新工科背景下UML分析与建模课程研究

朱倩倩 李艳

摘要：“新工科”建设对高等院校的人才培养提出了新要求，如何培养学生适应各种新兴产业，成为具备社会竞争力的人才，是高校教学改革和人才培养面临的重要问题。文章以UML分析与建模课程为例，提出“新工科”背景下软件工程专业UML分析与建模课程的教学目标、教学内容、教学方法、评价体系和实践思路，旨在提升学生的建模能力、项目分析能力、综合应用能力和创新力，培养学生成为具备社会竞争力的技术型人才。

关键词：新工科；UML分析与建模；课程研究；人才培养；评价体系

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）31-0177-04

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0  引言

在“百年未有之大变局”的时代背景下，新一轮科技革命与产业变革正在飞速席卷社会各行各业[1]。我国教育部在2017年就开始积极推进新工科建设，明确指出新工科建设要以互联网和智能为核心，将人工智能、云计算、机器人、大数据、区块链等新信息技术应用于传统工科专业的升级改造[2-3]。为响应国家战略需求，实行两手抓行动：一方面主动设置和发展了一批新工科专业；另一方面积极推动现有工科专业的改革创新，效果显著[4-5]。此外，各高校都积极探索“新工科”人才培养模式，进一步深化应用型人才培养，提高人才培养水平。

UML分析与建模课程作为软件工程专业的一门专业必修课，该课程设置的主要目的是依据新工科背景下的人才需求，提高学生的项目分析能力、团队协作能力和解决实际问题能力，帮助学生在各种新兴产业中找到自己的定位，助力学生成为行业急需人才[3]。因此，针对UML分析与建模课程，提出新工科背景下软件工程专业UML分析与建模课程的教学目标、教学内容、教学方式、考核体系等课程研究思路，提升学生的建模能力、综合应用能力和创新能力，培养学生发现问题、分析问题及解决问题的能力，为系统和科学地开发软件打下良好基础[6]。同时，近年来各高校一直积极推进新工科建设工作，相关研究内容层出不穷，但聚焦于UML分析与建模课程研究的相关研究成果较少。以“新工科”为背景的UML分析与建模课程教学研究成果将为具体课程的教学改革提供新思路，具有丰富的理论价值和现实价值。

1  新工科领域的研究现状与问题

从2017年提出新工科概念至今，各高校在新工科建设取得了一定的成就，例如“新工科试点班”“新工科精英班”“新工科智能机器人实验班”等。近年来，以新工科理念为指导的教育改革已经积累些许经验，但与已成熟的工科教育理念和国外工科教育理念相比，新工科的课程改革仍然存在不足之处，具体表现在以下几点：

1） 新工科研究主题较为宽泛。表现在从宏观的学科、专业、师资团队研究成果较多，但对具体课程的大纲、教学方法、理论和实践教学内容、具体举措、实施成效等相关研究较少，缺乏如何将新工科落实在课程层面的相关研究[5，7]。

2） 社会、企业及利益相关者参与度不够。新工科是面向社会、面向未来的战略行动，而新工科背景下的课程改革则必须加强与社会、企业之间的相互合作交流，高校在此方面的工作有待提升[5，7]。因此，社会和企业的需求必须成为新工科课程改革所需要考虑的重要因素之一。

3） 以设计性、总结性的研究为主，缺乏面向实践及改革过程的研究。新工科改革实践研究尚处于实践阶段，更多的研究在于理论方面。对于新工科改革过程中的问题及与人才培养模式之间的关联仍需进一步探索。

2  UML分析与建模课程教学的研究现状与问题

UML分析与建模课程是对软件密集系统进行分析与设计的手段和重要工具，它主要帮助学生更好地分析系统需求、完成软件设计和绘制建模，掌握该工具是软件工程专业学生必备的能力[8]。在新工科背景下，许多专业涉及UML分析与建模课程，原因是UML突破了专业壁垒，在数学、建筑等传统学科有应用，在大数据、云计算、人工智能等新兴产业中也有一席之地[9]。

通过对近年来UML分析与建模课程教学现状进行分析，整理出教学和考核过程中所存在的问题：

1） UML分析与建模课程教学设计不合理。一方面，該课程授课内容对培养学生应具备的能力不够明晰，即知识点与预期学生的能力对应关系尚未建立；另一方面，该课程教学案例单一陈旧，传统的教学模式表现出较多缺点，教学内容未完全兼顾理论与实践，使学生无法更好的学以致用。

2） 培养学生自主学习能力的观念不重视。目前我国现阶段教育重点依然是学校教育，关注任课教师传授多少知识，但学生成才的关键因素并不完全取决于教师，更多的是培养学生对学习的自主性和探索性，使学生能批判地学习知识和创造知识。

3） 教学评价体系不完善。现阶段，大部分课程的学习效果评估还是采用“一刀切”的形式，学生的学习成绩完全根据考试分数来体现。这种“一场定胜负”的评价体系忽略了对学生提出问题、分析问题和解决问题能力等的评估，扼杀了学生的创造性和多向思维能力[8]。

