基于UML的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)＊

董春平

（濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261061）

隨著信息化教育的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)成為當(dāng)前教學(xué)改革的一個(gè)重要方向。近年來(lái)，數(shù)字化校園的不斷推進(jìn)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為支撐的教學(xué)模式取得了很大的進(jìn)步。為了能更好地把各種優(yōu)勢(shì)教學(xué)資源利用起來(lái)，發(fā)揮計(jì)算機(jī)課程的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，建立了網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)。

本文采用面向?qū)ο蟮能浖治雠c設(shè)計(jì)方法，用統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML作為分析設(shè)計(jì)與描述語(yǔ)言，分析和研究網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)。

1 系統(tǒng)功能分析和模式選取

1.1 系統(tǒng)功能分析

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)的作用，網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)提供以下方面的功能：

（1）教學(xué)資源管理：包括課程公告，教師介紹，課程的最新動(dòng)態(tài)，課程簡(jiǎn)介，主講教師簡(jiǎn)介，課程大綱，課程教學(xué)計(jì)劃，課程的進(jìn)展動(dòng)態(tài)，課件、學(xué)習(xí)資源，學(xué)生信息的導(dǎo)入、修改和刪除，課表發(fā)布等。

（2）學(xué)生作業(yè)管理：包括查看作業(yè)庫(kù)，作業(yè)布置，批改作業(yè)，查看作業(yè)完成情況，作業(yè)情況統(tǒng)計(jì)五大模塊等功能。

（3）考試與評(píng)價(jià)管理：試題庫(kù)管理，試卷生成，在線考試，試卷評(píng)閱四個(gè)模塊。

（4）網(wǎng)上答疑：分自動(dòng)答疑與人工答疑兩種方式，包括學(xué)生提問、教師解答功能。

（5）學(xué)習(xí)功能：課程選修，學(xué)分查詢，課程學(xué)習(xí)。

（6）討論園地：學(xué)生協(xié)作切磋的場(chǎng)所，學(xué)生可以在全體范圍或所加入的小組范圍內(nèi)就某一問題展開討論。

1.2 模式選取

通過對(duì)系統(tǒng)的功能分析，確定本系統(tǒng)采用基于B／S模式的三層體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 需求建模

統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML（Unified Modeling Language）是定義良好的、易于表達(dá)的、功能較強(qiáng)的且普遍適用的建模語(yǔ)言。它給出了基于UML的精確的元模型定義和UML符號(hào)的表示方法。UML應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，它可用于建立軟件系統(tǒng)的模型，并且可用于描述非軟件領(lǐng)域內(nèi)的系統(tǒng)模型以及處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的信息相同、具有實(shí)時(shí)要求的工業(yè)系統(tǒng)或工業(yè)過程等。其主要作用是描述系統(tǒng)開發(fā)過程從需求規(guī)約到系統(tǒng)完成測(cè)試的全過程。UML通過建立各種類、類之間的關(guān)聯(lián)、類／對(duì)象怎樣相互配合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為等成分（這些都稱為模型元素）來(lái)組建整個(gè)模型，刻畫客觀世界。UML提供了各種圖形（如用例圖、類圖、時(shí)序圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖等）來(lái)將這些模型元素及其關(guān)系可視化，讓人們可以清楚容易地理解模型。

2.1 系統(tǒng)用例圖

利用用例圖對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)建立模型，初步確定系統(tǒng)用例。系統(tǒng)用例圖提供了軟件系統(tǒng)的高層次的用戶視圖，即站在外部參與者的角度來(lái)看系統(tǒng)的使用，描述整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能。由系統(tǒng)分析可以得出整個(gè)系統(tǒng)的參與者，即教師、學(xué)生和管理員。“系統(tǒng)管理員”角色可以進(jìn)行維護(hù)頁(yè)面，發(fā)布信息，設(shè)置權(quán)限等；“教學(xué)管理人員”角色可以對(duì)任課教師的進(jìn)行課程公告，學(xué)生信息的導(dǎo)入、修改和刪除，課表發(fā)布等活動(dòng)；“任課教師”角色可以進(jìn)行考試與評(píng)價(jià)管理，發(fā)布作業(yè)，批改作業(yè)，上傳課件，答疑輔導(dǎo)，教學(xué)資源發(fā)布等活動(dòng)；“學(xué)生”角色可以進(jìn)行課程選修，學(xué)分查詢，課件下載，信息瀏覽，課程學(xué)習(xí)，作業(yè)提交等相應(yīng)的活動(dòng)；通過分析，可畫出如圖1所示的“教師”UML用例圖，其中人形圖表示用戶角色；每個(gè)橢圓都是一個(gè)用例，表示系統(tǒng)的一個(gè)功能。

