UML基礎(chǔ)上“基于問題的學(xué)習(xí)”活動的設(shè)計

摘要：本文從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，基于“IMS最佳實(shí)踐與應(yīng)用指南”中“基于問題的學(xué)習(xí)”活動設(shè)計，借助UML所定義的一套規(guī)范的視圖體系，將其用于描述該學(xué)習(xí)活動設(shè)計過程、要素與聯(lián)系，以新的視角和方法完成“基于問題的學(xué)習(xí)”活動的建模，實(shí)現(xiàn)對IMS LD規(guī)范的UML表達(dá)。通過對其進(jìn)行UML表達(dá)，使得教與學(xué)的過程更具操作性。

關(guān)鍵詞：IMS最佳實(shí)踐與應(yīng)用指南；UML；基于問題的學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）12-0072-04

● “基于問題的學(xué)習(xí)”活動說明

IMS LD最佳實(shí)踐與應(yīng)用指南（IMS Learning Design Best Practice and Implementation Guide）的目的在于闡述如何貫徹實(shí)施IMS LD規(guī)范，該文檔給出了許多在IMS LD規(guī)范的指導(dǎo)下開展教學(xué)與學(xué)習(xí)過程的實(shí)例。其中，第4.5節(jié)內(nèi)容“基于問題的學(xué)習(xí)”活動的說明如下（其中，以括號顯示的注釋描述了在線傳送環(huán)境中，該過程的可能實(shí)現(xiàn)途徑）：

課程的協(xié)調(diào)者把問題描述呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)小組（通過上傳一個問題描述文件到網(wǎng)站上）→小組中的每個學(xué)生都（在網(wǎng)上）閱讀這個問題，輔助者也閱讀問題（在同步會議系統(tǒng)中，輔助者也在內(nèi)）→學(xué)生選舉小組代表代表小組發(fā)言，負(fù)責(zé)記錄小組決定，選中的代表同樣也要由輔助者委任→小組內(nèi)部進(jìn)行交流，澄清問題，通過互相以及和輔助者的交流來討論、澄清術(shù)語和一些開放性問題，最后對面臨的問題達(dá)成一個簡要的陳述→小組代表陳述對問題的理解，并將該陳述上傳至網(wǎng)站。小組成員繼續(xù)討論，確立該問題可能的答案或解釋→這些可能的解釋整合在一起，由學(xué)生展開進(jìn)一步的研究→研討出的解釋被小組代表列舉在網(wǎng)站中上傳的文件中→小組確定問題的學(xué)習(xí)目標(biāo)，個人開始進(jìn)行必要的調(diào)查研究→小組會面（使用同步會議系統(tǒng)）討論他們的結(jié)果，此時，輔助者提供必要的幫助小組代表總結(jié)討論結(jié)果，并將其上傳至網(wǎng)站→緊接著，評估員和輔助者共同討論小組的表現(xiàn)→評估員給出對小組的評估（通過上傳評估結(jié)果至網(wǎng)站）。

● “基于問題的學(xué)習(xí)”設(shè)計的靜態(tài)圖

在UML視圖中，靜態(tài)圖通常用類圖描述。類圖表示了一組類、接口及其關(guān)系，它描述了系統(tǒng)中各類之間的關(guān)系，是面向?qū)ο蠼５木唧w實(shí)現(xiàn)。類的描述包括類名稱、屬性、操作三部分。其中，屬性用來描述類的性質(zhì)，操作用來描述類具有的操作行為。

結(jié)合上述的用例圖，“基于問題的學(xué)習(xí)”活動中相應(yīng)的類有：協(xié)調(diào)者、學(xué)生、小組代表、輔助者、評估員、問題描述文件界面、同步會議系統(tǒng)、評估界面、上傳界面、數(shù)據(jù)庫文件等。各類的屬性和相關(guān)描述在類名稱的下方，以體現(xiàn)其功能如何實(shí)現(xiàn)。例如，學(xué)生類有學(xué)號屬性，可進(jìn)行閱讀問題描述文件的操作。類之間的關(guān)系通過“鏈接”線進(jìn)行表示（如上頁圖1）。

● “基于問題的學(xué)習(xí)”設(shè)計的動態(tài)圖

1.狀態(tài)圖

在軟件系統(tǒng)中存在著大量的對象，狀態(tài)圖用來描述這些對象在其生命周期中所有的動態(tài)行為。狀態(tài)圖包含對象所有的狀態(tài)序列、狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換的觸發(fā)事件。在UML視圖中，狀態(tài)用圓角矩形表示，其中，初始狀態(tài)用實(shí)心圓點(diǎn)表示，終止?fàn)顟B(tài)用空心圓內(nèi)嵌圓點(diǎn)表示。轉(zhuǎn)換用有向箭頭表示，從原狀態(tài)指向目標(biāo)狀態(tài)。觸發(fā)事件標(biāo)注在有向箭頭的一側(cè)。