3  围绕新工科建设进行UML分析与建模课程教学研究

3.1  学情调查分析

学情调查是针对学生在学习课程前已掌握的知识结构和学习过程中表现出的个性化差异，为学生制定适合的课程大纲和教学目标，指导任课教师教学实践。学情调查包括调查学生的实际需要、能力水平、认知倾向等方面，贯彻“以学生为中心”“以学定教”的理念，是教与学目标设定的基础。

1） 观察、谈话、抽检、问卷等多途径开展学情调查。首先，观察要做到准确、全面，或者是有目的、有计划地持久进行，剖析学生的言谈、举止行动和表情变化，以了解其心理活动。然后，通过与学生谈话，面对面交谈来深入了解学生对UML分析与建模的具体掌握情况和实际需求。最后，采用问卷调查进一步归纳总结学生对UML分析与建模课程的认知，如采用编制有关知识技能的小测试，根据需要设计专题问卷或量表进行调查。此外，还可通过电话调研以及在线会议调研等形式进行学情调查。调研完成后将收集的信息在数据平台进行整合和可视化。

2） 开展系列讲座，加深学生的课程认知。介绍UML分析与建模在实际工作中的应用场景，提高学生对UML分析与建模语言的认知和作用。将本课程与该专业体系其他课程包括软件工程、软件开发过程与实践、面向对象分析与设计、软件测试等紧密结合，既能让学生回顾以往所学，回到熟悉知识环境，又能避免单门课程与人才培养目标脱节，让学生充分认识该课程在软件工程课程群中所处的地位。

3.2  教学内容优化

在新工科的课程体系中，强调的是专业实践，具有实践特色的课程以项目为“骨”，以知识点为“肉”，以上机训练为“精髓”，做到学有所用，学以致用，甚至创造产业新领域。结合新工科专业和新兴产业要求，UML分析与建模课程在教学内容设置上，从理论教学内容和实践教学内容两方面出发，突出实际应用[8-9]。

1） 在理论教学上，除了讲授UML分析与建模方法和语法，还应结合新兴产业要求，将大数据、云计算、机器学习、人工智能相关知识也加入课堂。从各行业建模技术和实际应用中挖掘与课程相关的工程案例作为典例导入课堂，并融入软件工程领域的新思想、新方法和新技术，重点突出UML分析与建模课程的实际应用、问题驱动与工程案例的紧密结合[3]。

2） 在实践教学上，精选与新工科建设相关的项目，引导学生自我思考，鼓励学生自主创新。在开展UML分析与建模课程教学时，以类图、对象图、协作图、活动图等经典模型图为核心，结合大数据、人工智能、面向对象分析与设计、软件工程、软件过程与管理、软件测试等课程，为学生提供多课程交叉融合的相关项目，鼓励学生组建项目攻关团队，并加强各小组之间的合作与交流。

3） 在课堂教学过程中，采用以学生为中心的BOPPPS教学法（导入（Bridge-in）、目标（Objective）、前测（Pre-Assessment）、参与式学习（Participatory learning）、后测（Post-Assessment）、總结（Summery））和复合式教学法，课前指导学生收看线上教学视频、结合中国大学慕课网（MOOC） 和小规模限制性在线课程（SPOC） ，查阅中英文文献，调研企业主流各种案例、技术资料，从广度和深度两方面掌握社会、企业在UML统一建模语言方面的应用[10]。课上，通过分析经典案例并导入基本知识，组建学生课程学习讨论组，引导学生建立团队协作精神；课下，各学习讨论组结合课上理论教学内容，开展习题训练和模型图绘制等实践活动，并建立教师指导和评价体系，让教师成为“导师”，让课本成为“文献”和“参考书”。

4） 完善UML分析与建模课程考核体系，针对学生的不同特长，设计理论考核与实践考核两种路径，建立以能力培养为导向的考核评价体系。以培养学生项目实施能力为目标，加强学生知识理解与技能运用能力，进而全面地、客观地、合理地帮助教师掌握学生的情况，有针对性地培养学生以及改进教学质量。

3.3  整改方案实施

针对UML分析与建模课程，提出新工科背景下UML分析与建模课程与大数据、人工智能、数据结构、软件工程、面向对象分析与设计、云计算等课程交叉融合改善教学方式、调整教学内容、完善考核体系等一系列改革和实践思路，提升学生的项目分析能力、建模技术、综合应用能力、创新性思维等，培养各种知识融会贯通的复合型人才，推进新工科背景下人才培养过程中UML分析与建模课程教学与实践的全面改革。具体整改方案实施如下：

1） 分别调研新工科课程改革和UML分析与建模课程人才培养模式两方面的现状，收集归纳材料。

2） 通过收集的材料，分析新工科课程改革的不足和UML分析与建模课程教学缺陷，探索新工科背景下UML分析与建模课程改革的制约因素。

3） 通过学情调查与分析、调研UML在企业中的应用现状、调研UML与新兴产业的交叉应用点。从以上三个方面的数据，分析学生基础、UML在企业的需求、UML与新兴产业的融合点，调整UML分析与建模课程大纲和教材内容。

