摘要: UML是一種易于表達、功能強大的面向?qū)ο蟮臉藴式ＵZ言，在信息管理系統(tǒng)開發(fā)中得到了廣泛的應用。本文在分析UML建模機制基礎之上，根據(jù)學習管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)需求，以UML為建模工具，構(gòu)建了學習管理系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型和動態(tài)行為模型。

關(guān)鍵詞: UML學習管理系統(tǒng)軟件建模

學習管理系統(tǒng)是網(wǎng)絡教學系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)之一，它可以實現(xiàn)發(fā)送、報告和管理學習內(nèi)容，了解、追蹤、分析和記錄學習者的學習情況與學習進度等功能。學習管理系統(tǒng)的應用提高了網(wǎng)絡教育學習管理的效率和水平，為學習者提供了良好的網(wǎng)絡化學習環(huán)境。然而，近年來，隨著網(wǎng)絡教育應用的不斷深入，學習管理系統(tǒng)的規(guī)模、復雜程度不斷增加，原有的學習管理系統(tǒng)暴露出許多缺點，如系統(tǒng)擴充不便、功能難以實現(xiàn)擴展、不利于軟件的重用等。因此，我們有必要對現(xiàn)有學習管理系統(tǒng)進行改造或開發(fā)新型學習管理系統(tǒng)。

現(xiàn)代主流軟件工程技術(shù)主張采用模型驅(qū)動的軟件開發(fā)方法。模型是現(xiàn)實系統(tǒng)的一個抽象，它提供了系統(tǒng)的藍圖，每個系統(tǒng)都可以從不同的方面用不同的模型來描述。所謂軟件建模就是構(gòu)建軟件模型的過程，它是用戶與開發(fā)者之間最主要的溝通渠道，同時也是整個軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中最重要的環(huán)節(jié)之一。

一、UML的建模機制

UML是由Rational公司三位著名的信息系統(tǒng)和面向?qū)ο蠓椒▽W專家Grady Booch、James Rufnbaugh和Ivar Jacoboson聯(lián)合開發(fā)的面向?qū)ο蟮慕ＵZ言，1997年被OMG批準作為面向?qū)ο蠼ＵZ言的標準。UML作為一種通用的標準建模語言，易于表達、功能強大，不但適用于任何以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來描述具有靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為類型的軟件系統(tǒng)，而且能夠應用于從需求規(guī)格描述至系統(tǒng)測試和維護等軟件系統(tǒng)開發(fā)的不同階段。因此，UML被廣泛應用于可視化描述和構(gòu)造軟件系統(tǒng)，在信息管理系統(tǒng)的建模與開發(fā)中得到較為廣泛的應用。

作為一種建模語言，UML的定義包括UML語義和UML表示法兩個部分。UML語義用于描述基于UML的精確元模型定義。元模型為UML的所有元素在語法和語義上提供了簡單、一致和通用的定義性說明，使開發(fā)者能在語義上取得一致，從而消除了因人而異的表達方法所造成的影響。而UML表示法定義了UML的表示方法，為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些符號和文本語法進行系統(tǒng)建模提供了標準。

UML用模型來描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)或動態(tài)行為特征，共定義了5種視圖，包含了9種描述系統(tǒng)的圖，可以從不同的視角為系統(tǒng)構(gòu)架建模，從而形成系統(tǒng)的不同視圖。

1.用例視圖

用例視圖用于描述系統(tǒng)應該具有的功能集，強調(diào)從用戶的角度看到的或需要的系統(tǒng)功能，是對系統(tǒng)的抽象表示。用例視圖通常用用例圖表示，用例圖用于顯示若干角色，以及這些角色與系統(tǒng)提供用例之間的連接關(guān)系，主要從用戶的角度描述系統(tǒng)的功能，并指出各功能的操作者。用例圖有助于系統(tǒng)開發(fā)者與用戶進行交流，以獲取系統(tǒng)需求。

2.靜態(tài)視圖

靜態(tài)視圖用于對應用領域中的概念，以及系統(tǒng)實現(xiàn)有關(guān)的內(nèi)部概念建模，靜態(tài)視圖包含類圖、對象圖、包圖三種圖。類圖描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，用于模擬保證系統(tǒng)正常工作的所有必要資源;對象圖描述系統(tǒng)在某個時刻的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，用于模擬資源的示例或事實;包圖用于描述系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。

