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计算机教育
Computer Education
第 2 期2021 年 2 月 10 日
中图分类号：G642
文章编号：1672-5913(2021)02-0017-05基金项目：山东省教育科学“十三五”规划2019年度课题“互联网+背景下基于TPACK 框架的混合式教学研究——以面向对象方法学课程为例”（YC2019085）。
第一作者简介：郭艳燕，女，讲师，研究方向为软件工程、人工智能，*****************。
0 引 言
在线教学是应对疫情开展的基于“互联网+教育”的一项全新尝试，是充分利用互联网技术和信息技术开展的远程教学。
实验课程由于其实践性强的特点，在开展在线教学时将面临着比理论课更大的挑战，涉及更多的方面[1]
。教师层面包括教学方法和手段、信息化技术水平、教学设计能力、课堂把控的能力等，学生层面包括学习习惯、学习态度、实验环境等，教学支持层面包括网络环境、在线教学平台、在线交互工具、直播工具等。
疫情防控背景下开展软件工程专业的UML 软件系统建模实验课程在线教学实践，旨在根据学科性质和课程特点，以工程教育专业认证的理念为指导，将毕业要求指标点与课程目标的达成贯穿在实验环节中，基于OBE 理念细化实验目标，“以学生为中心”开展在线教学分析、在线资源选择，“以成果为导向”开展在线实验任务设计，以“持续改进”为目标开展在线教学实施和在线教学评价，确保在线教学质量。
基于OBE 的UML 软件系统建模实验课程
在线教学实践
郭艳燕，娄兰芳
（烟台大学 计算机与控制工程学院，山东 烟台264005）
摘 要：针对实验课程的特点，以工程教育专业认证的理念为指导，基于OBE 理念，提出实验目标，结合布鲁姆认知理论和学习动机理论，从在线教学分析、在线资源选择、在线实验任务设计、在线教学实施及评价几方面，介绍UML 软件系统建模实验课程的在线教学设计与实践，最后总结性指出在线实验教
学需要关注的几个重要问题。
关键词：在线教学；UML 软件系统建模；OBE 理念；实验课程；工程教育认证
1 UML软件系统建模实验课程的学科性
质和特点
工程教育认证中软件工程专业的培养标准是以解决复杂工程问题的软件能力培养为核心[2]，包括对复杂软件系统进行分析、设计、验证、确认、实现、应用和维护等能力。统一建模语言UML 由于具有标准化和可视化的特点，可应用到软件开发全过程，是进行复杂软件系统开发的有利工具。
因此，UML 软件系统建模实验课程也成为本科软件工程专业应用型创新人才培养体系中重要的实践教学环节，旨在培养学生建立合理、科学、高质量的系统建模能力，强调通过综合实践来强化系统能力和解决复杂工程问题的能力[3]。
2 基于OBE的实验教学目标
基于OBE 的在线教学，强调以学生为中心的教育理念，围绕学生的能力培养，重视教学分析和设计，以学生不断反馈为驱动，引导学生主
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动学习，强调以成果为导向的教育取向，关注学生学习效果的达成和评价，强调持续改进。细化教学目标[4]是开展有效教学的第一步，UML 软
3.1 在线教学分析
要保证在线学习的有效发生，就需要学习
件系统建模实验课程教学目标的设定要支撑毕业要求的指标点，见表1。
表1 实验课程目标对软件工程专业毕业要求的支撑关系
毕业要求指标点
课程目标
支撑权重
1.能够将与软件工程专业相关的专业知识用于软件工程领域的工程问题的推演和分析，以及对问题解决方案的比较和综合【应用】
课程目标1：理解面向对象的基本概念、理论和思想【理解】，掌握面向对象的分析原则【掌握】，运用面向对象的思维方式去分析软件系统，建立现实世界与机器世界的映射关系【应用】，使用UML 可视化展示面向对象的分析设计思想【应用】
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2.能开发【创造】、选择与使用【应用】恰当的技术、资源及工具，完成软件工程领域的复杂工程问题的模拟、仿真与开发
课程目标2：理解软件开发过程中UML 建模的作用【理解】，掌握UML 知识(模型元素、图、视图)和UML 建模技术【掌握】，能够针对具体的软件项目，结合面向对象方法，使用UML 建模工具从多角度多层次构建软件系统的静态模型和动态模型，完成UML 模型在软件开发阶段从需求、分析、设计、实现和配置的全过程应用【应用】
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3.能够基于计算机学科及软件工程专业相关科学原理，通过文献研究，调研和分析解决软件工程领域的复杂工程问题的方案【分析】
