教學(xué)管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

關(guān)于教學(xué)管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月作為一個(gè)簡單的示例，規(guī)定所開發(fā)的簡易教學(xué)管理系統(tǒng)JXGL只處理每學(xué)期的課程選修注冊(cè)和學(xué)生的成績管理。對(duì)JXGL系統(tǒng)要求提供兩個(gè)方面的服務(wù)：（1）選課管理，負(fù)責(zé)新學(xué)期的課程選課注冊(cè)工作錄入與生成新學(xué)期課程表學(xué)生選課注冊(cè)查詢選課注冊(cè)信息的統(tǒng)計(jì)與報(bào)表生成把學(xué)生選課注冊(cè)信息傳送給財(cái)務(wù)系統(tǒng)（2）成績管理，負(fù)責(zé)學(xué)生成績管理。成績錄入成績查詢成績統(tǒng)計(jì)與報(bào)表生成§1系統(tǒng)需求第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月JXGL系統(tǒng)的直接用戶有學(xué)生、教師和教學(xué)管理員。教學(xué)管理員有權(quán)操縱數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，進(jìn)行添加、更新、刪除等操作。學(xué)生和教師一般只查詢信息，只允許對(duì)自己有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、更新、刪除等操作。JXGL系統(tǒng)的相關(guān)系統(tǒng)有財(cái)務(wù)系統(tǒng)。JXGL系統(tǒng)需要把學(xué)生選課注冊(cè)信息傳送給財(cái)務(wù)系統(tǒng)，以供財(cái)務(wù)系統(tǒng)計(jì)算學(xué)生應(yīng)交納的費(fèi)用，但是不要求財(cái)務(wù)系統(tǒng)回饋學(xué)生應(yīng)交納的費(fèi)用信息。假定在學(xué)校的計(jì)算中心有功能強(qiáng)大的工作站機(jī)器，在各系、各部門、圖書館、學(xué)生宿舍都有臺(tái)式PC，學(xué)校的全部計(jì)算機(jī)已經(jīng)連網(wǎng)。JXGL系統(tǒng)將采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)建立，JXGL系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器設(shè)置在學(xué)校計(jì)算中心的工作站。學(xué)生、教師和教學(xué)管理員可以在各系、各部門、圖書館、學(xué)生宿舍的臺(tái)式PC上使用JXGL系統(tǒng)?！?系統(tǒng)需求第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§2分析問題領(lǐng)域

分析問題領(lǐng)域是軟件系統(tǒng)開發(fā)的一項(xiàng)基本工作，是項(xiàng)目開發(fā)之初必須首先進(jìn)行的重要工作。

分析問題領(lǐng)域的結(jié)果是對(duì)問題領(lǐng)域的清晰、精確的定義，明確目標(biāo)系統(tǒng)將做些什么。

分析問題領(lǐng)域的主要任務(wù)是：對(duì)問題領(lǐng)域進(jìn)行抽象，提出解決方案；對(duì)未來的系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，確定系統(tǒng)的職責(zé)范圍、功能需求、性能需求、應(yīng)用環(huán)境及假設(shè)條件等；用UseCase圖對(duì)未來系統(tǒng)的行為建立模型，初步確定未來系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)等。第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.1確定系統(tǒng)范圍和系統(tǒng)邊界

