文/劉晶

?

淺談高校專業(yè)技術(shù)課程——大型應(yīng)用軟件設(shè)計

文/劉晶

摘要:大型應(yīng)用軟件設(shè)計課程是一門為培養(yǎng)高校本科教育中為了培養(yǎng)學生的計算機實踐能力而專門開設(shè)的一門專業(yè)技術(shù)課程，這門課程的課程設(shè)計以真實項目為依托，在項目的開發(fā)過程中培養(yǎng)學生的實踐動手能力，將本科學習中的數(shù)據(jù)庫理論、軟件工程以及軟件開發(fā)相結(jié)合，具有一定的實踐教學意義。本文主要介紹大型應(yīng)用軟件課程的課程設(shè)計思路及一部分課程教學展示。

關(guān)鍵詞:大型應(yīng)用軟件;需求分析;詳細設(shè)計;軟件開發(fā)

1．引言

隨著計算機行業(yè)的蓬勃發(fā)展，整個社會對于計算機應(yīng)用型人才的需求也在逐年攀升，計算機專業(yè)的特點就是一門實踐應(yīng)用型很強的學習專業(yè)教育。因此計算機專業(yè)的本科教育也需要從學術(shù)理論型人才培養(yǎng)向?qū)嵺`型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，在理論學習的基礎(chǔ)上需要更加注重專業(yè)技能的培養(yǎng)，這是現(xiàn)今本科教育特別是三本高校教育在新時期背景下的一個發(fā)展趨勢。大型應(yīng)用軟件設(shè)計是我校計算機科學與技術(shù)專業(yè)學生的一門專業(yè)選修課，選修開設(shè)針對大四的學生，課程學習的目的就是引導學生了解大型應(yīng)用軟件的設(shè)計過程，逐步培養(yǎng)學生在實踐項目中的軟件研發(fā)的能力。

2．課程設(shè)計安排

大型應(yīng)用軟件課程開設(shè)的一個最大特點是:課程的教育是依托真實的項目為背景，以項目的設(shè)計為課程主要教學內(nèi)容，根據(jù)項目設(shè)計開發(fā)的各個階段，系統(tǒng)的將計算機專業(yè)的數(shù)據(jù)庫理論、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法、軟件工程和高級語言程序設(shè)計的相關(guān)知識融會貫通，真正讓學生做到從理論專業(yè)學習到實踐操作運用的飛躍。通過對本課程的學習，要求學生熟悉目前主流設(shè)計平臺ASP．NET的Web的開發(fā)與設(shè)計，UML的設(shè)計與建模，大型數(shù)據(jù)庫軟件Oracle 11g的使用，B/S的設(shè)計方式和軟件設(shè)計的環(huán)節(jié)以及軟件的生命周期;軟件的測試與部署。

本課程開始主要的教學方法:本課是一門純實踐性的課程，首選在多媒體教室授課和機房教學，這樣教師可以在課堂上一邊講解基礎(chǔ)理論知識，一般在通過實際的若干演示，讓學生們可以立刻看到設(shè)計和操作出來的效果，這樣才能到達基本的學習效果，課程上教師需要精心設(shè)計示例，分解步驟，然后再由教師引導，學生們嚴格按照軟件研發(fā)的各個步驟，循序漸進地去做，讓每個學生都深入到軟件設(shè)計中，最終達到獨立設(shè)計的目的，不斷提高學生獨立設(shè)計、開發(fā)軟件的能力。

實驗課程必須選用具體的開發(fā)工具來實現(xiàn)，建議選用操作安裝方便、在Windows下功能強大的VS2010設(shè)計平臺和．NET來完成Web頁面的設(shè)計。無論學生在之前掌握的是Java語言，還是C + +語言，ASP．NET的C#語言在語法習慣上與他們有很大相似性，可以由教師引導，讓學生自學掌握熟，VS2010的設(shè)計研發(fā)模式可以降低對學生用高級語言編程的要求，易學會，且上手快，學生容易實際操作，適合于短期的軟件設(shè)計課程的教學要求。

