軟件工程概論案例分析

1、編輯課件案例分析 Case analysis排課系統Timetable System編輯課件1 系統簡介 課程的安排是學校教學系統中的一個重要環(huán)節(jié)，是維護學校教學秩序正常進行的重要保證。隨著在校學生的增多，課程類別的多樣化，學生選課的自由度增加，使得課程的安排工作日益復雜和繁瑣，所以學校課程安排的合理與否直接體現了教務部門的工作效率和學校的教學質量。課表在整個學校的教務管理越來越顯示其重要的地位和核心的作用。由于計算機具有運算速度快、處理能力強等特點，已經成為在教學工作每時每刻離不開的工具，用計算機代替手工排課勢在必行。目前使用計算機進行自動排課，可以使教務管理人員迅速掌握全校教學情況，提高教

2、務管理工作的效率，加快其現代化進程，可看出加強學校的課程安排工作對學校教務管理工作具有非常重要的意義。所以，研究高效率、靈活強、自動化程度較高的自動智能排課系統，不僅在高校的教學管理工作中具有重要意義，也是新時代教育背景下和實行學分制方案下的迫切需求。編輯課件1.1 排課系統目的 隨著網絡技術的不斷發(fā)展，利用網絡進行多媒體教學和先進管理，使日常教學與管理得到了蓬勃的發(fā)展。在開發(fā)項目過程主要適應高校目前以學分制為主的教學改革需求下，使得各學院、教學單位及教務處通過校園網進行各種教學活動和管理，從而很大程度上提高辦公的效率和質量。使得更好的適應高校信息化建設的步伐，順應網絡應用教學管理、教學監(jiān)控等

3、多方面的需求，開發(fā)的通用性基于校園網網絡教學管理平臺，可以使教務人員、教師、學生在任何一臺連接校園網的計算機完成大量的各項教學活動和任務。目的在于，為學校提供基于Web的教學和管理方式;實現網絡化管理學校硬件資源(教學環(huán)境和教學設施)和軟件資源(教職工、學生);實現網絡管理有利于學校日常教學管理活動(排課、學生選課、考試安排、成績查詢、學生評教等)。編輯課件1.2 現狀分析高校的課表安排是一項十分繁重而復雜的工作, 它涉及幾十甚至上百個專業(yè)、幾百門課程、幾百名教師的合理安排。然而教、實驗室等資源又有限, 更給排課增加了難度。在整個排課過程中, 自始至終充滿了沖突, 其中包括上課班級、所開課程、

4、任課教師、上課時間、上課地點等5 個方面在排列組合中所發(fā)生的沖突與矛盾。班級多、課程門類多、教師少、教室少是發(fā)生沖突和矛盾的重要因素。為了減輕勞動強度, 提高工作效率, 人們自然想到利用計算機來解決排課問題。編輯課件1.3 系統目標高校排課系統的目的是利用計算機處理技術對高校排課問題進行高效準確的解決。由于其是“高校教務管理系統”這一綜合項目的子項目。排課系統的設計必需建立在對排課流程的詳細分析的基礎之上。由于各學校自身情況、采用的教學模式(學分制或學年制)的不同，導致各學校排課流程存在差異，以大學為分析對象，設計出適合學分制模式下的高校排課算法。編輯課件2 系統需求分析高校排課系統的目的是利

5、用計算機處理技術對高校排課問題進行高效準確的解決。由于其是“高校教務管理系統”這一綜合項目的子項目。排課系統的設計必需建立在對排課流程的詳細分析的基礎之上。編輯課件2.1 業(yè)務流程分析大學排課工作的基本流程如圖1所示。編輯課件2.1.1 教務處工作流程教務處根據各年級、各專業(yè)的培養(yǎng)方案，學生人數結合考慮課程性質向各個學院下達教學任務書，明確這學期的教學要求。教學任務書中要明確所要開設的課程、應開設班級數目(班別)、課程開設的校區(qū)等信息。其中，某課程應開設的班級數，是由要選修該課程的學生總數及該課程的參考容量決定的，各學院可以根據自身情況對其進行調整。教務處工作流程如圖2所示。編輯課件2.1.2

6、 學院工作流程教學任務書下達到各學院后，各學院根據自身教師情況，可以適當調整教學任務書中某課程的開課班級數及班級容量。然后，在教學任務書中為每門課程的每個班添加老師，以及該課程對教室的要求，這樣形成的信息稱之為課元信息。同時學院的老師可以向教務處提交特殊時間要求，如星期三下午，信息學院領導因工作會議，不能安排上課。學院工作流程如圖3所示。編輯課件2.1.3 排課流程各學院把課元信息提交給教務處，教務處根據全校教師情況，教室資源情況，老師的特殊要求利用排課系統排出預排課表，學生根據預排課表選課，教務處在學生選課后，根據各個選課班的人數，撤銷人數小于15人(特殊課程除外)的選課班。課程表包括全?？?/p>