首先要確定業(yè)務(wù)需求和系統(tǒng)目標(biāo)。

JXGL系統(tǒng)用于新學(xué)期課程的選課注冊(cè)管理和學(xué)生的成績管理。凡是這兩方面的教學(xué)管理內(nèi)容都是JXGL系統(tǒng)的職責(zé)范圍，其他的教學(xué)管理內(nèi)容，如安排教學(xué)計(jì)劃、排課、實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、考試等都不屬于JXGL系統(tǒng)的職責(zé)范圍。至于學(xué)校的其他管理工作，如科研、人事、財(cái)務(wù)、資產(chǎn)等管理也不屬于JXGL系統(tǒng)的職責(zé)范圍。JXGL系統(tǒng)與財(cái)務(wù)系統(tǒng)存在系統(tǒng)邊界，財(cái)務(wù)系統(tǒng)將從JXGL系統(tǒng)得到學(xué)生選課注冊(cè)信息。JXGL系統(tǒng)與學(xué)校的其他信息管理系統(tǒng)沒有直接的聯(lián)系，但是可以從學(xué)校的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中共享學(xué)生、教師、教學(xué)計(jì)劃等必要的數(shù)據(jù)。第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2定義活動(dòng)者根據(jù)JXGL系統(tǒng)的職責(zé)范圍和需求可以確定4個(gè)活動(dòng)者：學(xué)生、老師、教學(xué)管理員和財(cái)務(wù)系統(tǒng)。對(duì)于每一個(gè)活動(dòng)者，應(yīng)當(dāng)明確其業(yè)務(wù)活動(dòng)的內(nèi)容、對(duì)系統(tǒng)的服務(wù)要求。

“學(xué)生”活動(dòng)者使用JXGL系統(tǒng)查詢新學(xué)期開設(shè)的課程信息和教師開課信息，選課并登記注冊(cè)課程，查詢自己的課程成績信息。

“老師”活動(dòng)者使用JXGL系統(tǒng)查詢新學(xué)期開設(shè)的課程信息、學(xué)生選課信息和學(xué)生成績信息。

“教學(xué)管理員”活動(dòng)者使用JXGL系統(tǒng)管理學(xué)期開設(shè)課程的選課注冊(cè)和學(xué)生的考試成績。管理工作包括課程與成績數(shù)據(jù)的錄入、維護(hù)、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印等，并且負(fù)責(zé)把學(xué)生的選課注冊(cè)信息發(fā)送給財(cái)務(wù)系統(tǒng)，作為計(jì)算學(xué)生應(yīng)付費(fèi)用的依據(jù)?！敖虒W(xué)管理員”要求能夠方便地查詢課程信息、學(xué)生選課信息、學(xué)生信息、教師信息和成績信息。

“財(cái)務(wù)系統(tǒng)”活動(dòng)者是外部系統(tǒng)活動(dòng)者，從JXGL系統(tǒng)接受學(xué)生的課程注冊(cè)信息。第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.3定義UseCase

從JXGL系統(tǒng)的頂層UseCase抽象，可以確定兩個(gè)UseCase：“選課管理”和“成績管理”。UseCase“選課管理”與4個(gè)活動(dòng)者都存在交互，UseCase“成績管理”與活動(dòng)者“學(xué)生”、“老師”和“教學(xué)管理員”存在著交互。第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.3定義UseCase第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.4繪制UseCase圖

UseCase圖是系統(tǒng)的外部行為視圖。在確定了活動(dòng)者和UseCase的基礎(chǔ)上，繪制UseCase圖，可視化活動(dòng)者與UseCase之間的聯(lián)系，可以更清楚地了解系統(tǒng)的行為。繪制UseCase圖從頂層抽象開始，如圖1所示，然后逐步分解，精細(xì)化UseCase圖，如圖2、圖3所示，直到能清晰地表達(dá)問題，滿足系統(tǒng)分析與建立模型的需要為止。除了UseCase圖之外，對(duì)每一個(gè)UseCase還應(yīng)進(jìn)行描述，編寫UseCase的說明文檔。第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月在繪制UseCase圖時(shí)不但要把UseCase與活動(dòng)者之間的聯(lián)系表示出來，而且應(yīng)當(dāng)把UseCase之間的聯(lián)系也表現(xiàn)出來。UseCase間的聯(lián)系最常見的有<<uses>>，<<include>>和<<extend>>等聯(lián)系。如圖4所示，UseCase“查詢課程信息”和UseCase“選課注冊(cè)”都與UseCase“身份驗(yàn)證”有<<uses>>聯(lián)系，即它們?cè)谶\(yùn)行中都使用UseCase“身份驗(yàn)證”進(jìn)行用戶的合法身份檢查。同樣的<<uses>>聯(lián)系存在于其他UseCase與UseCase“身份驗(yàn)證”之間?！?.4繪制UseCase圖