课程目标3：理解7种面向对象设计原则的深刻内涵【理解】，掌握这7种面向对象设计原则的使用方法【掌握】，能够选择和运用合适的面向对象设计原则来设计具有可扩展性、灵活性的软件【应用】，能够使用面向对象设计原则对系统重构方案进行分析和研究【分析】
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4.能就专业问题，以口头、文稿、图表等方式，准确表达观点，回应质疑，与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流【应用】
课程目标4：理解UML 是软件行业的标准化建模语言【理解】，能够通过UML 图来交流设计思想【应用】
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3 UML软件系统建模实验课程的在线教学实践
UML 软件系统建模实验课程的在线教学实践框架如图1所示。
UML 软件系统建模实验课程在线教学
在线教学分析
学习者的认知结构学习者的学习环境学习者的学习需求
学习者的学习习惯实验任务设计
低阶验证型实验高阶设计型实验在线资源选择
任课教师已上线的智慧树平台课程“面向对象和UML ”UML 的和文档
教材：《UML 2面向对象分析与设计》
参考书籍：《UML 和模式应用》《UML 面向对象建模与设计》中国大学MOOC 姜宁康老师的“面向对象分析与设计”慕课课程实验课上：QQ课程语音直播、屏幕共享、在线指导和答疑实验课前：智慧树平台、网络教学平台
高阶综合型实验
在线教学评价
在线教学实施课前在线学习环节评价：学习任务单的完成情况课后在线学习环节评价：实验总结
实验课后：网络教学平台、问卷星课上在线学习环节评价：实验报告（报告形式和报告内容）OBE 理念以学生为中心成果导向持续改进
基于
图1 UML 软件系统建模实验课程在线教学实践框架
者的认知结构与学科结构相协调，学习环境与教学环境相适应，学习需求与教学资源相匹配，学习习惯与教学内容呈现形式相对应。由于在线实验教学不同于实验室内老师与学生面对面的实验教学，因此在开展在线教学前，必须全面细致地进行教学前的摸底分析工作，通过问卷调查的形
式获知学生已具备的学科知识水平、居家的学习环境和实验环境具备情况、在线学习的特点和习惯、对本课程的学习需求和学习动机、开展在线学习时的网络通畅情况等。只有对
影响在线学习
效果的因素进行分析和掌握，才能有的放矢开展教学活动。
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专题策划——线上教学（九）
3.2 在线资源选择
由于笔者已经在智慧树平台完成了课程“面向对象和UML”课程的建设并已投入使用，因此在本次疫情防控期间，可以充分利用已经建成的教学资源开展实验课所需理论知识的在线学习。为了扩展学生的知识面，培养学生的自主学习能力，还为学生推荐了与课程相关的优质慕课资源、UML的和文档、国内外经典的软件建模教材和书籍等，满足不同学生的学习需求。通过网络指导学生在自己的计算机上搭建好实验环境，同时建议学生借助互联网体、互联网资源和互联网平台，利用信息检索技术，结合开源社区、知识论坛和网络共享案例库等来辅助开展在线实验学习，有利于实现学科知识的扩展和实践能力的提升。
3.3 在线实验任务设计
实验任务的设计遵循了布鲁姆认知理论，将实验任务分为低阶验证型实验、高阶设计型实验和高阶综合型实验，整个教学过程最终实现从低阶思维浅层实践能力培养到高阶思维高层实践能力培养的过渡。
验证型实验强调使用工具来实现对知识的理解、掌握和应用，目的是让学生学会使用软件建模工具进行UML绘制，熟悉各种UML图的表示以及建模过程，并能对给出的UML图准确描述。设计型实验强调在验
证型实验的基础上对知识的深入理解、关联、应用、发展和创新[5]，目的是培养学生利用面向对象的思想和面向对象的设计原则对软件进行分析、设计，并实现设计模型与实现代码之间的映射。综合型实验以实际软件任务为驱动，强调课程体系中多门课程知识的融合，目的是培养学生综合应用知识的能力和团队合作能力。
OBE理念强调“以学生为中心”，因此为了激发和维持学生的学习动机，实验任务的设计还参考了ARCS动机理论模型[6]，引入有趣或与生活相关的建模案例，激发学生的学习兴趣，建立抽象的理论知识与具体的实际应用之间的关联，并结合多环节的实验评价，提高学生的满足感和自信心。基于OBE的实验任务设计见表2。
3.4 在线教学实施
在线教学实施要“以学生为中心”，考虑到学生交流的习惯，建立QQ实验课程，通过屏幕分享进行在线直播教学，通过小窗功能实现个体答疑，通过聊天功能实现课上讨论、体答疑和课堂总结。实验课前学生需要根据课前学习任务单来观看教学视频，完成知识点测试，并进行课前反馈；实验课上以学生自主实验为主，教师在线指导为辅，实验课一开始，老师汇总实验课要用到的理论知识，根据课前反馈引导学生加深理解，帮助学生完成理论到实践的迁移，并提示大家UML建模过程中需要注意的问题；实验课最后进行课堂小结，老师根据学生实验进展情况、共性问题及答疑情况进行总结。