7、課程表、學生課程表、教師課程表和教室課程表。課程表由教務處編制，不得隨意變動。如因特殊情況調整，須按學校有關規(guī)定辦理手續(xù)，并由教務處下達調課通知。執(zhí)行流程如圖4所示。編輯課件2.1.4大學排課總流程排課工作開始后，教務處根據各年級各專業(yè)培養(yǎng)方案、各年級各專業(yè)學生人數、課程性質，生成教學任務書，其包括要開設的課程名稱、該課程要開設的班級數(班別)、校區(qū)等信息。教學任務書下達到各學院后，學院根據自身教師情況，修改某些課程的班級數目及相應的班級容量，之后為教學任務書添加老師，并提出課程對教室的要求，及學院老師對上課時間的要求(如某個時間段不能安排課程)，這樣就形成了課元信息。學院再將課元信息提交教務

8、處，教務處根據教師情況，教室資源情況，教師的特殊要求利用排課系統排出預排課表，學生根據預排課表選課，教務處在學生選課后，根據各個選課班的人數，撤銷人數小于巧的選課班。教務處可以根據具體情況調整課程表，并下達調課通知。執(zhí)行流程如圖5所示。編輯課件排課總流程編輯課件2.1.5 排課約束條件排課問題中，主要任務是將班級、教師、課程安排在一周內某一不發(fā)生沖突的時間和教室，保證課表在時間的分配上符合一切共性(時間上不存在沖突)和個性(不與老師的特殊時間要求沖突)的要求，在此基礎上，使其安排在各個目標上盡量達到最優(yōu)。編輯課件3 系統需求分析對排課系統需求分析，主要包括確定系統角色、建立用例模型和用戶界面原

9、型設計。從功能上看，排課系統可以分為六個子模塊:系統管理、原始數據管理、教室管理、教學任務管理、排課管理、課表管理。編輯課件3.1 功能需求描述(l)能適合學分制對排課的要求，以單個學生作為上課的對象;(2)自動排課:對于普通課程和有特殊要求或者特殊形式的課程，可以處理;(3)手工排課:根據實際需要，進行部分課程的人工排課，并在手工排程中提供沖突檢測功能輔助人工排課:(4)可以生成任意班級的上課課表;(5)可以生成任意任課教師的上課課表;(6)可以生成任意任課教室的上課課表;(7)提供用戶(教師、學生和教室管理者等)查詢課表接口;(8)權限設置:出于對數據安全、數據修改、方便維護和查詢等考慮，

10、置不同操作者的系統使用權限;(9)可以形成報表，并能以其它格式進行輸出。編輯課件3.2 用例分析可以創(chuàng)建系統管理員、教師、學生和教室管理員四個參與者，在確定好角色的基礎上，設計出排課系統的總用例圖如圖6所示。編輯課件（1）系統管理實現對用戶及其權限的管理。為了確保數據庫的安全，為不同的用戶提供不同的操作權限。權限不同的用戶對數據庫的操作范圍不同，對于一些權限低的用戶，甚至沒有處理數據庫的權力。用戶管理功能的用例圖如圖所示。用戶管理主要是系統中的用戶進行管理，可以進行新建、刪除、編輯、禁止等操作，其中修改密碼功能不但超級管理員能夠進行，且普通用戶可以進行修改自己的密碼操作。用戶管理用例的描述。編

11、輯課件編輯課件編輯課件（2）原始數據管理包括數據庫設置、學年學期設置、導入數據。 (1)數據庫設置:用來配置和測試數據庫，首先選擇數據庫的身份驗證類型，包括windows身份驗證和SQL server驗證，然后輸入必要的服務器名稱或者地址，數據庫名稱，用戶名及密碼等信息，之后可以測試數據庫是否配置正確，把正確的配置記錄下來。(2)學年學期設置:設置當前要處理和安排的課程是哪個學年和學期的。(3)導入數據:首先，檢查所需數據庫表是否存在。這些數據庫表是要處理的數據來源。然后，創(chuàng)建所需的新數據庫表。這些數據庫表是要處理的數據的存放地。如果表不存在就創(chuàng)建，存在就不創(chuàng)建。最后，從源數據庫表中導入數據到

12、目標數據庫表中。導入新數據和更新舊數據。編輯課件編輯課件編輯課件（3）教室管理包括添加、修改、查詢、刪除教室。在原始的教務管理管理系統中沒有教室的管理，為了完成排課新增加了這個子系統。編輯課件（4）教學任務管理包括設定學期要求、設定校區(qū)、設定教學方式。 (l)學期要求:可以設定課程安排在前半學期，后半學期，全學期，或者沒有前后學期的要求。(2)校區(qū)設定:設定課程在哪個校區(qū)，可以指定校本部校區(qū)，醫(yī)學院校區(qū)。(3)教學方式:設定教學方式，包括傳統教學，多媒體教學。編輯課件（5）排課管理包括排課初始化、自動排課、手工排課三項。(l)排課初始化(包括教室初始化、自動排課初始化、手工排課初始化和設定課程

