网上教学管理系统的分析与设计

第十一章综合实例：网上教学管理系统的分析与设计11.1系统需求描述11.2系统的用例建模11.3活动建模11.4静态结构建模11.5动态行为建模（交互建模）11.6包设计11.7协作设计下一页第十一章综合实例：网上教学管理系统的分析与设计11.8建立物理模型11.9用户界面设计11.10数据库设计11.11系统实施情况、测试和升级上一页11.1系统需求描述

随着信息技术，多媒体技术和互连网的发展，计算机和网络技术作为课堂教学的新手段，正在改变学生的学习方式。互联网在成为连接世界的国际信息网络同时也进入教育领域。许多教学系统在网上出现，带来了网上教室、网上实验室、网上图书馆等新事物。我国的远程教育从以广播电视为主体，以个人自学、集中辅导为主要学习方式，转为以计算机、多媒体技术、网络、数字卫星通讯技术为主体，以个人自主的个别化学习和交互式集体协同学习相结合为主要的学习方式。学习者可以按个人的意愿或需要选择学习内容、学习进度、学习方式，形成了一种新的远程开放学习模式。互联网的出现使学生真正学会自主学习。下一页返回11.1系统需求描述因此，建立一个良好的软件系统己经成为新型网络化远程教育发展的关键。为了适应我国远程教育发展的需要，我们设计并初步实现了一个网上教学管理系统。下面主要介绍运用UML(统一建模语言)对网上教学管理系统的建模过程。11.1.1系统的总体功能网上教学管理系统的用户是学生和教师。教师使用系统可以进行课件管理、课程管理、成绩管理、作业管理、学生评估、资料管理等。学生可以通过系统进行选课管理、作业提交、个人成绩、学分统计、资料下载、教学评估等。11.1.2系统的功能细化上一页下一页返回11.1系统需求描述网上教学管理的工作内容繁多，我们在此作为一个简单的示例，设计的系统只处理教师的课件管理和学生的作业管理两方面的服务。1、课件管理服务：可以提供课件信息管理、课件管理、课件浏览、身份验证、开设课程验证等服务。(1)课件信息管理:教师可以进行课件信息的检查，并进行相关信息的增加、修改和删除等工作。(2)课件管理:教师可以进行课件的上传和下载。(4)课件浏览:教师可以浏览课件。(5)身份验证：教师在进行课程选择前要进行身份验证。(6)开设课程验证:验证该课程的相关信息。上一页下一页返回11.1系统需求描述2、作业管理服务：可以提供查看教师所布置的作业、写作业、修改己完成作业、查看作业评语、与教师联系、选择课程等服务。(1)察看作业：查看教师所布置的作业:(2)写作业:学生完成所选课程作业。(3)修改作业：修改己完成作业:(4)查看评语：查看作业评语:(5)与教师联系：E_mail与教师联系。(6)选择课程:学生进行所学课程选择上一页返回11.2系统的用例建模11.2.1识别参与者在网上教学管理系统中，我们确定2个参与者：学生和教师。对于每一个参与者，应当明确其业务活动的内容、对系统的服务要求。“学生”参与者可以通过系统提供查看教师所布置的作业、写作业、修改己完成作业、查看作业评语、与教师联系、选择课程等。“教师”参与者作为教学管理系统的主要支持者，可以通过系统上传课件、修改课件、浏览课件、开设课程等。下一页返回11.2系统的用例建模11.2.2识别用例确定参与者后，应当根据系统需求，建立系统顶层的用例模型，在分析和设计阶段将进一步细化，划分为更低层的详细用例图，以便深入分析系统的要求和目标。顶层用例模型中的每一个用例都可以细化为若干个小的低一层次的用例。本系统的顶层用例模型只包含两个用例：“作业管理”和“课件管理”，用例“课件管理”与2个参与者都存在交互，用例“作业管理”与参与者“学生”存在着交互。这两个用例需要进一步的细化为更小一些的用例，以便深入分析系统的要求和目标。在这里我们以不同的参与者来细化用例:上一页下一页返回11.2系统的用例建模(1)教师参与的用例细化教师参与的课件管理用例可以分解为以下一些用例:课件信息管理、课件管理、课件浏览、身份验证、开设课程验证等。教师只有通过系统的身份验证以及所开设课程的验证之后，才能管理其授权课程下属的课件。细化的用例图如图11-2所示。