统一建模

统一建模（精选六篇）

统一建模 篇1

一份精心策划的教案应该包括静态与动态两方面的内容。静态内容就是各种用来进行教学的材料以及这些材料之间的结构层次,这些材料一般是以教材为蓝本来进行搜集和组织。而动态内容则是在课堂教学中按照怎样的顺序和方式将静态内容逐步展示给学生,以及何时、针对哪些静态内容需要引发学生的交互。传统的教案设计方式主要借助于层次化的语言文字来设计和描述教学方案,这种方式在设计大容量教案时表现出如下几个弊端:一是不能够简单直观地对庞杂的静态材料进行分类并表示出其相互关系。二是无法直观地对教案复杂的动态内容进行设计和描述。因此,传统的教案设计方式在设计大容量教案时所凸现出来的弊端直接制约着大容量教案的设计和最终的课堂实施过程。

基于UML的教案设计方法正是针对传统教案设计方法的弊端而提出的。UML是“统一建模语言”的英文简称,是一种功能强大的、国际统一的、标准的图形化建模语言,主要用于软件可视化设计与建模。基于UML的教案设计方法将UML引入到教案设计中,其基本思想是将教案看作是课堂教学的模型,设计教案的过程就是为课堂教学建模的过程。这样就可以应用UML静态建模和动态建模的方法来设计和组织教案的静态内容和动态内容。

1 UML建模语言

UML(统一建模语言,Unified Modeling Language)是一种通用的标准建模语言,UML的目标是以图形化的方式来描述任何类型的系统,具有很宽的应用领域,可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。其中最常用的是建立软件系统的模型,但它同样可以用于描述非软件领域的系统,如机械系统、企业机构或业务过程等。

UML是用来描述模型的,它用模型来描述系统的结构以及静态和动态特征。UML可以从静态、动态等不同的视角为系统的架构建模,形成系统的不同视图。每种视图都是由表达特定语义的模型元素以及描述这些模型元素之间关系的图形符号所组成。如图1所示,标准建模语言UML的主要内容可以由五类视图来定义。

在教案的UML建模过程中,根据教案设计的特点,主要使用UML的用例图,静态图中的类图,行为图中的活动图以及交互图中的顺序图。

下面就结合“计算机操作系统”这门计算机专业课程中“进程死锁”这一节的内容来探讨一下UML在教案建模中的应用方法。

2 基于UML的教案建模方法

基于UML的教案建模方法从总体上分为总体设计和详细设计两个过程。在总体设计过程中,教师要对一个章节的课题和子课题的内容、特点、属性和结构从整体上进行概括,借助于UML用例图建立教案的课题模型。

在详细设计过程中,教师要紧紧围绕总体设计中得出的教案课题模型来搜集授课材料和策划授课过程,并借助于UML的类图来组织授课材料,理清授课材料之间的相互关系,同时用UML的顺序图、活动图来设计和描述授课过程,最终建立教案的静态模型和动态模型。教案模型的视图关系如图2所示。

2.1 教案课题建模

教案课题模型是其他教案模型的基础和纲领,这种模型从最高的抽象层次上对一个章节的课题、子课题的内容和属性进行总体描述。

建立教案课题模型需要教师收集的信息如表1所示。

然后将这个课题属性信息表映射成UML的用例图,如图3所示。

这一节的总课题用一个大的矩形方框表示课题名称“进程死锁”写在矩形方框的上端,而包含在这一总课题下面的子课题用包含在矩形方框中的椭圆形图标表示。椭圆形图标区域的上方标注子课题的名称,下方在大括号里面标注该子课题的教学要求和分配的讲授时间等子课题属性。重点子课题用★标注,难点子课题用▲标注。

课堂的参与者用小人形的图标表示,一般就是教师和学生。参与者分为主动参与者和被动参与者,如果该课题是需要以教师分析讲解为主,学生按照教师的思路来听课,则教师就是该课题的主动参与者;如果该课题是需要以学生之间的讨论交流为主,教师只是讨论话题的引导者,那么这时学生就是主动参与者。在用例图中,用一条实线连接子课题图标和该子课题的主动参与者图标。

在如图3所示的“进程死锁”总课题模型图中,“死锁的概念”和“检测与解除死锁”这两个子课题的主动参与者是学生。比如对于“死锁的概念”这个子课题,可以在课前要求学生搜集日常生活场景中发生的死锁现象,并且将该死锁现象用动画的方式描述出来,在上课讲到该子课题时,由学生走上讲台来演示和讲解,由教师作出相关评价。这样可以充分调动学生参与课堂的主动性,培养他们自己发现问题,解决问题的能力。

对于每一个子课题还可以再进行建模,比如可以用带有《包含》标签的空心箭头指向在该子课题中必须教授的内容,这些内容一般是教学大纲中规定的基本内容。除此之外,还可以用带有《扩展》标签的空心箭头指向教学大纲规定之外的扩展内容,这部分内容一般来自于与该子课题相关的前沿领域的最新研究情况或实际的工程科研项目。

2.2 教案静态建模

教案静态建模是在教案总体设计中得出的教案课题模型的基础上,围绕教案课题所囊括的主要内容搜集整理相关授课材料,并用类图来分门别类地组织和描述这些静态材料及其之间的相互关系。

在类图中,一个类图标用一个矩形方框表示,矩形方框区域由横线进行分割,类的名称写在横线上方,类的相关属性标注在横线下方。类与类之间的关系用连接类图标的空心箭头表示,关系名称写在箭头的上方。

然而,如何对庞杂的教学材料进行分类是一件比较困难的工作,这与课程类型、教师个人的授课风格与习惯都有关系。教学经验的积累在为教案创建类图的过程中会起到重要的作用。图4给出了一个关于“进程死锁”部分子课题的类图。