为了保证实验课程的在线教学质量，并利于实验过程的远程掌控和实时反馈，需要教师把握好实验难度与实验数量的度，应以绝大部分学生能够在本次实验课上完成所有实验任务为标准。
3.5 在线教学评价
实验教学评价包括对课前、课上和课后3个在线学习环节进行评价。课前根据学习任务单的完成情况进行评价，包括在线视频观看情况、课前知识点自测，考查学生的自主学习能力。课上根据提交的实验报告质量来评价，包括实验报告形式和实验报告内容。实验报告形式关注实验报告结构是否合理，问题描述是否清晰，写作是否符合规范，可读性是否良好；实验内容关注实验过程是否规范，专业术语使用是否得当，UML 建模是否准确，相应描述是否详尽，模型与代码之间的映射是否正确完整，应用实例选取是否恰当，软件分析设计是否符合原则。通过实验报告来考查学生的软件分析设计能力和软件系统建模能力。课后根据学生书写的实验总结进行评价，考查学生的学习态度、总结归纳能力和学习反思能力。OBE理念强调“以成果为导向”，多环节多角度的教学评价结果是后期开展指标点达成情况分析的重要依据，也是形成“持续改进”质量保障机制的参考依据。
4 在线实验教学需要关注的重要问题
uml图用什么软件画
（1）开展在线实验教学需要“冷思考”和“热操作”[7]。所谓“冷思考”是要全面分析、冷静思考、理性面对，需要分析在线教学过程中所要涉及的要素、需求、问题以及它们之间的相互联系[8]，思考怎么做才
能达到好的在线实验效果，
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表2 实验任务列表
实验任务
实验内容和实验类型
实验教学目标
课程目标
用例图建模
（1）使用建模工具绘制给定的UML 用例图，并对用例图进行描述【验证】（2）自己设计或检索一个软件工程项目实例，进行用例建模，并对其中的一个用例进行详细的用例描述【设计】理解用例图
使用建模工具绘制用例图
根据需求分析进行用例建模，并书写用例描述
课程目标2课程目标4
类图建模
（1）使用建模工具绘制给定的UML 类图，并对该类图进行描述【验证】（2）针对类之间的五大关系（关联、泛化、实现、聚合、依赖），分别画一个对应的类图，并写出对应的类代码架构【设计】
理解类图
使用建模工具绘制类图将类图映射为实现代码
使用建模工具实现正向与逆向工程课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4参数化类图和分析类图建模
（1）使用建模工具绘制给定的UML 参数化类图，并实现正向工程【验证】（2）通过分析用例进行分
析类设计（实体类、控制类和边界类），例如在线课程中的书店系统【设计】理解带参数化的类图
使用建模工具绘制带参数的类图理解边界类、控制类和实体类根据用例分析建模分析类图课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4顺序图建模
（1）使用建模工具绘制带有嵌套消息的UML 顺序图，并写出该图能够反映出的代码架构【验证】（2）类图和顺序图可以联合反映面向对象的多态思想，对类图和顺序图进行建模，并写出模型对应的代码架构【设计】
理解顺序图和交互片段，理解嵌套消息的含义
使用建模工具绘制顺序图
使用类图和顺序图来联合展示面向对象中的多态思想
课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4通信图建模（1）使用建模工具绘制UML 通信图【验证】（2）对给定的通信图进行描述，并写出对应的代码架构【设计】
理解通信图
使用建模工具绘制通信图
将通信图映射为对应的代码架构课程目标2课程目标4状态图建模
（1）使用建模工具绘制UML 状态机图【验证】（2）参照教学视频中给出的状态图及对应的代码，根据给定的状态图，写出能从该图中得到的代码框架【设计】理解状态图
使用建模工具绘制状态图，使用组合状态
将状态图与编程实现建立联系课程目标2课程目标4
活动图建模（1）使用建模工具绘制给定的UML 活动图【验证】（2）根据给定的用例描述中的事件流，绘制出对应的活动图【设计】
理解活动图
使用建模工具绘制活动图，使用泳道、对象流等
根据用例描述中的事件流设计对应的活动图
课程目标2课程目标4
面向对象设计原则
（1）针对面向对象设计原则中的每一种原则，仿照教学视频中的实例来设计7个对应的例子，通过UML 类图展示，并写出对应的代码框架【设计】理解和掌握面向对象的七大设计原则能够将7种面向对象设计原则应用到软件设计中课程目标1课程目标2课程目标3实际软件系统建模
