以“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗式社區(qū)農(nóng)場為例的畢業(yè)設(shè)計課題設(shè)計

張 穎，江建慧

（同濟大學 軟件學院，上海 201804）

0 引 言

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)是軟件工程學科一個重要的研究方向[1-2]，也是現(xiàn)今社會上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)最活躍，創(chuàng)造大量社會和經(jīng)濟價值的新型領(lǐng)域。軟件工程專業(yè)的學生具有極大的熱情學習這門科學技術(shù)，為此，軟件工程學科通常開設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、軟件工程、計算機網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、移動計算等課程，這些課程體系有力地支撐著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的教學。為了培養(yǎng)學生的實踐能力，這些課程還包含專門的教學實驗和課程設(shè)計。

畢業(yè)設(shè)計階段是一個培養(yǎng)學生集成應用能力的重要教學階段[3]。在畢業(yè)設(shè)計階段，本科生已經(jīng)完成了各門課程知識的學習，同時具備課程相應的技術(shù)開發(fā)能力，但本科生在將課程間的知識與技術(shù)融會貫通方面仍缺乏足夠的能力，包括協(xié)同設(shè)計和開發(fā)能力。“互聯(lián)網(wǎng)+”項目需要集成多種技術(shù)，為用戶提供多維的服務，然而，目前高校面臨的較為普遍的問題是部分課程及其相應的課程設(shè)計相互孤立，因此，難以培養(yǎng)學生的集成應用能力[4]，學生無法勝任開發(fā)完整的“互聯(lián)網(wǎng)+”項目任務。

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”應用需求分析

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)是一項重要的技術(shù)革命，通過無線或有線的網(wǎng)絡(luò)，將商品或者服務的供應者和消費者聯(lián)系在一起，構(gòu)造一種全新且便捷的渠道，創(chuàng)造社會和經(jīng)濟價值，因此，“互聯(lián)網(wǎng)+”也成為當前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的熱門領(lǐng)域。

分析現(xiàn)實社會的“互聯(lián)網(wǎng)+”應用需求，設(shè)計“互聯(lián)網(wǎng)+”的畢業(yè)設(shè)計課題，需要兼顧多方的需求，如圖1所示。參與畢業(yè)設(shè)計的學生都希望參與貼近現(xiàn)實社會的項目開發(fā)，并且愿意進行團隊協(xié)作開發(fā)，提前適應未來的工作方式；畢業(yè)設(shè)計指導教師需要畢業(yè)設(shè)計項目滿足學校的教學要求，能夠覆蓋相關(guān)課程的核心知識，并且開發(fā)過程有一定的深度和難度；企業(yè)都在進行信息化建設(shè)，離不開使用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，但是他們難以準確描述所需要的“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)。