2.3 教案动态建模

借助UML的顺序图和活动图可以直观地对动态教学活动进行建模。教案的动态模型也要围绕课题模型来展开,并将静态模型中的授课材料按照一定的时间顺序逐步展示给学生,以教案静态模型中的授课材料为基础设计与学生动态交互的过程。

如图5所示是一个用活动图描述的教学活动模型,实心圆图标是教学活动的起点,公牛眼形图标是教学活动的终点。活动以圆角矩形图标表示,教师负责的活动列在教师泳道内,学生负责的活动列在学生泳道内,活动之间的转换用单箭头表示。

顺序图可以对教师与学生之间的交互建模,如图6所示是一个用顺序图描述的师生之间的交互片断。教师和学生对象图标向下垂直延伸的虚线是“生命线”,表示时间的流逝,生命线上的矩形长条是“激活”,用来表示教师或学生对象的某种活动,其具体活动内容及时间标注在旁边的注释图标里。教师和学生之间可以相互发送消息,教师发出的引导设问用实心箭头表示,而学生返回的反馈信息则用虚线箭头表示。

用顺序图可以捕捉教师和学生之间的交互信息及由这些信息所引发的相关活动,特别是当在授课中采用启发引导式教学方法的时候,用顺序图给教学交互活动建模效果最佳。

3 教案模型的测试与应用

3.1 教案模型的测试

教案的课题模型、静态模型和动态模型从多个不同的角度对教案模型进行了描述,但这三种模型的内容之间又有着密切的关联,因此在建模完成后要注意检查一下三种模型视图语义的一致性。比如,最常见的错误就是在顺序图的激活或活动图的活动中使用了静态类图中没有包含的授课材料,或者是用例图中某课题的被动参与者在活动图中却执行了该课题的主要活动。这项测试工作可以借助于UML建模工具来完成。

最后,在所有教案建模工作都完成之后,还要以课题模型为测试模型,来核查教案静态模型和动态模型的内容是否能够完整准确地体现出课题模型中的各项要求。

3.2 教案模型的应用

形象直观的教案模型图给教案的最终实施带来了很大的方便。首先,可以把教案的静态模型和动态模型映射成多媒体教学课件。用多媒体集成工具将静态模型中包含的各种多媒体授课材料按照它们之间的关系,再结合动态模型中的展示顺序集成在一起,就可以做出内容丰富,逻辑严密,条理清晰的多媒体课件。

其次,对于新开课的教师或年轻教师,第一轮上新课难免会对课堂教学过程的组织心中没底,这时形象直观的动态模型图就是最好的课堂助手。上课时可以把动态模型图放在看得见的地方,这样可以随时提醒自己后续的活动步骤,使得课堂组织更为流畅。

最后,当一次课上完之后,教案模型又可以作为评价和改进教学的重要依据。教师可以根据课堂实际授课效果对本次课的教案模型进行评价与改进。在学期末,教师之间可以用课程的完整教案模型作为相互之间交流学习的媒介和工具。而一些质量高,教学效果好的教案模型还可以集中起来形成教案模板库,供其它教师在备课时以此为基础进行二次开发设计,这样不仅可以充分提高备课效率,也使得课堂教学的质量能够稳步提高。

4 结束语

基于UML的教案建模方法将UML引入了教案设计中,将教案看作是课堂教学的模型,则教案设计过程就成为给课堂教学建模的过程。教案的课题模型、静态模型和动态模型在备课阶段生成,在课堂授课阶段实施,在课后又可以作为改进与交流的工具,经过在教学实践中的应用,取得了良好的教学效果。

摘要：针对传统教案设计过程中的弊端,提出了一种以统一建模语言(UML)为基础的教案设计建模方法,并结合“计算机操作系统”这门课程的教学实践,探讨了这种教案建模方法在教学实际中的具体应用与实施过程。这种方法将UML建模方法引入到教案设计中,按照自顶向下、逐步细化的方式分别建立起教案的课题模型,静态模型和动态模型,在教学实践中取得了较好的应用效果。

关键词：教案建模,UML方法,教案静态模型,教案动态模型

参考文献

[1]李林英,贺敏伟.操作系统原理UNIX篇[M].清华大学出版社,2004.11

[2][美]JAMES RUMBAUGH.IVARJACOBSON,GRADY BOOCHUML参考手册[M].机械工业出版社,2005.

[3][美]MICHAEL BLAHA,JAMES RUMBAUGHUML面向对象建模与设计[M].人民邮电出版社,2006.

统一建模 篇2

u M L 是编制软件的标准语言, 拥有着强大的功能和良好的定义, 主要特点有统一性、非过程性和面向对象性等。R at io n al or s e 是由美国软件公司R at i on al 所研发出来的, 它目前对面向对象分析, 设计和建模市场有着重要的主导作用, 是重要的可视化软件研发工具。它的主要特点包括支持面向对象建模分析u M L、支持上升螺旋式研发开发过程、支持往返研发工程、支持多种语言设计程序和团队的研发开发。行为用例的划分, 从而产生交互时间及动态的用例顺序图。其次在此基础上, 将系统的类抽象化, 弄清各模块的中间联系, 从而画出适当的类图, 再在分析完后形成构建图,这些步骤都不需要去考虑具体实践的过程, 使用者会用自己的眼光分析和建立起完整的模型, 形成编码时所需的大概框架。