3.動態(tài)視圖

動態(tài)視圖包含以交互的名義對行為進行建模的圖，有順序圖、狀態(tài)圖、協(xié)作圖和活動圖。順序圖表示對象之間在時間和順序上的一種動態(tài)協(xié)作關(guān)系，主要目的是表現(xiàn)隨著時間推移發(fā)生在對象之間的交互情況;協(xié)作圖描述對象之間的交互關(guān)系，以及對象之間的聯(lián)系;狀態(tài)圖描述的是一個單獨的對象，在其生命周期中，由外部激勵所導致的狀態(tài)變化;活動圖顯示系統(tǒng)中從一個活動到另一個活動的流程，強調(diào)對象之間的流程控制。

4.構(gòu)件視圖和配置視圖

構(gòu)件視圖體現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和行為特征，用構(gòu)件圖表示。構(gòu)件圖描述系統(tǒng)的元素的組織，用于模擬實現(xiàn)視圖，是實際的軟件模塊。配置視圖體現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和行為特征，用部署圖表示。部署圖描述了環(huán)境元素的配置，并把實現(xiàn)系統(tǒng)的元素映射到配置上，它模擬的是硬件環(huán)境，圖上的每個節(jié)點都代表某種類型的硬件。構(gòu)件圖和配置圖都是對面向?qū)ο笙到y(tǒng)的物理方面建模時使用的圖形。

從應用的角度看，當采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進行系統(tǒng)設計時，我們第一步應用用例視圖進行系統(tǒng)的需求分析;第二步根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu);第三步是描述系統(tǒng)的動態(tài)行為。其中第一步和第二步都是靜態(tài)的，是UML的靜態(tài)建模機制，而第三步中所建立的模型，或者是可執(zhí)行的，或者表示執(zhí)行時的時序狀態(tài)和交互關(guān)系，是UML的動態(tài)建模機制。因此，標準建模語言UML的主要內(nèi)容可以歸納為靜態(tài)建模機制和動態(tài)建模機制。

二、學習管理系統(tǒng)軟件建模過程

1.學習管理系統(tǒng)的需求建模

學習管理系統(tǒng)是一個開放的、基于Web的自動化信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅需要具備教師對課程、作業(yè)、考試等進行的管理功能，而且要通過計算機網(wǎng)絡向分布在不同地理位置的學習者提供課程瀏覽、課程學習、資源搜索、在線作業(yè)、在線考試等服務功能。同時，系統(tǒng)還要充分利用數(shù)字化網(wǎng)絡學習環(huán)境，方便學習者通過異步討論和實時交流進行協(xié)作學習。

為了正確獲取用戶需求并方便與用戶溝通，我們可使用UML用例圖建立模型表示系統(tǒng)的詳細需求。用例圖描述一組用例、參與者和它們之間的關(guān)系。參與者用人形圖標表示，用例用橢圓符號表示，連線描述它們之間的關(guān)系。一般情況下，我們可以先給出頂層用例圖，然后根據(jù)用戶的要求，進一步細化用例，在細化過程中利用泛化關(guān)系、包含關(guān)系和擴展關(guān)系等對用例進行分解和組織。

學習管理系統(tǒng)的角色有三類:管理員、教師和學生。管理員使用該系統(tǒng)進行用戶管理;教師使用該系統(tǒng)對學生課程學習、作業(yè)、考試試題和學生成績進行管理;學生則可以使用該系統(tǒng)來進行課程學習、在線作業(yè)、在線考試和成績查詢。教師和學生還可以利用該系統(tǒng)進行在線交流、離線討論、查看學習記錄和查看系統(tǒng)信息等活動。每一種活動代表一個用例，這些用例還可以進一步細化，如課程管理用例可進一步細化為課程登記、開設課程、課程查詢等用例。整個學習管理系統(tǒng)頂層的用例圖如圖1所示。

2.學習管理系統(tǒng)的靜態(tài)建模

完成系統(tǒng)需求建模后，對用例的分析推導，我們可以畫出系統(tǒng)的靜態(tài)模型。靜態(tài)模型用類圖、對象圖、包圖來定義系統(tǒng)中類(對象)與類(對象)之間的關(guān)系。類是具有相同屬性、操作、關(guān)系的對象集合的總稱，通常在UML中用矩形表示。類圖是描述類、接口、協(xié)作和它們之間關(guān)系的圖，主要用來描述軟件系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。因此，類圖在靜態(tài)視圖中是必須的，也是最為重要的。對象圖與類圖比較一致，對象之間的鏈接關(guān)系表明類之間的關(guān)系。包圖由包和類構(gòu)成，描述系統(tǒng)類與包的分層結(jié)構(gòu)。類圖、對象圖、包圖共同組成對系統(tǒng)靜態(tài)視圖的描述。

