UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion

Trotz ihrer hohen Bekanntheit und Verbreitung ist die Unified Modelling Language (UML) 20 Jahre nach der Vorstellung ihrer ersten Version in der Softwaretechnik nicht unumstritten. Ein wesentli-cher Grund ist ihre unklare Nutzung in der Praxis die u.a. durch Ausdifferenzierung von Software-produktarten, agilen Entwicklungsansätzen sowie Microservices als Architekturstil mit reduzierter Komplexität beeinflusst wird. Damit verbunden ist in diesen Fällen eine Abkehr von klassischen Top-Down-Ansätzen mit sequenziellem Vorgehen, das umfangreiche Spezifikationen der Anforde-rungen und des Entwurfs erfordert. Für die Lehre (insbesondere auf Bachelorniveau) stellt sich da-her die Frage, ob wir UML überhaupt noch brau-chen und wenn ja, wofür und in welchem Umfang. Ziel dieses Beitrags ist es, empirische Belege für oder gegen die Relevanz der UML zusammenzu-tragen und daraus Schlussfolgerungen für mögli-che Kompetenzziele in der Softwaretechnikaus-bildung zu ziehen. Unser Ziel ist es, damit die Dis-kussion über die Ausgestaltung der Lehre mit Be-zug zur UML im Fach Softwaretechnik anzuregen.

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1. Stefan Bente Technische Hochschule Köln Cologne Institute for Digital Ecosystems (CIDE) stefan.bente@th-koeln.de UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion Jürgen Anke Hochschule für Telekommunikation Leipzig anke@hft-leipzig.de
2.  Beobachtungen o Hohe Komplexität der Sprache (und Tools) überfordern Studierende o Agile Entwicklung, Microservices, … erfordern keine komplexen Modelle o Unklare Relevanz von UML in der Praxis  Forschungsfragen o Wie und wofür wird die UML in der Praxis tatsächlich eingesetzt? o Welche Kompetenzen sollten dafür durch die Lehre entwickelt werden?  Vorgehen o Analyse empirischer Studien zum Einsatz von UML in der Praxis o Analyse des Einsatzes von UML in studentischen Arbeiten  Ergebnisse o Sieben Thesen zur Verwendung von UML in der Lehre o Impulse zur Entwicklung neuer didaktischer Formate Ausgangsfrage „Braucht man UML in der Lehre noch?“ UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 2
3.  UML-Nutzung durch Praktiker  Tendenzen bei der UML-Nutzung  Untersuchung von Hochschul-Abschlussarbeiten  Sieben Thesen zur Verwendung von UML in der Lehre Agenda UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 3
4. UML-Nutzung durch Praktiker UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 4
5. Einsatzzwecke von Modellen im SE (Chaudron u. a., 2012) 1. zur Analyse und Verstehen 2. zur Kommunikation 3. als Vorlage für die Implementierung („Entwurf“) 4. als Basis für die Codegenerierung Dabei steigen Anforderungen an Modellqualität (Korrektheit, Genauigkeit, Vollständigkeit, …) mit jeder Stufe Ziel: Entwicklerproduktivität und Produktqualität erhöhen. UML-Nutzung durch Praktiker Wofür wird modelliert? UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 5
6. UML-Nutzung durch Praktiker Nutzen der Modellierung mit UML (Chaudron u. a., 2012) UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 6
7. Autoren Jahr Methode TN/Objekte Erickson & Siau 2007 Delphistudie Dobing&Parsons 2010 Befragung 284 Reggio et al. 2013 Dokumentenanalyse (Lehrbücher, Tutorials usw.) Petre 2013 Experteninterviews 50 Langner et al. 2014 Quantitative Analyse öffentlich zugänglicher UML Modelle 121 Davis et al. 2006 Befragung zur konzeptionellen Modellierung 312 Osman & Chaudron 2013 Analyse von Open Source Repositories 10 Gorschek et al. 2014 Befragung zu Entwurfsmodellen 3785 Baltes & Diehl 2014 Befragung zum Einsatz von Skizzen u. Diagrammen im SE 394 UML-Nutzung durch Praktiker Ausgewählte Studien UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 7 Häufigkeit von UML- Elementen Einsatzkontexte konzeptioneller Modelle
8. Tendenzen bei der UML-Nutzung UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 8
9.  UML hat hohe Bekanntheit und häufige Nutzung, jedoch nur bestimmte Diagrammtypen. Häufigste Diagrammtypen: o Klassendiagramm o Aktivitätsdiagramm o Use Case-Diagramm o Sequenzdiagramm  Häufiger Einsatz in frühen Phasen der Systementwicklung, besonders für Analyse, Kommunikation und Zusammenarbeit  Eingesetzte Modelle sind häufig informell oder gemischt  Medien: Papier, Whiteboard und Tools (klassische UML- Werkzeuge, Zeichenprogramme und web-basierte Tools)  Erzeugung von Code spielt untergeordnete Rolle, etabliert v.a. für langlebige Systeme in gut verstandenen Domänen Tendenzen bei der UML-Nutzung Wesentliche Ergebnisse UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 9
10.  Diversifizierung der Softwareproduktarten o Webanwendungen, Apps, Enterprise Software, Embedded Software, … o Unterschiede: Stabilität der Anforderungen, technische Plattformen, Compliance, Sicherheit, Umfang, Größe der Projektteams, Formalisierung des Vorgehensmodells  Agile Entwicklung o reduziert Komplexität durch Aufteilung in Iterationen o Keine umfangreiche Spezifikation von Anforderungen („Lastenheft“) und Systemarchitektur mehr notwendig / sinnvoll  Microservices als Architekturstil o lose gekoppelte, fachlich orientierte Dienste  individuelle Lebenszyklen o Geringere Komplexität, keine Top-Down-Modellierung des Gesamtsystems  Domain-driven Design als Entwurfsansatz o Fachlich orientierte Modellierung  Analyse, Domänenverständnis o Einsatz informeller/textueller Notationen (Context Map, Ubiquitous Language) Tendenzen bei der UML-Nutzung (Mögliche) Gründe für veränderte Nutzung von UML UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 10
11. Untersuchung von Hochschul-Abschlussarbeiten UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 11
12.  47 Abschlussarbeiten und Projektberichte o Informatik, Medien- und Wirtschaftsinformatik (BA/MA) an der TH Köln  Erstellung eines Softwaresystems als (Teil-)Schwerpunkt  Nicht älter als fünf Jahre  Keinerlei Vorgaben seitens der Betreuer bezüglich Modellierung  Verwendete Diagramme: o Zählung o Klassifikation nach Diagrammtyp Klassifikation nach Einsatzkontext Untersuchung von Hochschul-Abschlussarbeiten Analyse von Abschlussarbeiten / Projektberichte UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 12
13. Untersuchung von Hochschul-Abschlussarbeiten Verwendete Diagrammtypen UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 13 a. Nur ein Subset der UML-Spezifikation ist für studentische Arbeiten relevant.
