基于UML 的网络课程自动生成系统研究与实现[J].pdf基于UML 的网络课程自动生成系统研究与实现[J].pdf

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收稿日期20061129;修返日期20070414基金项目浙江省教育厅科研基金资助项目20051666作者简介张川1969,男,重庆人,博士研究生,主要研究方向为数据库与互联网、网络教育应用CHUANZH69YAHOOCOMCN基于UML的网络课程自动生成系统研究与实现张川1,21华南理工大学计算机科学与工程学院,广州510640;2宁波大学科学技术学院,浙江宁波315211摘要针对目前网络教学中网络课程开发存在的问题,提出并设计了一个网络课程自动生成系统。该系统为教师开发网络课程提供了一个方便、快速的软件工具,大大减少开发成本。用面向对象的分析与设计方法,使用UML对系统进行了建模,详细分析和设计了系统的用例图、静态结构模型、动态行为模型以及物理模型,最后使用流行的网络开发技术NET实现了该系统。关键词统一建模语言;网络课程;用例图;浏览器/服务器中图分类号TP31152文献标志码A文章编号10013695200712022803RESEARCHANDIMPLEMENTATIONOFWEBBASEDCOURSEAUTOMATICGENERATIONSYSTEMBASEDONUMLZHANGCHUAN1,21COLLEGEOFCOMPUTERSCIENCEENGINEERING,SOUTHCHINAUNIVERSITYOFTECHNOLOGY,GUANGZHOU510640,CHINA;2COLLEGEOFSCIENCETECHNOLOGY,NINGBOUNIVERSITY,NINGBOZHEJIANG315211,CHINAABSTRACTAIMINGATTHEEXISTINGPROBLEMDURINGWEBBASEDCOURSEDEVELOPMENTATPRESENT,THEPAPERPUTFORWARDANDDESIGNEDAWEBBASEDCOURSEAUTOMATICGENERATIONSYSTEMTHESYSTEMPROVIDEDACONVENIENTANDFASTTOOLFORTEACHERSTODEVELOPWEBBASEDCOURSE,ANDTHECOSTWASLARGELYREDUCEDWITHTHEOOANALYSIS/DESIGNMETHOD,THEPAPERBUILTMODELFORTHESYSTEMBASEDONUML,ANDINDETAILANALYZEDANDDESIGNEDUSECASEDIAGRAMS,STATICSTRUCTUREMODEL,DYNAMICACTIONMODELANDPHYSICALMODELFINALLY,THESYSTEMWASIMPLEMENTEDWITHTHEPOPULARNETWORKDEVELOPMENTTECHNIQUENETKEYWORDSUMLUNIFIEDMODELINGLANGUAGE;WEBBASEDCOURSE;USECASEDIAGRAMS;B/SBROWSER/SERVER随着教育信息化的不断深入,网络教学成为当前教学改革的一个重要方向。国家和学校都在重点开发一些精品网络课程,但是由于人力、财力有限,再加上需要掌握一定的网络设计技术,对于更多的课程,许多教师都无力开发出网络课程以供辅助教学使用。为了促进网络课程的开发和建设,课题组在经过充分的调研后,专门为教师设计和开发了一个网络课程自动生成系统,提供给教师一个开发网络课程的软件工具。在该系统下教师可以灵活组织教学内容,只要把自己的教学材料按照系统提示在线编辑和导入系统,就可以由系统自动生成网络课程,并可随时在线修改、添加。其操作简单、方便,不需要教师掌握更多的网络技术。系统采用面向对象的软件分析与设计OOAD方法,用统一建模语言建模机制,利用RATIONALROSE2003建模工具对B/S结构的网络课程自动生成系统进行了建模。1基于UML的系统建模UML是可视化VISUALIZING、规范定义SPECIFYING、构造CONSTRUCTING和文档化DOCUMENTING的标准建模语言。它给出了基于UML的精确的元模型定义和UML符号的表示方法。其主要作用是帮助人们对软件系统进行面向对象的描述和建模,并可以描述这个软件开发过程从需求分析直到实现和测试的全过程。