基于CDIO的Access課程實驗系統設計與實現

張永恒，艾曉燕

（榆林學院 信息工程學院，陜西 榆林 719000）

CDIO工程教育模式體現了近年來國際工程教育改革的最新成果，也是我國高等教育改革向職業教育轉型過程中，培養應用型和技能型人才的一個主流方向，“CDIO”代表構思（Conceive）、 設 計 （Design）、 實 現 （Implement） 和 運 作（Operate），是以“做中學”和“基于項目的學習”為核心基礎理念的教學模式。《Access數據庫程序設計》作為數據庫技術的入門課程，是諸多高校非計算機專業公共計算機教學第二層次的必修課程，也是部分高校計算機相關專業的必修課程，并且也是本校重點建設的校級精品資源共享課程，其教學目的主要是使學生掌握Access2010數據庫的操作，熟悉面向對象程序設計的基本方法，培養學生的計算思維和一定的數據庫設計能力，具備開發小型數據庫應用系統以解決實際問題的能力，鍛煉其項目思維和動手實踐的職業技能，進而激發學生的創新意識。ACCESS課程的教學目標與CDIO工程教育的目標和理念相一致，而實驗教學不僅是ACCESS課程教學體系的重要組成，也是學生將所學知識轉化為能力的重要環節，上機實驗教學的成效直接關乎學生掌握計算機知識的程度和動手能力的養成。

在ACCESS實驗教學中通過引入基于CDIO理念設計的ACCESS實驗系統，構建“教、學、做”一體的新型實驗教學模式，使CDIO與ACCESS實驗課程教學有機結合，加強了ACCESS課程學習與項目設計的相互聯系，學生在接近實際的項目實訓過程中“做中學，學中做”，實現了“從實踐出發，上升至理論，再回到實際操作，創作出最終產品”的CDIO教育模式過程，不僅能夠有效促進學生掌握基礎知識，建立系統完整的知識體系，極大地提高其學習的積極性和主動性，而且能夠提高其自我學習能力、實踐能力、團隊協作與溝通能力，學生的職業技能也得以提升；另一方面還能夠提高實驗環節的教學質量和管理效率。

文中結合本校實際情況，根據對Access數據庫程序設計課程上機實驗過程的深入分析，介紹了基于CDIO工程教育理念B/S程序開發結構的上機實驗系統設計，及按照MVC模式開發的系統的實現過程。

1 系統主要功能模塊分析

1.1 系統總體思想

ACCESS實驗系統在進行總體分析時，就要考慮將CDIO工程教育的理念融入到實驗教學過程，并體現在系統功能中，因此，將實驗過程分解為“學”、“做”、“測”以及綜合項目訓練4個環節。

“學”的環節屬于基于知識點的設計性實驗案例學習，教師按教材分章進行組織案例和實驗題目，學生可在校園網內隨時隨地學習相關案例。在案例學習環節中，首先，由教師根據教學重點和教學難點提煉出知識點，并進行總結介紹；其次，精心設計案例，提出所要解決的實際問題，對其進行文字說明和圖片靜態展示；再次，給出思路分析和算法流程圖；之后，較為詳細地描述解決該問題的步驟與過程；最后，給出ACCESS數據庫文件，學生可演示運行示范工程項目，并從中進行知識點分析，總結知識體系，從而能舉一反三。

“做”的環節屬于課內設計性實驗，在接受教學實例的學習引導后，要求學生在所有免費開放的機房或安裝有ACCESS環境的學生個人計算機上完成，也可以在相關實驗課上進行編程調試。對該部分實驗案例的成果，要求學生在規定時間內進行提交并由教師進行成績評定，計入實驗作業成績。

在“做中學”的過程中，教師也要注重對學生進行“提出問題、分析問題、解決問題”的思維訓練，學生要養成項目開發完整過程的系統思維能力，并逐步提高其個人能力與職業技能。

“測”的環節分為學生自測和統一的階段評測，對于學生自測沒有任何限制，學生可以隨意練習，鞏固知識，而統一的階段評測則是由教師組題，學生在實驗課上當堂提交，成績作為實驗成績的重要依據。

綜合項目訓練環節則要求講授到一定階段后按專業班級選取不同類型的案例給學生布置，并進行小組劃分，學生自己安排團隊內的分工，并將“構思、設計、實現和運作”四階段融入到項目開發過程中，在項目完成后進行集體匯報，由教師進行評分并總結，成績計入實驗成績。

1.2 系統功能分析

根據系統的總體目標和建設思想，ACCESS上機實驗系統的功能主要由基本信息管理、成績評定管理、用戶權限管理、分章實驗管理、綜合實驗管理5個部分組成。基本信息管理用于設置學生、班級、教師等基本信息，成績評定管理則是教師對實驗結果給予成績評定，用戶權限實現不同用戶訪問系統時的合法性控制，分章實驗管理完成教師進行案例項目、實驗項目、測試題庫等相關管理，以及學生進行案例學習、做實驗、上傳結果文件、課后隨機測驗等業務需求，綜合實驗管理完成對大項目實訓的管理。系統應具備的具體功能如圖1所示。

圖1 功能組成圖Fig.1 Functional components

1.3 系統主要用例分析

在Access上機實驗教學活動中，各項業務活動主要圍繞著教師和學生這兩個角色（Actor）進行，也包括管理員這一角色（Actor），這三類角色在登錄后根據每個角色不同的權限分別進入不同的頁面，完成各自相應的操作功能。管理員成功登錄后可以設置教師、學生、班級的信息。教師登錄后可修改密碼、進行案例定制管理、實訓項目的增刪改查、學生實訓成果文件查看和實驗成績評定。學生登錄后可修改密碼、選擇案例進行學習，然后查看實驗項目，在做完實驗后提交實驗結果，也可以參與模擬測驗練習和進行統一組織的階段測試等。