14. Untersuchung von Hochschul-Abschlussarbeiten UML vs. formale / informelle Alternativen (1) UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 14 b. Potential für Modellierung fachlicher Aspekte nicht ausgeschöpft. c. Andere formale Notationen als UML haben ihren Platz.
15. Untersuchung von Hochschul-Abschlussarbeiten UML vs. formale / informelle Alternativen (2) UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 15 d. Informelle Notationen haben ebenfalls ihren Platz e. In bestimmten Fällen ist UML „alternativlos“
16. Sieben Thesen zur Verwendung von UML in der Lehre UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 16
17. 1. UML-Kompetenz sollte in der Softwaretechnikausbildung weiterhin vermittelt werden. o Modellbildende Abstraktion ist eine grundlegende Querschnittskompetenz in der Informatik o Einige UML-Diagrammtypen intuitiv verständlich und gut merkbar 2. Die Lehre sollte sich auf ausgewählte UML-Modellelemente fokussieren. o Insbesondere: Klassen-, Use-Case und Sequenz-Diagramme o Mit weniger Fokus auf Formalitäten:  Komponenten-,  Deployment-,  Aktivitäts-,  Zustands- und  Kommunikationsdiagramme Sieben Thesen zur Verwendung von UML in der Lehre These 1 - 2 UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 17
18. 3. Die Lehre sollte sich auf die Beherrschung von Einsatzkontexten anstatt von UML-Diagrammtypen fokussieren. Sieben Thesen zur Verwendung von UML in der Lehre These 3 UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 18 UML-Diagramm (Bsp.) Einsatzkontext (Bsp.) Klassendiagramm Fachliches Datenmodell / Domänenmodell Logisches Datenmodell Aktivtitätsdiagramm Nutzungsszenario (Blackbox) Geschäftsprozess (Whitebox) Zustandsdiagramm Fachliche Zustände von Geschäftsobjekten Technische Zustandsfolge (State Machine)
19. 4. Die Fähigkeit zur Auswahl von Modellierungsansätzen sollte gestärkt werden. o UML vs. andere formale Modellierungssprachen o Formal vs. informell 5. Die Modellierungskompetenz sollte auf das Absolventenprofil abgestimmt sein. Sieben Thesen zur Verwendung von UML in der Lehre These 4 - 5 UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 19 Studiengang Berufsbild (Bsp.) Kernkompetenz (Bsp.) Reine Informatik Software-Architektur sicherer Umgang mit Modellierung und Metaebenen Medien- / Wirtschafts- informatik Anwendung Fähigkeit, pragmatisch passende Notation zu wählen Technische Informatik Entwicklung von Echtzeitsystemen Modelle für formale Verifikation und Codegenerierung
20. 6. UML-Ausbildung sollte die Modellierung von Fachlichkeit stärker fokussieren. o Klassendiagramm: Fachliches DM / Domänenmodell  Domain-Driven Design o Zustandsdiagramm: Geschäftsobjekt-Zustände  fachliche Events im System  Design von REST-APIs gemäß CQRS 7. Fokus der Lehre sollte auf Kommunikation und Interaktivität liegen, nicht auf Tools. o Software-Erstellung ist Teamwork o „Whiteboard over UML-Tool“ Sieben Thesen zur Verwendung von UML in der Lehre These 6 - 7 UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 20
21.  Untersuchung weiter vertiefen o Wofür wird UML wie eingesetzt? o Welche Alternativen gibt es?  Ergebnisse stärker systematisieren o Zusammenhänge zwischen Softwareproduktart, Vorgehensmodell, Projektumfang und Einsatz der Modellierung herstellen o Untersuchungen zum Tool-Einsatz und Lebenszyklus der Modell-Artefakte  Kompetenzziele für die Hochschullehre ableiten o Differenzierung nach Studiengang und Ausbildungsstufe (Bachelor/Master) o Berücksichtigung einschlägiger Empfehlungen (z.B. GI)  Entwicklung von didaktischen Konzepten o Was sind geeignete Formen der Wissensvermittlung bzw. interaktiven Wissenserschließung für Modellierung? o Welche Prüfungsformen sind geeignet? Ausblick UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 21
22. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 22
23. Backup UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 23
24. Untersuchung von Hochschul-Abschlussarbeiten Abdeckung von Einsatzkontexten (formal + informell) UML in der Hochschullehre: Eine kritische Reflexion | Anke, Bente SEUH 2019 24