新工科背景下UML分析與建模課程研究

朱倩倩 李艷

摘要：“新工科”建設對高等院校的人才培養提出了新要求，如何培養學生適應各種新興產業，成為具備社會競爭力的人才，是高校教學改革和人才培養面臨的重要問題。文章以UML分析與建模課程為例，提出“新工科”背景下軟件工程專業UML分析與建模課程的教學目標、教學內容、教學方法、評價體系和實踐思路，旨在提升學生的建模能力、項目分析能力、綜合應用能力和創新力，培養學生成為具備社會競爭力的技術型人才。

關鍵詞：新工科；UML分析與建模；課程研究；人才培養；評價體系

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）31-0177-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0? 引言

在“百年未有之大變局”的時代背景下，新一輪科技革命與產業變革正在飛速席卷社會各行各業[1]。我國教育部在2017年就開始積極推進新工科建設，明確指出新工科建設要以互聯網和智能為核心，將人工智能、云計算、機器人、大數據、區塊鏈等新信息技術應用于傳統工科專業的升級改造[2-3]。為響應國家戰略需求，實行兩手抓行動：一方面主動設置和發展了一批新工科專業；另一方面積極推動現有工科專業的改革創新，效果顯著[4-5]。此外，各高校都積極探索“新工科”人才培養模式，進一步深化應用型人才培養，提高人才培養水平。

UML分析與建模課程作為軟件工程專業的一門專業必修課，該課程設置的主要目的是依據新工科背景下的人才需求，提高學生的項目分析能力、團隊協作能力和解決實際問題能力，幫助學生在各種新興產業中找到自己的定位，助力學生成為行業急需人才[3]。因此，針對UML分析與建模課程，提出新工科背景下軟件工程專業UML分析與建模課程的教學目標、教學內容、教學方式、考核體系等課程研究思路，提升學生的建模能力、綜合應用能力和創新能力，培養學生發現問題、分析問題及解決問題的能力，為系統和科學地開發軟件打下良好基礎[6]。同時，近年來各高校一直積極推進新工科建設工作，相關研究內容層出不窮，但聚焦于UML分析與建模課程研究的相關研究成果較少。以“新工科”為背景的UML分析與建模課程教學研究成果將為具體課程的教學改革提供新思路，具有豐富的理論價值和現實價值。

1? 新工科領域的研究現狀與問題

從2017年提出新工科概念至今，各高校在新工科建設取得了一定的成就，例如“新工科試點班”“新工科精英班”“新工科智能機器人實驗班”等。近年來，以新工科理念為指導的教育改革已經積累些許經驗，但與已成熟的工科教育理念和國外工科教育理念相比，新工科的課程改革仍然存在不足之處，具體表現在以下幾點：

1） 新工科研究主題較為寬泛。表現在從宏觀的學科、專業、師資團隊研究成果較多，但對具體課程的大綱、教學方法、理論和實踐教學內容、具體舉措、實施成效等相關研究較少，缺乏如何將新工科落實在課程層面的相關研究[5，7]。

2） 社會、企業及利益相關者參與度不夠。新工科是面向社會、面向未來的戰略行動，而新工科背景下的課程改革則必須加強與社會、企業之間的相互合作交流，高校在此方面的工作有待提升[5，7]。因此，社會和企業的需求必須成為新工科課程改革所需要考慮的重要因素之一。

3） 以設計性、總結性的研究為主，缺乏面向實踐及改革過程的研究。新工科改革實踐研究尚處于實踐階段，更多的研究在于理論方面。對于新工科改革過程中的問題及與人才培養模式之間的關聯仍需進一步探索。

2? UML分析與建模課程教學的研究現狀與問題

UML分析與建模課程是對軟件密集系統進行分析與設計的手段和重要工具，它主要幫助學生更好地分析系統需求、完成軟件設計和繪制建模，掌握該工具是軟件工程專業學生必備的能力[8]。在新工科背景下，許多專業涉及UML分析與建模課程，原因是UML突破了專業壁壘，在數學、建筑等傳統學科有應用，在大數據、云計算、人工智能等新興產業中也有一席之地[9]。

通過對近年來UML分析與建模課程教學現狀進行分析，整理出教學和考核過程中所存在的問題：

1） UML分析與建模課程教學設計不合理。一方面，該課程授課內容對培養學生應具備的能力不夠明晰，即知識點與預期學生的能力對應關系尚未建立；另一方面，該課程教學案例單一陳舊，傳統的教學模式表現出較多缺點，教學內容未完全兼顧理論與實踐，使學生無法更好的學以致用。

2） 培養學生自主學習能力的觀念不重視。目前我國現階段教育重點依然是學校教育，關注任課教師傳授多少知識，但學生成才的關鍵因素并不完全取決于教師，更多的是培養學生對學習的自主性和探索性，使學生能批判地學習知識和創造知識。