（2）学生参与的用例细化学生参与的作业用例可以分解为以下几个用例:查看教师所布置的作业、写作业、修改己完成作业、查看作业评语、与教师联系、选择课程等。学生只有通过系统的身份验证和选课验证之后，才能参与己授权课程的作业活动。其细化用例图如图11-3所示。上一页下一页返回11.2系统的用例建模11.2.3系统用例图系统用例分别如图11-1、11-2、11-3所示。11.2.4为用例编写文档绘制完以上用例图之后，要对每一个进行描述，编写用例的说明文档。下面对网上教学管理系统的两个主要用例作简要的举例说明。1.课件信息管理（1）.前置条件在这个用例开始前，教师必须登录到系统中。1.2.后置条件上一页下一页返回11.2系统的用例建模如果用例成功,教师可以增加、修改或删除课件信息。否则，系统的状态不变。1.3.扩充点没有。1.4.事件流1.4.1.基流当教师想维护课件信息时，用例启动，系统要求教师选择所要执行的活动（增加、修改或删除课件信息）如果所选的活动是“增加课件信息”，则执行分支流：增加课件信息上一页下一页返回11.2系统的用例建模如果所选的活动是“修改课件信息”，则执行分支流：修改课件信息如果所选的活动是“删除课件信息”，则执行分支流：删除课件信息1.4.2.分支流（1）增加课件信息提供课件信息，如课件相关课程的名称、课件的主要内容等系统上传并存储课件信息（2）修改课件信息提供课件名称上一页下一页返回11.2系统的用例建模查询并显示课件的相关信息修改课件的信息（3）删除课件信息提供课件名称查询并显示课件的相关信息从系统中删除课件的信息1.4.3替代流（1）分支流（增加课件信息）的替代流若增加的课件已存在，系统显示提示信息，用例终止。（2）分支流（修改课件信息）的替代流若存在课件，系统显示提示信息，用例终止。上一页下一页返回11.2系统的用例建模（3）分支流（删除课件信息）的替代流若查询不到课件，系统显示提示信息，用例终止。如果用户输入无效的用户名和/或密码，系统显示错误信息。用户可以选择返回基流的起始点,重新输入正确的用户名和/或密码；或者取消登录，用例结束。2.写作业2.1.前置条件在这个用例开始前，学生必须登录到系统中。2.2.后置条件如果这个用例成功,学生可以选课写作业，否则，系统的状态没有变化。上一页下一页返回11.2系统的用例建模2.3.扩充点没有2.4.事件流2.4.1基流(Basicflow)当学生进入学生写作业时，用例启动。(1)选择课程(2)做所选课程作业2.4.2.分支流若作业需要修改，可以执行修改作业。2.4.2.替换流若所选课程没有作业，系统显示提示信息，用例终止。上一页返回11.3活动建模网上教学管理系统可以建立多个不用的活动图，下面仅举例介绍几个有代表性的活动图。1.登录系统的活动图图11-4是登录系统的活动图，其中动作有输入网站的URL,显示网上教学管理系统的主业、输入登录信息、点击“OK”按钮、登录信息认证和显示登录成功界面。用户登录系统时，首先要输入登录网站的URL,然后从首页的登录窗口中输入登录信息，如用户名和密码，点击页面上的登录按钮。用户输入的信息会与数据库中的信息对比验证，如果验证成功，返回登录成功界面，如果失败，返回登录失败页面。下一页返回11.3活动建模2.教师上传课件的活动图图11-5是教师上传课件的活动图，其中动作有申请课件上传、验证课件的大小和其他信息、课件存储、系统管理员认证、更新页面。教师要上传课件，首先要进入课件上传页面，然后验证上传课件的大小和其他信息是否符合要求。验证成功后将课件存储，当系统管理员认证通过，更新页面，如果认证不通过则删除课件。上一页返回11.4静态结构建模11.4.1定义实体类对于我们所设计开发的网上教学管理系统可以抽象出以下一些主要的类。在人员信息方面有“学生”类，“教师”类和“系统管理员”类。在教学管理方面有课程类、学生选课登记类、教师授课登记类、课件类、学生成绩类、作业类、试题类、学分统计类。11.4.2定义类属性在人员信息方面有“学生”类，“教师”类和“系统管理员”类。学生类的属性有学生编号、姓名、年龄、性别、专业、入学年份、联系电话、Email地址等；教师类的属性有教师下一页返回11.4静态结构建模

