基于UML的实验室预约管理系统设计

孙云杰 段祎林 赵雪玲 田盼栋 郭庆 熊蓓乐

摘   要：随着信息技术的高速发展，实验室传统的预约管理方式已经无法满足实际的需求，传统的手工预约方式存在着诸多弊端。文章结合信息技术与实验室需求，借助UML技术进行实验室预约管理系统的设计。UML作为一种统一的软件建模语言，在需求分析、系统的多角度观察等方面具有良好的建模能力。采用UML进行系统设计，还可以方便后续开发时编程语言的选择。

关键词：实验室预约管理;信息技术;统一建模语言

1    传统的实验室线下管理弊端

随着高等教育教学改革的不断深入，信息技术快速发展给高校教育方式和管理方式带来了极大的挑战，加之高校规模的扩大和教学管理需求提高，引进先进的信息化管理手段，使实验室管理逐渐完成由封闭型向开放型过渡是教学管理方式网络化和智能化成为教学改革的必然趋势[1]。

传统的实验室线下人工预约方式主要存在以下几个方面的问题：（1）用于记录实验室预约信息的纸质版记录册容易丢失或者损坏，可能会引起不必要的上课纠纷。（2）在使用纸质版记录册时，存在记录字迹不工整的问题，为后续的实验室预约行为带来极大困扰。（3）在进行实验室预约时，实验室管理员需要查阅纸质版记录册了解实验室预约情况，查询预约记录耗时较长且容易出错，可能会使实验室在同一时间段被多次预约，造成教学事故等。

实验室预约管理系统可以实现数据检索和资源共享，在网上公布实验室的开放状态，除了方便教师通过网络实时查看实验室的开放情况外，还能帮助管理者预测、分析、控制和辅助决策等所需的信息;为老师合理安排实验课提供了极大的便利。如果将这样的预约管理系统推而广之，将能开源节流，实现科学、高效的教学管理模式，所以实验室预约管理系统的设计和实现具有十分重要的现实意义。

2    UML技术应用

2.1  UML简介

统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是為面向对象进行编程的一种标准语言，具有进行说明、可视化和编制文档等功能，UML的9种模型图可分为静态视图和动态视图，静态视图包括：用例图、类图、包图、对象图、构件图和部署图;动态视图包括：状态图、活动图、协作图和序列图[2]。

UML不属于任何一种编程语言，但UML模型可以直接对应到各类编程语言，例如C++，XML，DTD，Java，Visual Basic等[3]。采用UML进行系统设计，可以方便多种编程语言对系统进行编码。

2.2  系统用例建模

用例图是系统各个功能执行者所能观察到的系统功能模型图，是系统的蓝图。用例图呈现了执行者之间、用例之间以及两者之间的关系，主要针对系统、子系统或类的功能行为进行建模，从用户的角度描述谁是系统的使用者[4]。

系统用户按照角色可分为3种：学生用户、教师用户和管理员用户。实验室预约管理系统用例图，如图1所示。

（1）学生用户用例：学生权限登录成功后，进入学生用户界面，在此可以查看当前学期、当前周的课表，亦可以切换学年、学期、学周进行查询;可以查询某一节课的详细课程信息（学年-学期、上课时间、课程代码、课程名称、任课教师、实验室、上课班级、上课周次）;当任课教师预约实验室成功后，学生用户会收到相关的即时信息，十分便捷。

（2）教师用户用例：教师权限登录成功后，进入教师用户界面，可以根据实验室、学周查询当前学期的实验室空闲状态;获取非空闲实验室的上课信息（学年-学期、上课时间等）;选择实验室、课程、教学班上课周进行空闲实验室预约;查询预约信息，并可进行修改预约和取消预约的操作。

（3）管理员用户用例：管理员权限登录成功后，进入后台管理界面，可以进行数据库的维护（如数据的增、删、改、查）;对教师用户提交的预约申请进行审核，审核结果包括“通过”和“驳回”两种状态;对系统信息（用户信息、系统日志、访问量等）进行管理;查询实验室的空闲状态。

2.3  系统类图建模

类图定义系统中的类、类与类之间的关系，通过类与类间的关系反映出本系统的基本框架，在面向对象开发中，对象是类的实例[5]。

实验室预约管理系统类图将用例图中的功能转化为具有相似结构、行为和关系的一组对象的描述符，如图2所示。Login Controller类负责认证、授权功能，另外，包括修改密码和注销功能;认证成功后，根据用户角色不同分别交由Student Controller，Teacher Controller，Admin Controller处理请求;Curriculum Controller类负责课表的查询和展示，Appointment Controller负责预约模块的查询、预约、审核等功能;System Service负责业务层逻辑，并访问数据库。

2.4  活动图建模

活动图用来反映系统从一个活动到另一个活动的流程，强调从活动到活动的控制流[6]。

登录功能活动框架，反映了用户登录到系统验证，再到角色端口界面的流程，如图3所示。实验室预约功能活动图，反映了从教师预约实验课到管理员审核，再到学生获取课程信息的流程（见图4）。

图3  登录功能活动框架

3    数据库设计

实验室预约管理系统数据库共有17个表，其中，实体表13个，中间表4个，一对一关系2个，一对多（或多对一）关系8个，多对多关系4个，具体架构如图5所示。

（1）实体表，包括：用户表、角色表、学生、教师、年级、班级、课程、学年-学期、课表、实验室、当前时间、系统日志、字典表。

（2）中间表，包括：用户角色、班级课程、班级课表、年级学期。