UML2面向对象分析与设计教学大纲.doc

课程大纲 Syllabus一、学时分配总学时数：30课内学时：30 讲课学时数：30 实验学时数：0课外学时：3次课外作业学时说明：本大纲按照研究生标准设计，学生应已有有关面向对象的基本概念；如果针对高年级本科生，课程学时可能需要适当扩充到4864学时，并可增加上机实践学时。二、教学目的和预期达到的目标“UML2面向对象分析与设计”是软件工程专业公共选修课，通过本课程的教学，学生能够熟练地使用UML表达设计思想，运用对象技术的原则和方法完成应用系统的分析和设计过程，并对面向对象思想和理论有进一步的理解。三、预备知识面向对象的程序设计（至少掌握一种面向对象的编程语言，如Java、C#、C+等）软件工程导论（了解基本的软件工程理论，并对软件开发过程有一定的认识）四、主要内容及基本要求（一）主要授课内容（30学时）1. 基础1：上升到面向对象（3学时）本章目标本章是对象技术基础章，通过本章的学习学生能够快速的掌握面向对象领域的核心概念（对象技术、类、对象、抽象、封装、泛化和多态等），了解面向对象技术、系统分析与设计、UML之间的关系，并建立对象的思维方式。主要内容(1) 由素数问题看结构化和面向对象：理解传统结构化方法和面向对象方法之间的思维差异，掌握在具体应用中的区别和联系；(2) 课程基本情况介绍：课程目标、安排、参考文献等(3) 对象技术基础：掌握对象技术的定义，了解面向对象技术的发展历史，对面向对象技术的优势有一定的认识；(4) 对象和类：掌握并理解对象和类的定义以及它们之间的关系；(5) 对象技术相关原则：掌握抽象、封装、泛化和多态等机制概念和作用；(6) 上升到面向对象：掌握面向对象、建模和UML之间的关系；对面向对象的建模有一定的认识。2. 基础2：可视化建模技术（3学时）本章目标本章是可视化建模基础章，通过本章的学习使学生能够快速的掌握可视化建模领域的核心概念，了解可视化建模技术、UML2基本概念和上层结构；并掌握UML2所提供的14种模型。主要内容(7) 可视化建模与UML：模型、可视化建模技术基本概念，以及相关原则；(8) UML基础：UML基本概念、UML的发展历史和组成；(9) UML2组成结构：了解UML2基础结构和上层结构的概念和关系；(10) UML2概念模型：了解UML2中的核心概念；(11) UML2 14种模型及实践：静态(4种)：类图、对象图、构件图、部署图、包图、组合结构图、外廓图；动态(7种)：顺序图、通信图、计时图、交互纵览图、活动图、状态机图、用例图。掌握这些模型的核心概念，并能够利用Rational Rose、Enterprise Architect等建模工具进行建模实践。3. 起源：业务建模（2学时）本章目标业务建模是项目的起源，描述项目开发的依据，是后续需求建模的基础；通过本章的学习使学生能够了解业务建模的概念，掌握利用用例技术进行业务建模的方法和实践过程，并对从业务模型到系统模型的转换过程有一定的了解。主要内容(12) UML2分析设计过程；(13) 业务建模基础；(14) 基于用例技术的业务建模方法和实践：（i） 识别业务参与者；（ii） 识别业务用例；（iii） 详述业务用例；（iv） 建立业务对象模型；(15) 从业务模型到系统模型的过程；4. 需求：用例建模（4学时）本章目标需求是项目开发的基础，描述系统必须满足的条件或具备的能力，而用例建模技术则是一种非常有效的需求定义手段。通过本章的学习使学生能够了解需求的基础概念，掌握利用用例技术进行需求建模的方法和实践过程，并能够动手完成某一给定系统的用例模型。主要内容(16) 理解需求的基本概念；(17) 从业务模型获取系统需求的基本方法；(18) 建立基本的用例模型：掌握参与者、用例的基本概念和定义技巧，能够绘制基本的用例图；(19) 编写用例文档：掌握文档的基本撰写方法和技巧；(20) 重构用例模型：掌握用例之间的三种关系（扩展、包含和泛化），了解用例分包的基本方法，了解用例分级的基本思想；(21) 其它问题：了解用例建模中常见的问题，掌握用例的适用场合。5. 分析：用例分析（3学时）本章目标分析的目标是定义为了满足需求模型中所描述的功能，系统内部应该有什么样的业务核心机制。用例分析技术则是一种已经得到广泛认可面向对象分析方法。通过本章的学习使学生能够了解分析的基础概念，掌握利用用例分析进行面向对象的分析的方法和实践过程，并能够动手完成某一给定系统的分析模型。主要内容(22) 了解分析与分析模型的基本概念；(23) 掌握从用例开始进行分析迭代的基本方法：迭代开发和用例实现；(24) 掌握通过构架分析建立软件备选构架的基本方法；(25) 用例分析定义用例实现：从用例模型到分析模型；利用UML交互图、类图描述用例实现并寻找相关的类和对象。(26) 定义分析类：掌握分析类的基本概念、属性、分析操作和关系的定义方法。6. 设计基础1：面向对象的设计原则（3学时）本章目标软件设计在软件系统开发过程中扮演重要角色，设计质量的好坏直接关系到软件产品的成败，本章将关注如何设计出高质量的软件。