“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程教學(xué)探索

摘要：“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程是一門抽象性和實踐性都很強的課程，從該課程的性質(zhì)和地位出發(fā)，針對該課程現(xiàn)有教學(xué)中存在的問題，結(jié)合實際教學(xué)情況，從多個方面進(jìn)行思考與探討，提出解決問題的對策，提高UML課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο?；統(tǒng)一建模語言UML；案例教學(xué)；教學(xué)改革；統(tǒng)一開發(fā)過程1KUP

1 課程性質(zhì)和地位

面向?qū)ο蠹夹g(shù)是軟件工程學(xué)中的主流方法，是現(xiàn)代軟件企業(yè)廣為采用的一項有效技術(shù)。統(tǒng)一建模語言UML是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強大的面向?qū)ο蟮慕ＵZ言。UML作為軟件行業(yè)建模的標(biāo)準(zhǔn)語言，通過可視化的圖形方式展示軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系和行為模式，并且支持軟件開發(fā)全過程。

“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程將面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML完美結(jié)合，以基于UML建模語言描述的面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計過程為內(nèi)容，已成為許多高校軟件工程專業(yè)課程體系中的專業(yè)必修課。作為軟件工程的續(xù)接課程，課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響著軟件工程專業(yè)復(fù)合型人才的培養(yǎng)。

2 課程教學(xué)中存在的問題

雖然UML技術(shù)在軟件行業(yè)中已被普遍認(rèn)同和使用，但在高校的計算機(jī)與軟件工程相關(guān)專業(yè)中，“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”仍屬于一門新興課程，所以沒有太多的教學(xué)經(jīng)驗可循，在現(xiàn)行的教學(xué)過程中主要存在著以下問題。

1）課程設(shè)置不合理。

該課程涵蓋的知識面廣，抽象性和實踐性比較強，需要相關(guān)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)作為支撐。但現(xiàn)有的課程設(shè)置存在相關(guān)課程知識點重合或知識體系斷層等問題，影響了UML課程的講解。

2）知識體系龐大，學(xué)時較少，教學(xué)內(nèi)容組織不合理。

該課程不僅包括面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計方法，而且包括UML豐富的知識?，F(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容的組織很難達(dá)到在較少的課時內(nèi)將龐大的、復(fù)雜的課程內(nèi)容講授清楚，其主要原因是沒有處理好面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML的關(guān)系。

3）教學(xué)環(huán)節(jié)安排不合理，理論教學(xué)和實踐教學(xué)脫離。

現(xiàn)有的教學(xué)過程中常出現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫離的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)如下：

①重實踐而輕理論。有些學(xué)生主觀認(rèn)為不學(xué)習(xí)理論知識，在實踐課程上同樣可以利用相關(guān)軟件進(jìn)行UML建模，在實踐環(huán)節(jié)上僅憑個人主觀意愿設(shè)計和建模，嚴(yán)重缺乏理論基礎(chǔ)支撐。

②重理論而輕實踐。有些學(xué)生在很長時間內(nèi)都難以理解和描繪UML的實際應(yīng)用價值，難以將理論知識應(yīng)用于使用UML對系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計的實踐中。

4）缺少知識的綜合應(yīng)用能力。

UML語言本身主要Vbzs2+EhENGyi0v2BRA8ug==講解建模原理、語法知識以及建模工具的操作。學(xué)生雖然對建模工具的操作感興趣，也可以按照規(guī)范畫出案例的各種圖。但面對實際項目，需要結(jié)合軟件開發(fā)過程時，學(xué)生卻很難利用UML進(jìn)行綜合分析和設(shè)計。

5）教學(xué)案例的選取不當(dāng)。

在教學(xué)過程中，一般采用循序漸進(jìn)的教學(xué)方法，將知識和案例有機(jī)結(jié)合。在現(xiàn)有的教學(xué)過程中，每章節(jié)的教學(xué)案例常為了方便學(xué)生對本次課程知識的理解，選用的案例雖然能為知識點很好地服務(wù)，但對綜合應(yīng)用不起作用，學(xué)生在宏觀上不能很好地把握各個知識點的作用和知識點之間的整合。

