基于UML 的网络学习系统的分析和建模

郑智红

(广州科技职业技术大学,广东 广州 510080)

1 概述

“互联网+”技术是在其高速发展的过程中,借助互联网本身的优势和信息,融合了各行各业,比如现在的远程网络教学,即是“互联网+”教育的一种形式。在远程网络教学的基础上再加上课程选择和评测等,使得网络学习系统更完善更丰富,优秀的教师资源、教学资源等都可以被利用起来,同时也满足了不同年龄段学生的学习需求。本文就网络学习系统的功能设计进行了分析,并基于UML 建模技术完成了系统的需求分析,用例建模、类图建模和顺序图建模。

2 UML 建模技术

UML (Unified Modeling Language, 统一建模语言),是面向对象技术发展的一项重大成果之一,它是一种标准的图形化建模语言。早期的面向对象建模技术主流方法有：Grady Booch 创立的Booch 方法、Jim Rumbaugh 创立的OMT 方法和Ivar Jacobson 创立的OOSE 方法,同时还有许多其他的建模技术。这些建模技术之间各有差别,极大地妨碍了用户之间的交流。在1995 年,由Grady Booch、Jim Rumbaugh和Ivar Jacobson 三人共同努力对建模语言进行了统一,形成了现在的UML 标准,并从此之后UML 标准也经过了多次的扩充和定义[1]。

UML 的定义包括两部分：UML 表示法和UML 语义。UML 表示法定义了UML 符号的表示法。UML 语义描述基于UML 的精确元模型定义。元模型为UML 的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致和通用的定义性说明,使得开发者能够在语义上取得一致,消除了因人而异的表达方法所造成的影响[2]。

3 网络学习系统

图1 网络学习系统用例图

网络学习系统有注册、登录、找回密码、辅导答疑、在线授课、课程选择、课程视频管理、预约辅导课程、AI 题库练习、课程咨询、课程评测等模块及功能。当用户处于游客状态时,可以选择课程类型、年级和学科筛选课程,选择想看的视频进行免费试听体验,体验满意后可以正式注册系统。注册成为会员之后可以继续选择精品课程学习,可以在个人中心修改个人信息、预约课程、购买课程、查看订单、查看自己所学过的课时信息。当学生学完课程或经过辅导之后,可以在AI 题库中进行练习和考试,随时测评自己的学习掌握情况。学生学习完课程后可以对视频及教师进行评价。该系统接收全国各地优秀教师注册,资格审核通过后可以成为授课教师或者答疑教师。教师根据系统中的预约信息对学生进行在线授课或者答疑辅导。教师也可以根据课程标准录制视频,录制好的视频由系统管理员统一进行管理。学生可回看课堂授课及辅导视频。视频管理模块包括修改课程信息、上传课程视频、发布课程视频及信息子功能,此模块由系统管理员负责执行。同时系统管理员还负责更新和维护题库、维护系统网站页面。

4 基于UML 的系统功能分析和建模

4.1 用例分析及建模

用例图仅仅是站在外部观察系统功能,也就是参与者使用系统的角度来描述系统中的信息,并不描述这些功能在系统内部是怎样具体实现的,即在用例建模阶段不考虑系统功能的实现规格和细节[3]。

在一个UML 用例图中必须包括三个组成要素：参与者、用例和关系。参与者表示使用该系统的人、事物、时间、进程或是其他系统,按角色来命名。用例表示参与者想要系统做的事情,即系统应该提供的功能,按动词+名词的形式来命名。在UML用例图中,包括关联关系、包含关系、扩展关系和泛化关系,每种关系表示的含义不同,在建模时,可以通过设置关系的构造型来区分[4]。

网络学习系统的参与者包括三个：学生、教师和系统管理员。其中,与学生有关联的用例包括注册、登录、辅导答疑、在线授课、选择课程、预约辅导课程、AI 题库练习、课程评测、查看授课或辅导视频回放、浏览课程详情、评价课程及教师等。教师需要执行到的用例包括注册、登录、辅导答疑、在线授课。系统管理员需要执行到的用例包括登录、课程视频管理、更新和维护题库、维护系统网站页面。根据以上描述和对系统功能的分析,可得到网络学习系统的用例图,如图1 所示。

4.2 类图分析及建模

类图(Class Diagram)展示了一组类、接口和协作以及它们间的关系,建模时最常见的图就是类图。类包括3 个组成部分：类名、属性和该类提供的操作。类的名称是每个类所必须有的,用于和其他类区分。类的属性描述了类的特性。类的操作是对类的对象所能做的事务的抽象。在面向对象软件工程中,将类划分为三种类型：实体类、边界类和控制类。

就该系统中的“学生选择课程”来分析,涉及的类有“课程选择界面类”、“课程类”、“数据库操作类”。

4.2.1“课程选择界面类”的主要方法有创建窗体、获取学生信息、获取课程信息、初始化设置、选择课程、校验必须选择数据的控件是否为空、保存选择的课程数据等。

4.2.2“课程类”的主要属性有课程名称、课程类型、课程年级、主讲教师、课程时长、课程目录等。主要方法有获取课程类型、获取课程年级、获取课程科目、选择课程、添加课程、修改课程、获取课程名称等。

4.2.3“数据库操作类”的主要属性有conn(创建的数据库连接对象),主要方法有打开连接、关闭连接、插入数据、修改数据、删除数据、获取数据和更新数据等。

通过以上分析,可以设计出网络学习系统中学生选择课程的类图如图2 所示。

图2“学生选择课程”类图

4.3 顺序图分析及建模

顺序图(Sequence Diagram),用来描述多个对象之间动态的交互关系,着重反映对象间消息传递的时间顺序,说明对象之间的交互过程。顺序图存在两个轴,水平轴表示多个不同的对象；垂直轴表示时间。在建立顺序图时,各对象之间一般按照参与者类、边界类、业务控制类、数据库类顺序来排列。对象之间通过调用另一个对象的操作来发送消息。

学生选择课程的主要参与者是学生,涉及的类主要有课程选择界面类、课程类和数据库操作类。系统运行时,学生执行选择课程的操作,系统创建并显示课程选择界面,开始执行初始化数据的操作,在该界面上学生选择课程类型、课程年级和课程科目完成课程的选择,提交数据时,系统对必选控件的数据是否为空进行校验,校验通过后,调用业务逻辑层课程类的方法新增课程,再调用数据操作层的数据库操作类的方法插入新记录、更新数据表,并将更新后的数据返回到学生“个人中心”->“我的课程”界面供学生查询。

通过以上分析,可以设计出学生选择课程的顺序图如图3所示。

图3 学生选择课程顺序图

5 结论

使用UML 可以对面向对象技术和面向过程技术的任意软件系统进行设计和建模,比较容易使用和掌握,被广泛运用于项目的分析、设计和开发过程中,难点是要掌握每一种UML 模型图的构思方法,并结合具体业务情况才能从多个方面来更好的设计系统。本文以网络学习系统为例,分析了系统的功能需求,运用UML 建模技术进行了系统的用例图、类图和顺序图的建模。