基于UML的智能評閱系統(tǒng)的建模研究*

肖租秀 ，馮菊香

（1.玉林師范學(xué)院，廣西 玉林 537000；2.桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

智能評閱已成為在線考試系統(tǒng)、網(wǎng)上作業(yè)自動評閱的關(guān)鍵技術(shù)之一，傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)集成分析設(shè)計(jì)方法已難以保證質(zhì)量和效率。基于智能評閱系統(tǒng)自身要求和UML具有面向?qū)ο蟆⒖梢暬ⅹ?dú)立性強(qiáng)及易于掌握使用等特點(diǎn)，利用UML描述系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題與細(xì)節(jié)，對智能評閱系統(tǒng)建模進(jìn)行研究，完成智能評閱系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。

1 UML的概述

統(tǒng)一建模語言UML(Unified Modeling Language)是面向?qū)ο蠹夹g(shù)發(fā)展的最新成果，對目前面向?qū)ο蟮姆椒?如 DOSE、OMT和 Booch等)進(jìn)行了統(tǒng)一，其融合了組件技術(shù)、分布式計(jì)算等熱門技術(shù)成果，是編制系統(tǒng)藍(lán)圖所使用的標(biāo)準(zhǔn)化語言。為適應(yīng)未來軟件工程發(fā)展要求，為軟件系統(tǒng)的可視化分析、構(gòu)建以及文檔的產(chǎn)生提供了一致的語言[1]。

UML通過三類模型描述圖來建立系統(tǒng)模型：合作圖(描述對象之間的交互關(guān)系以及對象之間的聯(lián)系)、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖(對象圖、類圖、組件圖、配置圖)和動態(tài)行為圖(順序圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖、活動圖)。這些圖的使用，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化，更易理解。UML包含七個事務(wù)：類、對象、接口、包、用例、組件及節(jié)點(diǎn)。關(guān)系與事務(wù)都在模型描述圖中以圖表示。UML適用于各種規(guī)模的系統(tǒng)開發(fā)，能促進(jìn)軟件復(fù)用，集成已有系統(tǒng)并有效減少開發(fā)風(fēng)險。

2 基于UML的智能評閱系統(tǒng)的建模過程

智能評閱系統(tǒng)對學(xué)生平時學(xué)習(xí)成績進(jìn)行檢測和反饋，具備學(xué)生網(wǎng)上考試及教師網(wǎng)上評閱的功能，提升了工作效率和教學(xué)質(zhì)量，降低了教學(xué)成本。為保證系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，為系統(tǒng)建立一個完善的模型至關(guān)重要。

本系統(tǒng)建模采用可視化的建模設(shè)計(jì)工具Rational Rose，可將 UML 模型直接轉(zhuǎn)換為高級語言代碼，從而節(jié)約開發(fā)時間，減少軟件代碼錯誤率。具體建模過程主要有需求分析、建立系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)模型等過程。

2.1 系統(tǒng)需求分析

需求分析是軟件開發(fā)最為關(guān)鍵的一步。利用UML中的用例圖對智能評閱系統(tǒng)的用戶需求進(jìn)行捕捉，從用戶的角度對系統(tǒng)功能需求進(jìn)行描述。

智能評閱系統(tǒng)必須包含試題庫、答卷庫及成績庫等核心數(shù)據(jù)庫管理功能，內(nèi)置明細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)及詳細(xì)的閱卷分析。系統(tǒng)由身份識別、試卷生成管理、網(wǎng)上考試、自動閱卷管理、成績查詢、教師統(tǒng)計(jì)分析管理和信息發(fā)布模塊七個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)下面都可以包含數(shù)據(jù)處理、查詢統(tǒng)計(jì)、報表打印等功能。該系統(tǒng)具備網(wǎng)上登錄、在線考試及評閱和成績管理功能。

下面是詳細(xì)的需求分析。

(1)與網(wǎng)上登錄相關(guān)的需求。系統(tǒng)用戶主要由系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生和教務(wù)管理員等多角色用戶管理。系統(tǒng)管理員擁有對各用戶進(jìn)行增加、刪除、修改以及權(quán)限分配的權(quán)力。任課教師對該班學(xué)生用戶進(jìn)行增加、刪除、修改；教務(wù)管理員由各院系負(fù)責(zé)教學(xué)的教務(wù)員進(jìn)行管理。

(2)與在線考試相關(guān)的需求。包含試題庫管理、設(shè)置試題屬性、組卷管理。其中試題根據(jù)不同的考試科目與題目類型建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，進(jìn)行自行組卷。試題屬性則應(yīng)設(shè)置試題的難度、區(qū)分度、曝光度、出題時間、知識點(diǎn)、題型等多個屬性，以確保試題易于區(qū)分與歸類。組卷管理中教師應(yīng)設(shè)定題目類型、題型數(shù)量、不同題型題目分值和試題難易程度等若干參數(shù)，試卷由系統(tǒng)自動出卷生成。考生必需登錄考試界面身份驗(yàn)證無誤后才能進(jìn)入在線考試。考試結(jié)束后，系統(tǒng)應(yīng)自動保存時間并強(qiáng)制交卷。為防止考試過程中意外情況的發(fā)生，系統(tǒng)應(yīng)對試卷每5分鐘進(jìn)行自動保存，以保證考試的公平。

