UML課程案例驅動教學研究

鄔卓恒 姜全坤

摘 要：UML課程是計算機科學與技術專業的重要課程，為提高學生應用能力，使用案例驅動教學法改進傳統UML建模技術課程教學模式。案例驅動教學以案例作為課程關鍵點將UML教學分為3部分，通過案例教學實現學生對知識的認識、掌握和應用。案例驅動教學具體步驟包括：提出案例、分析案例、討論案例并講解知識點;再次提出新案例、分小組討論并給出解決方法、教師給出建議及參考性答案;提出更深層次的問題，學生課后分組完成，并鞏固提高。案例驅動教學讓學生在解決實際問題的過程中建構自己的知識體系，促進他們不斷提高問題解決能力和實際應用能力。

關鍵詞：UML建模技術;建構主義;案例驅動教學;教學方法

DOI：10. 11907/rjdk. 191592 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：G434文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）005-0264-03

0 引言

隨著經濟社會的不斷發展，我國對高層次應用人才需求不斷增加。因此，應依托計算機科學技術專業培養應用型人才，著重提高學生應用能力。UML課程是計算機科學與技術專業的重要課程，使用案例驅動教學法，對其進行教學改革。UML是面向對象開發中一種通用的圖形化建模語言，它定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用，課程旨在構建學生面向對象思想，掌握UML建模技術。UML知識體系龐雜、抽象概念較多、實踐性較強[1]，傳統教學是基本概念講解和項目分析相結合的“填鴨式”教學，不適合UML建模技術課程特點。學生目前存在的普遍問題是無法將所學知識應用于實際項目開發中，問題解決能力不足，而傳統教學方法與應用相脫節正是造成這種現狀的主要原因，存在大量理論知識枯燥乏味、實際講授內容與實踐應用脫節、學生合作能力較弱等問題。UML課程改革分成兩類：一是課程內容改革和課程組織改革[1-5]，二是基于CDIO的教學方法改革[6-7]。前者改革的重點在于極大豐富課堂內容，添加大量實際案例，增強學生對實際案例的理解和分析能力;后者在UML課程中引入CDIO教學方法，將工程教育理念引入UML教學中，提高學生實際動手能力和工程應用能力。但是這兩種UML課程改革的主體都是課程內容，并未實際改變傳統教學模式。案例驅動教學模式綜合上述兩種改革的優勢，對傳統教學模式加以改進，讓學生實現建構主義學習。

1 案例教學理論基礎

案例驅動教學是基于建構主義理論（Constructivism）的教學模式[8-10]。建構主義是教育學理論的三大分支之一，其認為學習是學生積極主動建構知識的過程，強調學生在學習過程中的中心主體性、主觀能動性，以及在學習過程中的主體地位和積極作用。案例驅動教學是基于建構主義理論設計的教學模式之一，能充分調動學生積極性。通過案例激發學生興趣，讓案例作為學生建構知識的場景，通過教師引導，逐步建構自己的知識體系。案例作為課堂教學的驅動點和學生建構知識的場景，能夠提高學生在課堂上的參與度。案例驅動教學具有啟發性、情景化、參與性等特點，可以彌補UML課程傳統教學的缺點。

2 UML課程案例教學流程

案例教學包括兩大核心部分：案例引導、問題驅動。案例引導指在課程初期，教師引導學生逐步實現知識遷移。在案例引導過程中，逐步帶入知識點、案例中問題解決的方法和步驟，通過類比使學生習得類似問題的解決方法。在課程開始階段就讓學生參與其中，主動分析案例中的問題，讓學生在分析案例的過程中建立知識體系。問題驅動指學生在分析完成第一個案例后，教師提出新的、類似第一個案例的問題，讓學生分組合作解決問題。學生在分組完成案例的過程中，鞏固所學知識。

案例教學具體步驟：①提出案例;②分組討論案例;③給出結果;④分析、總結并講解案例涉及的知識點;⑤提出問題;⑥分小組討論解決問題;⑦學生給出解決方法并作介紹;⑧教師總結、指出錯誤并給出建議以及問題的參考性答案;⑨提出更深層次的問題，學生課后分組完成并鞏固提高。

案例是案例教學的核心之一，好的案例是案例教學成功的關鍵一步，設計好的案例需要遵循有趣性、系統性、全面性、實用性等原則。案例引導是案例教學的第一步，呈現的案例應具有趣味性，能夠吸引學生、激發學生對案例的探索，從而引發學生主動學習的興趣。系統性指案例設計要有明確的目標，通過對案例的逐步分析和求解讓知識不斷擴大、深入并達到最終目標。全面性指案例中應學習的知識點較多、較全面。實用性指案例可應用于實際，實用性案例分析更能吸引學生探索知識，實用性案例分析的過程就是未來工程應用中的逆過程。

案例教學的另一個核心是問題驅動，在案例分析基礎上提出新的問題并交給學生分組完成。問題設計應遵循以下原則：延續性、類比性、擴展性、多樣性。延續性指設計的問題在邏輯上或知識涵蓋面上有延續性，這樣使得學生在分組解決問題時鞏固剛剛構建的知識;類比性指問題解決方法應與案例解決方法具有相似性，可以從案例中類比出問題解決方法;擴展性指問題在繼承案例的基礎上，需要擴充知識點;多樣性指問題的答案是多樣的，能夠激發學生創造性地解決問題。除以上特性外，還應該具有案例設計的特性。