圖1 畢業(yè)設(shè)計的各方需求

采用“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗式社區(qū)農(nóng)場的畢業(yè)設(shè)計項目作為示例，目的是培養(yǎng)學生的知識和技能的集成應用能力，以及促進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的開展[5]。體驗式社區(qū)農(nóng)場是一種被各地農(nóng)業(yè)扶貧攻堅推廣的新型農(nóng)業(yè)模式，讓消費者參與生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，最后農(nóng)產(chǎn)品直接輸送給消費者。這種農(nóng)場不僅能提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益，增加農(nóng)民收入，而且能讓消費者獲得最新鮮的農(nóng)產(chǎn)品。實現(xiàn)這種農(nóng)場需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，一方面，這種農(nóng)場需要使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)控生態(tài)作物，控制農(nóng)業(yè)種植過程，以提高生產(chǎn)效率；另一方面，農(nóng)場需要具備農(nóng)產(chǎn)品買賣和農(nóng)場租用功能，為消費者和農(nóng)業(yè)工作者提供服務?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”體驗式社區(qū)農(nóng)場的畢業(yè)設(shè)計項目需要滿足上述應用需求。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計課題的設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計是本科生畢業(yè)之前最后一個實踐教學環(huán)節(jié)，也是全面培養(yǎng)和檢驗學生綜合運用學科知識的重要教學過程，因此，軟件工程專業(yè)的“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計課題的設(shè)計必須緊密結(jié)合軟件工程相關(guān)課程知識，并且具有一定的難度和真實性，促使學生深入掌握相關(guān)知識。具體而言，首先需要詳細地分析“互聯(lián)網(wǎng)+”的社會需求，然后細化為明確的項目需求，再篩選出與課程知識相關(guān)的需求點，建立起項目需求與課程知識點之間的映射關(guān)系。一個大的項目可能需要分解成若干個子項目，自然地需要將各課程的相關(guān)知識點融入子項目中，最終形成畢業(yè)設(shè)計任務書。以“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗式社區(qū)農(nóng)場系統(tǒng)為例，設(shè)計“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計的詳細過程如下。首先，設(shè)計“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗式社區(qū)農(nóng)場系統(tǒng)的功能需求，包括信息管理、農(nóng)產(chǎn)品管理、農(nóng)田租賃、個人農(nóng)田詳情、登錄與注冊和日志管理，如圖2所示。這些功能進一步細化，形成明確的功能，如信息管理包括用戶信息和地址信息管理，而農(nóng)產(chǎn)品管理包括瀏覽農(nóng)產(chǎn)品、收藏農(nóng)產(chǎn)品、編輯購物車和訂單管理。其次，按照功能屬于“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)的前端和后端，以及前端的運行平臺，將這些功能需求劃分為互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站、手機APP客戶端、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)后端4個子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的開發(fā)都需要按照軟件工程的流程進行，各子系統(tǒng)開發(fā)所需要的知識分別對應計算機網(wǎng)絡(luò)、移動計算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等課程。最后，將相關(guān)課程知識融入子項目的任務書里。①網(wǎng)站系統(tǒng)主要對應計算機網(wǎng)絡(luò)課程，涉及網(wǎng)頁開發(fā)和組織，但是網(wǎng)頁數(shù)量龐大而且類似，因此還可以將面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想融入該項目中。在任務書中，要求將所有網(wǎng)頁聚類，然后設(shè)計網(wǎng)頁的模板，采用這些模板設(shè)計具體的網(wǎng)頁。②手機APP開發(fā)主要對應移動計算課程，涉及Java移動開發(fā)，需要調(diào)用手機短信庫和WiFi數(shù)據(jù)，還需要與其他平臺進行交互，因此，本項目的任務書包含數(shù)據(jù)流管理的任務，保持與網(wǎng)站數(shù)據(jù)同步更新，同時對數(shù)據(jù)更新添加寫數(shù)據(jù)鎖。③遠程種植控制系統(tǒng)對應物聯(lián)網(wǎng)課程，該項目的任務書包括使用節(jié)點采集數(shù)據(jù)和控制種植操作；實現(xiàn)無線結(jié)點之間的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)的點播、組播和廣播；物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點與遠程終端通過短信或者WiFi進行數(shù)據(jù)通信。④后端系統(tǒng)主要對應數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程，需要進行數(shù)據(jù)設(shè)計覆蓋所有的信息，同時需要明確數(shù)據(jù)之間的ER關(guān)系。由于后端設(shè)計中的IP地址管理比較復雜，任務書要求學生使用云平臺實現(xiàn)后端，而且后端還需要管理“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)中的日志信息。

