基于UML的网络课程教学系统模型设计＊

董春平

（潍坊学院，山东 潍坊 261061）

随着信息化教育的飞速发展，网络课程教学成为当前教学改革的一个重要方向。近年来，数字化校园的不断推进，以计算机网络为支撑的教学模式取得了很大的进步。为了能更好地把各种优势教学资源利用起来，发挥计算机课程的优势，同时引导学生自主学习，建立了网络课程教学系统。

本文采用面向对象的软件分析与设计方法，用统一建模语言UML作为分析设计与描述语言，分析和研究网络课程教学系统的开发。

1 系统功能分析和模式选取

1.1 系统功能分析

根据网络课程教学系统的作用，网络课程教学系统应提供以下方面的功能：

（1）教学资源管理：包括课程公告，教师介绍，课程的最新动态，课程简介，主讲教师简介，课程大纲，课程教学计划，课程的进展动态，课件、学习资源，学生信息的导入、修改和删除，课表发布等。

（2）学生作业管理：包括查看作业库，作业布置，批改作业，查看作业完成情况，作业情况统计五大模块等功能。

（3）考试与评价管理：试题库管理，试卷生成，在线考试，试卷评阅四个模块。

（4）网上答疑：分自动答疑与人工答疑两种方式，包括学生提问、教师解答功能。

（5）学习功能：课程选修，学分查询，课程学习。

（6）讨论园地：学生协作切磋的场所，学生可以在全体范围或所加入的小组范围内就某一问题展开讨论。

1.2 模式选取

通过对系统的功能分析，确定本系统采用基于B／S模式的三层体系结构来实现。

2 需求建模

统一建模语言UML（Unified Modeling Language）是定义良好的、易于表达的、功能较强的且普遍适用的建模语言。它给出了基于UML的精确的元模型定义和UML符号的表示方法。UML应用领域相当广泛，它可用于建立软件系统的模型，并且可用于描述非软件领域内的系统模型以及处理复杂数据的信息相同、具有实时要求的工业系统或工业过程等。其主要作用是描述系统开发过程从需求规约到系统完成测试的全过程。UML通过建立各种类、类之间的关联、类／对象怎样相互配合实现系统的动态行为等成分（这些都称为模型元素）来组建整个模型，刻画客观世界。UML提供了各种图形（如用例图、类图、时序图、协作图、状态图等）来将这些模型元素及其关系可视化，让人们可以清楚容易地理解模型。

2.1 系统用例图

利用用例图对网络课程教学系统建立模型，初步确定系统用例。系统用例图提供了软件系统的高层次的用户视图，即站在外部参与者的角度来看系统的使用，描述整个系统所要实现的功能。由系统分析可以得出整个系统的参与者，即教师、学生和管理员。“系统管理员”角色可以进行维护页面，发布信息，设置权限等；“教学管理人员”角色可以对任课教师的进行课程公告，学生信息的导入、修改和删除，课表发布等活动；“任课教师”角色可以进行考试与评价管理，发布作业，批改作业，上传课件，答疑辅导，教学资源发布等活动；“学生”角色可以进行课程选修，学分查询，课件下载，信息浏览，课程学习，作业提交等相应的活动；通过分析，可画出如图1所示的“教师”UML用例图，其中人形图表示用户角色；每个椭圆都是一个用例，表示系统的一个功能。

图1 “老师”用例

2.2 静态结构模型

系统的静态结构模型主要由类图和对象图组成。类图描述了系统中的类以及它们相互之间的静态关系。对象图描述了在特定时刻存在的诸对象以及它们之间的关系。在建立系统的用例后，需要进一步识别出系统中存在的对象，然后再从对象中抽象出类，并确定共同的属性和操作，并把这些共同的属性和操作放在父类中，其余的类作为子类并且要继承父类的属性和操作，还要根据自己的需要添加自己特有的属性和操作，便于以后的开发和维护。

系统设计的核心部分就是类图设计，根据系统中用例可以确定的系统的类，有学生类、教师类、管理员类，其它相关的类如考试类、课程类、作业信息类等。如图2所示。

图2 系统模型的UML类图

2.3 动态行为模型

对系统对象的静态建模以后，仍然无法对系统对象的行为和职责进行很清楚的描述，还需要对系统进行动态建模。系统的动态模型主要描述了一系列对象的交互模式，这些相互联系的对象交互产生行为，从而最终实现系统行为。系统的动态行为用UML中的行为模型视图描述，常用的有序列图、协作图、状态图和活动图。在分析和设计系统过程中对主要的用例和类绘制这些图形，其目的是对系统的行为进行分析，对系统的静态建模进行验证和修改，来满足用户的需求，从而实现系统的预期目标。在系统开发过程中主要用到了序列图和活动图。序列图按时间次序描述系统中各对象之间的消息交互，其中，参加交互的各个对象沿横轴排列，对象发送和接收的消息沿纵轴方向按时间顺序从上到下放置，清晰地描述了随时间顺序推移的控制流轨迹。在建立动态行为模型过程中，除了用时序图来为用例建立交互作用图外，还应该建立具有表达复杂状态变化的状态图。活动图是状态图的一种特殊形式，用来描述各对象活动顺序关系所遵循的规则，重点表现的是系统的行为。网络课程教学系统中用例非常多，所能画的活动图也比较多。以学生完成作业为例，其主要过程是：学生使用自己的学号登陆网络课程，进入网上作业界面，查找新发布的作业信息；若有则选择新发布的作业；完成后通过作业提交模块提交自己的作业；然后继续查找；若没有则查看作业评语和成绩。

3 网络课程教学系统的实现

网络课程教学系统软件采用基于B／S（Browser／Server）的模式结构，它利用现有的Internet／Web技术，将应用程序放在Web服务器上，客户端统一用Web浏览器来访问Web服务器及其相连的后台数据库服务器，从而弥补了传统教学模式的不足；采用ASP和C＃ 作为开发工具，SQL Server 2000为数据库服务器，负责后台数据处理。在硬件处理上采用系统分层，每层分配若干服务器目的是为了均衡负载。数据中心服务器的均衡可采用分布式存储数据的策略，将普通数据存储和文件数据存储分配给不同的服务器来负责完成；而对于Web服务器的均衡处理可采用轮叫调度算法，均衡系统中Web服务的数据流量，从而有效提高系统服务器吞吐性。

4 结束语

本文通过对网络课程教学系统设计模式研究，采用面向对象的分析和设计方法，利用UML建模技术，通过系统的功能需求分析研究，得出系统的静态模型和动态模型。使用UML的建模方法，优化了软件开发的进程，提高了软件开发的质量和效率，降低了开发的复杂性，同时也确保了了整个系统框架设计中的正确性，减少了软件系统开发的风险。随着网络信息化的不断发展，网络课程教学系统具有广阔的发展空间。目前，UML已成为面向对象技术领域内占主导地位的标准建模语言，已被越来越多的公司和个人所接受和使用。

［1］徐宝文，周毓明，卢红敏.UML与软件建模［M］.北京：清华大学出版社，2006.

［2］李琦.网络考试系统的 UML建模［J］.科技信息，2008，（35）：400－401.