二、统一建模语言U M L 概述

2.1 u M L 的主要内容和建模机制。

u M L 吸取了目前许多的新技术, 是建模语言的可视化标准, 并且在面向对象分析上还吸取和发展了非面向对象分析的优势, 提出了建模机制, 在实际应用中对系统大量的可视化图形进行了阐述进而使开发人员和使用客户全方面准确的认识系统, 防止开发过程中的描述不明确的情况发生11 1 , 从而满足客户的真正的需求。u M L 和具体的过程并没有什么直接的关系,而是一个独立的过程, 因此可以运用在各个开发过程和软件系统中。规范U M L 面向对象分析的设计与开发的过程和方法, 提供面向对象分析中的高级概念的条件支持, 强调软件开发框架和组建的重要性。u M L 主要重视满足客户的需求, 以客户的需求作为开发过程中的核心与关键, 自始至终都保持着系统与客户需求的一致, 准确表达和适用客户所需, 从而提高系统效率, 简化思路和规范方法来指导软件的来发, 用统一的方法分析系统的静动态的各关系中的逻辑关系。它可以被用于U S e Cas e 的驱动开发也可以适用在其它的软件开发中, 建立起系统的模型。2 U M L 的表示法。

通过运用各式各样的模型图来描述系统, 充分表现出u M L 可见化建模语言的特点。一组元素的图形代表着图, 将图画变成顶点和弧的组合连通图, 从不同角度来画图将系统变成可视化的投影。在理论基础上,任何事物和它们的关系都可以组成要素形成一副图, 但在现实中, 只存在一些少量的常见图和组合。

2.3 运用u M L 进行系统软件建模的过程。

在运用u M L进行描述系统软件建设的总体需求的过程中, 搭建起用例模型及静态模型的系统结构体系。依照面向对象的基本原则运用高级试图用例视图, 以功能区分的角度实现系统.三、统一建模语言在面向对象分析与设计中的应用

3.1 u M L 及其与面向对象分析的集成。

u M L 是包含多方面的通用标准可视化的面向对象建模语言, 是计算机技术领域中的非常重要的成果, 极其强调结构模型中的系统对象的操作属性和类的关系, 及其行为模型中的交互作用和合作性历史状态的对象12 1。身为一种可视化系统建模语言工具, 是一种独立的开发过程, 可以适用于各个阶段的过程。面向对象的设计与分析中最关键和最基本的活动便是建模,它是面向对象分析与设计的开始和关键。按照不同阶段的要求和行为来选择不同形态的行为模型。2 u M L 面向对象分析过程。

首先, 通过利用u M L 的模型用例图来确定出系统边界和活动功能, 识别出系统的准确需求。然后运用用例模型的分析和描述识别出问题的本质类和对象。再通过U M L 的图揭示它们之间的关系和结构组成。

3.3 在实际系统中的应用。

《统一建模语言》课程教学方法研究 篇3

UML是UnifiedModelingLanguage(统一建模语言)的简称,一种绘制软件蓝图的标准语言[1],可以使用UML对软件密集型系统进行可视化、详述、构造和文档化,是面向对象软件开发人员必须掌握的建模方法。

UML课程将面向对象技术与UML完美结合,以基于UML建模语言描述的面向对象分析与设计过程为内容,是高校软件工程专业课程体系中的专业必修课,课程的教学质量直接影响软件工程专业复合型人才的培养质量。

1UML课程教学问题

UML在高校计算机专业中属于一门新兴课程,在教学过程中,没有太多的经验可循,教学过程中主要存在以下问题:

(1)课程安排时 段不恰当。该 课程所需 关联知识 较多、实践性较强,需要相关课程的学习作为支撑。而现有的课程安排存在知识重复或脱节的现象,导致学生的知识结构缺乏连贯性和衔接性,从而影响了UML课程的教学质量。

(2)教学内容抽象,实践性缺乏。许多教材都把重点放在UML建模元素和对应建模工具的使用方法上,未与具体的软件开发过程相结合[2],出现了理论与实践严重脱节现象[3]。学生刚开始学习UML就会感觉内容抽象、枯燥无味,因而失去学习兴趣,这是UML教学中普遍存在的现象。学生看懂了书上的基础知识,但在进行特定系统的具体分析时却不知所措,不知如何下手,不能灵活运用所学的知识点进行操作,对UML的用途产生怀疑,甚至认为这是一门没用的课程。

(3)教师缺乏实践能力。UML是一门新兴课程,涉及范围广、知识面大,实践性也非常强,这就要求任课教师必须具备丰富的理论知识和实际开发经验和技能[4]。

而目前UML专业教师偏重理论知识的掌握,实践经验不足,专业性强的复合型人才稀少,严重影响了UML课程的教学质量。

(4)课时安排太少。该课程知识体系庞大,不仅包括面向对象的分析和设计方法,还包括UML丰富的知识,在较少的课时内很难系统地讲授清楚。

2解决对策

针对该课程教学中存在的问题,笔者结合教学中的经验,从多方面进行了探索,特提出以下解决问题对策:

(1)调整课程安 排时段。合理 安排该课 程的先行 课程,有利于学生对该课程知识的理解和吸收。UML课程综合性较强,涉及多方面的知识,比如软件工程导论、面向对象程序设计语言、计算机网络等,通过先期学习这些课程,学生对软件开发过程有了清晰的认识,才能更好地学习UML课程,也更容易理解和接受UML知识。在课程安排上,应做好各课程的前后衔接,使各课程相辅相成,形成合理的知识链。

(2)采用案例 教学和任 务驱动相 结合的教 学方法。UML是一门实践性较强的课程,如果采用传统的教学方法,只注重理论知识的学习,就会出现理论与实践脱节的现象,使课堂教学显得空洞、呆板,学生缺乏学习兴趣。鉴于UML课程特点,教学中应引入案例教学和任务驱动相结合的教学方法[5]。