编号、姓名、性别、职称、系别、联系地址等，管理员类的属性有编号、姓名、联系电话、Email地址等。对这些类的操作有查询、添加、修改、删除。在教学管理方面有课程类、学生选课登记类、教师授课登记类、课件类、学生成绩类、作业类、试题类、学分统计类。课程类的属性有课程名、课程编号、学分、先修课程等，其操作有查询、修改、添加、删除等；学生选课登记类的属性有学生编号、开课时间、课程编号等，其操作有查询、登记课程、修改登记、删除登记、打印、统计等；教师授课登记类的属性有教师编号、课程编号、开课学期、开课专业等，其操作有查询、登记课程、审核登记等；课件类的属性有课上一页下一页返回11.4静态结构建模

件名、课件编号、所属课程、关键词、课件类型等，其操作包括查询、修改、添加和删除；学生成绩类的属性有学生编号、课程编号、平时成绩、总评成绩等，其操作有查询、修改、添加、删除、统计等；作业类的属性有课程编号、作业内容、所在学期等，其操作有修改、查询等；试题类的属性有课程编号、试题类型、难度值、试题内容、试题答案等，其操作有增加、修改、查询、打印、统计等；学分统计类的属性有学生编号、己修学分、总计学分等，其操作有统计、查询、打印等。11.4.3确定类之间的关系上一页下一页返回11.4静态结构建模在定义了类之后，需要进一步分析类之间的联系。类之间的联系有关联,聚集、继承、依赖等多种类型。关联表示两个类之间存在某种语义上的联系，例如教师授课登记类和教师类之间的授课关联、学生选课登记类和学生之间的选课关联、学生选课登记类和学生类之间。聚集表示类之间的关系是整体与部分的关系，例如系统中的课程类和教师授课登记类、学生选课登记类、课件类、试题类之间的聚集关系。继承是指类之间的一般和特殊的关系，例如系统中的人员类和学生类、教师类、系统管理员类之间是继承关系。上一页下一页返回11.4静态结构建模依赖是指一个类的变化将到另一个类，例如系统中的学生选课登记类和学生成绩类之间，学生成绩和学分统计、成绩管理是依赖关系。11.4.4建立类图在分析了网上教学管理系统的类、对象和关联之后，可以得出其类图如图11-6所示。为了简化系统的类图，图中只画出了主要的实体类、对图中的类只标示了其主要操作和属性。上一页返回11.5动态行为建模（交互建模）11.5.1建立顺序图绘制顺序图，首先要对每个用例编写交互活动剧本，然后确定参与交互的活动者、对象以及交互事件。下面举例说明网上教学管理系统的一些重要的顺序图。1.“教师申请课程”的顺序图对于用例场景“教师申请课程”是在参与者“教师”和主界面对象之间发生的交互，可以绘制的顺序图，如图11-7所示，其中的交互事件有登录、验证教师身份、打开申请课程表单、选择开课专业、浏览课程、选择要申请的课程、验证申请的有效性、加入申请、显示结果。下一页返回11.5动态行为建模（交互建模）2.“学生完成作业”的顺序图“学生完成作业”的顺序图如图11-8，是在参与者“学生”和主界面对象之间发生的交互，可以绘制的顺序图，如图所示，其中的交互事件有登录、验证身份、打开作业表单、选择课程、浏览教师布置的作业情况、选择作业、检查作业是否已批阅，若有则查看教师批语，若无则完成作业或者修改己完成的作业。3.“教师管理学生成绩”的顺序图“教师管理学生成绩”的顺序图如图11-9，是在参与者“教师”和主界面对象对象之间发生的交互，可以绘制的顺序图，如图所示，其中的交互事件有登录、验证教师身份、打开上一页下一页返回11.5动态行为建模（交互建模）学生成绩管理表单、选择要管理成绩的课程、显示选修该课程的学生和学生的成绩、修改、添加或删除学生成绩、验证成绩的有效性、更新学生成绩。由于篇幅关系，其他用例的顺序图不再累述。11.5.2建立状态图状态图表现一个对象（类）的生命史。对于一些实现重要行为动作的对象应当绘制状态图。绘制状态图需要确定一个对象的生命期可能出乡的全部状态，即哪些事件将引起状态的转移，将会发生哪些动作。1.教师登记开设课程的状态图上一页下一页返回11.5动态行为建模（交互建模）对于网上教学管理系统的教师登记开设课程，可能有的状态、时间和动作如图11-10图11-10是教师登记开设课程的状态图，有新登记课程、授权开设课程、无权开设课程、开课、闭课、课程取消、课程待取消处理和课程完成几个状态，其中前五种状态组成组合状态。此外，学生选课登记的状态图如图11-11所示。图11-11是学生选课登记的状态图，有初始化、选择主修课程、选择选修课程、选课完成、提交选课结果待处理、暂停选课几个状态，其中选择主修课程和选择选修课程组成组合状态。上一页返回11.6包设计对于网上教学管理系统，需要把系统的对象类组织承包，以便清楚地了解系统的结构。网上教学管理系统的包如图11-12所示，可以分为“教学管理”包、“系统管理”包、“数据库”包和“用户接口”包。用户接口包：其中包括前文所述的全部接口类对象；教学管理包：其中包含了为实现教学教务管理领域任务的类:教师类、学生类、课程类、课件类、学生成绩类、作业类、试题类、教师授课登记类、学生选课登记类等。数据库包：其中包含了实现数据库服务功能的全部类。系统管理包:其中包含了实现系统维护和管理的全部类。返回11.7协作设计协作图用于描述相互协作的对象间的交互关系和链接关系。网上教学管理系统的协作图较多，下面仅介绍比较有代表性的：学生完成作业协作图、教师管理学生成绩和教师申请课程协作图。图11-13是学生完成作业的协作图，图11-14是教师管理学生成绩的协作图，图11-15是教师申请课程的协作图。返回11.8建立物理模型本部分主要对系统的硬件结构进行设计，应该定义系统的物理模型，包括构件图和配置图，用来显示系统实现时的一些特性，包括源代码的静态结构和运行时刻的实现结构。其中构件图显示代码本身的结构，配置图显示系统运行时的结构。11.8.1建立系统组件图系统实现的源代码、二进制码、执行码可以按照模块化的思想，用组件分别组织起来，明确系统各部分的功能职责和软件结构。组件图显示编译、链接或执行时组件之间的依赖关系，有助于我们分析和理解组件之间的相互影响程度。一般来说，软件组件就是一个实际文件，可以是源代码文件、二进制代码文件和可执行文件等.下一页返回11.8建立物理模型图11-16是网上教学管理系统的构件图，其中教师、学生方面的应用程序构件有各自的模板和公共的库文件，PHP库文件则负责对教师和学生方应用程序的解析，为其提供数据库构件的数据服务。系统管理员方的可执行程序构件则直接依赖于数据库构件。11.8.2建立配置图配置图描述系统硬件的物理拓扑结构以及在此结构上执行的软件，常常用于帮助理解分布式系统。配置图可以显示实际的计算机和设备(用结点表示)以及它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部件之间的依赖性，还可以显示网络之间的通信路径。在结点内部，可以放置可执行部件和对象以上一页下一页返回11.8建立物理模型