UML通过建立各种类、类之间的关联、类/对象怎样相互配合实现系统的动态行为等成分这些都称为模型元素来组建整个模型,刻画客观世界。UML提供了各种图形如USECASE图、类图、时序图、协作图、状态图等来将这些模型元素及其关系可视化,让人们可以清楚容易地理解模型。因此其为设计人员、开发人员、用户和领域专家之间提供了非常便利的交流和沟通。目前它已成为面向对象软件系统分析与设计的重要工具。11系统需求分析系统需求分析就是明确系统开发的目标和用户的信息需求,以提出系统的逻辑方案。网络课程自动生成系统的目的是让教师能方便、快速地设计和开发出网络课程,包括对网络课程内容的表示,支持基本教学逻辑的设计,如章、节等课程结构的组织和调整;同时还要提供一些工具,方便和加速网上课程的开发等。教师需要从管理员那里得到教师账号和密码,以及相关课程的权限,然后教师就可登录系统激活自己的课程,按照系统提示对课程进行设计,包括课程结构、教学内容、教学安排等教学资料,同时还能随时修改、删除和浏览自己开发的网络课程。管理员则负责对教师和课程进行管理,包括添加、修改和删除等功能,以及指定教师和课程的权限关系和负责系统维护等。另外,对网络课程自动生成系统的一个基本要求是所开发的课程应该可以在标准浏览器下如IE浏览,无须用户安装特别的插件。更进一步的要求是不仅所产生的课程可第24卷第12期2007年12月计算机应用研究APPLICATIONRESEARCHOFCOMPUTERSVOL24NO12DEC2007以在多个操作系统平台上使用,网络课程自动开发系统本身也应该可以在多个操作系统平台上运行。12系统用例图系统用例图提供了软件系统的高层次的用户视图,表示以外部参与者的角度来看系统的使用。由前面的需求分析得出,整个系统主要有两个参与者,即教师和管理员。这样就可以画出整个系统的用例图,如图1所示。在用例图之后,还要对用例的事件流进行描述,以便更加清楚系统应该做什么。下面简要列出对课程内容添加的用例事件流。用例描述如下用例标志号为004;用例名称为添加课程内容;简要说明,即教师在线添加相关课程的学习内容,以章、节为单位;前提条件,即授课教师必须登录到系统且所选课程已被激活。主事件流A授课教师根据管理员所开设网络教学课程列表选择相关课程登录;B授课教师选择“添加课程”事件;C授课教师按章节次序添加课程章节名称,组织整个课程框架结构此名称由授课教师手工输入;D授课教师添加相应章节的课程内容课程具体内容可以是网页、WORD文档、PPT课件或视频格式文件等,可以打包上传,也可以指定URL;E授课教师如需添加下一章节内容转回步骤B;否则确定添加课程内容无误选择“更新”事件。事后条件如果用例成功,则课程内容已发生变化;否则,系统状态不变。在系统顶层用例图后,还需要对一些主要的用例进行细化,继续画出它们的用例图。由于篇幅有限,这里不再画出。13静态结构模型静态结构模型描述了系统中重要对象的属性和操作以及这些对象之间的相互关系。建立用例图后,需要进一步识别出系统中存在的对象,然后再从对象中抽象出类,并确定共同的属性和操作;将它们都放在父类中,其他的可以作为子类,继承父类的属性和操作,同时可根据自己的实际情况添加自己特有的属性和操作,从而方便以后的开发和维护。经过分析,网络课程自动生成系统主要有下面几个类IDENTITY身份类、CORUSE课程类、LOGIN_PAGE登录页、CORSELECT_PAGE课程选择页、CORINFOADD_PAGE课程信息添加页、CORCONTENTADD_PAGE课程内容添加页、CORCONTENTMODIFY_PAGE课程信息修改页、CORLEARN_PAGE课程浏览页。每个类都有相应的属性和方法,类之间也有相互关联。这几个类的关系如图2所示。在这里,只给出系统中主要的类及其类图。14动态行为模型通过对系统对象的静态分析,仍然不能很清楚地描述对象的行为和职责,还须进一步对系统进行动态的分析。动态行为模型由时序图、协作图、状态图和活动图来表达。在系统分析和设计中对主要用例和对象类绘制这些图形,以便分析系统行为,验证和修改系统的静态结构,满足用户的需求,从而达到系统的预期目标。笔者用时序图来描述用例的动态行为。时序图是按时间排序的交互图,采用从上到下的顺序来表示时间的顺序,用于通过情境检查逻辑流程。下述以添加课程内容用例为例来说明系统动态行为模型的建立。