第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.5繪制主要交互圖交互圖描述UseCase如何實(shí)現(xiàn)對(duì)象之間的交互。交互圖用于建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模型。UseCase圖是系統(tǒng)的外部視圖，在分析和繪制了UseCase圖之后，對(duì)主要的UseCase做交互行為的分析是有必要的。分析的結(jié)果可以寫成文檔，繪制初步的交互圖，從而更清楚地理解UseCase的行為，以便進(jìn)一步調(diào)整UseCase視圖，確定問題的解決方案。交互圖有兩種：順序圖和協(xié)同圖。可以根據(jù)需要繪制。第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月繪制活動(dòng)者“學(xué)生”與UseCase“選課注冊(cè)”的順序圖.UseCase“選課注冊(cè)”的行為由“注冊(cè)表單”接口對(duì)象、“選課注冊(cè)表單”接口對(duì)象和“開設(shè)課程”對(duì)象實(shí)現(xiàn)。在項(xiàng)目開發(fā)之初，分析問題領(lǐng)域時(shí)，繪制交互圖只是為了印證領(lǐng)域分析的結(jié)果和UseCase視圖的正確性，在以后對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為建模的過程中，還需要對(duì)交互圖做深入的分析、細(xì)化和完善。§2.5繪制主要交互圖第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型主要由對(duì)象類圖和對(duì)象圖表達(dá)。發(fā)現(xiàn)對(duì)象類及其聯(lián)系，確定它們的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為，是面向?qū)ο蠓治龅淖罨镜娜蝿?wù)?！?靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.1建立對(duì)象類圖1．定義對(duì)象類首先從研究UseCase和交互劇本中發(fā)現(xiàn)對(duì)象類，確定類的屬性和主要操作。對(duì)于JXGL系統(tǒng)可以抽象出以下一些主要的對(duì)象類。(1)在人事信息處理方面有“學(xué)生”類、“教師”類。(2)在選課管理方面有“課程”類、“開設(shè)課程”類、“學(xué)生登記”類、“課程登記”類、“選課統(tǒng)計(jì)”類等。(3)在成績管理方面有“學(xué)生成績登記”類、“成績統(tǒng)計(jì)”類。對(duì)于每一個(gè)類應(yīng)當(dāng)確定其職責(zé)、屬性、主要操作以及其他性質(zhì)說明。第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)象類的操作可以通過檢查分析交互圖確定，把交互圖中對(duì)象之間的交互活動(dòng)抽象成一個(gè)類的操作。例如，可以從課程信息管理順序圖中的活動(dòng)“加入課程（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)課，3）”抽象得到“課程”類的操作“加入課程（）”。§3.1建立對(duì)象類圖第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2．定義用戶接口除了一般類外還需要分析與定義系統(tǒng)的用戶接口，這些接口?？梢杂脤?duì)象類定義。對(duì)于JXGL系統(tǒng)可以有以下一些用戶接口類。§3.1建立對(duì)象類圖第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月3．定義聯(lián)系在定義了對(duì)象類之后，需要進(jìn)一步分析對(duì)象類之間的聯(lián)系。JXGL系統(tǒng)的對(duì)象類之間的聯(lián)系有多種類型，關(guān)聯(lián)、聚合、泛化、依賴等都有?！?.1建立對(duì)象類圖第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）關(guān)聯(lián)。在“開設(shè)課程”類與“師生”類之間存在“授課”關(guān)聯(lián)和“登記注冊(cè)”關(guān)聯(lián)。在“開設(shè)課程”類與“學(xué)生成績登記”類之間存在關(guān)聯(lián)。相互關(guān)聯(lián)的類之間不存在繼承關(guān)系，而是通過消息傳遞相互聯(lián)系、協(xié)同工作?！?.1建立對(duì)象類圖第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）聚集聯(lián)系。新學(xué)期開設(shè)的課程只是學(xué)校的教學(xué)計(jì)劃中需要設(shè)置的課程中的一部分，“開設(shè)課程”類與“課程”類之間存在聚集聯(lián)系，“開設(shè)課程”類是代表部分的對(duì)象類，“課程”類是代表整體的對(duì)象類。同樣地，“開設(shè)課程”類與“學(xué)生登記”類、“課程登記”類之間存在聚集聯(lián)系。§3.1建立對(duì)象類圖第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月【例3-20】分析下面程序的運(yùn)行結(jié)果（3）泛化聯(lián)系。把學(xué)生與教師的共同信息和共同操作抽取出來，組成一個(gè)新類“師生”，原來的“學(xué)生”類中保留學(xué)生特有的屬性“專業(yè)”和“班級(jí)”，在“教師”類中保留教師特有的屬性“職稱”?！皩W(xué)生”類、“教師”類與“師生”類的聯(lián)系為泛化聯(lián)系，“師生”類為更一般的類，“學(xué)生”類和“教師”類是特殊類，它們繼承“師生”類中的公共屬性。第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）依賴聯(lián)系。

