实践教学是高等学校培养学生的重要途径之一, 良好的开放式实验教学环境和条件, 将使学生的积极性和学习潜能得到充分发挥, 有利于创新人才的发现和培养。教育部在2005年下发的“关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知”中明确指出“建立网络化的实验教学和实验室管理信息平台, 实现网上辅助教学和网络化、智能化管理。建立有利于激励学生学习和提高学生能力的有效管理机制, 创造学生自主实验、个性化学习的实验环境。”因此, 网络实验教学是否很好地实施是考评高校实验室 (实验中心) 建设情况的一个重要指标, 而一个好的远程实验教学系统是网络教学实施的重要支柱。本文主要从体系结构的角度阐述了高校远程实验教学系统的建设思路。
远程实验教学系统是可供教师和学生进行网上实验辅助学习的一个软件平台, 其功能包括网络实验课程管理、实验资源管理、实验项目管理、实验报告和实验数据管理等, 系统建设坚持一体化的设计思想, 采用典型的三层Browse—Server体系结构风格, 以提高开发效率, 增强系统的可维护性和扩展性。
1 基于UML的体系结构建模
软件体系结构是根植于软件工程发展起来的一门新兴学科, 目前已经成为软件工程研究和实践的主要领域, 对于软件项目的开发而言, 具有清晰的软件体系结构是首要的[1]。统一建模语言 (Unified Modeling Language, 简称UML) 结合了Booch、OMT和OOSE的概念, 是一种用于对软件密集型系统的制品进行可视化、详述、构造和文档化的图形语言, 不仅融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术, 而且为软件系统的设计与开发提供了丰富的、功能强大的模型, 可以对整个系统模型进行全面、清晰的描述[2]。
本系统的建模分为三个步骤:首先是建立需求模型;其次根据需求建立系统的静态模型, 以构造系统的结构;最后是动态建模, 描述系统的行为。前两个步骤所建立的模型是静态的, 主要用到UML的用例图、类图、对象图、构件图和配置图, 第三个步骤动态建模, 主要包括状态图、活动图、顺序图和协作图。
1.1 需求模型
远程实验教学系统是一个多用户的管理信息系统, 其用户角色包括学生、教师和系统管理员。学生用户的需求主要有浏览实验课程资源、查看实验项目要求、提交实验报告和实验原始数据;教师用户的需求主要有课程管理、实验项目管理、查看学生实验原始数据、批改学生实验报告;管理员则在后台对系统进行管理。需求模型的建立主要使用UML用例图。用例图能较详细和确切地描述用户的功能需求, 使系统责任更为明确, 是其他UML视图的核心和基础, 其他视图的构造和发展依赖于用例图中所描述的内容, 系统的最终目标就是提供用例视图中描述的功能[3]。我们首先建立的是系统顶层需求模型, 如图1为前台模块的用例图。在顶层需求模型建立后, 还需要再对各需求模块进一步细化, 构建更加精确的子模块需求模型。
1.2 结构模型
静态建模主要的工作是构造系统的结构描述系统的细节。结构模型的建立主要使用UML类图、对象图、构件图和配置图。类图用于描述类与类之间的关系, 它不仅显示了信息结构, 同时还描述了系统的行为, 是对系统静态结构的描述;对象图表示在某一时刻这些类的实例之间的具体关系;构件图显示系统构件之间的关系;配置图则描述系统硬件的物理拓扑结构以及在此结构上执行的系统。图2是实验项目管理子模块的结构模型类图。
1.3 动态模型
动态模型是对结构或框架模型的补充, 是研究系统的“大颗粒”的行为性质[4]。我们使用UML的交互图以及状态图和活动图来描述远程教学管理系统的动态模型。交互图描述构件间消息传递的连接关系及其空间分布, 揭示构件之间的交互过程, 用于描述一个用例, 它有两种类型:顺序图和协作图。状态图表现了一个对象 (或模型元素) 的生存史, 显示触发状态转移的事件和因状态改变而导致的动作, 对于比较重要的对象需建立其状态图。活动图主要表示系统的业务工作流和并发处理过程, 对于一些比较重要的流程需要建立其活动图。图3是实验课程信息修改子模块的协作图。
2 结语
本文阐述了使用统一建模语言UML对远程实验教学系统进行体系结构建模的过程。由建模过程可以看出UML在体系结构建模方面存在很好的优势, 它对开发前端 (从需求分析到概要设计) 提供了强大的支持。但是, UML本身并不是ADL, 所以不能精确地描述系统体系结构。因此, 下一步我们将采用UML与ADL结合来进行系统的详细设计。
摘要：对于软件项目的开发, 其体系结构是否清晰已经成为系统能否成功的一个关键因素。本文分析了目前高校实验教学的网络化需求, 阐述了高校远程实验教学系统的建设思路, 采用统一建模语言UML对该系统体系结构建模。
关键词：远程教学系统,体系结构,UML
参考文献
[1] 张友生.软件体系结构 (第2版) [M].北京:清华大学出版社, 2006.
[2] 马重明, 胡湘云.基于UML的软件体系结构建模方法研究[J].计算技术与自动化, 2005, 24 (2) :94～96.
[3] 戎玫, 张广泉, 刘艳.基于软件体系结构和UML的图书管理系统设计与实现[J].计算机科学, 2005, 32 (6) :224～227.
[4] 周莹新, 艾波.软件体系结构建模研究[J].软件学报, 1998, 9 (11) .