软件建模技术 教案1-3 初识软件建模-使用用例图实现系统需求分析

湖南科技职业学院课堂教学设计方案授课内容初识软件建模授课学时2学时授课班级授课时间授课地点教学模式线上线下混合式教学学情分析学生已具备基础的计算机知识，但对软件建模的抽象概念（如UML建模语言、软件工程流程）缺乏系统认知。学生可能存在以下问题：1.对“模型”的抽象思维不足，难以理解从现实到模型的转换过程；2.混淆软件与硬件的本质区别，对软件危机、软件工程的系统性方法认知模糊；3.对UML的可视化符号（如类图、用例图）缺乏直观认识，实践操作经验较少。教学目标知识目标理解软件建模的基本概念。理解软件工程的基本概念。掌握UML的基本概念。掌握UML的基本组成。认识软件建模的工具。掌握建模工具的使用。能力目标能够理解软件建模的相关概念。能够理解软件工程与软件建模的关系。能够掌握UML的基本概念与组成元素。能够安装及配置软件建模工具。能够使用建模工具对软件进行建模。素质目标培养持续学习的精神，不断跟进软件建模领域的新技术和新方法，提升自身的专业素养。培养严谨细致的工作态度，在安装、配置和使用建模工具时，注重每一个细节。教学重点软件建模的基本概念和原则，包括模型的定义、建模的目的和原则。软件工程的基本概念和过程，包括软件危机、软件工程的定义和软件生命周期。UML的基本概念和组成，包括UML的历史、定义、应用领域、事物、关系和图。教学难点软件建模的抽象概念理解，如模型的抽象程度和建模的原则应用。UML中各种事物、关系和图的区别与联系，如类图、对象图、用例图等的特点和应用场景。运用UML进行软件建模的实践操作，如使用建模工具绘制符合规范的模型图。教学方法讲授法：通过讲解软件建模、软件工程和UML的基本概念和理论，帮助学生建立系统的知识框架。案例教学法：结合实际的软件项目案例，如智慧校园系统，分析软件建模的应用过程和方法，引导学生将理论知识与实际应用相结合。演示法：使用UML建模工具，如EnterpriseArchitect（EA），动态展示UML模型图的绘制过程，帮助学生理解抽象概念。小组合作学习法：组织学生分组完成软件建模实践任务，在小组讨论和协作中促进学生之间的交流与合作，培养团队协作能力。能力训练任务、案例了解与识读智慧校园系统的相关UML图教学资源数字资源：学习通在线网络学习平台：收集、分析学生自主学习情况，供教师课堂教学设计参考；相关软件：实体资源：智慧教室、教材、笔记本电脑。教学实施过程课前教学环节教学内容教学活动任务导学在学习通平台发布预习资料，包括相关PPT和预习视频。布置预习任务：阅读教材中软件建模、软件工程和UML的相关章节，思考软件建模的目的和原则，UML的基本组成等问题。设计线上讨论话题：“为什么要进行软件建模？软件建模在软件开发过程中起到什么作用？”教师活动：在学习通发布预习任务，关联教材对应章节。整理学生预习反馈，提炼共性问题。

学生活动：

1.观看学习通预习视频，完成教材章节阅读。2.参与线上讨论，发表自己的观点和看法，与同学交流讨论。课中教学环节教学内容教学活动任务导入（5分钟）模型（Model）是对现实世界的简化，软件建模是对业务系统软件进行抽象描述，通常在软件设计与分析中使用UML语言来建模。UML是一种可视化的建模语言，它可以用来创建各种不同类型的模型。随着信息技术的飞速发展，教育领域也在不断进行数字化变革。传统的校园管理方式面临着效率低下、信息不畅通、资源整合困难、安全管理存在隐患等问题。为了提升校园管理水平，优化校园资源配置，提高师生的学习和工作体验，学院决定开发智慧校园系统。请运用本节所学知识，完成如下任务：理解UML作为一种标准化建模语言在智慧校园系统设计与分析中的优势和价值；掌握UML的基本组成部分，包括各种视图、图和模型元素，能够运用UML对智慧校园系统进行初步的建模和分析，读懂简单的用例图、类图等UML图例，以理解系统的功能结构和对象关系。教师活动：通过展示一个实际的软件项目案例，如智慧校园系统的需求分析报告和模型图，引出软件建模的概念。提问：“大家觉得这个软件系统是如何从需求分析到最终实现的？在这个过程中，软件建模起到了什么作用？”引导学生思考软件建模的重要性，激发学生的学习兴趣。

