研究[J].电脑知识与技术，2011，7（13）：3202-3203.
[2] 吴含前，吉逸.《面向对象技术&UML》教学改革与实践[J].计算机工程与科学，2011，33（A1）：23-26.
[3] 许波，陈晓龙.UML结合软件工程教学改革探讨[J].计算机教育，2011（2）：34-37.
[4] 陈昊，明仲，彭小刚.在UML课程的实践教学中实施CDIO的探讨[J].计算机教育，2010（14）：125-128.
[5] 张丽平，李松，郝晓红.结合案例和任务驱动的UML教学方法研究[J].黑龙江教育学院学报，2012，31（3）：50-52.endprint
2.2 依据不同层次要求设置教学目标
软件工程专业按内容学习程度将其划分三个层次，如图1所示。一是通过学习做到认清UML包含的各类图形及符号，明确其含义，称之为看图；二是通过与实践相结合解决简单的应用问题，绘制各类UML图，称为画图；三是贯穿软件开发的全过程，学习使用模型建立软件蓝图，确立软件建模思维，称为建模。第一个层次是基础，第二个层次是提高，第三个层次是深化。按这三个层次的要求，在课程教学中循序渐进，让学生先做到会看图，再做到会画简单的图，进而学会使用建模思想协同软件开发。对于不同专业的学生，也依据三个层次来组织教学，第一层次会看图是基础要求，是所有学习UML课程的学生必须要达到的目标，对于计算机应用专业的学生达到第二层次的要求，而软件工程专业的学生则应达到第三层次的要求。
2.3 使用UML新标准，覆盖软件开发的最新实践
UML的内容已经随着软件技术的发展而不断发展变化，最新UML2中加入若干新的图，一些术语和机制也发生了变化。如果在教学中依然使用旧的内容讲解会造成学生在接触新知识时的不适应和不理解，有鉴于此，教师在教学中要不断加强自身能力的培养，及时了解UML软件建模领域的最新发展和变化，并与实践应用相结合。教师在讲解基本内容的同时，还向学生介绍最新的UML理论与应用知识，在选用教材和参考书时优先考虑介绍UML2内容的图书。软件建模工具也不要使用ROSE这类早期商业化笨重的软件。积极推荐学生学习使用免费或开源的UML建模工具，例如ArgoUML和StarUML。另外也向学生建议学习使用功能强大简便易用的具有试用版本的最新商业化软件，例如Enterprise Architecture和Visual Paradigm。学生在了解这些UML工具的同时知道最新软件开发的理论与实践，同时也对计算机建模工具软件的运用积累丰富的使用经验。
2.4 精心组织教学内容，基础和深入相得益彰
UML课程中有相当多的专业术语，通过讲解给学生一一列出，由于国内对UML术语翻译有多种名称，因此在讲解时需要给出英文原意。这一方面增加了学生的计算机英文词汇数量，另一方面也为学生理解相关知识点降低了难度，还能使学生体会到明确不同名称下UML内容的重要含义。
为提高学生的动手能力及调动大家参与的积极性，我们采用“全员参与、案例示范”的方法完成知识的教学过程。由于UML建模软件在UML教学中具有重要的地位，教师在讲解相关知识时，采用课堂演示教学方法，带领学生现场探索UML建模软件的各种重要功能。在工具未完全掌握时也可使用传统的纸笔绘制UML图，工具熟练的条件下使用软件绘制UML图。新知识讲解完毕后，当堂演示、操作，以强化新学习的知识和技能。与传统做法不同是，教师建议有笔记本电脑的同学上课时携带自己的电脑，同步进行操作和练习，对于没有笔记本电脑的学生，可以使用教师机到讲台上练习或分组练习，鼓励他们遇到问题时相互讨论与协作。在这样的练习环节中，充分调动了全体学生的学习积极性和参与热情。
为领会UML理论知识，并将所学内容进行实际应用，在每学完课程的一章或知识单元后都设置典型案例问题，安排学生完成。例如在学完用例图时绘制网上购物的主要用例，在学完序列图后绘制ATM的操作过程，在学完状态机图后绘制mp3播放器的状态等。
最后在全部内容学习完成后，将全班学生分为多个小组，每组5-7人，要求各小组综合运用所学知识，系统分析一个项目，使用软件工具对其建模，画出该系统的用例图、活动图、状态图、时序图、类图等图形，以完整体验使用UML进行软件分析和设计的过程。