显示结点跟可执行软件单元的对应关系。配置图中的结点代表一个物理设备以及其上运行的软件系统，结点之间的连线表示系统之间进行交互的通信路径，在UML中被称为连接。图11-17是网上教学管理系统的配置图，数据库服务器和应用服务器配置在同一个节点上，用户计算机则配置在不同的节点上，数据库服务器向应用服务器提供数据服务，用户(教师、学生)通过浏览器访问应用服务器获得教学应用服务，系统管理员则使用客户端应用程序访问数据库服务器，负责整个系统的数据管理和维护。教师和学生端采用的是B/S结构，能充分利用服务器资源，提供一个跨平台的简单一致的应用环境，实现了开发环境和应用环境的分离，具有易于上一页下一页返回11.8建立物理模型

维护、信息共享度高、扩展性好等优点。系统管理员端采用的是C/S结构，安全性和效率更高，容易实现复杂的控制逻辑和管理机制。上一页返回11.9用户界面设计用户界面设计要综合考虑易用性设计、艺术设计和技术实现，是很有挑战性的工作。我们将本系统的用户定义为：对应用程序或计算机的一般用法有一定了解，用户希望界面符合WINDOWS视窗特别是OFFICE风格，对易用性、简洁性有比较高的要求，对界面快速交互没有很强的要求。

因此，本系统用户界面设计坚持图形用户界面（GUI）设计原则，界面直观、对用户透明：用户接触网上界面上对应的功能一目了然、不需要多少培训就可以方便使用本应用系统。

在界面设计中保持各界面的一致性，包括使用标准的控件,字体、标签风格、颜色、术语、显示错误信息等方面确保一致。此外，由于采用B/S体系结构，用户响应时间应该适中，系统响应时间过长，用户就会感到不安和沮丧，而下一页返回11.9用户界面设计