其主要过程是授课教师首先获取账号和密码,进行登录,系统验证成功后就列出该教师的课程;接着教师选择相应课程后即开始了网络课程的开发过程;教师第一步就要对课程整个框架结构进行组织,如按章节、知识点来组织;然后就可对课程内容进行添加、修改、删除等操作;最后成功提交存入数据库。教师也可反复进行内容添加,直到退出系统。添加课程内容的时序图如图3所示。15物理模型在UML分析的最后,要给出整个系统的物理模型,一般采用配置图。配置图主要描述运行处理节点和其上的组件的配置情况。由于系统采用B/S体系结构,节点和软件组件可以是分散的,通过INTERNET/INTRANET连接在一起,如图4所示。2系统实现在前面的UML建模基础上,系统采用当前比较流行的网922第12期张川基于UML的网络课程自动生成系统研究与实现登录选择课程激活课程组织课程结构添加课程内容变更课程内容浏览课程管理教师管理课程配置管理维护系统授课教师管理员图1系统顶层用例图CORSELECT_PAGE渊FROMUSECASEVIEW冤DISPLAYCOR渊冤CORSELECT渊冤LOGIN_PAGE渊FROMUSECASEVIEW冤IDENTITYCONFIRM渊冤GETCORLIST渊冤IDENTITYUSERNAMEUSERPWDLOGIN渊冤CHANGEPWD渊冤CORCONTENTADD_PAGE渊FROMUSECASEVIEW冤DISPLAYCORCONTENT渊冤CORCONTENTADDCONFIRM渊冤CORCONTENTMODIFY_PAGE渊FROMUSECASEVIEW冤DISPLAYCORCONTENT渊冤CORCONTENTADDCONFIRM渊冤COURSECORNUMINTEGERCORNAMESTRINGGETCORINFO渊冤GETCORCONTENT渊冤SAVECORINFO渊冤SAVECORCONTENT渊冤ADDCORCONTENT渊冤ADDCORINFO渊冤MODIFYCORCONTENT渊冤GETSELECTEDCOR渊冤CORINFOADD_PAGE渊FROMUSECASEVIEW冤DISPLAYCORINFO渊冤CORINFOADDCONFIRM渊冤CORLEARN_PAGE渊FROMUSECASEVIEW冤DISPLAYCORCONTENT渊冤图2系统主要的类图及其关系授课教师登录页LOGIN_PAGE课程选择页CORSELECT噎课程内容添加页CORCONTENTADD_PAGE课程COURSE数据库IDENTITY2冤LOGIN渊冤1冤IDENTITYCONFIRM渊冤3冤DISPLAYCOR渊冤4冤CORSELECT渊冤6冤GETCORCONTENT渊冤5冤GETSELECTEDCOR渊冤7冤DISPLAYCORCONTENT渊冤8冤添加课程内容9冤ADDCORCONTENT渊冤10冤SAVECORCONTENT渊冤图3添加课程内容的时序图络技术,在NET下使用C、ASPNET、WEBSERVICE,对该系统的各个功能模块进行了编程实现。数据库采用SQLSERVER2000。在系统的实现过程中,对共有的功能使用了WEBSERVICE,从而减少重复编程工作。为了加快系统的速度和保证数据的一致性,也使用存储过程和触发器。21B/S三层体系结构系统采用B/S三层体系结构,如图5所示。在三层体系结构中,表示层提供应用程序的用户界面,通常包括WINDOWS窗体和ASPNET页面的使用,向应用服务器发送服务请求,显示处理结果;业务逻辑层执行应用程序的业务功能,向数据库服务器发送数据请求;数据存储层提供对外部系统如数据库的访问,执行数据逻辑,运行SQL式存储过程,该层涉及到的主要NET技术是ADONET数据库访问技术。在NET中三层结构,表示层一般为HTML、ASP、ASPX等网页界面;业务逻辑层由VB,CS等文件编译生成的DLL文件也称为组件,在NET中DLL文件不用考虑注册问题,拷贝过来就可以直接使用,大大方便了系统的安装和部署问题;数据存储层就是数据库服务器,这里采用的是SQLSERVER2000。22课程内容模块的实现在该模块中,教师可以随意组织课程的教学内容。为了方便教师导航和操作,在显示时采用了树型结构来实现,如图6、7所示。这里的技术难点主要是树型结构的实现。在DELPHI和VC等编程工具中都有TREEVIEW控件。但如何将其放入浏览器中,并从数据库读节点数据来生成树型结构,这是个难点。最后经过反复分析和实验,系统采用了结合TREEVIEW控件、数据库和一个递归算法来实现。