基于UML軟件建模的需求分析與課程改革研究

張守震

摘 要：作為一門計算機科學(xué)課程，統(tǒng)一建模語言具有較強的實用性、高度抽象性和概念化的特點。用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，初學(xué)者往往很難掌握。

關(guān)鍵詞：UML；軟件建模；需求分析；課程改革

一、引言

統(tǒng)一建模語言UML由于課程內(nèi)容復(fù)雜、理論性強的特點，高校教師為提高學(xué)生的工程實踐能力，結(jié)合工程教育模式對課程教學(xué)進行深入改革探索。UML又是一種通用的、可視化的建模語言，是面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計的工具。該課程隸屬于軟件工程課程體系，是計算機專業(yè)和軟件工程專業(yè)學(xué)生的選修課。

二、軟件建模的需求分析

傳統(tǒng)的需求分析主要依靠結(jié)構(gòu)化的分析方法，即面向過程和功能驅(qū)動的分析方法。主要根據(jù)用戶需求確定系統(tǒng)的總體業(yè)務(wù)框架和功能范圍，使用非開發(fā)人員易于理解的圖形符號，結(jié)合文本和其他形式，描述每個功能的處理邏輯和業(yè)務(wù)規(guī)則，并適當(dāng)?shù)剌o助一些功能分解圖和數(shù)據(jù)流圖。此外，開發(fā)人員可能無法準(zhǔn)確識別業(yè)務(wù)需求的語言，需要在設(shè)計階段進行重新分析，導(dǎo)致開發(fā)效率低下。

統(tǒng)一建模語言不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化方法。面向?qū)ο蟮男枨蠓治龇椒▊?cè)重于現(xiàn)實世界問題的底層邏輯，將它們抽象出來以解決問題。從類和對象之間的關(guān)系出發(fā)，它們具有更強的通用性，能夠有效地支持不斷變化的業(yè)務(wù)需求。同時，面向?qū)ο笮枨蠓治龅恼麄€過程都以對象作為分析和設(shè)計的目標(biāo)，在最終的編碼中，它們也是對象，可以有效地確保從需求到分析、從分析到設(shè)計、從設(shè)計到編碼的一致性。

三、教學(xué)方式改革的目的及意義

UML統(tǒng)一建模語言作為一門軟件工程課程，統(tǒng)一建模語言UML課程具有與軟件集成的能力具有強大專業(yè)理論、概念和獨創(chuàng)原則的工程課程中的類似問題原理非常復(fù)雜，并且工程內(nèi)容雖然高度實用，但由于規(guī)模大、復(fù)雜，學(xué)生們感到不知所措，很難上手抓住。因此，學(xué)生理論能力強，實踐應(yīng)用能力差，較強的個人能力和團隊合作能力。最終，學(xué)生無法融入社會由于理論知識與實際應(yīng)用完全結(jié)合，導(dǎo)致工程實踐能力差的問題。做如何改進理論與實踐相結(jié)合的工程過程提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程價值觀，更好地實現(xiàn)工程教育的目標(biāo)，創(chuàng)新式教學(xué)模式設(shè)計。

通過在整個實驗過程中采用統(tǒng)一的項目，學(xué)生可以深入了解項目分析、設(shè)計和建模，并通過項目分析和模型創(chuàng)建體驗團隊協(xié)作。綜合實驗的發(fā)展是以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)，通過循序漸進的方式幫助學(xué)生參與建模實踐。在實驗過程中，學(xué)生承擔(dān)著學(xué)習(xí)和實踐的任務(wù)。在實踐教學(xué)設(shè)計中，強調(diào)學(xué)生為主體，教師起主導(dǎo)作用。重點培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性，提高他們的手機技能，幫助他們進一步理解模型的應(yīng)用，加強溝通技巧，增加同學(xué)之間的溝通和互動以及協(xié)作。