3） 教學評價體系不完善?，F階段，大部分課程的學習效果評估還是采用“一刀切”的形式，學生的學習成績完全根據考試分數來體現。這種“一場定勝負”的評價體系忽略了對學生提出問題、分析問題和解決問題能力等的評估，扼殺了學生的創造性和多向思維能力[8]。

3? 圍繞新工科建設進行UML分析與建模課程教學研究

3.1? 學情調查分析

學情調查是針對學生在學習課程前已掌握的知識結構和學習過程中表現出的個性化差異，為學生制定適合的課程大綱和教學目標，指導任課教師教學實踐。學情調查包括調查學生的實際需要、能力水平、認知傾向等方面，貫徹“以學生為中心”“以學定教”的理念，是教與學目標設定的基礎。

1） 觀察、談話、抽檢、問卷等多途徑開展學情調查。首先，觀察要做到準確、全面，或者是有目的、有計劃地持久進行，剖析學生的言談、舉止行動和表情變化，以了解其心理活動。然后，通過與學生談話，面對面交談來深入了解學生對UML分析與建模的具體掌握情況和實際需求。最后，采用問卷調查進一步歸納總結學生對UML分析與建模課程的認知，如采用編制有關知識技能的小測試，根據需要設計專題問卷或量表進行調查。此外，還可通過電話調研以及在線會議調研等形式進行學情調查。調研完成后將收集的信息在數據平臺進行整合和可視化。

2） 開展系列講座，加深學生的課程認知。介紹UML分析與建模在實際工作中的應用場景，提高學生對UML分析與建模語言的認知和作用。將本課程與該專業體系其他課程包括軟件工程、軟件開發過程與實踐、面向對象分析與設計、軟件測試等緊密結合，既能讓學生回顧以往所學，回到熟悉知識環境，又能避免單門課程與人才培養目標脫節，讓學生充分認識該課程在軟件工程課程群中所處的地位。

3.2? 教學內容優化

在新工科的課程體系中，強調的是專業實踐，具有實踐特色的課程以項目為“骨”，以知識點為“肉”，以上機訓練為“精髓”，做到學有所用，學以致用，甚至創造產業新領域。結合新工科專業和新興產業要求，UML分析與建模課程在教學內容設置上，從理論教學內容和實踐教學內容兩方面出發，突出實際應用[8-9]。

1） 在理論教學上，除了講授UML分析與建模方法和語法，還應結合新興產業要求，將大數據、云計算、機器學習、人工智能相關知識也加入課堂。從各行業建模技術和實際應用中挖掘與課程相關的工程案例作為典例導入課堂，并融入軟件工程領域的新思想、新方法和新技術，重點突出UML分析與建模課程的實際應用、問題驅動與工程案例的緊密結合[3]。

2） 在實踐教學上，精選與新工科建設相關的項目，引導學生自我思考，鼓勵學生自主創新。在開展UML分析與建模課程教學時，以類圖、對象圖、協作圖、活動圖等經典模型圖為核心，結合大數據、人工智能、面向對象分析與設計、軟件工程、軟件過程與管理、軟件測試等課程，為學生提供多課程交叉融合的相關項目，鼓勵學生組建項目攻關團隊，并加強各小組之間的合作與交流。

3） 在課堂教學過程中，采用以學生為中心的BOPPPS教學法（導入（Bridge-in）、目標（Objective）、前測（Pre-Assessment）、參與式學習（Participatory learning）、后測（Post-Assessment）、總結（Summery））和復合式教學法，課前指導學生收看線上教學視頻、結合中國大學慕課網（MOOC） 和小規模限制性在線課程（SPOC） ，查閱中英文文獻，調研企業主流各種案例、技術資料，從廣度和深度兩方面掌握社會、企業在UML統一建模語言方面的應用[10]。課上，通過分析經典案例并導入基本知識，組建學生課程學習討論組，引導學生建立團隊協作精神；課下，各學習討論組結合課上理論教學內容，開展習題訓練和模型圖繪制等實踐活動，并建立教師指導和評價體系，讓教師成為“導師”，讓課本成為“文獻”和“參考書”。

4） 完善UML分析與建模課程考核體系，針對學生的不同特長，設計理論考核與實踐考核兩種路徑，建立以能力培養為導向的考核評價體系。以培養學生項目實施能力為目標，加強學生知識理解與技能運用能力，進而全面地、客觀地、合理地幫助教師掌握學生的情況，有針對性地培養學生以及改進教學質量。

3.3? 整改方案實施

針對UML分析與建模課程，提出新工科背景下UML分析與建模課程與大數據、人工智能、數據結構、軟件工程、面向對象分析與設計、云計算等課程交叉融合改善教學方式、調整教學內容、完善考核體系等一系列改革和實踐思路，提升學生的項目分析能力、建模技術、綜合應用能力、創新性思維等，培養各種知識融會貫通的復合型人才，推進新工科背景下人才培養過程中UML分析與建模課程教學與實踐的全面改革。具體整改方案實施如下：