學習管理系統(tǒng)中“課程管理”用例的類圖如圖2所示。

在“課程管理”用例中，有“課程類(Course)”、“開設課程類(CourseOffering)”、“人員類(People)”、“教師類(Professor)”、“學生類(Student)”、“學生登記類(StudentRegistion)”、“課程登記類(CourseRegistion)”等。其中，學生類和教師類是人員類的子類，學生登記類和課程登記類是開設課程類的子類。父類和子類之間的關(guān)系用三角符號表示，一般的聯(lián)系用連線表示。

除了一般類外，系統(tǒng)還定義了“課程信息表單(CourseInfoForm)”、“查詢課程表單(SearchCourseForm)”、“課程登記表單(CourseRegistionForm)”等接口類，可以分別為教師、學生、管理員提供課程登記、課程查詢、課程信息管理等功能。

3.學習管理系統(tǒng)的動態(tài)建模

在系統(tǒng)靜態(tài)模型的基礎上，我們需要分析和設計系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)，并建立動態(tài)模型。動態(tài)模型描述系統(tǒng)隨時間變化的行為，在UML中，動態(tài)模型主要是建立系統(tǒng)的交互圖和行為圖。交互圖包括時序圖和協(xié)作圖，而行為圖則包括狀態(tài)圖和活動圖。時序圖用來顯示對象之間的關(guān)系，并強調(diào)對象之間的設計順序，同時顯示對象之間的交互;協(xié)作圖主要用來描述對象之間的交互關(guān)系;狀態(tài)圖描述對象所有可能的狀態(tài)及引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件;活動圖是一種特殊形式的狀態(tài)機，用于對計算流程和工作流程的建模。

學習管理系統(tǒng)中“在線作業(yè)”用例的時序圖如圖3所示。

各構(gòu)件之間的依賴關(guān)系。一個構(gòu)件可能是一個源代碼、二進制文件或一個可執(zhí)行文件構(gòu)件。構(gòu)件不僅包含邏輯類或?qū)崿F(xiàn)類的有關(guān)信息，而且構(gòu)件之間存在依賴關(guān)系，這種依賴關(guān)系有助于分析和理解構(gòu)件之間的相互影響程度。學習管理系統(tǒng)中部分構(gòu)件的構(gòu)件圖如圖4所示。

圖4中，“學習管理”構(gòu)件包括系統(tǒng)執(zhí)行程序(LearningManagement.exe)、“課程管理”構(gòu)件實現(xiàn)課程管理的動態(tài)庫(Course.dll)、“成績管理”構(gòu)件實現(xiàn)成績管理的動態(tài)鏈接庫(Score.dll)、“作業(yè)管理”構(gòu)件提供作業(yè)管理的動態(tài)庫(HomeWork.dll)等。另外，學習管理系統(tǒng)中還存在“考試管理”構(gòu)件、“分組管理”構(gòu)件等構(gòu)件。“學習管理”構(gòu)件通過接口依賴于“課程管理”、“成績管理”和“人員管理”等構(gòu)件，而“課程管理”構(gòu)件依賴于“課程”、“開設課程”等構(gòu)件。

配置圖主要用于對系統(tǒng)的構(gòu)件視圖建模，主要描述系統(tǒng)中各個物理組成部分的分布、提交和安裝過程。學習管理系統(tǒng)基于Web網(wǎng)絡設計，將數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、學習管理系統(tǒng)的相應構(gòu)件配置在不同的節(jié)點上。各個部分通過網(wǎng)絡相互通信，實現(xiàn)一個“瀏覽器/服務器”結(jié)構(gòu)的分布式系統(tǒng)。

在學習管理系統(tǒng)的設計和開發(fā)中，UML可以用于設計和開發(fā)的各個階段，能夠從更高的抽象層次對系統(tǒng)進行調(diào)整和維護，從而可以快速實現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)和修改，大大提高開發(fā)效率。

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