根據以上流程分析，對系統的教師、學生和管理員3個角色進行用例圖設計，主要的系統用例圖如圖2所示。

圖2 系統用例圖Fig.2 Use Case diagram

2 系統功能結構設計

2.1 系統的架構設計

軟件架構設計是基于軟件需求分析下的一項基礎設計工作，在架構設計時，一般要先確定系統的技術體系，ACCESS實驗系統確定采用B/S開發模式；再根據技術體系把業務模型部署到硬件設備上，形成物理模型，本系統部署校園網內，其物理模型如圖3所示。

圖3 系統物理模型圖Fig.3 System physicsmodeldiagram

依據分層設計理論，為提高軟件重用性，降低各部分之間的耦合，將系統劃分為表現層、業務邏輯層和數據層。客戶端使用瀏覽器，并應該安裝Access2010環境；表示層提供用戶WEB界面的顯示并實現和用戶交互操作；業務層封裝了上機實驗核心業務邏輯的處理；數據層則是用于提供與數據庫進行的交互。最終形成了本系統的系統模型，系統架構模型如圖4所示。

圖4 系統架構模型圖Fig.4 System architecturemodeldiagram

在進一步的設計過程中，確定系統基于JSP設計模式Ⅱ進行開發，由于JSP模式Ⅱ是基于MVC架構的設計模式，因此本系統嚴格遵循MVC設計模式，細化設計為“B”層、“V”層、“C”層、“M”層和“D”層，其分別表示瀏覽器、MVC 的視圖層、MVC的控制器層、MVC的模型層 （業務邏輯）、DAO數據持久層。其中，MVC的控制器僅完成轉發，既不參與業務邏輯的任何實現，也不允許對數據持久層進行訪問，這樣構造的表現層層次清晰、耦合度降低、可讀性較好。

2.2 系統的數據模型設計

系統不同層次之間的數據交互和傳遞離不開業務實體，其在數據庫中的表現形式就是所謂的關系數據。通過深入分析，本實驗系統應構建8個業務實體，主要包括用戶基本信息、用戶權限信息、班級信息、章節信息、案例信息、實驗項目信息、學生實驗成果信息實體、學生實驗成績信息等，各實體模型具體的含義介紹如下：

1)用戶：主要屬性有編號、姓名、密碼、聯系電話、QQ號碼、用戶類別等。

2)權限：主要屬性有編號、模塊名稱、權限分配、權限類別。

3)班級：主要屬性有班級編號（取自類別為學生的用戶編號前6位）、班級名稱、所屬院系。

4)章節：主要屬性有章節編號、章名稱等。

5)案例：主要屬性有案例編號、章節編號、知識點、案例名稱、案例描述、算法分析、操作指南、演示文件、附加圖片等。

6)任務：主要屬性有任務編號、任務名稱、任務描述、所屬章節、相關知識點、類似案例。

7)成果：主要屬性有成果編號、用戶編號、任務編號、文件名稱、存儲路徑、提交時間等。

8)成績：主要屬性有用戶編號、任務編號、成績、日期等。

3 系統實現關鍵技術

3.1 業務系統實現

一個軟件系統是由功能“模塊”組成的，系統的每一個功能又往往最終可以歸結為在一定條件下的、對業務實體的“增刪改查”基本操作，如案例管理功能，就可以劃分為案例添加、案例刪除、案例修改、顯示全部案例、按章顯示案例、按條件查找案例等操作，這些操作就是“模塊”。實現每一個模塊，并將它們通過主界面集成為一體，業務系統就基本實現了。系統總體操作流程如圖5所示。

圖5 系統操作流程圖Fig.5 System operating processdiagram

本系統的各個模塊采用MVC模式實現，每個模塊又由界面、控制器、邏輯處理、數據訪問、業務實體等組成，由JSP、Servlet、業務邏輯Javabean、DAO操作類、實體類等分別加以實現，在實現過程中面向接口編程，將業務邏輯類、DAO類又分解為接口類和實現類分別實現。

3.2 主要模塊實現

不同用戶因為有不同的操作，因此可以有不同的主界面，這些主界面一般通過共同的登錄接口進行跳轉。在各自的主界面里，需要布局每個模塊的操作鏈接，并在操作結束之后根據需要返回各自的主界面。本系統各個主界面功能區域基本上劃分為兩個區，左側布局為導航區，實現章節和案例選擇導航、綜合項目導航，或者基本信息管理等操作，右側布局為對應導航下的結果顯示區，對于查詢結果則又添加了“增刪改”操作。學生用戶的主界面如圖6所示。

4 結論

本系統基于JSP技術Model2開發模式開發，在ACCESS實驗系統的分析設計中引入CDIO工程教育思想，使CDIO與ACCESS實驗課程教學有機結合，實現了用戶登錄模塊、修改密碼模塊，實現了學生學習案例、接受實驗任務、網絡測試、提交成果等模塊，以及教師管理案例、管理實訓項目、查看并評價學生作品、查看學生成績等模塊。目前該系統已經在實驗教學中得以應用，學生在校園網內即可完成“做中學，學中做”的真實項目實訓過程，幫助學生掌握基礎知識和知識體系，培養動手能力和項目分析設計能力，提升了個人職業素質，也促進了實驗教學信息化水平的提高。

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