基于UML的精品課程遠程教育網站模型設計

摘 要：UML是面向對象的統一建模語言，所設計的軟件模型具有可重用性的特點。使用UML新方法開發精品課程網站，用UML用例圖做需求分析，用UML類圖和順序圖進行系統靜態和動態設計，最終用PHP程序語言和MYSQL數據庫來實現網站軟件。經UML建模后的精品課程遠程教育網站模型可以多次應用，從而提高網站軟件的開發效率。

關鍵詞：UML；用例；類；PHP

中圖分類號： TP311 文獻標識碼：A

1 引 言

精品課程是二十一世紀“高等學校教學質量和教學改革工程”的重要內容［1］， 當前各高校正在建設校級、省級和國家級精品課程，遠程教育網站是實現精品課程資源共享的有效途徑。

UML（Unified Modeling Language）是著名軟件工程專家Grady Booch、Ivar Jacobson和James Rumbaugh共同合作創建的面向對象的統一建模語言［2］。UML用圖形化的模型來描述系統的結構、靜態特征和動態特征，UML圖分為靜態圖（用例圖、類圖、對象圖、組件圖和部署圖）和動態圖（狀態圖、順序圖、協作圖和活動圖）2類共9種，它們分別從不同的視角為系統建立模型。采用UML設計好軟件模型以后，可以方便地轉換為面向對象程序語言代碼，使用UML設計的軟件模型具有很好的可重用性［2］。

在面向對象占主流的軟件時代，軟件工程師們越來越多地使用UML來設計各種軟件［3-5］，但目前還很少有采用UML來設計精品課程網站模型的。用UML來設計高校精品課程網站模型，具有直觀形象、可重用、方便地轉換為程序等優點，為不斷增加的精品課程服務。

2 需求分析

需求分析是軟件功能的獲取、分析、建立模型的過程。UML用例圖（Use Case Diagram）是從參與者的角度來描述整個系統所要實現的功能，可以用UML用例圖來建立軟件需求分析模型［2］。從用戶方面來看，精品課程網站用戶必須有學生、課程教師，以及管理員三類；從功能方面來看，精品課程網站應有用戶管理（教師管理、學生管理）、課程生成、課程管理（欄目管理、內容管理、考試管理）、網站瀏覽，以及網站留言等功能。通過分析，可畫出如圖1所示的UML用例圖模型。圖中人形圖表示用戶角色；每個橢圓都是一個用例，表示系統的一個功能［2］。在該UML用例圖中有3種用戶、12個用例。用戶與用例之間用實箭線相連，表示用戶對用例的使用關系；用例之間用虛箭線相連，表示用例之間的依賴關系，虛箭線上的“<>”表示擴展依賴，外圍大方框則表示了軟件系統（system）的邊界。

3 系統設計

做好了軟件需求分析——UML用例圖模型以后，再對軟件系統進行設計。系統設計包括靜態設計和動態設計。靜態設計主要是要設計出系統中的類（或對象）及類之間的關系、系統組成部件及它們之間的關系，可采用UML類圖（對象圖）、組件圖等來設計。動態設計主要是要設計完成某一功能（用例）的時序、某一對象的狀態變化等動態變化情況，可采用UML順序圖、狀態圖等來設計。

3.1 UML類圖

面向對象技術將具有相同屬性和操作的對象歸納為一“類”，類是面向對象技術中最基本、也最重要的概念，類具有封裝性、繼承性和多態性，類的成員分為數據（屬性）成員和函數（操作/方法）成員兩種，類成員有公有（public）、私有（private）和保護（protected）三種不同性質，分別表示全局可見、本類內成員可見、本類成員及子類成員（或友元）可見。

UML類圖（Class Diagram）是用來定義系統里的類，描述類之間的關系（如關聯、依賴、泛化、聚合等）［6］的方法。每個類都有一個類名稱、一些類屬性（類的數據成員）和一些類操作/方法（類的函數成員）。用UML類圖可以較好地描述系統的靜態結構。

根據需求分析的要求，精品課程網站系統應有如下這些類。①用戶類User，該類具有UserID、UserName等屬性和Login()、Logout()等方法；User派生出教師子類Teacher、學生子類Student和管理員子類Manager，這些子類除具有父類User所有的屬性和方法外，還有自己特有的一些屬性和方法。②課程表類CourseTable，用于記錄已存在的精品課程，該類應有userID、courseID等屬性和Edit()方法。③精品課程結點用CourseNode類來表示，該類應有courseID、courseName等屬性和Create()、Destroy()等方法；課程結點下有不同形式的欄目，如列表欄、單頁內容、考試欄目和答問欄目等，所以還要設計相應的ListNode類（列表型結點）、PageNode類（單頁型結點）、Test類（考試結點）和BBS類（論壇節點）等，這幾個類可以看成是課程類CourseNode的組成部分。通過以上分析，可畫出精品課程網站系統的類圖，如圖2所示。圖中每一個方框表示一個類，框內有三格分別用于注明類名稱、類屬性（數據成員）和類方法（函數成員），屬性或方法名稱前的“+”、“-”和“#”符號，分別表示public（公有）、private（私有）和protected（保護）性質。類與類之間用實線相連接時，表示它們是相互關聯的，實線上注明的“1..1”表示一對一的關系，如courseNode類與BBS類是一對一的；“1..n”表示一對多的關系，如Teacher類與Student類的關系；類與類之間用虛箭線相連接時，表示依賴關系，如CourseNode類依賴于Manager類；類與類之間用空心三角箭頭實線相連接時，表示泛化的關系，這是一般與特殊的關系，特殊類具有一般類的屬性與方法，此外還有自己特有的屬性和方法，例如圖2中User類是Manager、Teacher和Student類的泛化，Manager、Teacher和Student則是User類的子類，除具有User類的屬性與方法外，還有各自特有屬性與方法；類ListNode、PageNode、TestNode與BBS分別用一根空心小棱形頭實線與CourseNode相連，這是表示聚合關系，即整體與部分的關系，這是弱組合關系，圖2中CourseNode類是ListNode、PageNode、TestNode和BBS類的聚合；User DB和Course DB分別表示用戶數據庫和課程數據庫。