4） 从教学目标、教学内容、教学方式、教学评价四个方面分别对UML分析与建模课程大纲和教材内容进行调整和改进，将改进后的方案进行教学应用。再根据教学应用后反馈的实际问题将教学方案进行二次调整，不断优化课程大纲和教学方式。

①优化教学目标

以培养学生的软件建模能力为目标，将UML分析与建模的理论知识和实践技能相结合，重点培养学生的实践能力，使其能够熟练掌握UML建模语言，运用UML对软件系统进行分析、设计、实现和维护。包括但不限于：

理解UML基本概念与模型图。了解UML的语义、语法以及各种类型的图，例如类图、用例图、协作图、顺序图等。

掌握UML常用建模技术和表示方法 。掌握静态建模和动态建模方法，理解体系结构的建模方法和作用。

熟悉在实际项目中使用UML进行分析和设计的流程 。了解并掌握UML在实际项目中的使用流程，包括分析、设计、实现等流程。

以期达到能够设计并完成一个以UML为基础的面向对象程序。掌握如何使用UML来设计并实现一个面向对象的程序，包括系统的需求分析、设计、实现等步骤。

②优化教学内容

教学内容需要适应时代和社会发展的需要，更新教材内容，反映学科最新成果和发展趋势，注重学科交叉和融合，提高教材的质量和水平。包括但不限于：

增加实践课程：新工科强调学生的实践能力和创新能力，因此可以在UML教学中增加实践课程，例如设计项目、案例分析等，以提高学生的实践能力。

引入新技术：新工科强调引入新技术，因此可以在UML教学中引入一些新的技术，例如人工智能、大数据、云计算等，以帮助学生了解更多的技术应用。

强调系统设计：新工科强调系统设计，因此可以在UML教学中强调系统设计，例如面向对象的设计方法、设计模式等，以帮助学生更好地掌握系统设计的方法。

引入敏捷开发方法：新工科强调快速迭代和不断改进，因此可以在UML教学中引入敏捷开发方法，例如Scrum、极限编程等，以帮助学生了解如何在实践中应用敏捷开发方法。

注重职业素养：新工科强调学生的职业素养，因此可以在UML教学中注重培养学生的职业素养，例如团队合作精神、沟通能力、责任感等，以帮助学生更好地适应未来的职业发展。

③优化教学方式

应该采用多种教学方式，如案例教学、项目教学、小组讨论等，以激发学生的学习兴趣和积极性，提高学生的UML建模能力和团队协作能力。通过案例分析、实验操作等方式，使学生深入理解UML分析与建模的理论知识，并能够灵活运用到实践中，提高学生的实践能力。

④优化教学评价

评价主体。教学评价的主体多元化，包括学生、教师、其他任课老师，以全面了解教学质量和学生的学习情况。

评价内容。评价内容应该全面，包括学生的知识掌握情况、技能水平、学习态度、学习方法、创新能力、团队协作能力等方面。

评价方式。评价方式应该多样化，包括考试、作业、课堂表现、小组讨论、案例分析、作品评价等，以全面了解学生的学习情况和能力，同时也能提高学生的自主性和创造性。

评价标准。评价标准应该明确、具体、可操作，包括评价指标体系、权重分配、评分标准等，以避免评价的主观性和随意性。

评价反馈。评价结果应该及时反馈给学生和教师，以帮助他们改进教学方法和学生的学习方式，同时也要注意保护学生的隐私和自尊心。

采用多种评价方式相结合的方法，全面考核学生的理论和实践能力。

4  结论

“新工科”建设背景下，高校的传统人才培养模式遇到了挑战。以软件工程专业UML分析与建模课程为对象，多角度分析软件工程专业UML分析与建模课程所存在的问题，将“新工科”建设与UML分析与建模课程研究结合，提出UML分析与建模课程教学大纲和教学模式整改方案，从教学目标、教学内容、教学方式到教学评价形成一套完整的课程体系资源，以期培养国家急缺、社会需求的应用型人才。

参考文献：

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[3] 邓国强，唐敏.“新工科”背景下算法设计与分析课程的教学改革[J].科技视界，2022（3）：120-121.

[4] 王蓉，王鑫蕾，谢若琪，等.《岩土测试技术》课程教学改革初探[J].教育教学论坛，2020（15）：134-136.

[5] 魏长骄.新工科背景下高校教师教学能力发展研究[D].大庆：东北石油大学，2021.

[6] 王玲续，于江.创新教育融入“建筑物理”课程分析及策略探究[J].大学，2022（35）：157-160.

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[8] 王贤，宋文路，卓金龙，等.新工科背景下基于OBE理念的环境学课程教学改革与实践[J].高教学刊，2023，9（9）：144-148.

[9] 张珂，赵德宏，赵金宝，等.地方行业高校新工科专业人才分类培养体系研究与实践——以沈阳建筑大学机械工程学院为例[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2021，23（3）：306-312.

[10] 孙坤，邓海顺，来永斌，等.新工科背景下我国高等教育培养模式探析[J].高教學刊，2023，9（24）：29-32.

【通联编辑：谢媛媛】