针对学生对UML理论知识的抽象性难以理解、难以把握课程技术的精髓这一核心问题,引入案例教学法,以增强UML理论知识 的讲授效 果,通过对实 用案例的 讲解,使学生对知识能融会贯通。这里,选取适当的案例尤为重要。在众多UML教材中,采用的案例大多不具有引导性、连贯性,选取的一些小案例,相互之间缺乏联系,各章节知识点较为孤立,导致学生在学习各个知识点后,不能学以致用,不知道如何在实际项目开发中使用UML。

由于教学时数少,如果选取的案例过于复杂,在教学进度及教学目标上就很难把握,而且太复杂案例的选取往往会使学生的注意力由UML转向系统的功能上去。一个好的案例应该能够覆盖UML教学中的所有知识点,贴近学生生活,难度适中并有一定的扩展空间。比如可以选择成绩管理系统、ATM系统、网上选课系统等,学生对这些系统非常熟悉,易于理解和接受。

UML中的任务驱动教 学法是一 种建立在 建构主义学习理论基础上的新型教学方法。任务驱动教学法以任务为主线、教师为主导、学生为主体。在UML的教学过程中,应建立教师指导下以学生为中心的学习机制,充分调动学生学习的主动性和积极性。

针对UML的特点,将案例教学法和任务驱动教学法结合起来进行课堂教学实践,有利于学生更好地学习该课程。

(3)提高教师实践能力。UML课程是一门综合性和实践性较强的课程,任课教师应具有较强的实践能力和丰富的软件开发经验。为提高教师的实践能力,可以从以下两方面着手:1教师应经常到软件企业参与项目实践,洞悉行业最新动态,提高个人专业素养,积累实践经验,练就与时俱进的教学能力;2邀请企业中经验丰富的项目开发人员到学校讲学,吸纳既懂理论又有实践经验的优秀复合型人才充实UML教师队伍。

(4)合理安排课时。根据UML的课程特点以及课时分配情况,制定合适的教学目标和教学大纲,合理安排课时,既要系统讲授教学大纲规定的内容,又要达到教学目标要求,保证UML教学质量。

3结语

统一建模 篇4

面向对象方法是软件开发方法的主流, 事实已经证明, 它适合于在各种问题域中建造各种规模和复杂度的系统。“统一建模语言UML”主要讲授面向对象分析与设计的方法和工具, 培养计算机专业人员必备的分析设计系统的能力, 是计算机科学与技术专业学生的必修课程。然而, 目前的教学模式不能很好地满足培养要求, 具体表现在以下几个方面: (1) 传统的填鸭式教学偏重专业知识, 且只有老师一个人在台上表演, 缺少互动和讨论, 更没有学生参与, 难以达到启萌与诱训学生分析解决问题和自学创新能力的效果, 更谈不上交流沟通和团队协作能力的培养。 (2) 实践教学内容的单一使传统知识与实践应用间的链接载体匮乏无力, 缺少可操作的可视度, 自然就缺少那种知识交迭中碰撞出创新灵感火花的导火线, 致使学生不能更好地适应企业环境。 (3) 教学结果过于看重考试成绩, 缺少结合形象思维、构思表达和创造设计这种综合能力的考核和测评。

因此, 急需一种更加合理的教学理念, 以改进当前的教学方法, 构建一种全新的教学模式。2000年10月以来, 由美国麻省理工学院 (MIT) 等四所大学组成的工程教育改革研究组提出全新的CDIO (Conceiving-Designing-Implementing-Operation) 即构思—设计—实现—运行的工程教育理念, 指出对应四种能力培养的CDIO大纲 (四个层次) 和检验CDIO改革程度的12条标准[1]。将工程教育视为一系列的服务性工程产品制造过程, 并以层次化的架构来组织师生的学习活动。MIT的《航空工程和设计导论》课程运用CDIO进行教学改革, 学生小组要自己动手努力完成一项飞行器设计专题, 通过实际项目使理论与实践结合[2]。清华大学顾学雍教授将CDIO运用于“数据结构及算法”和“数据库原理”课程的教学改革, 学生通过运用课程中所学原理创造出具象的产品, 不但渐进式地加强了运用抽象知识创造产品的能力, 也理解了更深层的数据结构和信息处理的理念[3]。CDIO在课程中的成功实践, 证明了其应用于课程教学改革的可行性和广阔前景。

二、基于CDIO理念的教学改革

就课程本身而言, 统一建模语言UML授课内容是枯燥的系统分析设计理论, 授课对象是一群没有系统分析设计应用环境的学生, 他们因为无法直观地认知课程内容与工程技术的连接关系而缺乏学习的兴趣。另外, 课程的教学受到很多环境因素的影响, 如学生、教师、学习风气等。许多学生片面地认为学校所教的各项工程技术和原理是获取学历而不得不去攻克的关卡, 这种学习态度极大地降低了学生在课堂内外的学习主动性和创新动机。学生的真正问题恰恰是缺乏学习动力, 从而影响到对课程的理解与学习。许多学生处于非常被动的状态:他们不知道课程知识点之间的连接关系, 不知道专业知识如何在实践中具体应用, 在安排学习时间的决策上, 经常是被动地受到同学和教师的影响, 教师要求严格, 花的时间就多。这种态度使他们不能有效地达到学习的整体目标。课程的考核是以期末的考试得分为主, 这也错误地将学生的学习重点指向了考试的分数。

以如何培养学生学习兴趣、调动学生积极性、培养学生工程价值观为突破口对课程教学改革作探索, 采用合适的产品来连接抽象理论知识与具象产品, 帮助学生体会到抽象知识的工程价值, 提高学习兴趣;确定评分手段使其尽可能与提升素质的目标保持一致, 并将这些考量纳入具体课程活动中;系统地帮助学生培养个人及群体的学习习惯, 使学生主动地发掘课程知识点之间的关系, 而且找到贯穿全部课程的学习策略。倡导尊崇工程与科学素养的价值观, 让学生对工程师的本质有所认识, 在设计课程教学时必须培养学生的工程价值观。