圖2 “互聯(lián)網(wǎng)+”體驗式社區(qū)農(nóng)場系統(tǒng)的功能需求

3 “互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計課題的實施

同濟大學軟件學院大學四年級的4位學生組成團隊，負責“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗式社區(qū)農(nóng)場系統(tǒng)的開發(fā)。4位學生分別負責“體驗式農(nóng)場”的網(wǎng)站設(shè)計、“體驗式農(nóng)場”的手機APP設(shè)計、遠程種植控制系統(tǒng)和“體驗式農(nóng)場”的后端設(shè)計。首先，根據(jù)軟件工程課程的要求，每位學生都被要求構(gòu)思各自系統(tǒng)的功能需求，并且把這些功能需求寫入各自的畢業(yè)設(shè)計任務書中；其次，負責后端設(shè)計的學生設(shè)計全系統(tǒng)的概要設(shè)計框圖，明確其他系統(tǒng)接入后端的接口，如圖3所示；第三，該學生和其他學生開展討論，確定全系統(tǒng)使用到數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并且約定各系統(tǒng)需要提供的日志信息；最后，該學生需要采用現(xiàn)有商用的云平臺，部署本系統(tǒng)的后端。負責網(wǎng)站設(shè)計的學生明確“體驗式農(nóng)場”系統(tǒng)中農(nóng)產(chǎn)品交易的需求、農(nóng)田租賃需求以及用戶管理需求，設(shè)計各種網(wǎng)站界面，實現(xiàn)這些功能并且設(shè)計全系統(tǒng)一致的界面風格。負責手機APP系統(tǒng)的學生，利用Android手機開發(fā)模板，再現(xiàn)網(wǎng)站中的各種界面。該學生還需要使用Java程序開發(fā)中涉及的系統(tǒng)調(diào)用，讀取手機SIM卡中的短信數(shù)據(jù)庫以及獲取WiFi傳送的數(shù)據(jù)；開發(fā)遠程種植系統(tǒng)的手機操控界面，通過短信數(shù)據(jù)和WiFi數(shù)據(jù)與遠程種植的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行交互。負責遠程種植系統(tǒng)的學生需要完成種植控制節(jié)點的自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集與種植操作的實現(xiàn)以及實現(xiàn)與手機APP的數(shù)據(jù)交互。

在系統(tǒng)開發(fā)階段，組織團隊開展“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計項目是培養(yǎng)本科生團隊協(xié)作能力和訓練系統(tǒng)開發(fā)能力的有效途徑。一方面，課堂上涉及的很多系統(tǒng)開發(fā)問題，只有當開發(fā)多個系統(tǒng)集成的大項目才會出現(xiàn)，因此，有必要進行團隊協(xié)作以解決這些問題。①程序開發(fā)課程中強調(diào)的程序可使用性，在大項目的開發(fā)過程中尤其重要。程序的團隊開發(fā)過程需要按照軟件工程的要求，書寫完整的軟件開發(fā)文檔，然后嚴格執(zhí)行開發(fā)過程。②程序的團隊開發(fā)一定要注意程序中所有的變量與數(shù)據(jù)保持一致，如用于平臺間通信的數(shù)據(jù)必須有統(tǒng)一的格式，多個平臺共用數(shù)據(jù)（訂單）的屬性也必須保持一致。

圖3 “體驗式農(nóng)場”系統(tǒng)的概要設(shè)計框圖

另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計課題需要多平臺協(xié)同完成，程序的開發(fā)過程會有許多實戰(zhàn)中才能遇見的問題，需要團隊協(xié)作解決。①開發(fā)過程需要考慮數(shù)據(jù)流管理。數(shù)據(jù)發(fā)生更新前，需要添加數(shù)據(jù)鎖，避免其他平臺讀入臟數(shù)據(jù)或者其他平臺競爭性寫入數(shù)據(jù)；同時，系統(tǒng)需要動態(tài)刷新顯示數(shù)據(jù)，確保更新后的數(shù)據(jù)同步顯示在各種平臺上。②開發(fā)過程需要考慮程序健壯性的問題。在完成任意操作或者可能出現(xiàn)錯誤的部分，系統(tǒng)需要產(chǎn)生日志信息，后端系統(tǒng)需要妥善管理日志信息，確保系統(tǒng)中的操作（或者故障）可追蹤。

最后需要注意的是，“互聯(lián)網(wǎng)+”項目開發(fā)將會遇見很多困難，不僅需要學生組成團隊協(xié)同攻關(guān)，而且還需要指導老師和其他學生團隊進行協(xié)同攻關(guān)。

4 結(jié) 語

“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計項目的實踐表明，畢業(yè)設(shè)計課題應該有真實的社會需求，這樣才會受到學生的歡迎，進而獲得較好的教學效果；“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域的畢業(yè)設(shè)計課題應盡量設(shè)計成為團隊協(xié)作的項目，以培養(yǎng)學生的團隊協(xié)同攻關(guān)能力。同濟大學軟件學院本科生開發(fā)的“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)交付湖南省某貧困縣的農(nóng)業(yè)企業(yè)使用，受到好評，以此課題為背景的教學改革項目也獲得學校的立項。