面向对象的设计原则是在面向对象设计的基础指南，灵活的运用设计原则将大大提高软件产品的质量。通过本章的学习使学生能够设计原则的基本概念，并对Liskov替换原则、开放封闭原则、单一类职责原则、接口隔离原则和依赖倒置等设计原则有深刻的认识，并能在设计过程中灵活的应用。主要内容(27) 理解设计质量的基本概念和如何评价软件设计的质量；(28) 掌握Liskov替换原则（LSP）；(29) 掌握开放封闭原则（OCP）；(30) 了解单一类职责原则（SRP）和接口隔离原则（ISP）；(31) 掌握依赖倒置原则（DIP）。7. 设计基础2：面向对象的设计模式（3学时）本章目标设计模式是设计原则的具体应用，为面向对象的系统设计提供了良好的应用范例；设计模式抽象出成功设计的共性，并进行分类与标识，以便用户的使用。本章将在介绍设计模式的基本概念的基础上，重点介绍GoF设计模型和GRASP通用职责分配模型的基本概念和应用范例。主要内容(32) 了解模式与设计模式的基本概念；(33) 了解GoF 23种设计模式，并理解设计模式的基本思想和应用方法；(34) 理解GRASP职责分配模式的概念和基本用法；(35) 其它问题：模式与编程语言、模式与重构。8. 设计1：面向对象设计构架设计（3学时）本章目标在面向对象的系统中，构架扮演着至关重要的角色，各类设计元素按照构架的约束和规则构成系统各个组成成分，从而满足系统需求。本章将首先介绍构架设计的基本概念和设计过程，之后详细介绍构架设计的各项内容，包括定义设计元素、处理设计机制、定义实现构架以及实施构架；重点关注设计元素和设计机制相关内容。主要内容(36) 了解构架的基本方法：构架定义与设计过程，UML包图；(37) 掌握典型的设计元素的定义和应用；(38) 了解运用构架机制和设计模式改进系统构架的基本方法；(39) 了解利用UML模型描述系统运行时的构架的基本方法；(40) 了解利用UML模型描述系统部署构架的基本方法。9. 设计2：面向对象设计构件设计（3学时）本章目标构架建立了系统的核心结构和关键要素，而系统内部各组成成分的实现细节则需进一步细化，这个过程就是构件设计。构件设计过程从用例设计开始，根据用例实现流程封装相关的子系统和接口、细化设计类的实现细节。而在面向对象的系统中，数据库设计则是相对独立的步骤，它根据持久性构架机制的要求，定义持久类的数据库存储和访问机制。主要内容(41) 理解利用交互图和类图完善用例设计流程的基本方法；(42) 掌握子系统接口以及内部实现细节的设计方法；(43) 掌握类设计的过程，包括初始设计类的处理、操作和方法的定义、状态建模的基本方法、属性的定义、以及类之间各种关系的使用；(44) 数据库设计：基于对象模型构建系统的数据模型。10. 实现：从模型到代码（2学时）本章目标软件最终形式是代码，再好的设计方案如果不能转换成代码也就毫无意义。本章将从代码实现的基本原理入手，介绍各类设计模型到代码的正向和逆向转换过程。并由此介绍模型驱动开发等相关概念。主要内容(45) 了解正向工程的基本概念，掌握基于UML类图、顺序图的代码生成方法；(46) 了解逆向工程的基本概念；(47) 了解模型驱动的架构与模型转换的基本概念。11. 课程总结（1学时）本章目标案例总结和课程复习主要内容(48) 案例总结：总结课堂上和作业中的案例；(49) 课程复习：复习课程重点，介绍与考试相关的内容。（二）实践（实验/作业）实践部分占总成绩的50%，分三个阶段要求学生在规定的期限内采用面向对象的方法完成指定系统的需求、分析和设计工作。其目的是使学生通过整个实践过程，掌握课程中所介绍的原理和方法，熟练运用相关软件工程方法和工具，来完成整个系统的分析设计工作。具体实践安排：实践1. 需求（20%）实践目标利用UML用例模型完成需求建模过程（第四章）。主要内容(1) 完成给定系统的系统用例图，注意用例的命名和用例间的关系的使用，并简单描述每个执行者和用例的含义。(2) 选择一个体现系统核心业务的系统用例，完成用例规约，如果该用例有“扩展”、“包含”或“泛化”的子用例，则至少还需要写出一个子用例的规约。实践2. 分析（10%）实践目标利用面向对象的分析技术和相关的UML模型完成需求分析建模（第五章）。主要内容(3) 在确定第一个迭代周期后，简单描述系统的备选构架，并将分析过程所发现的类（对象）放入到相应的层次结构中。(4) 针对完成用例规约的一个用例进行用例分析：完成该用例的参与类类图（VOPC类图）和基本路径的交互图。实践3. 设计（20%）实践目标利用面向对象的设计技术和相关的UML模型完成设计建模（第九章）。主要内容(5) 运用设计原则或设计模式优化系统设计方案。(6) 完成系统构架设计。(7) 完成已分析的用例的设计过程，主要包括：基本路径的设计交互图和类设计（VOPC图和类的详细定义）。(8) 完成系统的数据库设计。五、主要教材及参考书1. 