响应时间过短有时会造成用户加快工作节奏，从而导致错误。因此在系统响应时间上要综合考虑响应时间长度和界面现实和操作设计，例如等待时的一些图标提示信息等。上一页返回11.10数据库设计

网上教学系统的数据库设计过程，也就是将UML的类映射到数据库的过程。UML建立的类图模型中的每一个实体类要明确存取数据的方式，并将其映射到数据库上。由于我们选择的RDBMS以二维表为基本管理单元，所以分析设计阶段得到的类图模型最终由数据库中二维表及表间关系描述，有关的变换规则归纳如下:实现实体类向数据库类的完全映射，数据库逻辑模型直接模拟现实世界的实体关系。一个对象类可映射为一个以上的表，当类间有一对多的关系时，一个表也可以对应多个类。下一页返回11.10数据库设计关系(一对一、一对多、多对多)的映射可能有多种情况，但一般映射为一个表，也可在类表间定义相应的外键。单一继承的泛化关系可以对父类和子类分别映射为表；可不定义父类表而让子类表拥有父类属性，也可以不定义子类表而让父类表拥有子类全部属性。对多重继承的父类和子类分别映射为表，对多次多重继承的泛化关系也映射到一个表。对映射后的数据库进行冗余控制调整，使其达到合理的关系范式，同时也可以保留适当冗余，减少数据库冗余的设计思路产生于70年代，曾是DBMS进步的重要动力之一。然而随着计算机技术的迅速发展，容易理解、应用开发工作量少、维护简单成为衡量数据库结构合理性的最重要标准。上一页下一页返回11.10数据库设计通过以上规则的映射，可以从前文所述的系统类图模型中得到数据库所需的表格:课程表、课件表、试题表、教师授课登记表、学生选课登记表、学生成绩表、学生信息表、教师信息表、管理员信息表、作业表、消息表、师生交流所用的留言表等。下面举例说明网上教学管理系统中的一个数据库实体关系图，如图11-18。上一页返回11.11系统实施情况、测试和升级在B/S模式下，我们选择了PHP作开发工具，它与其他动态访问网络数据库的技术如JSP,ASP等相比，具有以下的优势:易学易用，开发周期短，易于维护；跨平台、稳定性和扩展性高；扩展性和超常的稳定性，而且它开放源码，可以免费使用；强大的数据库支持；支持Internet的前沿技术等。在C/S模式下，我们选择用PowerBuilder开发客户端程序，PowerBuilder是业界公认的数据库应用最优开发工具之一，它面向对象，支持组件技术和多种流行的数据库，利用其专利产品数据窗口可以大大简化应用系统的开发难度。用它开发的数据库管理应用功能完善而强大，可移植性高，可以方便的实现统计图表打印、异构数据库间数据迁移等其它开发工具较难实现的功能。下一页返回11.11系统实施情况、测试和升级

基于网络安全，运行成本等方面的考虑，本系统选择了目前非常流行的组合—PHP+MYSQL+APACHEonLinux，即Linux系统作为开发平台，Apache和MySQL分别作为应用服务器和数据库系统。这种组合的最大优势在于快捷、稳定而且免费，在目前我国教育资金普遍不足的情况下是一个非常不错的选择。Linux是基于Unix的多用户、多任务、支持多进程和多CPU的操作系统，具有成本低、性能高、稳定性好和源代码开放等特点，内核糟练而稳定，具有很好的可扩充性，而且自带免费的MYSQL数据库，是全球使用最广泛的操作系统之一。上一页下一页返回11.11系统实施情况、测试和升级ApacheWeb服务器可以说是PHP的最佳结合，作为一种功能强大的免费HTTP服务器，它可靠，高效，易于扩展，并且所有源代码公开。Apache是最先使用HTTP协议的服务器之一，不仅提供简单而强有力的基于文件的配置，并且支持通用网关接口(CGI),虚拟主机和HTTP认证。在Internet中的Web服务器领域内，Apache占有无可争议的领先地位。MySQL是一种多用户、多线程的数据库系统，支持多种操作平台，执行速度很快，与PHP的配合非常的合适，而且除供商业用途需要收取少量的费用以外，MySQL是免费的，非