在这里只简单介绍算法INTLOOP;//全局变量,用来判断是章1,节2,知识点3,初值是0PRIVATEVOIDCREATETREETREENODECOLLECTIONNODEBEGIN,STRINGPARENTNODE{LOOP1;DATAVIEWDVNEWDATAVIEW;TREENODETMPTREENODE;DVTABLEDATASET1TABLESE_ZSD;//数据集传递DVROWFILTERPNODEPARENTNODE;//选取某一父节点下的一级子节点INTZZMARK1;//标记子节点的个数FOREACHDATAROWVIEWDRVINDV//循环显示子节点{TMPTREENODENEWTREENODE;TMPTREENODEIDDRVZSD_IDTOSTRING;SWITCHLOOP{CASE1//显示章TMPTREENODETEXTZZMARKTOSTRINGDRVZSD_MSTOSTRING;ZZMARK;BREAK;CASE2//显示节TMPTREENODETEXTZZMARKTOSTRINGDRVZSD_MSTOSTRING;ZZMARK;BREAK;CASE3//显示知识点TMPTREENODETEXTDRVZSD_MSTOSTRING;BREAK;}NODEBEGINADDTMPTREENODE;CREATETREETMPTREENODENODES,TMPTREENODEID;}LOOP1;}这样在组织课程内容时,可以随时点击节点展开和收缩,灵活导航,方便教师的操作。由于篇幅限制,其他功能模块略。3结束语网络课程自动生成系统这个项目,完全采用了面向对象的分析和设计方法。由于使用了UML对系统进行建模,加快了软件开发的进程,提高代码的质量和软件复用,降低开发的复杂性,取得了较好的效果;同时也保证了整个系统框架设计中的正确性,减少了软件系统开发的风险。目前,该系统已经开发完成并在宁波大学科学技术学院内投入使用,运行情况良好,具有很好的实用性,加快了学院网络课程的建设,方便了教师,也大大节约了制作成本。随着网络教学的不断发展,网络课程自动生成系统具有广阔的应用前景。参考文献1OGGSW,BOGGSMUML与RATIONALROSE2002从入门到精通M邱仲潘,译北京电子工业出版社,20022张龙祥UML与系统分析设计M北京人民邮电出版社,20013陈彩芳,刘光然,何丕廉基于UML的网络智能答疑系统分析与设计J微处理机,2006338404邓勇,丁峰,沈钧毅基于UML的WEB应用系统建模方法的研究J计算机工程与应用,2000,36619215于重重基于UML的网上审批系统的建模研究J计算机仿真,2004,2171691716陈庆章,张键网上课程自动生成系统的设计与实现J中国远程教育,20001145467SINGHHBUILDINGEFFECTIVEBLENDEDLEARNINGPROGRAMSJISSUEOFEDUCATIONALTECHNOLOGY,2003,43651548BRUSILOVSKYP,NIJHAWANHAFRAMEWORKFORADAPTIVEELEARNINGBASEDONDISTRIBUTEDREUSABLELEARNINGACTIVITIESC//PROCOFWORLDCONFERENCEONELEARNINGMONTREALSN,20021541619LIBBRECHTPAUTHORINGWEBCONTENTINACTIVEMATHFROMDEVELOPERTOOLSANDFURTHERC//PROCOFTHE3RDINTERNATIONALCONFERENCEONADAPTIVEHYPERMEDIAANDADAPTIVEWEBBASEDSYSTEMSAH2004NETHERLANDSSN,200410VASSILEVAJ,DETERSRDYNAMICCOURSEWAREGENERATIONONTHEWWWJBRITISHJOURNALOFEDUCATIONALTECHNOLOGY,1998,291514032计算机应用研究第24卷PC1PC2PC3NETWORKINTERNET/INTRANETDBSERVER图4系统的配置图客户机渊表示层冤应用服务器渊业务逻辑层冤WEBSERVER数据库服务器渊数据存储层冤图5B/S三层体系结构图6课程内容添加1图7课程内容添加2内容提要第一节内容介绍内容提要第一节内容介绍
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