本課是程序設(shè)計類課程，必須通過編程驗證、設(shè)計來掌握所學內(nèi)容，針對課程特點，建議學生的設(shè)計以“教務(wù)管理系統(tǒng)”為項目背景。選擇“教務(wù)管理系統(tǒng)”主要有兩點原因，一是教務(wù)管理與同學的實際生活和學習息息相關(guān)，便于學生收集相關(guān)資料，容易了解需求，便于設(shè)計的時候得心應(yīng)手，貼近實際;二是信息管理系統(tǒng)涵蓋了目前大型應(yīng)用軟件設(shè)計中對信息的采集、錄入、修改、查詢和刪除等主要功能模塊的設(shè)計，有助于學生系統(tǒng)的掌握好設(shè)計的相關(guān)功能操作，對于其今后開展類似的軟件設(shè)計起到舉一反三的效用。

本課程的教學設(shè)計主要是由教師引導，學生自己動手操作，教師為學生提供相關(guān)的項目及實踐操作要求，講述要達到的課程成果，學生需要了解相關(guān)的基礎(chǔ)知識，明確設(shè)計原理、思路以及相關(guān)設(shè)計目標和實際操作步驟，自己動手獨立完成設(shè)計。下面是針對本門課題的特點設(shè)計的相關(guān)課時安排。

實驗課程設(shè)計內(nèi)容和要求: (以下僅為示例，學生可自由選擇項目)

項目名稱:教務(wù)信息管理系統(tǒng)

項目開發(fā)工具: TFS、VS2010、．NET

項目設(shè)計目標:教務(wù)管理系統(tǒng)包含以下十個子功能模塊的設(shè)計，即:①課程庫和培養(yǎng)方案管理、②年級教學計劃管理、③課程管理、④選課模塊管理、⑤考試管理、⑥成績管理、⑦學生學籍管理、⑧教師信息管理、⑨教學場所管理、⑩系統(tǒng)模塊管理。

項目設(shè)計的功能模塊以小組為單位，每一個小組由7－10名學生自由組成，共同完成項目的設(shè)計與開發(fā)，功能模塊的大小與復雜程度可根據(jù)各個小組的實際情況自行決定相關(guān)設(shè)計方案。

3．實踐教學內(nèi)容設(shè)計

針對大型應(yīng)用軟件設(shè)計課程是一項純實踐性的課程的特點，本文主要著重介紹關(guān)于應(yīng)用軟件設(shè)計中需求分析階段和概要設(shè)計階段中關(guān)于UML建模的部分。

3．1教務(wù)管理系統(tǒng)需求分析

教務(wù)管理系統(tǒng)是整個學校管理系統(tǒng)的一個重點，根據(jù)學校教育的實際情況，從業(yè)務(wù)角度來分析，將教務(wù)管理系統(tǒng)按照功能模塊劃分成以下十個功能模塊:課程庫和培養(yǎng)方案管理、年級教學計劃管理、課程管理、選課模塊管理、考試管理、成績管理、學生學籍管理、教師信息管理、教學場所管理、系統(tǒng)模塊管理。

3．2系統(tǒng)建模

在本節(jié)中，將以選課模塊為例進行UML建模。首先進行靜態(tài)建模，以用例圖來規(guī)范化地描述學生選課模塊的功能，幫助我們更好地了解系統(tǒng)需求，以類圖來描述選課模塊的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，從系統(tǒng)實施的角度描述整個系統(tǒng);其次進行動態(tài)建模，以活動圖來描述學生選課模塊中整個交互過程。

3．2．1靜態(tài)建模

3．2．1．1選課模塊用例分析

建立用例圖首先要確定系統(tǒng)的邊界和角色。角色是指在系統(tǒng)外部和系統(tǒng)進行交互的某類人，也可以是某個系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)每個角色感受到的功能來描述系統(tǒng)的完整功能。

依據(jù)學校的實際業(yè)務(wù)情況，在教務(wù)管理系統(tǒng)的學生選課模塊中，其功能包括了三部分:第一部分包括學生選課設(shè)置，學生選課數(shù)據(jù)查詢，學生選課數(shù)據(jù)統(tǒng)計，學生選課門數(shù)統(tǒng)計，學生名冊的打印，初始化選課課程，設(shè)置停開課程，這些功能屬于教務(wù)處使用;第二部分包括綜合選課、分級課選課、公共選修課選課、大學體育選課、重修課選課、查詢選課結(jié)果、查詢個人課表、退課，這些功能屬于已經(jīng)注冊的學生使用;第三部分公共課表查詢包括按專業(yè)、教師、教室、時間查詢，這些功能屬于所有用戶(包括教務(wù)處、各個學院的教學秘書、教師、學生、匿名用戶)使用。