(一) 课程教学的构思

明确“统一建模语言UML”课程在整个专业培养体系中的作用, 确定课程目标:培养学生面向对象分析设计的能力, 提高个人素质、职业能力;培养学生人际交流能力、在企业和社会环境下构思、设计、实施、运行系统的能力。表1给出了各种CDIO能力在课程中的培养情况。

表注:对于表中第二列所列技能应对照CDIO大纲全文来理解。目标栏内以A, B, C, D来表示对此条能力要求达到的程度, A为最高要求, 无要求则留空。接触指在教、学活动中有所提及但没有训练和测试要求;训练指有明确要求并有测试项目;应用指在教、学中有所应用而不论是否曾给与相关训练或考核。

专业理论是按照知识点的逻辑需要进行分类的, 而工程实践则是综合性的。传统的基于知识的设计不符合学生对工程问题的认知规律进而影响工程能力的发展, 而基于项目的学徒式设计又缺少对知识的关联和深层的理解。将项目设计、能力培养融入课程体系, 知识点之间通过项目相互关联, 培养个人和人际能力, 以及产品、过程和系统构建的能力, 构成一体化的课程教学方法。充分体现“知识+能力+素质”的整体培养思路。

按照一体化的教学思想, 围绕能力培养的课程目标, 确定课程内容。内容设定为三部分:专业理论知识、由个人完成的简单项目、由小组协作完成的综合项目。通过理论知识的学习, 学生可以掌握面向对象分析与设计的基本方法和工具, 提高专业技能;通过简单项目的实施, 学生可以把所学理论知识应用于实践, 将专业技能转变为个人能力和职业能力, 提高个人综合素质;通过综合项目的实施, 学生可以体验在企业环境中构思、设计、实施、运行项目的全过程, 使自身的能力得到提升, 并在此过程中提高交流能力和团队协作能力。

(二) 教学过程设计

理论知识讲授和简单项目实施同时进行, 边学边练, 达到巩固知识、加深理解的效果, 使学生能够尽快做到学以致用。理论知识的讲授要能指导简单项目进行, 启发学生寻找知识点之间的联系。

简单项目以学生作业的形式完成, 设计学生的个人作业, 强调不同作业之间的相关性, 前一次作业是后一次作业的软件基础, 让学生体会到产品开发的连续性, 产品开发的过程与产品同样重要。这种作业的设计手法, 可以通过实践向学生传输可持久化的工程理念。通过项目的完成及得到的产品, 学生可以体认到抽象知识的工程价值, 真正做到将专业理论知识转化为个人的专业技能。

简单项目完成后紧接着实施综合项目, 这样可以由浅入深, 循序渐进。综合项目以小组合作的形式完成, 项目环节的安排要基于工程学习理念, 以创造产品为导向。在小组项目的实施过程中, 主要应用整合与划分——“分而治之, 合而击之”的团队协作思想, 培养学生的人际能力。作为小组中的一员, 平时不仅要做好自己那部分工作, 还要与本组同学沟通, 从而使各自的子系统可以互相兼容, 在学期末的时候把所有的子系统整合在一起, 从而形成一个完整的产品。利用课堂及课外时间积极与其他小组相互讨论进行交流。这种相互关联的学习过程, 也体现了工程师需要培养纵观全局的可持续设计能力的理念。图1为教学模式示意图。

(三) 课程教学实践

首先选择合适的项目, 按照前面的设计我们将项目分为三类, 一类用于理论知识课堂讲授, 该类项目注重专业知识的掌握和启发性, 各知识点尽量应用同一项目进行示例, 这样既可以对简单项目实施做出示范, 也可以启发学生对知识点关联性的思考。教学过程以教师为主导。教师在课前需要按照教学目的, 结合示例项目内容列出相关概念和案例要点, 特别是要准备两类问题。一类是帮助教师了解学生是否掌握面向对象分析设计的基础问题, 另一类是在示例项目中需要重点讨论的问题, 如存在的问题、适应的具体应用环境和改进建议等。教师在课堂上对案例进行详细讲解, 过程中不断对用到的知识点进行提问。这些问题不仅可以帮助教师了解学生的掌握情况, 还可以促使学生在听课的过程中进行思考。

第二类是由个人以作业形式完成简单项目。课程初始由教师给出项目问题域的描述, 描述尽量清晰, 难易程度和课堂示例相当, 主要用于知识点的应用和巩固。作业之间要有相关性, 如第一次作业要求学生完成需求分析, 给出例图;第二次作业要求学生完成系统用例的描述, 学生必须要调用第一次作业的成果, 来完成第二次作业的指定功能, 让学生形成工程持续性的价值观, 体会知识点之间的关联性。

第三类是综合项目, 学生在掌握专业知识的基础上自组团队进行研究、分析和讨论完成的项目, 要比简单项目略微复杂和详细。整个过程以学生为主导, 教师提供项目的详细材料和一些引导性的问题, 学生自主讨论的过程要记录, 阶段成果要在课堂上以分享的形式向其他小组介绍, 介绍完后其他同学可以提问, 给出建议, 展开讨论。

课程考核:学习成果应反映在工程技术而不是分数上, 从以下几个方面来考核学生:基本概念、原理和方法、相关规范、实际工程、本学科前沿知识、分析解决问题能力、自学创新能力、交流沟通能力、团队协作能力。基本概念、原理和方法、学科前沿知识可通过笔试来评定;实际工程能力可通过个人简单项目产品和小组产品来综合评定;各种CDIO能力通过过程记录、汇报、讨论、课堂表现进行评定, 最后给出学生全面的综合评定成绩。