学生活动：

1.观察案例，思考教师提出的问题，发表自己的看法。

2.积极参与课堂互动，回答教师提问。知识储备1：建模理论基础（25分钟）1.软件建模概述模型的定义：通过生活中的例子，如气象图、交通地图等，解释模型是对现实的简化，软件建模是对业务系统软件的抽象描述。建模的目的和原则：讲解建模的四个目的（可视化、详细说明、构造模板、决策模板）和四个原则（选择合适的模型、不同精度级别表示、与实际联系、多模型处理复杂系统）。使用UML建模：介绍UML的定义和特点，说明UML是一种通用的可视化建模语言，能够帮助开发人员进行软件建模。2.软件工程概述软件的基本概念：讲解软件的定义、特征和类型，纠正学生对软件的片面理解。软件危机：介绍软件危机的产生原因和表现，如软件开发无计划、需求分析不充分等。软件工程：阐述软件工程的定义和过程，包括软件生命周期的六个步骤（计划、需求分析、设计、编码、测试、运行和维护）和常见的软件生存期模型（瀑布模型、原型实现模型）。软件工程方法—面向对象：简要介绍面向对象的基本概念，如对象、类、继承、通信等，以及面向对象软件工程方法的开发过程。软件工程过程—Rational统一过程：介绍RUP的二维结构图，包括时间轴的四个阶段（初始、细化、构造、移交）和核心过程工作流，以及RUP的优秀方法（迭代开发、需求管理、基于构件的构架等）。软件工程与软件建模的关系：分析软件工程与软件建模的密切关系，说明软件建模是软件工程中的关键活动，为软件工程的各个阶段提供支持。3.UML概述UML历史：讲述UML的发展历程，从三种面向对象建模方法（OMT、OOSE、Booch方法）到统一建模语言UML的形成。UML简述：介绍UML的定义、体系组成（基本构造块、规则、公共机制）和特点，说明UML不是编程语言，而是一种建模语言。UML的应用领域：阐述UML的广泛应用，不仅适用于软件系统建模，还可以用于非软件领域的系统建模，以及在系统开发过程中的不同阶段的应用。思政点：展示UML从1.0到2.0的演进过程，说明技术迭代的必然性，引导学生关注建模领域的新技术，培养持续学习的意识。分析软件危机案例时，讨论“模型错误导致系统失效”的社会影响（如医疗系统故障危及生命），强调建模工程师的社会责任，树立“技术服务于社会”的价值观。教师活动：通过展示气象图、交通地图等生活案例，结合PPT动态演示，对比“现实事物”与“模型”的差异，强调模型“简化现实”的本质。使用PPT和案例讲解软件建模的基础理论，强调建模是对现实的简化。学生活动：参与讨论“为什么建造大厦需要设计图纸”，理解建模的目的和原则。分组讨论分析软件危机的案例，讨论如何通过软件工程方法解决这些问题。思考UML在不同领域的应用，举例说明，与教师互动。知识储备2：UML图例说明（35分钟）1.UML事物结构事物：讲解类、组件、接口、协作、用例、节点、主动类等结构事物的定义和图形表示。行为事物：介绍交互和状态机的定义和特点，说明行为事物描述模型的动态部分。分组事物：讲解包的定义和作用，说明包是把元素组织成组的机制。注释事物：介绍注释的定义和图形表示，说明注释用于描述、说明和标注模型的元素。2.UML关系依赖关系：讲解依赖关系的定义和图形表示，举例说明依赖关系在类之间的应用。关联关系：介绍关联关系的定义和图形表示，说明关联关系表明事物对象之间的关系。泛化关系：讲解泛化关系的定义和图形表示，举例说明父类和子类之间的泛化关系。实现关系：介绍实现关系的定义和图形表示，说明实现关系在接口和类之间的应用。3.UML图结构图：介绍类图、对象图、包图、组件图、部署图、组合结构图等结构图的定义和特点，说明结构图描述系统的静态结构。行为图：讲解用例图、顺序图、通信图、状态机图、活动图、定时图、交互概览图等行为图的定义和特点，说明行为图描述系统的动态行为。思政点：UML作为一种建模工具，其核心在于帮助设计者更好地表达和优化系统设计。在讲解行为事物（如交互、状态机）和行为图（如用例图、活动图）时，可以引导学生思考如何通过创新的思维和方法来优化系统设计，提高系统的效率和性能。这与国家倡导的创新驱动发展战略相呼应，鼓励学生在学习中勇于创新，敢于突破传统思维的束缚。教师活动：通过实际软件开发案例，展示UML在系统设计中的重要性，引出UML事物、关系和图的概念，激发学生的学习兴趣。利用PPT或板书，依次讲解知识点在讲解过程中穿插提问，如“类和接口的区别是什么？”“泛化关系在实际开发中有哪些应用？”等，引导学生思考，及时解答学生的疑问，帮助学生巩固所学知识。总结归纳，强调重点，帮助学生构建知识体系。