(3)與評閱相關(guān)的需求。考生提交試卷后，系統(tǒng)自動對考生的試卷進(jìn)行評分。試卷題型包括客觀題和主觀題，計(jì)算機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動閱卷或者提供評分參考。為確保評閱結(jié)果正確性，系統(tǒng)應(yīng)具備教師登錄后可手動選擇主觀題閱卷的功能，批閱時教師既能看到學(xué)生的答案及正確答案，又能看到電腦智能評分給出的分值，教師再根據(jù)這些信息進(jìn)行比對或修改分值。

(4)與成績管理相關(guān)的需求。計(jì)算機(jī)自動生成每個考生的成績，結(jié)果保存于不同考生的成績數(shù)據(jù)庫，考生依據(jù)權(quán)限，在規(guī)定時間內(nèi)可對自己的成績、試卷等信息進(jìn)行查詢。而試卷統(tǒng)計(jì)分析中，教師可對一個班級的成績進(jìn)行全面的分析，如平均分、考分分值分布等。同時，系統(tǒng)能自動對試卷整體情況進(jìn)行分析，如難度分析、區(qū)分度分析、信度分析、效度分析等。

2.2 模型建立

在充分獲得功能需求的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)建模的第一步驟就是建立用例模型。確定參與者，對其進(jìn)行用例定義，從而建立完善的用例模型。

2.2.1 用例建模

為了從用戶的觀點(diǎn)來描述系統(tǒng)功能，并把此功能完整表述出來，須建立用例模型。根據(jù)用戶需求對整個系統(tǒng)進(jìn)行定義用例，即劃分系統(tǒng)功能模塊、確定系統(tǒng)的功能需求、通過系統(tǒng)功能確立系統(tǒng)的用例模型。

確定參與者是建立用例模型的關(guān)鍵。智能評閱系統(tǒng)的參與者是系統(tǒng)管理員、教師、教務(wù)管理員和學(xué)生。其中，學(xué)生、教師和教務(wù)管理員有多個，系統(tǒng)管理員只有一個。在角色明確后，根據(jù)系統(tǒng)需求分析設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總用例圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總用例圖

智能評閱系統(tǒng)相關(guān)用例具體如下：

(1)系統(tǒng)管理員相關(guān)用例：用戶管理和服務(wù)器管理。其負(fù)責(zé)更改用戶的權(quán)限、日志維護(hù)、增加用戶、刪除用戶和管理系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)等。

(2)教師相關(guān)用例：出題、題庫管理、組卷管理、閱卷管理、試卷分析和評教查詢。其作用是建立和修改個人信息、試題庫、設(shè)置組卷參數(shù)、修改部分試卷和分?jǐn)?shù)、考試成績管理、評教查詢等。

(3)教務(wù)管理員相關(guān)的用例：用戶管理和題庫管理。它們管理考試基本信息以及維護(hù)數(shù)據(jù)庫等。

(4)學(xué)生相關(guān)用例：網(wǎng)上考試、評教查詢和成績查詢。其功能為學(xué)生考試以及對教師評教輸入、個人信息的錄入與查詢等。

2.2.2 靜態(tài)建模

建立靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型是系統(tǒng)建模的第二步。依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從靜態(tài)觀點(diǎn)描述系統(tǒng)的視圖，稱為靜態(tài)模型。靜態(tài)模型是指類及類之間的相互關(guān)系和類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它主要定義系統(tǒng)中的對象、類的屬性和操作。在智能評閱系統(tǒng)中存在各種各樣的類，分為報表類、學(xué)生類、教師類和系統(tǒng)管理員類。

在UML中，類用一個分成三部分的矩形來表示，從上到下分別為：類名稱、類屬性和方法。圖2所示為“教師”類的類圖。其中teaID是教師編號，teaName是教師姓名，teaSex是教師性別，depID是教師所在部門編號等類屬性，包含教師的一些最基本的信息。teaID是教師類中的關(guān)鍵字。

圖2 “教師”類圖

2.2.3 動態(tài)建模

建立動態(tài)行為模型是系統(tǒng)建模的第三步。動態(tài)建模的前提是必須在系統(tǒng)靜態(tài)建模建立之后才能進(jìn)行。它描述如何完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，通過合理正確使用順序圖、活動圖、狀態(tài)圖和協(xié)作圖等作圖方法，從不同角度描述對象和對象之間的一種交互活動，最終得到動態(tài)行為模型。