成績統(tǒng)計(jì)是在學(xué)生的成績數(shù)據(jù)上進(jìn)行的，在“成績統(tǒng)計(jì)”類與“學(xué)生成績登記”類之間存在依賴聯(lián)系，“成績統(tǒng)計(jì)”類依賴于“學(xué)生成績登記”類。同樣地，“選課統(tǒng)計(jì)”類依賴于“開設(shè)課程”類。在定義聯(lián)系時(shí)，需要同時(shí)分析和確定聯(lián)系端的對(duì)象類的多重性、角色、導(dǎo)航等性質(zhì)。這些可以從需求分析、領(lǐng)域知識(shí)來分析和確定。在確定對(duì)象類之間的聯(lián)系的同時(shí)，還需要考慮對(duì)象類之間的接口?！?.1建立對(duì)象類圖第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月JXGL系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。在分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。JXGL系統(tǒng)有4個(gè)方面的數(shù)據(jù)需要管理：人員數(shù)據(jù)（學(xué)生、教師）、課程數(shù)據(jù)、選課注冊(cè)數(shù)據(jù)和學(xué)生成績數(shù)據(jù)。經(jīng)過分析，JXGL系統(tǒng)至少應(yīng)有6個(gè)數(shù)據(jù)庫表：學(xué)生表、教師表、課程表、開設(shè)課程表、選課表和任課表?！?.2建立數(shù)據(jù)庫模型第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月這些基本表定義為學(xué)生（學(xué)生號(hào)、姓名、出生日期、性別、籍貫、地址、電話、入學(xué)時(shí)間、專業(yè)、班級(jí)備注）教師（教師號(hào)、姓名、出生日期、性別、籍貫、地址、電話、職稱、專長、備注）課程（課程號(hào)、課程名、描述、學(xué)分、學(xué)時(shí)、性質(zhì)、備注）開設(shè)課程（課程號(hào)、學(xué)期、授課日期、授課時(shí)間、地點(diǎn)、選修人數(shù)、備注）選課（學(xué)生號(hào)、課程號(hào)、學(xué)期、成績、備注）任課（教師號(hào)、課程號(hào)、學(xué)期、備注）對(duì)于上述的基本表需要進(jìn)行關(guān)系規(guī)范化，設(shè)計(jì)用戶視圖、觸發(fā)器、存儲(chǔ)過程等。數(shù)據(jù)庫模式通常用實(shí)體—聯(lián)系模型（ERD）表示，如果需要也可以用對(duì)象類圖為數(shù)據(jù)庫模式建立模型?！?.2建立數(shù)據(jù)庫模型第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§3.3建立包圖JXGL系統(tǒng)一共有5個(gè)包：“教學(xué)管理”包、“用戶接口”包、“數(shù)據(jù)庫”包、“MFC類”包和“出錯(cuò)處理”包。第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月“教學(xué)管理”包如圖12所示，其中包含了為實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理業(yè)務(wù)領(lǐng)域任務(wù)的對(duì)象類，即前文敘述的全部對(duì)象類：“學(xué)生”類、“教師”類、“師生”類、“課程”類、“開設(shè)課程”類、“學(xué)生登記”類、“課程登記”類、“選課統(tǒng)計(jì)”類、“學(xué)生成績登記”類、“成績統(tǒng)計(jì)”類，以及“身份驗(yàn)證”類等。這些類又分別組成3個(gè)小包：“選課管理”包、“成績管理”包和“人事信息”包?！吧矸蒡?yàn)證”類則相對(duì)獨(dú)立。§3.3建立包圖第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月JXGL系統(tǒng)由如下兩個(gè)子系統(tǒng)組成。（1）課程注冊(cè)子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)新學(xué)期的選課注冊(cè)管理工作。（2）成績管理子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)學(xué)生成績管理?！?.3建立包圖第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模型由交互圖（順序圖和協(xié)同圖）、狀態(tài)機(jī)圖和活動(dòng)圖表達(dá)。在系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)對(duì)主要的UseCase和對(duì)象類繪制這些圖形，以便分析系統(tǒng)的行為，印證和修改系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，滿足用戶的需求，達(dá)到系統(tǒng)的目標(biāo)。§4動(dòng)態(tài)行為模型第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月繪制設(shè)置開設(shè)課程的順序圖.其中的交互事件如下?！?.1建立順序圖第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