学生活动：在教师讲解UML事物、关系和图的过程中，认真听讲，记录关键概念、图形表示及应用场景等内容，确保对知识有清晰的理解。在教师提问时，积极思考并主动回答问题，通过回答问题检验自己对知识的掌握程度，对于不理解的地方及时向教师提问，争取在课堂上解决疑惑。通过讨论加深对知识的理解，例如讨论如何正确绘制类图、如何识别类之间的关系等。实战任务：识读UML图例（20分钟）智慧校园系统是一个集成化的校园管理平台，涵盖教学管理、学生管理、行政管理、后勤管理等多个方面，实现信息的集中管理和共享。因为此系统较为庞大，故本书选取了系统中的登录注册模块、充值管理模块、学生寝室保修模块、门禁模块等若干子模块进行建模分析。实战1：了解EA工具实战2：对UML常见图例进行识读，详见教材任务1的任务实施思政点：强调EA工具的使用规范和UML建模的准确性，要求学生在建模过程中严格按照标准进行操作。通过案例分析和实践练习，让学生体会到规范操作的重要性，培养学生的严谨态度和规范意识。教师活动：讲解EA工具的使用。带领学生识读智慧校园系统的UML图例。学生活动：跟随教师的讲解，仔细观察智慧校园系统的UML图例，识别图中的基本元素（参与者、用例、类、关系线等），并理解各元素的图形符号及含义。在教师演示EA工具的使用方法后，动手尝试在EA中复现简单的UML图例元素，熟悉工具的基本操作界面和功能按钮。以小组为单位，针对智慧校园系统UML图例中的复杂部分（如扩展关系的应用场景、系统边界的划分等）进行讨论，整理疑问并向教师提问，进一步明确图例所表达的系统需求和逻辑。任务小结（5分钟）

1.知识复盘

总结本节课的重点内容，包括软件建模的基本概念、软件工程的概述和UML的基本组成，强调各知识点之间的联系。

2.思政结合教材内容升华

教材“素养课堂”强调：在软件建模的过程中，从业者在探索“什么是模型”以及明确“建模的目的和原则”时，需秉持工匠精神，以严谨细致的态度对待每一个环节，确保软件质量。教师活动：

1.系统总结本节课知识，强调重点和难点。2.对学生的课堂表现进行客观评价，给予鼓励和建议。

学生活动：

1.认真听取教师总结和评价，完善自己的知识体系，记录自己的问题和改进方向。课后教学环节教学内容教学活动任务拓展1.布置课后任务：尝试使用EA工具完成教材任务实施的各种图例。