(四) 教学过程评价反馈

内反馈环节是在批改作业后, 通过个人简单项目的进展考察学生对相关知识点的掌握情况, 据此制定单个知识点教学过程的改进措施;外反馈环节是通过分析期末学生考核的结果、后继课程的评价等, 发现整门课程教学实施过程中存在的不足, 据此改进课程的教学过程。图2为教学过程反馈机制示意图。

三、总结

通过探索与实践证明, 采用CDIO工程教育理念进行“统一建模语言UML”课程的改革是可行的。在教学中采用“知识+能力+素质”并重的一体化教学方法可以很好地完成课程的教学目的, 而且可以有效贯彻CDIO的教育理念, 提升学生的四大能力。以产品为导向的渐进式项目可以让学生主动发掘课程各知识点之间的关系, 认识到抽象知识的工程价值, 培养学生正确的学习习惯和工程价值观, 从而纠正为学历而学的错误动机, 提高学习的主动性和创新性。为了保证教学确实达到教学目的, 整个教学的实施过程中不断地加强学习反馈, 通过广泛评估与评价不断对教学过程进行改进。总之, 将CDIO教育理念引入“统一建模语言UML”是可行的, 以渐进式项目为载体, 采用“知识+能力+素质”并重的一体化的教学方法进行课程改革效果是显著的, 对学生工程能力、职业能力的培养起到了重要的作用。

摘要：分析了目前“统一建模语言UML”课程的教学状况, 阐明课程教学改革的必要性以及运用CDIO工程教育理念进行改革的可行性, 提出“知识+能力+素质”并行培养的一体化教学方法, 将项目设计、能力培养融入课程体系, 知识点之间通过项目相互关联, 培养学生的CDIO能力。构建了课程质量控制环, 不仅及时反映课程章节的教学效果, 还能整体地把握课程教学质量。

关键词：CDIO,统一建模语言,一体化,教学改革

参考文献

[1]Edward F.Crawley, etc..Rethinking engineering Education the CDIO Approach[M].2007.

[2]Jens Sparso.TOWARDS CDIO-BASED B.ENG.STUDIES AT THE TECHNICAL UNIVERSITY OF DENMARK[C].Proceedings of the3rd International CDIO Conference, MIT, Cambridge, Massachusetts, June11-14, 2007.

[3]顾学雍.联结理论与实践的CDIO[J].高等工程教育研究, 2009, (1) :11-23.

[4]胡雄心等.CDIO模式下模电授课模式的探讨[J].电气电子教学学报, 2008, 4 (30) :106-108.

统一建模 篇5

《统一建模语言UML》是指导计算机软件开发和维护的工程学科, 是培养学生软件开发能力和项目管理能力的一门重要课程。通过本课程的学习, 使学生了解和掌握软件开发的技术和方法, 具备作为软件工程师所需的专业能力。

1 CDIO工程教育的特点

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果, 目前已经成为国际工程教育的通用模式。CDIO工程教育模式是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达, 以产品从研发到运行的生命周期为载体, 让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程, 培养学生的工程能力、职业道德、学术知识和运用知识解决问题能力、终生学习能力、团队协作能力、交流能力和大系统掌控能力。

2《统一建模语言UML》课程的特点

由于《统一建模语言UML》在计算机学科中的重要地位, 国内各高校计算机及相关专业都开设了《统一建模语言UML》课程, 但其概念、原则、原理十分复杂, 学生在学习过程中容易感觉到枯燥、乏味;而工程性的内容, 虽然具有很强的实践性, 但却由于规模的庞大与复杂性, 让学生感到无从下手, 难以把握。

统一建模语言是软件工程专业必修的一门课程, 本课的主要目的是使学生在学习面向对象程序设计的理论基础之上并且掌握面向对象编程语言之后, 进一步了和掌握建模语言的业界标准, 从而提高软件开发的能力与水平。

3 课程优化方案与实施

根据CDIO工程教育理念将实验环节与软件工程生命周期、构思、设计、实现和运作紧密结合起来, 将软件工程课程体系中软件需求分析, 项目管理, 面向对象分析与设计, 人机交互界面等课程集成化, 将集成后的综合实验课程体系分解为基础性实验、设计性实验、综合性实验、和专业创新性实验。在具体的实施中将案例项目进行分解, 再将这些分解后的项目模块分布到整个实验中。要求学生严格按照企业软件产品开发周几进行构思、设计、实现及运营。同时集成优化教学过程, 以项目为主线组织课程, 以用导学。在项目评审阶段, 要求评审团对项目提出设想, 进行项目组成员讨论及全班讨论, 激发学生学习的兴趣, 及对待问题的严谨性。

另外, 实践中教师需向学生明确实验设计目的。做到实验内容与现实相关, 激发学生学习动力。提倡学生自主选择大型实验的设计。结合工程案例积极主动查阅相关大型实验系统的资料, 构造系统模型, 建立知识库, 编程实现系统, 启发学生在系统中多加入已学的方法技巧如各种知识表示方法、启发式的搜索方法, 多采用启发式教学模式, 给学生留下自学和独立思考的余地, 以此拓宽思路, 培养解决问题能力, 并激发学生创新性。为了保证学生完成设计的规范性和完整性, 可以让他们按照软件工程思想撰写开发步骤, 提交设计论文, 加强学生的设计能力, 使实验效果得到最大程度的发挥。