交互關(guān)系在順序圖中用一個二維圖表示。縱向是時間軸，時間沿豎線向下延伸。橫向軸表示在協(xié)作中各獨(dú)立對象的類元角色(用生命線表示)。角色以哪種形式存在，主要是看生命線的表示。生命線是一條虛線時，表示對象存在；生命線是一雙線時，表示對象的過程處于激活狀態(tài)。在順序圖的實(shí)際創(chuàng)建中，用從一個對象的生命線到另一個對象生命線的箭頭表示消息。箭頭以時間順序從上到下排列。

圖3給出了智能評閱中教師的順序圖。教師在輸入用戶名和密碼后，身份識別模塊根據(jù)信息正確與否決定是否讓其進(jìn)行登錄系統(tǒng)。若用戶名和密碼正確，則進(jìn)入教師主界面。教師可以在試題數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行試題的錄入，并進(jìn)行選擇組卷，同時可對試卷信息與題量進(jìn)行設(shè)置，也可以在學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)分析模塊中對學(xué)生所取得的成績進(jìn)行分析與點(diǎn)評，同時利用信息發(fā)布模塊對一些需要重點(diǎn)點(diǎn)評題進(jìn)行信息的發(fā)布。

在動態(tài)行為模型中，描述對象之間的交互活動的另一種表現(xiàn)形式是狀態(tài)圖，它通過建立類對象的生存周期模型來描述對象隨時間變化的動態(tài)行為。其建模步驟主要為：(1)確定對象；(2)確定對象的起始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)；(3)確定控制狀態(tài)；(4)尋找狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換；(5)補(bǔ)充引起轉(zhuǎn)換的事件；(6)用UML建模工具畫狀態(tài)圖及補(bǔ)充必要的文檔。

下面以學(xué)生考試作為對象，考生輸入登錄信息為起始狀態(tài)，輸入信息錯誤退出及最終交卷為結(jié)束狀態(tài)，對其進(jìn)行狀態(tài)圖的分析。

(1)考生登錄操作。輸入考生信息，若登錄信息正確則進(jìn)入系統(tǒng)，否則退出登錄。

(2)進(jìn)入考試系統(tǒng)后，考生選擇考試科目，信息正確則進(jìn)入考試界面，否則提示錯誤信息，重新回到選擇考試信息界面進(jìn)行選擇。

(3)由于考試系統(tǒng)有自動計(jì)時功能，故在考試過程中，系統(tǒng)會提示考生還剩余多少時間，同時還可判斷考試時間是否在考試狀態(tài)中。若非0，考生則可繼續(xù)答題或提前交卷；若為0，則表示考試時間結(jié)束，系統(tǒng)會自動強(qiáng)制交卷，考試結(jié)束。

2.2.4 智能評閱的實(shí)現(xiàn)及測試

系統(tǒng)建模最后一個步驟就是檢查系統(tǒng)的一致性，檢查系統(tǒng)是否達(dá)到預(yù)期需求，是否與靜態(tài)模型中的用例屬性一致及是否與動態(tài)模型中的行為相吻合。通過系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、測試進(jìn)行驗(yàn)證。

圖3 智能評閱中教師的順序圖

在UML中，描述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有組件圖和配置圖兩種機(jī)制，組件圖主要顯示系統(tǒng)軟件方面的邏輯結(jié)構(gòu)，以顯示系統(tǒng)組件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系為主要目的。配置圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)，其主要目的是說明如何配置系統(tǒng)的軟件和硬件。經(jīng)過比較細(xì)致的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)模型在具體的環(huán)境中得以實(shí)現(xiàn)。同時，UML建模工具Rational Rose則根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)件圖生成系統(tǒng)的框架代碼及可執(zhí)行程序和軟件文檔，完成代碼編寫，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

系統(tǒng)測試是系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵步驟，包括鏈接測試、性能測試和安全性測試。安全性測試包括用戶身份認(rèn)證測試、網(wǎng)絡(luò)安全性測試以及數(shù)據(jù)庫安全測試。這幾種測試對保證系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性具有至關(guān)重要的作用，是對系統(tǒng)開發(fā)過程中的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)施的最后復(fù)查，通過各種專業(yè)的測試和周密的排錯，最大程度地保證一個無錯的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，從而符合預(yù)定要求。

本文主要從構(gòu)建智能評閱系統(tǒng)的角度對系統(tǒng)進(jìn)行UML建模，重點(diǎn)分析了智能評閱系統(tǒng)的構(gòu)建問題。其實(shí)際開發(fā)過程涉及主觀題的自動批閱，對系統(tǒng)在語義方面的匹配要求較高，使得該系統(tǒng)的開發(fā)較為復(fù)雜。隨著人工智能、模式識別及自然語言理解等諸多技術(shù)的快速發(fā)展，智能評閱系統(tǒng)各方面功能將會進(jìn)一步完善，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

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