（1）对实际软件系统进行面向对象的分析和设计，使用多种UML 图对软件的不同方面进行建模【综合】
将面向对象思想、设计原则和UML 模型应用到软件开发的分析和设计过程，完成对软件系统的可视化展示
课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4
思考如何运用信息技术来增强在线教学的“课堂”体验感，思考如何让学生在在线学习中保持积极主动的学习态度等；所谓“热操作”是要以饱满的热情、负责任的态度，全心全意投入到在线教学工作中。
（2）开展在线实验教学不仅需要与信息技术进行深度融合，而且需要以符合时代要求和学科背景的教学理论和学习理论为指导。
（3）开展在线实验教学的过程中，教师既要组织管理维护学习秩序，又要激发学习积极性；既要注重思维的启发，又要注重实践能力的提高；既要培养相对独立的自主学习能力，又要培养协同合作的团队
精神；既要顾全大部分学生的
整体需求，又要兼顾不同类别学生的个体需求。
（4）开展在线实验教学研究是一个长期的过程，需要经历不断地摸索、实践、反馈和改进，这也是OBE 理念强调的“持续改进”，不断进行以下方面的教学优化：教师在线指导方式的改进，教师信息化教学能力的提升，能够激发学生高参与度的实验教学资源的开发，能够有效达成深度学习的实验指导和任务的设计。
（5）开展在线实验教学不能忽视课程思政的作用，需要通过教学内容和教学过程中的各类思政元素帮助学生坚定共产主义信念，增强爱国意识，树立科技兴国的职业目标，实现知识传授和价值引领相统一。
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专题策划——线上教学（九）
5 结 语
通过将 OBE理念引入UML软件系统建模实验课程的在线教学中，将“以学生为中心”的教学理念贯穿到实
验教学全过程，以“实验成果导向”为驱动，根据随时的教学反馈进行实验教学的“持续改进”，大大提升了学生参与实验的积极性和主动性，利于课程目标达成度的提升。
参考文献：
[1] 焦建利, 周晓清, 陈泽璇. 疫情防控背景下“停课不停学”在线教学案例研究[J]. 中国电化教育, 2020(3): 106-113.
[2] 林为伟, 张栋, 叶福玲. 工程教育认证驱动下的软件工程实践课程改革[J]. 计算机教育, 2019(4): 159-162.
[3] 董剑利, 纪兆辉, 戴宏伟. 软件工程专业实践教学与创新能力培养体系研究与实践[J]. 大学教育, 2017(12): 160-163.
[4] 戴婷, 朱海燕, 张今朝, 等. 基于OBE理念进行目标细化的工程实践教学改革与实践[J]. 实验技术与管理, 2019(10): 211-214.
[5] 周春月, 刘颖, 张洪婷, 等. 基于产出导向OBE的阶梯式实践教学研究[J]. 实验室研究与探索, 2016(11): 206-208, 220.
[6] 刘艳, 江冰, 朱昌平, 等. 本科实验课程翻转课堂教学设计与实践[J]. 实验室研究与探索, 2016(4): 201-204, 227.
[7] 马东贤. 在线学习的“冷思考”与“热操作”[N]. 中国教师报, 2020-02-26(4).
[8] 何克抗, 郑永柏, 谢幼如. 教学系统设计[M]. 北京: 北京师范大学出版社, 2002.
（编辑：赵原）（上接第16页）
合、迁移运用。通过小范围实践，反馈评价效果较好，在后续的教学过程中，笔者将在丰富教学资源等方面继续完善，同时期待能助力更长久的在线教学。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部. 教育部关于2020年春季学期延期开学的通知 [EB/OL]. (2020-01-27)[2020-07-03]. http: //
gov/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202001/t20200127_416672.html.
[2] 中华人民共和国教育部. 疫情防控期间做好高校在线教学组织与管理工作[EB/OL]. (2020-02-05)[2020-07-03]. www.
[3] 朱磊, 韩润社, 陈洁媛. 疫情防控背景下“停课不停学”在线教学实践探索[J]. 中国教育信息化, 2020(7): 27-31, 80.
[4] 焦建利, 周晓清, 陈泽璇. 疫情防控背景下“停课不停学”在线教学案例研究[J]. 中国电化教育, 2020(3): 106-113.
[5] 王新, 周勇, 徐月美, 等. “计算思维与人工智能基础”课程教学改革与实践[J]. 煤炭高等教育, 2019(3): 38-42.
（编辑：赵原）

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