在学习统一建模语言课程中, 辅以参加学科竞赛活动为依托, 加强学生创新能力培养。以全国软件专业人才设计与开发大赛、程序设计大赛及大学生创新创业训练计划、“挑战杯”大学生科技文化艺术节等学科竞赛为平台, 加强对学生创新能力和实践能力的培养。通过团队合作平台开展的团队研讨活动, 培养学生的团队领导和沟通能力。

4 结论

通过对统一建模语言课程进行教学改革研究和实践, 建立一个适应社会发展的软件工程专业教学模式, 能够全方位地发展学生动手能力, 培养学生创新意识, 让学生建立团队协作精神, 提高软件工程专业毕业生的整体素质, 使之能适应社会需求。

参考文献

[1]和薇.CDIO模式在“数据结构”课程中的运用[J].计算机教育.2009 (20)

[2]雷环, 汤威颐, Edward F.Crawley.培养创新型、多层次、专业化的工程科技人才——CDIO工程教育改革的人才理念和培养模式[J].高等工程教育研究.2009 (05)

[3]王志强, 蔡平, 杜文峰.基于CDIO理念的多媒体应用基础课程实践教学改革[J].计算机教育.2009 (12)

[4]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究.2008 (03)

统一建模 篇6

关键词：计算机,科学,哲学,体育哲学,计算机模型

引言

随着计算机与信息技术的迅猛发展，计算机科学哲学已成为一种新的范式和研究纲领，其哲学新思维因计算机在不同领域内的功能渗透而不断开枝散叶，尤其是对数学自然观和有机论或目的论自然观的整合、继承与发展。采用人体动作的计算机建模探究体育运动中的各种人体应激反应和形态结构等，是当前计算机在体育领域内的渗入表现之一，理论方法涉及运动生物力学、化学和体育统计学等多门学科。但是，当人们广泛应用计算机科学建构各种专项体育运动模型时，普遍是以一种体育哲学的思维范式进行，而非以一种计算机科学哲学的观念来实施，这种思维范式存在着很大的局限性和单一性。本文试图以人体动作的计算机模型建构为基点，辩证计算机科学哲学与体育哲学在专项体育运动中的共存机制，以期促进计算机与网络技术在体育领域内的融入与完善，使计算机科学与体育科学同步发展。

1 计算机科学哲学与人体动作计算机建模

计算机科学哲学是一种关于计算机和信息的理论方法，在这个新的哲学范式中，计算机的计算为哲学提供了一系列简单而丰富的观念，而对人体运动进行仿真及计算机建模，本身就是一种对数据和信息简单化和可视化的处理过程。通过建立运动员动作的计算机模型和数学模型，结合一定的实际试验和比赛录像，可以克服传统的录像解析技术的个体差异和偶然因素干扰多等技术不足。计算机建模一般是通过运行计算机程序来实现的，大致要经过设置原型系统，建立人体数学模型和动作的动力学方程，获得运动学数据，利用计算机动画技术将实验结果可视化及优化动作设计效果等四个阶段。人体动作的计算机建模过程体现了计算机人工智能的新颖逻辑推理理论及算法，是人们在进行体育实践过程中启发式搜索的结果，为计算机模拟的科学方法论带来新的启示。

2 体育哲学与人体动作计算机建模

体育哲学是围绕理想主义、现实主义、实用主义、自然主义、存在主义等传统基本理论及人道主义和折中主义等现代基本理论建立起来的。体育哲学的目标在于发现人类理智在体育运动中所采取的独特形式的努力。要真正理解体育就必须先理解人，因为人是体育的主体，人的发展和完善的要求是体育存在的基础，且人的身体在哲学中的定位影响着体育在社会中的定位。在体育领域里使用计算机进行统计和人体建模分析是实用主义和折中主义的哲学理论驱动，也是促进竞技体育发展的现实需要和形式手段，其过程是计算机技术充分运用于体育实践的过程，该体育实践与体育哲学具有多重共存机制。基于数字化人体数据，利用计算机三维重建技术显示人体各部位的三维变化图，是体育哲学思维方式作用于人体动作计算机建模的重要表现。体育哲学主导着人们正确地从事建模过程的目的和态度，及把握体育实践中的各种关系和问题，并决定了体育实践的发展方向。正确认识和全面理解体育哲学与体育实践的共存机制，有助于人们进一步明确体育哲学与体育实践的本质关系，有利于人们掌握和利用科学的体育哲学理论从事体育实践及研究活动。

3 计算机科学哲学与体育哲学作用于人体动作计算机建模的辩证统一

3.1 微观分析与宏观调控的统一

计算机科学哲学寓于人体动作的计算机模型的思维方式是一种微观控制论模式，强调仿真人体动作的驱动本质，如关于神经系统和肌肉作用驱动人体肢体运动的研究。这种本质驱动程序以数学和逻辑学为基础，借助控制论和系统论等研究方法，在生物学、解剖学、哲学及计算机科学等学科的相互影响、相互渗透的过程中产生和发展，实现了人造自动机与自然自动机共同机制的理论现实可能。同时，人们借助于计算机科学研究各项体育运动时，其动力是体育哲学核心理念对于完善人的内在规律的反映，从宏观的角度对比和分析运动的力学特征和时空关系。例如，结合路径规划算法，对拳击比赛中人体上肢躲避障碍物的动作轨迹进行模拟仿真，可在DANCE平台上实施操作，设置约束条件(上肢关节角度活动范围;肘关节最大承受力矩;移动速度)、坐标原点、目标初始点坐标、目标目的点坐标、计算时间及有偏系数等，通过仿真结果进行微观分析，从而指导拳击运动员进行实践。这个过程由反馈———模拟———实践组成，由微观分析向宏观控制良性循环。人体动作的计算机建模过程，将计算机科学哲学与体育哲学同时运用于一种多刚体物体的动作规划算法，结合动力学方法，使计算范围扩展至多关节连接物体，实现了精确得多体多边形碰撞检测和最终的路径优化，既开创了体育科研领域的新局面，又达到了快速准确的计算目的。