6）教師實踐能力的缺乏。

該課程實踐性強，要求專業(yè)教師不僅要具備豐富的理論知識，而且要具有扎實熟練的實際操作技能和軟件開發(fā)經(jīng)驗。而目前從事UML教學(xué)的教師大多偏重理論知識，缺乏實踐經(jīng)驗睇，影響了課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 解決問題的對策

針對“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程教學(xué)中存在的問題以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維規(guī)律，筆者結(jié)合自己在教學(xué)過程中的總結(jié)和積累以及教學(xué)實踐中的一些方法，從課程設(shè)置、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)、教學(xué)方法、教師素養(yǎng)提升方面進(jìn)行教學(xué)探討，讓學(xué)生對該課程有非常清晰的認(rèn)識，能熟練掌握“面向?qū)ο蠹夹g(shù)和UML”建模方法，達(dá)到將其應(yīng)用于系統(tǒng)分析與設(shè)計實踐的目的。

3.1重新調(diào)整課程設(shè)置

在課程設(shè)置上，合理安排“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”的先行課程，有利于學(xué)生對該課程知識的理解和吸收。例如學(xué)生需要掌握數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言、軟件工程和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)專業(yè)課程，要求學(xué)生能夠站在軟件開發(fā)的總體框架上進(jìn)行把握。學(xué)習(xí)過程本身就是一個螺旋上升的過程，所以要求各相關(guān)課程的主講教師應(yīng)作好課程的前后銜接，前驅(qū)課程對后續(xù)課程的講解起到鋪墊和輔助理解的作用，后續(xù)課程的講解對前驅(qū)課程起到加深理解和綜合應(yīng)用的作用。

3.2教學(xué)環(huán)節(jié)的安排

該課程的教學(xué)主要包括課堂教學(xué)、上機(jī)實踐和課程設(shè)計3個環(huán)節(jié)。實踐教學(xué)貫穿于課堂教學(xué)、上機(jī)實踐、課程設(shè)計多個教學(xué)環(huán)節(jié)，同時要避免理論教學(xué)與實踐教學(xué)相脫離。

3.3教學(xué)內(nèi)容的組織

該課程具有抽象、涵蓋知識面廣、實戰(zhàn)性強的特點，決定了在UML課程教學(xué)內(nèi)容的組織上分為UML，的知識準(zhǔn)備、UML建模實踐、過程指導(dǎo)與實現(xiàn)3大模塊，如圖1所示。

知識準(zhǔn)備包括面向?qū)ο蠡A(chǔ)知識、UML簡介和UML建模工具介紹；UML建模實踐分為需求建模、靜態(tài)建模、動態(tài)建模、進(jìn)程建模、物理建模，分別對應(yīng)UML，的5種視圖來構(gòu)成反映軟件各個方面的完整UML，模型；過程指導(dǎo)與實現(xiàn)是將UML建模與統(tǒng)一開發(fā)過程（RLTP）相結(jié)合，用面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)過程進(jìn)行UML建模指導(dǎo)，以及使用雙向工程來實現(xiàn)系統(tǒng)模型和代碼之間的映射。

3.3.1正確處理好面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML的關(guān)系，作好知識準(zhǔn)備

面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML，是相輔相成的。UML是面向?qū)ο蟮慕ＵZ言，面向?qū)ο蠡A(chǔ)知識對于后期的UML，知識的學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的，在學(xué)習(xí)過程中處處離不開面向?qū)ο蟮乃枷?；同時，面向?qū)ο蟮乃枷胪ㄟ^UML圖來進(jìn)行更好地可視化展示。因此，UML的學(xué)習(xí)與面向?qū)ο笏枷搿⒚嫦驅(qū)ο筌浖こ?、面向?qū)ο缶幊陶Z言是分不開的，面向?qū)ο蠹夹g(shù)貫穿于UML講課的全過程。

3.3.2UML建模實踐的學(xué)習(xí)路線

UML建模實踐按照項目開發(fā)流程進(jìn)行UML知識單元的組織。以統(tǒng)一建模的5個核心工作流（包括需求階段、分析階段、設(shè)計階段、實現(xiàn)階段和測試階段）為時間序列來安排學(xué)習(xí)線路。該路線貫穿于UML語言縱覽、用例模型（用例圖）、概念模型（類圖）、行為模型（序列圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖、活動圖）、分組機(jī)制（包圖）和實現(xiàn)模型（組件圖和部署圖），以及UML 2.0中新增的知識。