13、優(yōu)先級)。初始化教室使用情況。對所有課程，開始排課之前需要初始化教室使用情況。還有學期，多媒體教學，課程優(yōu)先級等方面的數據需要轉換。同時完成教學任務表中課程排課狀態(tài)的設定。對于自動排課，開始排課之前需要初始化教室使用情況。還有學期，多媒體教學，課程優(yōu)先級等方面的數據需要轉換。同時完成教學任務表中課程排課狀態(tài)的設定。編輯課件排課管理對于手工排課，開始排課之前需要初始化教室使用情況。還有學期，多媒體教學，課程優(yōu)先級等方面的數據需要轉換。同時完成教學任務表中課程排課狀態(tài)的設定。設定優(yōu)先級共有三種方案。第一種方案:根據課程的學時數，多媒體教學要求，前后學期要求來確定課程的優(yōu)先級。出現沖突的時候，優(yōu)先安

14、排學時多，多媒體教學，指定前后學期的班級。第二種方案:根據選課學生人數來確定課程的優(yōu)先級。出現沖突的時候，優(yōu)先安排學生多的班級，學生少的班級可能安排不上。第三種方案:前兩種方式綜合在一起。(2)自動排課:前提是已經導入數據，并且已經初始化。然后自動排課。(3)手工處理:包括取消已經排好的課程，安排沒有排好的課程。改變起始周和結束周，沖突檢測，查看排課失敗的原因。編輯課件編輯課件編輯課件編輯課件（6）課表管理包括學生課表、教師課表、教室課表、各學院教師課表、總課表的管理。對于這些課表都有查看，導出Excel和打印功能。 (1)學生課表可以按照學號或姓名查詢。(2)教室課表可以按照編號或名稱查詢。

15、(3)教師課表按照教師編號或姓名查詢。(4)各學院教師課表可以按照學院一次性導出某個學院的所有教師的課表，并且可以打印。(5)總課表顯示所有教室的所有課程課表。編輯課件編輯課件編輯課件3.3 動態(tài)行為模型 動態(tài)模型描述系統隨時間變化的行為，這些行為通過從靜態(tài)視圖中抽取的系統瞬間值的變化來描述。在詳細描述用例時，是從用戶角度出發(fā)的，沒有涉及系統內部。通過分析得到了滿足系統需求的類以后，就可以根據用例驅動的思想，用這些類之間的交互來“實現”用例。順序圖能更好的說明對象問的交互順序，有利于理解系統，因此用順序圖來描述主要用例的“實現”。編輯課件（1）班級課表生成順序圖編輯課件（2）查看課表順序圖編輯

16、課件3.4 非功能性需求非功能性需求主要規(guī)定了系統必須滿足的服務水平、系統非運行時間的屬性以及系統必須遵守的約束。它不會直接系統功能，但在用戶和系統支持人員對系統的認可方面具有很大的影響。其主要包括系統的約定于假設條件，系統地可用性、可靠性、性能、擴展性、可支持性、系統接口。編輯課件3.4.1 安全可靠性系統應能準確、安全、可靠的運行，具備較強的操作彈性能力，保證數據一致性，確保排課的順利進行。另外，系統中的許多基礎信息是學校教學管理中的重要基礎信息，為了確保這些信息不被改變或破壞，為系統設計三級安全體系。第一級管理員身份驗證第二級操作員身份驗證第三級普通用戶身份驗證針對不同的使用者角色，分配

17、不同的使用權限，以便最大程度地保證數據庫中基礎數據的安全。編輯課件3.4.2 操作靈活性系統要具有友好的人機界面，要求簡單、明了、提示性強，采用友好的圖形界面引導教務人員完成整個排課工作。整個系統界面風格要求統一、層次清楚、方便用戶使用。編輯課件3.4.3 可維護性和可擴展性在系統使用環(huán)境發(fā)生某些情況的改變下，系統要能夠迅速使用這種變化，而不需要對系統進行大的調整。比如后臺數據庫的升級問題，如果系統數據庫從一種數據庫更換為另一種數據庫，那么系統的內部應該不能進行大的調整就能使用這種變化。編輯課件4 系統設計高校排課系統是一個系統管理、原始數據管理、教室管理、教學任務管理、排課管理、課表管理等業(yè)