3.2 计算主义与认知行为的统一

计算主义是计算机科学哲学中最为盛行的研究纲领，最具特点的是“人=机器人”和“计算=认知”的论题。计算机建模过程与体育实践认知过程，具有强等价的关系，能更好地表达动作的有序规律，揭示生物体的自然主义原则，计算机科学哲学认为自然界发生的过程实质上就是计算或信息处理的过程，其计算主义具有认识论价值，即对自然的理解是在大脑的计算过程与自然的计算过程之间建立对应关系。但是，在对人体动作进行计算机建模的过程中，这种认知计算主义既有其合理性又有其局限性，合理性在于计算对体育的显见价值，其局限性主要体现在知识获取、表达与心智模拟的局限，它无法满足体育哲学二元论中对人的感性能力的发展要求，这种感性思维方式同计算机科学哲学的思维范式迥然有异，它只能把握杂多的现象属性，并因这些属性的变动而呈现不恒定性，以体育实践的观点来看，感性承载着充实理性内涵的责任，只有从这种感性观念出发，才能真正把握住体育的本质和内在要求，提高体育的内在认知与行为意义。

3.3 人工生命与有机生命的统一

目的论哲学关于生物与机器同样具有目的性的类比催生了计算机科学哲学，生物目的性自动机理论和人工生命思想的形成受到了从机械机制发展到逻辑机制的启示，计算机的发展使生命机制研究转向生命逻辑的研究。人工生命作为一个研究领域研究的是具有自然生命系统行为的人造系统，其理论以冯?诺意曼的自再生细胞自动机理论为雏形进行研究，实质便是计算机仿真与生命模拟。如对田径人体动作计算机绘图软件的模型化设计，可利用数字图像成像仪器，把人体各个运动环节的姿态进行拍照或摄影等，然后进行选择、调整等并存入指定格式建成图片库，绘制模板，将人体分解为头部、躯干、手臂和腿部等多个元件进行拼装与变换，可采用Microsoft Office进行二次开发，选用VBA(visual basic for application)新一代标准宏语言。这个过程是从提供科学的体育认识论和方法论为目的而出发的，以有机生命为前提，以运动项目和教学内容为依据建立的。但是这种模板化元件设计由于受模板元件自身的限制，无法完成转髋和旋转等相对复杂的动作图形绘制。要达到人工生命对有机生命的完美演绎，直观剖析动作的内在联系，便要深入贯彻计算机科学哲学里关于人工生命理论的释义，通过数学模型建立自动模拟生成系统，取长补短，这也是当下国际计算机体育重点涉足的研究领域之一。

3.4 系统辨识与理性分析的统一

一般系统论的创始人贝塔朗菲认为可以用三种理论模型来模拟目的性行为，即等结果性模型、控制论的反馈模型和用于适应行为的模型。从计算机科学哲学的观点出发，无论是哪一种模型的建立，都是建立在计算的基础之上，这种计算只是基于所能够获得的数据库存量，决定了其对体育的辨识程度是有限的、绝对的、精确的。相比之下，体育哲学更注重时间思维和空间思维，因为不同的地域文化背景，不同的哲学、人文传统和价值标准，会形成不同的时空观念，作用于体育，就会呈现出不同的体育形态和体育理念，其精确的意义标准是相对的。如对运动成绩的评定，计算机系统可以精确地计算出高度、长度和时间位移变化等多项指标，但是这只能反映其现实能力的一个方面，要想完全反映或评定一名运动员的运动成绩，必须从体育哲学的科学人体观入手，要充分考虑其多元结构的统一体特点，及意识、环境等。如通过构建虚拟的运动员训练与比赛环境，对“理想”动作与运动员技术动作做深层次的分析，虽可以弥补因为天气、场地、器材、经费等方面的原因或者运动员受伤等原因导致无法训练带来的负面影响，但是，利用计算机进行人体建模，首要条件是获得运动技术动作的相关信息，诸如人体在运动中各个关节的三维坐标、角度等姿态信息和动作的发力顺序、大小、节奏等运动技术参数信息，而这必须借助于现代运动捕捉技术或视频切割技术。可是，即便是采用最先进的技术，也无法在没有干扰的情况下对技术动作进行全角度无死角地跟踪与拍摄，尤其是技术类同场对抗性项目。因此，获得的运动信息必然是存在缺陷的，对数学模型的逼真度必将产生不利影响。简言之，计算机科学哲学中的系统辨识为体育哲学提供理性认识参考，反之，体育哲学的人体观认识可丰富计算机科学哲学的系统理论，二者相互促进，。

4 结语

通过对计算机科学哲学与体育哲学两个不同学派理论的矛盾剖析发现，若现有的计算机技术或运动信息采集技术等条件不能满足建模要求时，势必刺激其各自领域的完善，以求解决问题，产生双赢的效果，这是任何学科交叉作用于某一事物时都希望看到的局面。因此，基于人体动作数学模型本身，计算机科学哲学与体育哲学既相互共识，又相互矛盾，是矛盾的统一。

参考文献

[1]任晓明,桂起权.计算机科学哲学研究———认知、计算与目的性的哲学思考[M].北京:人民出版社,2010:37.

[2]李英春,张婷,李平靖.发展人的感性能力———反思体育哲学的核心理念[J].前沿,2010:34-36.

[3]马德浩.体育的哲学内涵———基于尼采哲学的探究[J].体育科学,2010:86-91.

[4]胡庆山,肖琴.试论体育哲学与体育实践的共存机制[J].南京体育学院学报,2004,(1):59-61.