3.3.3引入RUP進(jìn)行過程指導(dǎo)，利用雙向工程進(jìn)行模型和代碼的映射

過程指導(dǎo)與實現(xiàn)是以RUP過程為主線，在軟件過程中的各個階段講解具體的分析、設(shè)計原理和技術(shù)，并不斷利用UML建模工具給出各個階段的成果。學(xué)生在看到這些成果時，會有“成功感”，并且用一個完整的案例貫穿整個課程，對案例進(jìn)行增量式開發(fā)的過程中講解UML中各種圖的應(yīng)用。課程后期，學(xué)習(xí)使用Rose工具進(jìn)行系統(tǒng)模型和實現(xiàn)代碼的自動轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)雙向工程，達(dá)到軟件分析設(shè)計與軟件編碼實現(xiàn)的對應(yīng)統(tǒng)一。

3.4實踐教學(xué)

實踐教學(xué)主要體現(xiàn)在以Rational Rose 2003為代表的UML建模工具的使用以及UML在軟件開發(fā)中的應(yīng)用兩個方面。

在UML課堂教學(xué)中，使用Rose工具對所講知識進(jìn)行當(dāng)堂演示、操作，采用探索式教學(xué)方法，帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場探索軟件的各種重要功能，總結(jié)畫圖的重點和難點，強化新知識和實踐技能。在實踐教學(xué)中，充分發(fā)揮上機(jī)實踐與課程設(shè)計的作用，尤其將RUP工作流引入到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)從不斷分析和改進(jìn)系統(tǒng)的漸進(jìn)過程中，從獲得階段性成果到獲得最終的完整軟件系統(tǒng)（包括UML文檔和程序）的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和實踐應(yīng)用能力。

3.5教學(xué)方法的改進(jìn)

“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生有持續(xù)的興趣驅(qū)動。對抽象概念、理論及模型的學(xué)習(xí)，同時也需要借助具體化的實例來配合抽象的理論加深學(xué)生對課程知識的理解，提升實際知識的運用能力。在教學(xué)方法上主要采用以下兩種方式。

3，5，1采用合適的案例教學(xué)

通過合適的案例不僅能幫助學(xué)生深入理解和掌握案例本身所反映的基本原理，而且能讓學(xué)生將理論學(xué)習(xí)和實際問題緊密結(jié)合起來，進(jìn)而提高分析解決問題的能力、實踐能力及創(chuàng)新能力，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

UML案例的設(shè)計既要結(jié)合所要講解的知識點，又要符合學(xué)生的特點和水平，還要結(jié)合UML課程本身特點，符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程的案例選擇主要遵循以下幾個原則：

1）實用性：列舉現(xiàn)實生活中遇到或參與過的實際問題，達(dá)到理論聯(lián)系實際，促進(jìn)教學(xué)的目的。

例如，ATM機(jī)案例或?qū)W生選課案例，不論是學(xué)習(xí)用例圖進(jìn)行需求分析，還是學(xué)習(xí)活動圖進(jìn)行操作流程分析，都比較容易理解。

2）從簡到難，循序漸進(jìn)：在UML課程初期的教學(xué)中應(yīng)采用小的、簡單的案例；在課程后期應(yīng)采用具有一定難度、深度和綜合性的案例，這樣可以吸引學(xué)生對案例進(jìn)行反復(fù)琢磨、推敲，激勵學(xué)生系統(tǒng)地研究、分析，加深對難點、重點問題的認(rèn)識和掌握，從而取得較好的整體教學(xué)效果。