2.5 考核方式的调整，引入自我评价机制
UML课程的考核应该采取灵活多样的方式对学生的学习进行考查，尤其注重学习过程的考核，应该针对课程内容的学习深入设计一些开放性的作业或实验让学生完成。课程的笔试考核可以保留，考核的内容主要集中在检查学生对知识的理解和掌握，多一些主观灵活运用，少一些简单的知识点记忆。
结合UML课程的主要内容及教学目标要求开展学习过程的考核，我们精心选择了8到10条评分标准，在开课第一时间发给学生，要求学生在每学完一章或单元的内容后，完成相应的案例，依据标准给自己打分，在课程完成后教师收集学生个人自评的分数，再综合教学过程中学生学习的程度与完成案例的实际情况，给出合理的分数。在内容考核评价标准中特别设置对于积极提出问题，并与教师深入探讨UML相关内容的学生，额外给予加分，从而激励学生在学习过程关注学习过程，使一些原本对UML学习不够热心的同学也能够积极地参与进来。
3 结束语
从总体看，由于采用了上述多种方法，UML课程的教学效果比较令人满意。不仅调动起学生的学习积极性，而且增强了其自主学习能力、分析与解决问题能力，以及同学之间的协调、配合能力，加深了师生以及同学之间的感情。随着对UML学习的不断深入，学生的认知结构和思维能力也都出现了明显的变化，综合素质得到了全方位的提高。值得注意的是，UML知识的学习和应用不是一个短期的过程，需要学生在以后的学习过程中下大气力持续深入，特别是与其他课程学习和开发实践相结合才能达到最终期望的效果，另外教师理论与实践水平的不断提高也是影响该课程教学效果的重要因素。
参考文献：
[1] 周春雷.UML课程教学效果提升策略研究[J].电脑知识与技术，2011，7（13）：3202-3203.
[2] 吴含前，吉逸.《面向对象技术&UML》教学改革与实践[J].计算机工程与科学，2011，33（A1）：23-26.
[3] 许波，陈晓龙.UML结合软件工程教学改革探讨[J].计算机教育，2011（2）：34-37.
[4] 陈昊，明仲，彭小刚.在UML课程的实践教学中实施CDIO的探讨[J].计算机教育，2010（14）：125-128.
[5] 张丽平，李松，郝晓红.结合案例和任务驱动的UML教学方法研究[J].黑龙江教育学院学报，2012，31（3）：50-52.endprint
2.2 依据不同层次要求设置教学目标
软件工程专业按内容学习程度将其划分三个层次，如图1所示。一是通过学习做到认清UML包含的各类图形及符号，明确其含义，称之为看图；二是通过与实践相结合解决简单的应用问题，绘制各类UML图，称为画图；三是贯穿软件开发的全过程，学习使用模型建立软件蓝图，确立软件建模思维，称为建模。第一个层次是基础，第二个层次是提高，第三个层次是深化。按这三个层次的要求，在课程教学中循序渐进，让学生先做到会看图，再做到会画简单的图，进而学会使用建模思想协同软件开发。对于不同专业的学生，也依据三个层次来组织教学，第一层次会看图是基础要求，是所有学习UML课程的学生必须要达到的目标，对于计算机应用专业的学生达到第二层次的要求，而软件工程专业的学生则应达到第三层次的要求。
2.3 使用UML新标准，覆盖软件开发的最新实践
UML的内容已经随着软件技术的发展而不断发展变化，最新UML2中加入若干新的图，一些术语和机制也发生了变化。如果在教学中依然使用旧的内容讲解会造成学生在接触新知识时的不适应和不理解，有鉴于此，教师在教学中要不断加强自身能力的培养，及时了解UML软件建模领域的最新发展和变化，并与实践应用相结合。教师在讲解基本内容的同时，还向学生介绍最新的UML理论与应用知识，在选用教材和参考书时优先考虑介绍UML2内容的图书。软件建模工具也不要使用ROSE这类早期商业化笨重的软件。积极推荐学生学习使用免费或开源的UML建模工具，例如ArgoUML和StarUML。另外也向学生建议学习使用功能强大简便易用的具有试用版本的最新商业化软件，例如Enterprise Architecture和Visual Paradigm。学生在了解这些UML工具的同时知道最新软件开发的理论与实践，同时也对计算机建模工具软件的运用积累丰富的使用经验。