選課模塊功能結(jié)構(gòu)圖如圖3－1所示:

圖3－1:學生選課模塊功能結(jié)構(gòu)圖

分析該模塊可以得到的角色有:教務(wù)處、各個學院的教學秘書、教師、學生、匿名用戶。

經(jīng)過對選課模塊中這些人員的角色進行分析整理后得到頂層用例圖，如圖3－2所示。

圖3－2:學生選課模塊頂層用例圖

對頂層用例圖進行細化，得到二級用例圖中的選課設(shè)置，如圖3－3所示:

圖3－3:學生選課模塊二層用例圖之設(shè)置選課信息

通過用例圖規(guī)范化的描述，可以進一步明確了系統(tǒng)的功能，使用戶和開發(fā)者雙方可以從高層次把握系統(tǒng)的主要功能，為后續(xù)的設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。也為系統(tǒng)開發(fā)編碼階段提供清晰的有關(guān)角色、權(quán)限的指導。

3．2．1．2選課模塊類圖分析

在建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型中，進一步工作是確立系統(tǒng)的類圖。類反映的是一種面向?qū)ο蠓椒创锢硎澜绲挠^點，它是面向?qū)ο蟮臉酥尽＝㈩悎D的過程，實際上是對現(xiàn)實世界的一個抽象過程，它將現(xiàn)實世界中與問題有關(guān)的各種對象及其相互之間的各種關(guān)系進行適當?shù)某橄蠛头珠T別類的描述。UML的最終目標是識別出所有必須的類來，確定類的屬性和操作，分析這些類之間的關(guān)系，從而通過編程語言來實現(xiàn)這些類，并最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)。

對類的識別，通常的方法是從用例中來識別。用例圖實際上就是一種對系統(tǒng)描述的形式，因此，可以根據(jù)用例圖來識別類。根據(jù)選課模塊的用例圖，可以發(fā)現(xiàn)此模塊主要包含學生基本信息、選課課程、選課設(shè)置這三個實體類。學生基本信息類屬性有學號、姓名、年級、專業(yè)等;選課課程是指在課程安排模塊進行了定課程、定時間、定地點、定教師、定教材后的一個特定課程，其主鍵是教學班ID，它是專門用于選課的實體類;選課設(shè)置類包含了可選門數(shù)、選課時間等設(shè)置信息。

選課模塊包含學生基本信息、選課課程、選課設(shè)置這三個實體類。一個學生可以選多門課程，一個課程也可以被多個學生選，因此學生基本信息與選課課程之間是多對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系，于是產(chǎn)生了一個選課結(jié)果的關(guān)聯(lián)類，教學班ID與學號作聯(lián)合主鍵;選課設(shè)置是針對學生選課的，一個學生必定受一條選課設(shè)置條件的約束，一個選課設(shè)置可以約束多個學生，因此學生基本信息與選課設(shè)置是多對一的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

詳細的類圖如圖3－4所示:

圖3－4:選課模塊詳細類圖

一般的，類圖描述了系統(tǒng)在運行時所有數(shù)據(jù)必須滿足的通用特征，在類圖中每個實體類在數(shù)據(jù)庫中都有相應(yīng)的表，實體類的屬性對應(yīng)數(shù)據(jù)庫表中的字段。因此通過類圖的建立，可以為數(shù)據(jù)庫實施階段提供清晰的指導。

3．2．2動態(tài)建模

在建立好系統(tǒng)的靜態(tài)模型后，需要分析和設(shè)計系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)，建立相應(yīng)的動態(tài)模型，從而更好地理解用例的行為。在UML中可以通過行為圖(包括狀態(tài)圖和活動圖)和交互圖(包括順序圖和協(xié)作圖)來實現(xiàn)動態(tài)建模。對于某些復雜的實時系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)變化較多，可以通過狀態(tài)圖來描述類的對象所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件。

合作圖與順序圖相似，順序圖主要強調(diào)的是交互的時間順序，合作圖主要強調(diào)的是交互的語境和交互對象的整體組織。順序圖按時間布圖，合作圖按空間布圖，它們之間是等價的，可以互換?；顒訄D可以細化用例，描述系統(tǒng)功能性行為，并且描述用例之間的順序依賴關(guān)系;也可以理解和建模業(yè)務(wù)過程和工作流，處理多線程應(yīng)用;甚至可以用于描述復雜的計算型算法。為了清楚的表達需求，這里用活動圖來對選課流程進行更詳細的描述。