2.拓展学习：查阅资料，了解UML2.0的图（如定时图、交互概览图）的作用和应用场景。

教师活动：1.在学习通发布任务学生活动：1.完成课后任务，将作品上传到学习通平台。2.查阅资料，了解UML其他图的相关知识，参与讨论。学习评价课后反思湖南科技职业学院课堂教学设计方案授课内容使用用例图实现系统需求分析授课学时4学时授课班级授课时间授课地点教学模式线上线下混合式教学学情分析学生已经学习了基本的UML建模知识，对系统需求分析有了一定的了解。然而，对于用例图这种需求分析工具的理解可能还不够深入，尤其是在实际应用中的场景和优势认识不足。部分学生在需求分析和建模方面有一定基础，但在团队协作解决复杂系统需求问题时，协作效率和深度还需提升。教学目标知识目标1.理解用例图的基本概念及其在系统需求分析中的作用。2.掌握用例图的基本组成元素。3.掌握用例图中用例之间的关系。4.掌握用例图的建模方法。能力目标1.能够根据用户需求绘制出符合UML规范的用例图。2.能够通过用例图分析产品所需的功能和动态行为。素质目标1.培养问题解决能力，能够运用用例图等分析工具，创造性地提出解决方案，并持续优化和完善。2.培养良好的沟通能力，在与用户交流的过程中，能够很好地理解用户的需求，同时也可以捕捉到用户未明确表达的潜在需求。教学重点1.用例图的基本概念、组成元素及其关系。2.用例图的建模方法，如何根据用户需求绘制用例图。3.用例图在实际应用场景中的分析与应用。教学难点1.用例图中参与者与用例之间的关系，尤其是泛化、包含和扩展关系的应用。2.用例图的绘制方法，能够根据实际需求绘制出符合UML规范的用例图。教学方法1.讲授法：借助PPT详细讲解用例图的概念、组成元素、用例之间的关系等知识，帮助学生建立系统的知识框架。2.案例教学法：以“智慧校园系统”为背景，分析用例图在其中的应用，引导学生将理论知识与实际应用相结合。3.演示法：利用EA动态展示用例图的绘制过程，帮助学生理解抽象概念。4.小组合作学习法：组织学生分组完成实践任务，在小组讨论和协作中促进学生之间的交流与合作，培养团队协作能力能力训练任务、案例1.实现智慧校园系统的日常生活自助服务子模块用例图：分析该模块的主要功能，识别参与者和用例，绘制用例图并描述用例之间的关系。2.在智慧校园系统的学生寝室报修子模块中，分析用例图如何描述系统的功能需求，识别参与者（如学生、行政人员、后勤人员）和用例（如报修申请、派发维修单等），并绘制用例图。教学资源数字资源：学习通在线网络学习平台：收集、分析学生自主学习情况，供教师课堂教学设计参考；相关软件：实体资源：智慧教室、教材、笔记本电脑。教学实施过程课前教学环节教学内容教学活动任务导学在学习通发布预习视频布置预习任务：阅读教材“用例图概述”章节，标注参与者、用例、系统边界的定义思考“智慧校园中可能存在的参与者角色”线上讨论：为什么用例图强调从用户视角建模？教师活动：在学习通发布预习任务，关联教材对应章节整理学生预习反馈，提炼“参与者识别不完整”等共性问题

学生活动：

1.观看学习通预习视频，完成教材章节阅读2.参与讨论，结合生活经验阐述“用户视角”的重要性课中教学环节教学内容教学活动任务导入（10分钟）在智慧校园系统的需求分析阶段，使用用例图是一种非常有效的方法，因为它能够帮助我们从用户的角度出发，清晰地描述系统的功能需求。请运用本次课所学知识，完成如下任务：1.定义智慧校园日常生活自助服务子模块的参与者和用例；2.解析智慧校园日常生活自助服务子模块用例图中的关系；3.绘制智慧校园日常生活自助服务模块用例图。教师活动：展示“学生寝室报修子模块”用例图（教材图2-1），提问：学生寝室报修子模块有哪些角色参与，每个角色的操作有哪些？展示“日常生活自助服务子模块”任务描述，明确本次任务为教材案例的延伸应用，强调“从用户视角出发”的建模原则。