3）綜合性：好的案例應(yīng)該覆蓋多個知識點，可以提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力，達(dá)到整合知識的目的。在課程初期講授學(xué)生身邊的案例進(jìn)行具體需求分析，并在后續(xù)的課程中始終基于該需求層層推進(jìn)，從分析、設(shè)計到實現(xiàn)，從類模型、狀態(tài)模型到交互模型和實現(xiàn)模型，使學(xué)生在整個課程的進(jìn)程中始終以關(guān)注該案例為主，避免各個抽象概念、理論以及模型分別學(xué)習(xí)所導(dǎo)致的知識點上的“斷裂感”。例如，ATM機(jī)案例的講解可以貫穿到UML多種圖，如用例圖、類圖、時序圖、活動圖、組件圖、部署圖。

4）設(shè)計無唯一性：對于軟件分析來說，沒有絕對的正確和錯誤，只有設(shè)計是否合理，所以同一案例題目可以反復(fù)使用，但關(guān)注的知識點不同，解決方法不一樣，畫出的UML圖也就不一樣。所以在-分析系統(tǒng)過程中，要鼓勵學(xué)生開放思想，發(fā)揮能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如分析圖書管理系統(tǒng)的需求建立用例圖時，分析的粒度不一樣，得到的用例大小不同；分析的角度不同，得到的用例之間的關(guān)系不同；用例之間的關(guān)系不同，最終的代碼實現(xiàn)也就不同。圖2所示是針對圖書管理系統(tǒng)實現(xiàn)的兩種不同設(shè)計的用例圖。

3.5.2將UML與面向?qū)ο缶幊陶Z言完美結(jié)合

將面向?qū)ο缶幊陶Z言和UML圖結(jié)合進(jìn)行講解，來完成軟件工程中的分析設(shè)計與具體編碼實現(xiàn)的統(tǒng)一。在UML課程中，將部分案例結(jié)合C++代碼或JAVA代碼進(jìn)行模型映射，實現(xiàn)雙向工程。如圖3所示的“公司一員工類關(guān)聯(lián)圖”中的關(guān)聯(lián)及關(guān)聯(lián)上的屬性，可以對應(yīng)以下具體的JAVA類代碼。

還可將多個UML圖聯(lián)合起來展示更為復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，圖4所示是1個類圖和多個順序圖聯(lián)合表達(dá)面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性，其對應(yīng)c++中的具體類及成員函數(shù)代碼如下所示。

UML建模是通過將用戶的業(yè)務(wù)需求映射為代碼，保證代碼滿足這些需求，并能方便地回溯需求的過程。通過這種方式能將抽象的知識轉(zhuǎn)化為具體的體現(xiàn)，更利于學(xué)生的理解，更好地體現(xiàn)UML的實際應(yīng)用。

3.6教師專業(yè)素養(yǎng)的提升

教師專業(yè)素養(yǎng)的提升對于提高“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果是非常重要的，通過以下途徑可以提高教師的理論水平和實踐能力。

1）教師在教學(xué)過程中，要不斷地摸索和改革教學(xué)模式，同時參與課程研討，吸收其他好教師的教學(xué)經(jīng)驗和方法。

2）教師在教學(xué)之余應(yīng)深入軟件企業(yè)參與項目實踐，提高個人的專業(yè)素養(yǎng)，增加實踐經(jīng)驗，練就與時俱進(jìn)的教學(xué)水平。

3）教師應(yīng)積極參與與課程相關(guān)的科學(xué)研究，如UML形式化、UML模型檢測等，達(dá)到教學(xué)與科研相輔相成的目的，加深對所教授知識的理解，拓寬思路，加快教師自身知識更新的步伐。

4）邀請企業(yè)中經(jīng)驗豐富的項目開發(fā)人員進(jìn)入課堂講學(xué)或進(jìn)行指導(dǎo)，吸納既懂理論又有實踐經(jīng)驗的優(yōu)秀的復(fù)合型人才，充實UML教師隊伍。

4 結(jié)語

“面向?qū)ο蠹夹g(shù)與UML”課程是一門知識更新和發(fā)展很快的課程，業(yè)界的許多新方法新技術(shù)在不斷涌現(xiàn)，因此該課程的教學(xué)方式也需要與時俱進(jìn)。以上對該課程的教學(xué)探討來源于實際教學(xué)工作中所得出的一些經(jīng)驗性的總結(jié)，這些方法已在課程內(nèi)進(jìn)行了具體的實踐，收到了較好的效果。