協(xié)同圖用于描述系統(tǒng)的行為是如何由系統(tǒng)的成分實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于JXGL系統(tǒng)也需要繪制主要的UseCase的協(xié)同圖，以深入了解和表示系統(tǒng)的行為和各個(gè)對(duì)象的作用。對(duì)于一個(gè)協(xié)同圖，首先應(yīng)確定參與協(xié)同的對(duì)象角色、關(guān)聯(lián)角色和消息，然后才能繪制協(xié)同圖。例如，對(duì)于UseCase“管理課程信息”的協(xié)同圖如圖16所示。圖中的對(duì)象角色有“注冊(cè)表單”接口對(duì)象、“開設(shè)課程表單”接口對(duì)象、“課程”對(duì)象和“開設(shè)課程”對(duì)象。它們協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)置新開設(shè)課程的服務(wù)?！?.2建立協(xié)同圖第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月§4.2建立協(xié)同圖第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月活動(dòng)者“教學(xué)管理員”與“注冊(cè)表單”接口對(duì)象聯(lián)系?！白?cè)表單”接口對(duì)象與“開設(shè)課程表單”接口對(duì)象之間、“開設(shè)課程表單”接口對(duì)象與“課程”對(duì)象之間、“開設(shè)課程表單”接口對(duì)象與“開設(shè)課程”對(duì)象之間存在著關(guān)聯(lián)?；顒?dòng)者“教學(xué)管理員”發(fā)送消息“登錄”給“注冊(cè)表單”接口對(duì)象，“注冊(cè)表單”接口對(duì)象發(fā)送消息“新開課程”給“開設(shè)課程表單”接口對(duì)象，“開設(shè)課程表單”接口對(duì)象發(fā)送消息“取課程信息”給“課程”對(duì)象，發(fā)送消息“增加/刪除開設(shè)課程”給“開設(shè)課程”對(duì)象。§4.2建立協(xié)同圖第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

狀態(tài)機(jī)圖表現(xiàn)一個(gè)對(duì)象（類）的生命史。對(duì)于一些實(shí)現(xiàn)重要行為動(dòng)作的對(duì)象應(yīng)當(dāng)繪制狀態(tài)機(jī)圖。繪制狀態(tài)機(jī)圖需要確定一個(gè)對(duì)象的生命期可能出現(xiàn)的全部狀態(tài)，哪些事件將引起狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，將會(huì)發(fā)生哪些動(dòng)作。學(xué)生的選課學(xué)生登記狀態(tài)機(jī)圖如圖所示?！?.3建立狀態(tài)機(jī)圖第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月同樣地，可以繪制選課課程登記狀態(tài)機(jī)圖如圖所示§4.3建立狀態(tài)機(jī)圖第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于20