学生活动：

1.观看日常生活自助服务子模块案例展示，思考问题。

2.积极参与课堂互动，回答教师提问。知识储备1：用例图基础（35分钟）1.用例图核心概念需求分析风险：引用教材“建筑师盖房”类比，强调需求不清的后果用例图定义：展示教材图2-1（学生寝室报修用例图），标注“参与者用例关联关系”2.元素解析与案例对照参与者：结合教材“系统管理员、学生、行政人员、后勤人员”角色，强调“角色≠具体人物”用例：以“提交维修单”“处理维修单”为例，说明“用例是可观察的系统行为”系统边界：教材图2-9示例，区分“系统内用例”与“外部参与者”思政点：通过教材案例分析，培养学生“从文字需求中抽象技术模型”的能力，强化“规范定义是建模基础”的意识。教师活动：1.结合教材案例动态讲解，提问：“教材中‘工作人员’与‘行政人员’的关系是什么？”2.展示教材“货物管理系统角色”案例，对比“财务系统”作为参与者的特殊性

学生活动：

1.观察教材用例图，标注各元素类型

2.分组讨论并回答“参与者泛化关系”问题

3.对比教材中“学生寝室报修”与“货物管理”的参与者差异知识储备2：用例图关系与建模流程（45分钟）1.关系类型与教材案例解析泛化关系：教材图2-10（行政人员→工作人员），强调“子角色继承父角色功能”包含关系：教材“删除书籍”包含“查找书籍”（图2-13），说明“必选子流程”扩展关系：教材“还书”扩展“交纳罚金”（图2-14），解析“条件触发分支”2.建模步骤实操第一步：识别参与者（教材任务2“智慧校园自助服务”的用户、管理人员）第二步：提取用例（教材表2-1“查找书籍”用例描述结构第三步：绘制关系（教材图2-23“包含/扩展关系标注”）思政点：通过教材关系案例辨析，培养学生“逻辑严谨、层次分明”的建模习惯，渗透“标准化建模提升协作效率”的职业素养。教师活动：

1.布置编程任务，明确任务要求和时间限制。

2.巡视学生编程情况，及时解答疑问，对遇到困难的小组给予指导。

3.鼓励学生在小组内和小组间交流，营造良好的学习氛围。

学生活动：

1.明确小组分工，根据任务要求进行编程实现。

2.在编程过程中，遇到问题先在小组内讨论解决，若无法解决则向教师或其他小组请教。

3.积极参与小组间的交流，分享自己的编程经验和遇到的问题及解决方法。知识储备3：用例描述，从建模到需求落地（20分钟）1.用例描述的价值教材观点：用例图是“功能全景图”，用例描述是“细节说明书”案例引入：教材“查找书籍”用例（表2-1），对比图与文档的互补性2.结构化描述要素前置条件：如“用户已登录系统”（教材1.4.2）基本事件流：核心流程（教材“输入信息→搜索→返回结果”）备选流：异常场景（教材“未找到书籍”“修改搜索条件”）后置条件：系统状态更新（如“记录搜索历史”）3.事件流设计原则基本流：覆盖80%正常场景（教材“顺利提款”流程）备选流：穷尽边界情况（教材“密码错误3次锁卡”）思政点：通过“查找书籍”案例，强调“需求细化是系统可靠性的基础”，培养“精益求精”的技术态度教师活动：1.展示教材表21，提问：“为什么用例描述需要单独文档？”

2.现场拆解“提交维修单”用例的前置条件（如“维修类型必填”）

3.组织小组讨论：“报修子模块中可能的备选流场景”（如“维修单重复提交”）学生活动：1.对照教材案例，标注用例描述与用例图的对应关系

2.模仿教材格式，撰写“查询维修单进度”用例的基本流

3.分组列举“处理维修单”用例的异常场景（如“配件不足需等待”）实战任务：基于教材的子模块建模（60分钟）任务1：学生寝室报修子模块建模（教材任务2案例）参与者识别：根据教材“知识准备”部分，确认学生、行政人员、后勤人员、系统管理员用例提取：学生：新增/删除/修改/提交维修单、查询进度（教材图2-6）行政人员：派发/查询维修单关系定义：“工作人员”与行政人员/后勤人员的泛化关系（教材图2-10）任务2：日常生活自助服务子模块（教材任务实施）用例关系：“开始取水”包含“连接饮水机”（教材图2-23包含关系）“暂停洗衣服务”扩展“开启洗衣服务”（教材扩展关系定义）思政点：通过教材实战任务，培养学生“参照规范、迭代优化”的学习能力，在团队协作中强化“需求共识需通过有效沟通达成”的意识教师活动：1