UML基础上“基于问题的学习”活动的设计

摘要：本文从系统工程的角度出发，基于“IMS最佳实践与应用指南”中“基于问题的学习”活动设计，借助UML所定义的一套规范的视图体系，将其用于描述该学习活动设计过程、要素与联系，以新的视角和方法完成“基于问题的学习”活动的建模，实现对IMS LD规范的UML表达。通过对其进行UML表达，使得教与学的过程更具操作性。

关键词：IMS最佳实践与应用指南；UML；基于问题的学习

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）12-0072-04

● “基于问题的学习”活动说明

IMS LD最佳实践与应用指南（IMS Learning Design Best Practice and Implementation Guide）的目的在于阐述如何贯彻实施IMS LD规范，该文档给出了许多在IMS LD规范的指导下开展教学与学习过程的实例。其中，第4.5节内容“基于问题的学习”活动的说明如下（其中，以括号显示的注释描述了在线传送环境中，该过程的可能实现途径）：

课程的协调者把问题描述呈现给学习小组（通过上传一个问题描述文件到网站上）→小组中的每个学生都（在网上）阅读这个问题，辅助者也阅读问题（在同步会议系统中，辅助者也在内）→学生选举小组代表代表小组发言，负责记录小组决定，选中的代表同样也要由辅助者委任→小组内部进行交流，澄清问题，通过互相以及和辅助者的交流来讨论、澄清术语和一些开放性问题，最后对面临的问题达成一个简要的陈述→小组代表陈述对问题的理解，并将该陈述上传至网站。小组成员继续讨论，确立该问题可能的答案或解释→这些可能的解释整合在一起，由学生展开进一步的研究→研讨出的解释被小组代表列举在网站中上传的文件中→小组确定问题的学习目标，个人开始进行必要的调查研究→小组会面（使用同步会议系统）讨论他们的结果，此时，辅助者提供必要的帮助小组代表总结讨论结果，并将其上传至网站→紧接着，评估员和辅助者共同讨论小组的表现→评估员给出对小组的评估（通过上传评估结果至网站）。

● “基于问题的学习”设计的静态图

在UML视图中，静态图通常用类图描述。类图表示了一组类、接口及其关系，它描述了系统中各类之间的关系，是面向对象建模的具体实现。类的描述包括类名称、属性、操作三部分。其中，属性用来描述类的性质，操作用来描述类具有的操作行为。

结合上述的用例图，“基于问题的学习”活动中相应的类有：协调者、学生、小组代表、辅助者、评估员、问题描述文件界面、同步会议系统、评估界面、上传界面、数据库文件等。各类的属性和相关描述在类名称的下方，以体现其功能如何实现。例如，学生类有学号属性，可进行阅读问题描述文件的操作。类之间的关系通过“链接”线进行表示（如上页图1）。

● “基于问题的学习”设计的动态图

1.状态图

在软件系统中存在着大量的对象，状态图用来描述这些对象在其生命周期中所有的动态行为。状态图包含对象所有的状态序列、状态转换以及转换的触发事件。在UML视图中，状态用圆角矩形表示，其中，初始状态用实心圆点表示，终止状态用空心圆内嵌圆点表示。转换用有向箭头表示，从原状态指向目标状态。触发事件标注在有向箭头的一侧。

根据类图，能够确定“基于问题的学习”活动中的所有对象，而状态通常用类和对象来描述，类的操作则可作为状态转换的触发事件。例如，学生有处于问题描述文件界面的状态，触发该状态的事件为阅读问题描述文件。“基于问题的学习”活动中涉及的对象较多，为了降低复杂度，便于分析，本文按照参与者对象对整个学习设计活动进行了合理分割，图2为学生活动状态图，图3为小组代表活动状态图。后文中序列图和通信图的分析同样也根据此原则进行了分割。

2.序列图

序列图主要用于根据时间顺序，描述对象之间所进行的信息交互活动。它在描述场景的同时，能清晰地表示对象间交互的先后顺序关系。对象、生命线、激活、消息等要素是序列图的重要组成部分。对象在水平方向上表示，激活描述一个对象与另一个对象之间进行交互的开始和结束，在UML视图中用窄长的矩形来表示，矩形的高度表示对象间交互的过程。有向箭头表示消息的传递。例如，协调者活动的序列为：协调者在上传界面上传问题描述，数据库文件保存从上传界面传来的文件，保存成功后通知上传界面，上传界面在收到通知后向协调者发送上传成功的消息。上页图4为学生活动序列图，上页图5为小组代表活动序列图，上页图6为辅助者活动序列图。

3.通信图

通信图用于描述对象之间的关系，它不强调对象间消息传递的顺序，而是注重对象间的消息传递。通信图由对象、链及链上的消息构成。链用来表示对象之间的通信，它将参与交互的对象关联到一起。有向箭头表示消息，用于描述对象间的动态行为。例如，协调者与上传界面之间存在消息的交互，上传界面又与数据库文件进行交互，最终实现问题描述文件的成功上传。图7是小组代表活动通信图，图8是学生活动通信图。

● “基于问题的学习”设计的实现图

1.组件图

以上的视图设计均属于系统的逻辑体系架构设计，逻辑设计完后，需要进行的就是物理设计。物理设计通常采用的基本单位不是类，而是组件。组件定义为一个系统的、可部署的和可更替的部分，它封装了某些实现细节，也清楚地展现了确定的接口。

组件是软件系统逻辑架构中定义的概念和功能在物理架构中的实现。组件图的作用是描述这些组件及它们之间的关系。组件的符号是左边带有两个小矩形的大矩形，组件之间的依赖关系则用带有有向箭头的虚线表示。“基于问题的学习”活动的组件图如图9所示。

2.部署图

部署图是一个包含了服务器、软件和设备的体系架构。从这个体系架构上可以看到某节点在执行哪个组件，在组件中实现了哪些逻辑元素（类、对象、协作等），最终可以从这些元素追踪到系统的需求分析。部署图的基本元素有节点、连接、组件、对象和依赖。可以将节点、组件看作是分布式系统中的分布单元，并可以使用部署图描述分布式系统的体系架构。“基于问题的学习”活动的部署图如图10所示。

● 结语

本文立足于系统工程的思想，利用UML对IMS LD规范进行全面建模，使得学习设计更加形式化、模块化，不仅明确了学习设计的过程，提升了学习设计的效率，而且能够实现学习设计模式的再创造，使得学习设计更具灵活性。我们的研究还将继续深入开展，虽然尚有不足之处，但通过UML视图对IMS LD规范进行全面建模，确实是有价值的，还需要大家来共同探索。

参考文献：

[1]IMS Global Learning Consortium.IMS Learning Design Best Practice and Implementation Guide[DB/OL].http：//www.imsglobal.org/learningdesign/ldv1p0/imsld_bestv1p0.html.

[2]IMS Global Learning Consortium.IMS Learning Design Information Model[DB/OL].http：//www.imsglobal.org/learningdesign/ldv1p0/imsld_infov1p0.html.

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[6]徐宝文，周毓明，卢红敏.UML与软件建模[M].北京：清华大学出版社，2006.

作者简介：刘博文，湖南师范大学教育科学学院教育技术学专业研究生，研究方向为信息技术教育研究。