谭火彬，UML2面向对象的分析与设计，清华大学出版社，20132. Grady Booch etc, Object-Oriented Analysis and Design with Applications (3rd) （王海鹏、潘加宇译，面向对象分析与设计(第三版)，人民邮电出版社，2009.8）3. Grady Booch, James Rumbaugh, Ivar Jacobson, The Unified Modeling Language User Guide (2nd Edition) （邵维忠等译，UML用户指南(第二版)，人民邮电出版社，2006.6）4. Grady Booch, James Rumbaugh, Ivar Jacobson, The Unified Modeling Language Reference Manual (2nd Edition)（UML China译，UML参考手册(第二版)，机械工业出版社，2005.8）5. Martin Flower, UML Distilled: A Brief Guide to the Standard Object Modeling Language, Third Edition（徐家福译，UML精粹-标准建模语言简明指南（第三版），清华大学出版社，2005.6）6. Craig Larman, Applying UML and Patterns: An Introduction to Object-Oriented Analysis and Design and Iterative Development (3rd Edition)（李洋等译，UML和模式应用(第三版)，机械工业出版社，2006.4）7. Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides, Design Patterns-Elements of Reuseable Object-Oriented Software（李英军等译，设计模式：可复用面向对象软件的基础，机械工业出版社，2000.9）8. Robert C. Martin, Agile Software Development-Principles, Patterns, and Practices（邓辉译，敏捷软件开发-原则、模式与实践，清华大学出版社，2003.9）9. CT Arrington, Enterprise Java with UML（马波、李雄锋译，Enterprise Java with Java 中文版，机械工业出版社，2003.7）10. Martin Fowler, Refactoring: Improving the Design of Existing Code（侯捷，熊节译，重构改善既有代码的设计，中国电力出版社, 2003.8）11. Philippe Kruchten, The Rational Unified Process: An Introduction (Second Edition)（周伯生等译，Rational统一过程引论，机械工业出版社，2002.5）12. Alistair Cockburn, Writing Effective Use Cases（王雷，张莉译，编写有效用例，机械工业出版社，2002年）13. IBM Rational University, Essentials of Visual Modeling with the UML, 2003.0614. IBM Rational University, Mastering Object-Oriented Analysis and Design with UML 2.0, 2007.0415. IBM Rational University, Fundamentals of Rational Rose, 2003.0616. IBM Rational University, Essentials of Rational Software Architect, 2007.0417. IEEE-CS/ACM：Computing Curricula 2001-Computer Science，Final Report(December 15,2001)18. A Software Engineering Body of Knowledge，CMU/SEI-99-TR-00419. OMG Unified Modeling Language Specification，Object Management Group20. Chris Raistric, Paul Francis, John Wright, Colin Carter, Ian Wilkie, Model Driven Architecture with Executable UML（赵建华，张天等译，MDA与可执行UML，机械工业出版社，20