2.4 精心组织教学内容，基础和深入相得益彰
UML课程中有相当多的专业术语，通过讲解给学生一一列出，由于国内对UML术语翻译有多种名称，因此在讲解时需要给出英文原意。这一方面增加了学生的计算机英文词汇数量，另一方面也为学生理解相关知识点降低了难度，还能使学生体会到明确不同名称下UML内容的重要含义。
为提高学生的动手能力及调动大家参与的积极性，我们采用“全员参与、案例示范”的方法完成知识的教学过程。由于UML建模软件在UML教学中具有重要的地位，教师在讲解相关知识时，采用课堂演示教学方法，带领学生现场探索UML建模软件的各种重要功能。在工具未完全掌握时也可使用传统的纸笔绘制UML图，工具熟练的条件下使用软件绘制UML图。新知识讲解完毕后，当堂演示、操作，以强化新学习的知识和技能。与传统做法不同是，教师建议有笔记本电脑的同学上课时携带自己的电脑，同步进行操作和练习，对于没有笔记本电脑的学生，可以使用教师机到讲台上练习或分组练习，鼓励他们遇到问题时相互讨论与协作。在这样的练习环节中，充分调动了全体学生的学习积极性和参与热情。
为领会UML理论知识，并将所学内容进行实际应用，在每学完课程的一章或知识单元后都设置典型案例问题，安排学生完成。例如在学完用例图时绘制网上购物的主要用例，在学完序列图后绘制ATM的操作过程，在学完状态机图后绘制mp3播放器的状态等。
最后在全部内容学习完成后，将全班学生分为多个小组，每组5-7人，要求各小组综合运用所学知识，系统分析一个项目，使用软件工具对其建模，画出该系统的用例图、活动图、状态图、时序图、类图等图形，以完整体验使用UML进行软件分析和设计的过程。
2.5 考核方式的调整，引入自我评价机制
UML课程的考核应该采取灵活多样的方式对学生的学习进行考查，尤其注重学习过程的考核，应该针对课程内容的学习深入设计一些开放性的作业或实验让学生完成。课程的笔试考核可以保留，考核的内容主要集中在检查学生对知识的理解和掌握，多一些主观灵活运用，少一些简单的知识点记忆。
结合UML课程的主要内容及教学目标要求开展学习过程的考核，我们精心选择了8到10条评分标准，在开课第一时间发给学生，要求学生在每学完一章或单元的内容后，完成相应的案例，依据标准给自己打分，在课程完成后教师收集学生个人自评的分数，再综合教学过程中学生学习的程度与完成案例的实际情况，给出合理的分数。在内容考核评价标准中特别设置对于积极提出问题，并与教师深入探讨UML相关内容的学生，额外给予加分，从而激励学生在学习过程关注学习过程，使一些原本对UML学习不够热心的同学也能够积极地参与进来。
3 结束语
从总体看，由于采用了上述多种方法，UML课程的教学效果比较令人满意。不仅调动起学生的学习积极性，而且增强了其自主学习能力、分析与解决问题能力，以及同学之间的协调、配合能力，加深了师生以及同学之间的感情。随着对UML学习的不断深入，学生的认知结构和思维能力也都出现了明显的变化，综合素质得到了全方位的提高。值得注意的是，UML知识的学习和应用不是一个短期的过程，需要学生在以后的学习过程中下大气力持续深入，特别是与其他课程学习和开发实践相结合才能达到最终期望的效果，另外教师理论与实践水平的不断提高也是影响该课程教学效果的重要因素。
参考文献：
[1] 周春雷.UML课程教学效果提升策略研究[J].电脑知识与技术，2011，7（13）：3202-3203.
[2] 吴含前，吉逸.《面向对象技术&UML》教学改革与实践[J].计算机工程与科学，2011，33（A1）：23-26.
[3] 许波，陈晓龙.UML结合软件工程教学改革探讨[J].计算机教育，2011（2）：34-37.
[4] 陈昊，明仲，彭小刚.在UML课程的实践教学中实施CDIO的探讨[J].计算机教育，2010（14）：125-128.
[5] 张丽平，李松，郝晓红.结合案例和任务驱动的UML教学方法研究[J].黑龙江教育学院学报，2012，31（3）：50-52.endprint