18、務的管理系統。系統架構必須從各方面滿足實際需求，這是架構的設計目標。同時在設計與開發(fā)的過程中嚴格遵守的特殊約束，從而保證可以實現架構設計的目標。編輯課件4.1 系統設計原則系統架構設計的目標包括安全目標、保密目標、最大化的重用、簡潔、靈活等方面的規(guī)定。(l)安全目標：架構從管理安全、系統安全、數據安全三個方面來具體考慮和保障系統安全。管理安全是指建立相應的安全管理制度，最終決定是否安全是入來決定的。系統安全從網絡、硬件、系統軟件、應用軟件方面考慮如何加強整個系統的安全性。數據安全是指企業(yè)數據的安全，包括備份策略、加密、恢復等。(2)保密目標：對于校園內重要的數據實行單獨保存，對排課系統設計安全

19、級別，對于需要在校醫(yī)網上傳輸的重要數據，需要加密處理。(3)最大化的重用：重用是減少冗余的一個有效的途徑，包括組件級別的重用。組件的實現通常會應用一種或幾種設計模式，這些模式與組件的結合使用大大提升架構的質量。編輯課件4.1 系統設計原則(4)均勻性：這個均勻性是指在安排一門課程上天數分布的均勻性和節(jié)數分布的均勻性;教師方面的因素要考慮教師的課程安排在一天內是否有連續(xù)性出現和一天內上課的次數;教室方面的因素包括考慮教室的利用率。(5)簡潔：把復雜問題簡單化是架構設計的一個重要的目標，明確類以及類之間的職責關系。(6)可靠性：根據非功能需求對可靠性的要求來設計，提高系統的可靠性，增強容錯處理能力

20、。(7)可擴展性：系統在設計時，充分考慮未來各院校排課業(yè)務的變化、組織架構的變化、業(yè)務流程的變化等，將因業(yè)務或者需求的變更帶來的系統升級和改編輯課件4.2 系統總體架構排課系統需要大量的數據，包括專業(yè)計劃信息、課程信息、任課教師信息、開課班級信息、設備資源信息等，為在校園網這些信息共享，必須將數據集中存放，統一管理。編輯課件4.2.1 網絡架構編輯課件4.2.2 分層架構編輯課件三層架構本系統的體系結構采用了三層的軟件架構的設計思想，在本系統中的三層結構分別指的是如下三層：（1）排課UI表現層，它實現圖形用戶接口，根據業(yè)務需求展示業(yè)務內容。（2）排課業(yè)務邏輯層，它實現了排課的業(yè)務邏輯。（3）排

21、課數據服務層，它為排課業(yè)務邏輯層提供了數據服務的支持。編輯課件編輯課件4.3 主要功能模塊描述該排課系統6個功能模塊組成，系統管理模塊、原始數據管理模塊、教室管理模塊、教學任務管理模塊、排課管理模塊和課表管理模塊。如圖所示。其中系統管理模塊包括:用戶管理、設置權限、初始化、數據備份和數據恢復等功能;原始數據管理模塊包括:數據庫設置、學年學期設置和導入數據等功能;教室管理模塊包括增加教室、修改教室、查詢教室和刪除教室等功能;教學任務管理模塊包括:學期要求、設定教學方式和排課約束等功能。排課管理模塊包括:自動排課、手動排課和調課、修改起始和結束周、排課失敗原因、學生沖突詳情、沖突檢測等功能;課表管

22、理模塊包括:學生課表、教室課表、班級課表、教師課表、課程信息、總課表、各學院教師課表等功能。編輯課件系統功能分解圖編輯課件4.4 數據庫設計排課管理系統是一項復雜的系統工程，其間需要大量的數據來支撐，從某種程度上來講，排課管理系統的設計過程，其實也就是一個規(guī)范和完整的數據庫設計過程。經過多年的發(fā)展，關系型數據庫系統(RDBMS)是最成熟的一種數據庫管理模式，也是當前最流行的數據庫管理系統。故在此也采用該模式。編輯課件4.4.1 關系模型編輯課件4.4.2 建立實體關系編輯課件4.4.3 定義屬性表排課管理是一個復雜的數據流程過程，其間涉及到的屬性表也非常的龐雜，因此從源數據表中抽取說明性的名詞開發(fā)出屬性表，是整個數據庫設計環(huán)節(jié)中比較關鍵的一環(huán)。在此過程中，需要確定屬性的所有者，定義非主鍵的屬性，檢查屬性的非空及非多值規(guī)則。此外，還要檢查完全依賴函數規(guī)則和非傳遞依賴規(guī)則等。編輯課件編輯課件編輯課件編輯課件編輯課件編輯課件4.5 計算機自動排課系統總體流程圖編輯課件4.5.1 用戶登錄管理流程編輯課件用戶登錄管理流程描述(l)檢測數據庫中有無管理員帳號，如果有，則等待用戶輸入用戶名和密碼，否則按程序本身自動執(zhí)行插入命令，新建一個管理員用戶，并等待用戶輸入。(2)驗證用戶名和密碼是否正確，錯誤次數不能超