四、改革的主要內(nèi)容

（一）實驗內(nèi)容的改革

本課程最初的設(shè)計內(nèi)容是關(guān)于UML建模中的各種模型圖，包括用例圖、類圖、序列圖、通信圖和圖表模型的驗證練習(xí)，如狀態(tài)機圖、活動圖、包圖、組件圖和部署圖。實驗形式主要包括教師設(shè)置問題和學(xué)生練習(xí)繪畫模型。這種方法這個公式的優(yōu)點是，老師設(shè)計的問題涵蓋了一系列的知識點，可以涵蓋所有或大部分教學(xué)知識點的實踐，保證了學(xué)生對知識點有扎實、全面的掌握；缺點是，盡管學(xué)生們已經(jīng)掌握了各種UML模型圖的繪制方法和細(xì)節(jié)分段處理，但學(xué)生發(fā)現(xiàn)在面對特定系統(tǒng)時很難理解如何使用該模型如何在統(tǒng)一建模中綜合利用各種模型圖。

改革修改后的實驗將使用原始的基本訓(xùn)練內(nèi)容作為示例、練習(xí)和作業(yè)，供學(xué)生在課堂上或課外完成。基礎(chǔ)實踐注重理論知識的訓(xùn)練，為理論知識提供實踐支持，旨在幫助學(xué)生理解各種模型和繪圖方法的作用。整個實驗過程采用貫穿始終的綜合實踐項目，采用團隊開發(fā)模式，項目團隊分工協(xié)作完成系統(tǒng)模型。

（二）教學(xué)方式的革新

將理論知識與在線案例研究相結(jié)合，展示本課程的理論和實踐方面注重實踐，理論聯(lián)系實際的特點。在線培訓(xùn)內(nèi)容基于基礎(chǔ)知識評估，主要基于學(xué)徒式的基本案例，確保學(xué)生對所學(xué)知識有很好的理解，以及基本的應(yīng)用能力。線下討論主要集中在案例分析、主題討論和問題上通過解決問題等形式，理論指導(dǎo)項目，面對面交流，提高學(xué)生知識的掌握程度和應(yīng)用能力。離線作業(yè)通過項目分析進行培訓(xùn)掌握、鍛煉學(xué)生的造型技巧。通過持續(xù)的項目，讓學(xué)生體驗挑戰(zhàn)模型分配與產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗在實踐中的連續(xù)性之間的相關(guān)性向?qū)W生傳遞可持續(xù)工程理念。在項目實踐中，穿插討論和互動相互交流和評估，讓學(xué)生對項目過程有更深入的了解。

基礎(chǔ)實踐采用小問題、小項目的形式，注重為理論知識的應(yīng)用提供實踐支持，幫助學(xué)生理解各種模型在系統(tǒng)分析中的作用。綜合實踐采用團隊項目開發(fā)模式，項目團隊分工協(xié)作，團隊完成系統(tǒng)模型。遵循軟件工程原理，采用啟發(fā)式教學(xué)方法進行分析和建模過程。學(xué)生可以選擇自己的項目或老師指定的項目，為他們提供充分的自主學(xué)習(xí)、獨立分析、獨立建模和團隊合作能力。

五、總結(jié)

作為一門計算機科學(xué)課程，統(tǒng)一建模語言具有較強的實用性、高度抽象性和概念化的特點。用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，初學(xué)者往往很難掌握。可采用基于案例教學(xué)的項目驅(qū)動方法，強調(diào)在線課程建設(shè)和師生之間的溝通與互動。教學(xué)實踐表明，這種教學(xué)模式能極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和參與性，教學(xué)效果顯著提高。通過實施綜合項目實驗改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性通過積極參與小組討論和建模，人們可以發(fā)現(xiàn)他們正在學(xué)習(xí)在學(xué)習(xí)過程中，積極向老師或同學(xué)提問，另一方面加深理解討論了UML建模在軟件開發(fā)中的作用。

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基金項目：校級線下課程項目（編號：szxy2021xxkc05）， 教育部產(chǎn)學(xué)合作項目（220901141062356），產(chǎn)學(xué)研科研項目（2022xhx301），宿州學(xué)院2021年博士科研啟動基金項目（項目號：2021BSK017），產(chǎn)學(xué)研科研項目（2022xhx302）。