基于UML的網絡課程教學系統模型設計＊

董春平

（濰坊學院，山東 濰坊 261061）

隨著信息化教育的飛速發展，網絡課程教學成為當前教學改革的一個重要方向。近年來，數字化校園的不斷推進，以計算機網絡為支撐的教學模式取得了很大的進步。為了能更好地把各種優勢教學資源利用起來，發揮計算機課程的優勢，同時引導學生自主學習，建立了網絡課程教學系統。

本文采用面向對象的軟件分析與設計方法，用統一建模語言UML作為分析設計與描述語言，分析和研究網絡課程教學系統的開發。

1 系統功能分析和模式選取

1.1 系統功能分析

根據網絡課程教學系統的作用，網絡課程教學系統應提供以下方面的功能：

（1）教學資源管理：包括課程公告，教師介紹，課程的最新動態，課程簡介，主講教師簡介，課程大綱，課程教學計劃，課程的進展動態，課件、學習資源，學生信息的導入、修改和刪除，課表發布等。

（2）學生作業管理：包括查看作業庫，作業布置，批改作業，查看作業完成情況，作業情況統計五大模塊等功能。

（3）考試與評價管理：試題庫管理，試卷生成，在線考試，試卷評閱四個模塊。

（4）網上答疑：分自動答疑與人工答疑兩種方式，包括學生提問、教師解答功能。

（5）學習功能：課程選修，學分查詢，課程學習。

（6）討論園地：學生協作切磋的場所，學生可以在全體范圍或所加入的小組范圍內就某一問題展開討論。

1.2 模式選取

通過對系統的功能分析，確定本系統采用基于B／S模式的三層體系結構來實現。

2 需求建模

統一建模語言UML（Unified Modeling Language）是定義良好的、易于表達的、功能較強的且普遍適用的建模語言。它給出了基于UML的精確的元模型定義和UML符號的表示方法。UML應用領域相當廣泛，它可用于建立軟件系統的模型，并且可用于描述非軟件領域內的系統模型以及處理復雜數據的信息相同、具有實時要求的工業系統或工業過程等。其主要作用是描述系統開發過程從需求規約到系統完成測試的全過程。UML通過建立各種類、類之間的關聯、類／對象怎樣相互配合實現系統的動態行為等成分（這些都稱為模型元素）來組建整個模型，刻畫客觀世界。UML提供了各種圖形（如用例圖、類圖、時序圖、協作圖、狀態圖等）來將這些模型元素及其關系可視化，讓人們可以清楚容易地理解模型。

2.1 系統用例圖

利用用例圖對網絡課程教學系統建立模型，初步確定系統用例。系統用例圖提供了軟件系統的高層次的用戶視圖，即站在外部參與者的角度來看系統的使用，描述整個系統所要實現的功能。由系統分析可以得出整個系統的參與者，即教師、學生和管理員。“系統管理員”角色可以進行維護頁面，發布信息，設置權限等；“教學管理人員”角色可以對任課教師的進行課程公告，學生信息的導入、修改和刪除，課表發布等活動；“任課教師”角色可以進行考試與評價管理，發布作業，批改作業，上傳課件，答疑輔導，教學資源發布等活動；“學生”角色可以進行課程選修，學分查詢，課件下載，信息瀏覽，課程學習，作業提交等相應的活動；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；每個橢圓都是一個用例，表示系統的一個功能。

圖1 “老師”用例

2.2 靜態結構模型

系統的靜態結構模型主要由類圖和對象圖組成。類圖描述了系統中的類以及它們相互之間的靜態關系。對象圖描述了在特定時刻存在的諸對象以及它們之間的關系。在建立系統的用例后，需要進一步識別出系統中存在的對象，然后再從對象中抽象出類，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，還要根據自己的需要添加自己特有的屬性和操作，便于以后的開發和維護。

系統設計的核心部分就是類圖設計，根據系統中用例可以確定的系統的類，有學生類、教師類、管理員類，其它相關的類如考試類、課程類、作業信息類等。如圖2所示。

圖2 系統模型的UML類圖

2.3 動態行為模型

對系統對象的靜態建模以后，仍然無法對系統對象的行為和職責進行很清楚的描述，還需要對系統進行動態建模。系統的動態模型主要描述了一系列對象的交互模式，這些相互聯系的對象交互產生行為，從而最終實現系統行為。系統的動態行為用UML中的行為模型視圖描述，常用的有序列圖、協作圖、狀態圖和活動圖。在分析和設計系統過程中對主要的用例和類繪制這些圖形，其目的是對系統的行為進行分析，對系統的靜態建模進行驗證和修改，來滿足用戶的需求，從而實現系統的預期目標。在系統開發過程中主要用到了序列圖和活動圖。序列圖按時間次序描述系統中各對象之間的消息交互，其中，參加交互的各個對象沿橫軸排列，對象發送和接收的消息沿縱軸方向按時間順序從上到下放置，清晰地描述了隨時間順序推移的控制流軌跡。在建立動態行為模型過程中，除了用時序圖來為用例建立交互作用圖外，還應該建立具有表達復雜狀態變化的狀態圖。活動圖是狀態圖的一種特殊形式，用來描述各對象活動順序關系所遵循的規則，重點表現的是系統的行為。網絡課程教學系統中用例非常多，所能畫的活動圖也比較多。以學生完成作業為例，其主要過程是：學生使用自己的學號登陸網絡課程，進入網上作業界面，查找新發布的作業信息；若有則選擇新發布的作業；完成后通過作業提交模塊提交自己的作業；然后繼續查找；若沒有則查看作業評語和成績。

3 網絡課程教學系統的實現

網絡課程教學系統軟件采用基于B／S（Browser／Server）的模式結構，它利用現有的Internet／Web技術，將應用程序放在Web服務器上，客戶端統一用Web瀏覽器來訪問Web服務器及其相連的后臺數據庫服務器，從而彌補了傳統教學模式的不足；采用ASP和C＃ 作為開發工具，SQL Server 2000為數據庫服務器，負責后臺數據處理。在硬件處理上采用系統分層，每層分配若干服務器目的是為了均衡負載。數據中心服務器的均衡可采用分布式存儲數據的策略，將普通數據存儲和文件數據存儲分配給不同的服務器來負責完成；而對于Web服務器的均衡處理可采用輪叫調度算法，均衡系統中Web服務的數據流量，從而有效提高系統服務器吞吐性。

4 結束語

本文通過對網絡課程教學系統設計模式研究，采用面向對象的分析和設計方法，利用UML建模技術，通過系統的功能需求分析研究，得出系統的靜態模型和動態模型。使用UML的建模方法，優化了軟件開發的進程，提高了軟件開發的質量和效率，降低了開發的復雜性，同時也確保了了整個系統框架設計中的正確性，減少了軟件系統開發的風險。隨著網絡信息化的不斷發展，網絡課程教學系統具有廣闊的發展空間。目前，UML已成為面向對象技術領域內占主導地位的標準建模語言，已被越來越多的公司和個人所接受和使用。

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

［2］李琦.網絡考試系統的 UML建模［J］.科技信息，2008，（35）：400－401.