圖3－5是選課模塊活動圖。

圖3－5:選課模塊活動圖

4．結(jié)束語

在教學設(shè)計中，應(yīng)該明確一點，教學內(nèi)容的設(shè)計要由重知識傳播向重學生發(fā)展轉(zhuǎn)變，應(yīng)由重教師教學內(nèi)容選擇向重學生學習方法指導轉(zhuǎn)變，教師要想在教學方法上有新的突破，就充分理解和把握教學目標和要求然后在結(jié)合課程特點和專業(yè)重點在課堂設(shè)計上多下功夫和心思，使學生們能夠?qū)λ鶎W的課程提高興趣和積極性，有助于學生課上能夠集中精力投入學習中去。

1．問題引入環(huán)節(jié)

問題引入，這類似于情景設(shè)計，軟件的知識點往往是一個問題，當然，問題的理解要想深刻一點，問題不能僅僅是“引入”一下就完事，我們需要“問題驅(qū)動式”軟件教學，把解決問題貫徹始終。

2．師生互動環(huán)節(jié)

師生互動環(huán)節(jié)對于課程學習是很重要的，在上課時由教師提問，學生回答，然后大家針對問題和答案在各抒己見，提出自己的觀點看法，不斷完善補充，最終老師在梳理總結(jié)，針對一些理解偏差大的教師要及時糾正，這是很好的課堂交流方式。這種訓練，極其重要而有效，極易激發(fā)學生的學習興趣、學習積極性和參與性，有助于學生發(fā)散性思考和不斷探索，整個教學過程由教師根據(jù)教學目標和課程內(nèi)容精心設(shè)計，成為一環(huán)扣一環(huán)，使學生能輕松地一小步一小步達到預定目標，讓學生愉快的學習。

3．課堂實驗環(huán)節(jié)

在課堂實驗中，由教師提出實驗的目的，然后針對老師設(shè)置的實驗問題，學生們在分小組討論，最終將每個同學的答案在匯總梳理，這樣能培養(yǎng)學生解決問題的能力和團隊合作精神。課堂實驗課上，由學生獨立完成實驗內(nèi)容，老師在一旁引導和監(jiān)督，還能及時了解和掌握學生的實際操作能力，針對學生在實際操作中存在的問題和不足，能夠及時的給予學生相關(guān)指導，這也是一種將理論知識應(yīng)用于實踐的培養(yǎng)方式，可以不斷提高學生的實踐操作能力。在這種學以致用的驅(qū)動下，學生對課堂的知識會有更加深刻的體會理解，更容易將所學的知識融會貫通、舉一反三、靈活的運用;老師則，幫助學生可以盡快

(作者單位:武漢大學珞珈學院計算機科學系)

參考文獻:

［1］軟件工程導論，張海藩，清華大學出版社，2003

［2］軟件工程，齊志平、譚慶平、寧洪，高等教育出版社，1997

［3］軟件統(tǒng)一開發(fā)過程，Grady Booch，機械工業(yè)出版社，2002

［4］UML基礎(chǔ)、案例與應(yīng)用，Joseph Schmuller著，李虎、王美英、萬里威譯，華中理工大學出版社，1999

［5］UML基礎(chǔ)與Rose建模案例，吳建、鄭潮、汪杰著，人民郵電出版社，2004

［5］UML技術(shù)手冊，Sinan Si Alhir，機械工業(yè)出版社，2002

［7］Visual Studio 2005 Team Systerm軟件測試專家教程，Tom Arnold，清華大學出版社，2008

［8］C#2005＆．NET3．0高級編程，Christian Nagel，清華大學出版社，2007

［9］Oracle 11g權(quán)威指南，谷長勇、王濱、陳杰等，電子工業(yè)出版社，2008

［10］Oracle數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，劉榮華、漲楊、聶頌、鄒晨，人民郵電出版社，2005

作者簡介:劉晶(1982－)，女，湖北武漢人，武漢大學珞珈學院計算機科學系教師。

中圖分類號:G642

文獻標志碼:A

文章編號:2095－9214 (2015) 10－0102－03