根據(jù)類圖，能夠確定“基于問題的學(xué)習(xí)”活動中的所有對象，而狀態(tài)通常用類和對象來描述，類的操作則可作為狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)事件。例如，學(xué)生有處于問題描述文件界面的狀態(tài)，觸發(fā)該狀態(tài)的事件為閱讀問題描述文件。“基于問題的學(xué)習(xí)”活動中涉及的對象較多，為了降低復(fù)雜度，便于分析，本文按照參與者對象對整個學(xué)習(xí)設(shè)計活動進(jìn)行了合理分割，圖2為學(xué)生活動狀態(tài)圖，圖3為小組代表活動狀態(tài)圖。后文中序列圖和通信圖的分析同樣也根據(jù)此原則進(jìn)行了分割。

2.序列圖

序列圖主要用于根據(jù)時間順序，描述對象之間所進(jìn)行的信息交互活動。它在描述場景的同時，能清晰地表示對象間交互的先后順序關(guān)系。對象、生命線、激活、消息等要素是序列圖的重要組成部分。對象在水平方向上表示，激活描述一個對象與另一個對象之間進(jìn)行交互的開始和結(jié)束，在UML視圖中用窄長的矩形來表示，矩形的高度表示對象間交互的過程。有向箭頭表示消息的傳遞。例如，協(xié)調(diào)者活動的序列為：協(xié)調(diào)者在上傳界面上傳問題描述，數(shù)據(jù)庫文件保存從上傳界面?zhèn)鱽淼奈募４娉晒笸ㄖ蟼鹘缑妫蟼鹘缑嬖谑盏酵ㄖ笙騾f(xié)調(diào)者發(fā)送上傳成功的消息。上頁圖4為學(xué)生活動序列圖，上頁圖5為小組代表活動序列圖，上頁圖6為輔助者活動序列圖。

3.通信圖

通信圖用于描述對象之間的關(guān)系，它不強(qiáng)調(diào)對象間消息傳遞的順序，而是注重對象間的消息傳遞。通信圖由對象、鏈及鏈上的消息構(gòu)成。鏈用來表示對象之間的通信，它將參與交互的對象關(guān)聯(lián)到一起。有向箭頭表示消息，用于描述對象間的動態(tài)行為。例如，協(xié)調(diào)者與上傳界面之間存在消息的交互，上傳界面又與數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行交互，最終實(shí)現(xiàn)問題描述文件的成功上傳。圖7是小組代表活動通信圖，圖8是學(xué)生活動通信圖。

● “基于問題的學(xué)習(xí)”設(shè)計的實(shí)現(xiàn)圖

1.組件圖

以上的視圖設(shè)計均屬于系統(tǒng)的邏輯體系架構(gòu)設(shè)計，邏輯設(shè)計完后，需要進(jìn)行的就是物理設(shè)計。物理設(shè)計通常采用的基本單位不是類，而是組件。組件定義為一個系統(tǒng)的、可部署的和可更替的部分，它封裝了某些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，也清楚地展現(xiàn)了確定的接口。

組件是軟件系統(tǒng)邏輯架構(gòu)中定義的概念和功能在物理架構(gòu)中的實(shí)現(xiàn)。組件圖的作用是描述這些組件及它們之間的關(guān)系。組件的符號是左邊帶有兩個小矩形的大矩形，組件之間的依賴關(guān)系則用帶有有向箭頭的虛線表示。“基于問題的學(xué)習(xí)”活動的組件圖如圖9所示。

2.部署圖

部署圖是一個包含了服務(wù)器、軟件和設(shè)備的體系架構(gòu)。從這個體系架構(gòu)上可以看到某節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行哪個組件，在組件中實(shí)現(xiàn)了哪些邏輯元素（類、對象、協(xié)作等），最終可以從這些元素追蹤到系統(tǒng)的需求分析。部署圖的基本元素有節(jié)點(diǎn)、連接、組件、對象和依賴。可以將節(jié)點(diǎn)、組件看作是分布式系統(tǒng)中的分布單元，并可以使用部署圖描述分布式系統(tǒng)的體系架構(gòu)。“基于問題的學(xué)習(xí)”活動的部署圖如圖10所示。

● 結(jié)語

本文立足于系統(tǒng)工程的思想，利用UML對IMS LD規(guī)范進(jìn)行全面建模，使得學(xué)習(xí)設(shè)計更加形式化、模塊化，不僅明確了學(xué)習(xí)設(shè)計的過程，提升了學(xué)習(xí)設(shè)計的效率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)設(shè)計模式的再創(chuàng)造，使得學(xué)習(xí)設(shè)計更具靈活性。我們的研究還將繼續(xù)深入開展，雖然尚有不足之處，但通過UML視圖對IMS LD規(guī)范進(jìn)行全面建模，確實(shí)是有價值的，還需要大家來共同探索。

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作者簡介：劉博文，湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院教育技術(shù)學(xué)專業(yè)研究生，研究方向為信息技術(shù)教育研究。