1） 分別調研新工科課程改革和UML分析與建模課程人才培養模式兩方面的現狀，收集歸納材料。

2） 通過收集的材料，分析新工科課程改革的不足和UML分析與建模課程教學缺陷，探索新工科背景下UML分析與建模課程改革的制約因素。

3） 通過學情調查與分析、調研UML在企業中的應用現狀、調研UML與新興產業的交叉應用點。從以上三個方面的數據，分析學生基礎、UML在企業的需求、UML與新興產業的融合點，調整UML分析與建模課程大綱和教材內容。

4） 從教學目標、教學內容、教學方式、教學評價四個方面分別對UML分析與建模課程大綱和教材內容進行調整和改進，將改進后的方案進行教學應用。再根據教學應用后反饋的實際問題將教學方案進行二次調整，不斷優化課程大綱和教學方式。

①優化教學目標

以培養學生的軟件建模能力為目標，將UML分析與建模的理論知識和實踐技能相結合，重點培養學生的實踐能力，使其能夠熟練掌握UML建模語言，運用UML對軟件系統進行分析、設計、實現和維護。包括但不限于：

理解UML基本概念與模型圖。了解UML的語義、語法以及各種類型的圖，例如類圖、用例圖、協作圖、順序圖等。

掌握UML常用建模技術和表示方法 。掌握靜態建模和動態建模方法，理解體系結構的建模方法和作用。

熟悉在實際項目中使用UML進行分析和設計的流程 。了解并掌握UML在實際項目中的使用流程，包括分析、設計、實現等流程。

以期達到能夠設計并完成一個以UML為基礎的面向對象程序。掌握如何使用UML來設計并實現一個面向對象的程序，包括系統的需求分析、設計、實現等步驟。

②優化教學內容

教學內容需要適應時代和社會發展的需要，更新教材內容，反映學科最新成果和發展趨勢，注重學科交叉和融合，提高教材的質量和水平。包括但不限于：

增加實踐課程：新工科強調學生的實踐能力和創新能力，因此可以在UML教學中增加實踐課程，例如設計項目、案例分析等，以提高學生的實踐能力。

引入新技術：新工科強調引入新技術，因此可以在UML教學中引入一些新的技術，例如人工智能、大數據、云計算等，以幫助學生了解更多的技術應用。

強調系統設計：新工科強調系統設計，因此可以在UML教學中強調系統設計，例如面向對象的設計方法、設計模式等，以幫助學生更好地掌握系統設計的方法。

引入敏捷開發方法：新工科強調快速迭代和不斷改進，因此可以在UML教學中引入敏捷開發方法，例如Scrum、極限編程等，以幫助學生了解如何在實踐中應用敏捷開發方法。

注重職業素養：新工科強調學生的職業素養，因此可以在UML教學中注重培養學生的職業素養，例如團隊合作精神、溝通能力、責任感等，以幫助學生更好地適應未來的職業發展。

③優化教學方式

應該采用多種教學方式，如案例教學、項目教學、小組討論等，以激發學生的學習興趣和積極性，提高學生的UML建模能力和團隊協作能力。通過案例分析、實驗操作等方式，使學生深入理解UML分析與建模的理論知識，并能夠靈活運用到實踐中，提高學生的實踐能力。

④優化教學評價

評價主體。教學評價的主體多元化，包括學生、教師、其他任課老師，以全面了解教學質量和學生的學習情況。

評價內容。評價內容應該全面，包括學生的知識掌握情況、技能水平、學習態度、學習方法、創新能力、團隊協作能力等方面。

評價方式。評價方式應該多樣化，包括考試、作業、課堂表現、小組討論、案例分析、作品評價等，以全面了解學生的學習情況和能力，同時也能提高學生的自主性和創造性。

評價標準。評價標準應該明確、具體、可操作，包括評價指標體系、權重分配、評分標準等，以避免評價的主觀性和隨意性。

評價反饋。評價結果應該及時反饋給學生和教師，以幫助他們改進教學方法和學生的學習方式，同時也要注意保護學生的隱私和自尊心。

采用多種評價方式相結合的方法，全面考核學生的理論和實踐能力。

4  結論

“新工科”建設背景下，高校的傳統人才培養模式遇到了挑戰。以軟件工程專業UML分析與建模課程為對象，多角度分析軟件工程專業UML分析與建模課程所存在的問題，將“新工科”建設與UML分析與建模課程研究結合，提出UML分析與建模課程教學大綱和教學模式整改方案，從教學目標、教學內容、教學方式到教學評價形成一套完整的課程體系資源，以期培養國家急缺、社會需求的應用型人才。

參考文獻：

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【通聯編輯：謝媛媛】