案例教學的最后一個步驟是課后作業布置，課后作業設計除遵循上述設計原則外，還應注重困難性、合作性。課后問題設計目的是對課程知識點的總結鞏固，適當提高問題難度，有利于學生積極思考。增強課后作業的合作性有利于學生分組完成作業時提高自己的溝通協作能力。

3 案例分析

本文以“用例圖”為例，給出UML課程案例教學具體過程。案例教學過程是1+n模式，1是一個引導案例，n指基于案例提出n個不斷深入的問題以鞏固知識，一般提出2～3個問題。在該模式下，學生逐步建構用例圖知識，然后從點到面、從典型到一般不斷拓展，學生在學習中的主觀能動性得以充分發揮。

“用例圖”課程設計過程如表1所示，學生選課系統用例圖如圖1所示，圖書借閱系統用例圖如圖2所示。以“選課系統”為案例，“選課案例”涉及的知識點包括：用例圖作用、用例圖組成要素、用例圖建立方法、參與者間的泛化問題、用例之間包含的擴展問題等。案例簡單易懂且涉及知識面較廣，能夠充分激發學生探索的積極性。

提出第一個案例后，需要詳細解釋案例涉及的知識點并明確各知識點具體含義，再通過學習到的知識點重新回顧案例。第一個案例選取應該遵循“廣而易”的原則，“廣而易”指案例涉及知識點較廣但知識點難度不大。講解知識點后，提出一個新問題以鞏固知識點并提高學生應用能力。鑒于學生對圖書館借閱具體流程較為熟悉，因而選擇圖書館借閱系統構建用例圖并加以分析。圖書借閱系統用例圖所構建的問題是在第一個引導案例的基礎上擴展的，既包含已講過的知識點，又有適當增加難度。并且，圖書館借閱系統用例圖答案不唯一，能激發學生創新性。

在講解上述問題并加以總結后，布置課后作業，課后問題難度有所加大。問題分為3步，難度逐步增加，答案并不唯一，能很好地鞏固知識點、提升學生合作與創新能力。1+n的課堂案例教學模式能充分發揮學生的主觀能動性，使學生成為課堂主體。

4 結果比較

傳統教學與案例驅動教學比較如表2所示。傳統教學中理論闡述清楚明確，學生理論知識扎實。教材是教與學的核心，學生主動性較差，多是被動接受知識，教師是課程的講授者，是課堂的主體。學生能從傳統教學中學到較為全面明確的理論知識，但用所學知識解決問題的能力較差。案例驅動教學通過實踐引導學生學習，讓學生積極主動參與實際問題解決，提高學生思維能力和實際問題解決能力。案例驅動教學通過案例帶動課程開展，學生對于案例覆蓋到的知識點掌握較好，而案例覆蓋不到的知識點則掌握較薄弱。案例驅動教學讓教師從講授者變成引導者、合作者，學生從聽講者變成參與者，強調學生主體作用。

5 結語

基于案例動驅教學的UML課程開展了一個學期，取得了良好反饋。學生使用UML統一建模語言進行軟件開發的能力有所增加，其應用能力培養效果明顯。學生能從枯燥的理論知識學習中解放出來，自己主動參與課堂問題解決，學習氛圍良好。案例驅動教學的難點在于案例選擇和對學生學習的組織。好的案例是教學成功的一半，學生學習組織情況直接關系到學生學習效果好壞。因此，如何突破案例教學難點，是后續研究繼續努力的方向。

參考文獻：

[1] 徐立新，付曉琳，劉鋼. UML課程教學的改革與實踐[J]. 電腦知識與技術， 2014（12）：2807-2808.

[2] 劉彥姝，唐松，李志勇. 工學結合一體化的UML課程教學探索[J]. 軟件導刊， 2011（10）：168-170.

[3] 商鵬. UML課程實踐化教學改革方案研究[J]. 科技視界，2017（17）：89-90.

[4] 葉海琴， 廖利. 《統一建模語言》課程教學方法研究[J]. 軟件導刊，2015（3）：192-193.

[5] 郭艷燕，任滿杰，李淑艷. ?“面向對象技術與UML”課程教學探索[J]. 計算機教育， 2013（2）：58-62.

[6] 宋麗亞. 基于CDIO的“面向對象分析與UML”課程的教學方法研究與實踐[J]. 教育現代化， 2016（33）：196-197，202.

[7] 陳昊，明仲，彭小剛. 在UML課程的實踐教學中實施CDIO的探討[J]. 計算機教育，2010（14）：125-128.

[8] 陳威. 建構主義學習理論綜述[J]. 學術交流，2007（3）：175-177.

[9] 羅英豪. 建構主義理論研究綜述[J]. 上海行政學院學報，2006，7（5）：86-90.

[10] 嚴云芬. 建構主義學習理論綜述[J]. 當代教育論壇，2005（15）：35-36.

（責任編輯：孫 娟）