圖1 “老師”用例

2.2 靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型

系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型主要由類圖和對(duì)象圖組成。類圖描述了系統(tǒng)中的類以及它們相互之間的靜態(tài)關(guān)系。對(duì)象圖描述了在特定時(shí)刻存在的諸對(duì)象以及它們之間的關(guān)系。在建立系統(tǒng)的用例后，需要進(jìn)一步識(shí)別出系統(tǒng)中存在的對(duì)象，然后再?gòu)膶?duì)象中抽象出類，并確定共同的屬性和操作，并把這些共同的屬性和操作放在父類中，其余的類作為子類并且要繼承父類的屬性和操作，還要根據(jù)自己的需要添加自己特有的屬性和操作，便于以后的開發(fā)和維護(hù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分就是類圖設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)中用例可以確定的系統(tǒng)的類，有學(xué)生類、教師類、管理員類，其它相關(guān)的類如考試類、課程類、作業(yè)信息類等。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)模型的UML類圖

2.3 動(dòng)態(tài)行為模型

對(duì)系統(tǒng)對(duì)象的靜態(tài)建模以后，仍然無(wú)法對(duì)系統(tǒng)對(duì)象的行為和職責(zé)進(jìn)行很清楚的描述，還需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型主要描述了一系列對(duì)象的交互模式，這些相互聯(lián)系的對(duì)象交互產(chǎn)生行為，從而最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)行為。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為用UML中的行為模型視圖描述，常用的有序列圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖和活動(dòng)圖。在分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程中對(duì)主要的用例和類繪制這些圖形，其目的是對(duì)系統(tǒng)的行為進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)建模進(jìn)行驗(yàn)證和修改，來(lái)滿足用戶的需求，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)。在系統(tǒng)開發(fā)過程中主要用到了序列圖和活動(dòng)圖。序列圖按時(shí)間次序描述系統(tǒng)中各對(duì)象之間的消息交互，其中，參加交互的各個(gè)對(duì)象沿橫軸排列，對(duì)象發(fā)送和接收的消息沿縱軸方向按時(shí)間順序從上到下放置，清晰地描述了隨時(shí)間順序推移的控制流軌跡。在建立動(dòng)態(tài)行為模型過程中，除了用時(shí)序圖來(lái)為用例建立交互作用圖外，還應(yīng)該建立具有表達(dá)復(fù)雜狀態(tài)變化的狀態(tài)圖?；顒?dòng)圖是狀態(tài)圖的一種特殊形式，用來(lái)描述各對(duì)象活動(dòng)順序關(guān)系所遵循的規(guī)則，重點(diǎn)表現(xiàn)的是系統(tǒng)的行為。網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)中用例非常多，所能畫的活動(dòng)圖也比較多。以學(xué)生完成作業(yè)為例，其主要過程是：學(xué)生使用自己的學(xué)號(hào)登陸網(wǎng)絡(luò)課程，進(jìn)入網(wǎng)上作業(yè)界面，查找新發(fā)布的作業(yè)信息；若有則選擇新發(fā)布的作業(yè)；完成后通過作業(yè)提交模塊提交自己的作業(yè)；然后繼續(xù)查找；若沒有則查看作業(yè)評(píng)語(yǔ)和成績(jī)。

3 網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)軟件采用基于B／S（Browser／Server）的模式結(jié)構(gòu)，它利用現(xiàn)有的Internet／Web技術(shù)，將應(yīng)用程序放在Web服務(wù)器上，客戶端統(tǒng)一用Web瀏覽器來(lái)訪問Web服務(wù)器及其相連的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足；采用ASP和C＃ 作為開發(fā)工具，SQL Server 2000為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理。在硬件處理上采用系統(tǒng)分層，每層分配若干服務(wù)器目的是為了均衡負(fù)載。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的均衡可采用分布式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的策略，將普通數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分配給不同的服務(wù)器來(lái)負(fù)責(zé)完成；而對(duì)于Web服務(wù)器的均衡處理可采用輪叫調(diào)度算法，均衡系統(tǒng)中Web服務(wù)的數(shù)據(jù)流量，從而有效提高系統(tǒng)服務(wù)器吞吐性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式研究，采用面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)方法，利用UML建模技術(shù)，通過系統(tǒng)的功能需求分析研究，得出系統(tǒng)的靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。使用UML的建模方法，優(yōu)化了軟件開發(fā)的進(jìn)程，提高了軟件開發(fā)的質(zhì)量和效率，降低了開發(fā)的復(fù)雜性，同時(shí)也確保了了整個(gè)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)中的正確性，減少了軟件系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展空間。目前，UML已成為面向?qū)ο蠹夹g(shù)領(lǐng)域內(nèi)占主導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，已被越來(lái)越多的公司和個(gè)人所接受和使用。

［1］徐寶文，周毓明，盧紅敏.UML與軟件建模［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［2］李琦.網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的 UML建模［J］.科技信息，2008，（35）：400－401.