3.2 UML順序圖

對系統進行靜態建模以后，還需要對系統的動態行為建模。系統的動態行為包括對象之間傳遞消息的交互時序、對象的狀態轉換等。UML描述軟件動態特性的有順序圖、狀態圖、協作圖、活動圖等。類的實例就是對象，也叫類對象，UML順序圖可以很好地描述出類對象之間進行交互時信息傳遞的時序［7］。下面對圖1中“課程管理”用例涉及的類對象，以及類對象間進行信息交互的時序進行分析，然后畫出該用例的順序圖。“課程管理”用例相關的類對象有Manager（管理員)、Teacher（課程教師）、CourseTable（課程表）、CourseNode（課程）、LinstNode（列表結點）、PageNode（單頁型結點），此外還要對課程數據庫courseDB進行操作。進行課程管理前，先要創建新課程，這是由管理員負責的，再在課程表中建立有關課程ID管理者ID等記錄。課程教師管理某一門課程時，先查詢課程表查得知自己要管理的課程，再訪問和管理相應的課程，包括創建或修改各個欄目（包括列表型欄目、單頁型欄目等），往各欄目里添加／刪除內容等。

根據如上分析，可畫出“課程管理”用例的順序圖，如圖３所示。圖中:Manager（管理員)、:Teacher（課程教師）、:CourseTable、:CourseNode、:LinstNode、:PageNode分別是圖２類圖中各個類的實例（對象）。對象下的虛線表示對象的生命線，生命線上的窄矩形條表示該對象的存活期；水平實箭線表示操作，水平線上的字符串表示操作方法以及傳遞的消息，每一條水平箭線前的序號（１、２、３……）表示對象傳遞消息的先后順序。3.3 數據庫設計

模型設計離不開數據庫設計，我們采用關系型數據庫MySQL來設計本系統的數據庫表［8］。根據圖２所示類圖和圖１所示用例圖，擬為該系統建立六張數據庫表：Users、loginSession、Courses、Content、Test和BBS，分別用來存放用戶信息、登錄信息、精品課程主要信息、課程內容信息、考試題庫和留言板信息等。六張數據表及其相互關系如圖4所示，圖中已將各表內的字段名略去。

4 系統實現

網站模型建立好以后，要用程序語言將其代碼化。本系統最終結果是Web網站系統，選擇支持面向對象的PHP5.0作為程序語言［8］，選擇MySQL數據庫管理系統來實現。

精品課程網站總體架構為B/S（Browser/Server）模式，其中Server（服務器）由WWW服務器和數據服務器組成，網站系統分為PHP程序組和MySql數據庫兩部分，PHP程序組運行在WWW服務器上，MySql運行在數據庫服務器上，如圖5所示。當用戶通過瀏覽器（Browser）來訪問精品課程網站時，WWW服務器里的PHP程序會從MySql數據庫服務器中獲取數據，服務器程序對PHP程序和MySql數據編譯后產生靜態網頁，發送給用戶。為使PHP程序和MYSQL發揮較高的性能，WWW服務器與數據庫服務器都使用Linux操作系統。

按照本文所述方法，先設計出UML精品課程網站模型，再將其程序代碼化，已經在湖南第一師范精品課程遠程教育網站中實現，并已成功地為十多門精品課程建立了遠程教育網站（jpkc.hnfnu.edu.cn）。由于有了統一的UML網站模型，每當要建立新的精品課程遠程教育網站時，只須重用這個UML模型生成一個網站即可。比不采用UML建模、每一門精品課程遠程教育網站都單獨開發，節省了很多的開發時間，提高了開發的效率，同時也為精品課程遠程教育網站的維護帶來了更多方便。

5 結束語

現在的網站程序語言大多已支持面向對象技術，UML是面向對象統一建模語言，采用UML為網站開發建立模型，是一種新的趨勢。先建立網站模型再代碼化，可以避免網站軟件開發的盲目性和局限性，使網站軟件的開發更加科學、系統、規范和靈活。精品課程模型建立好以后，可根據不同條件而采用不同語言和數據庫系統來實現它。由于UML模型可重用，建模后的網站系統可多次使用，從而提高了精品課程遠程教育網站的開發效率、降低了成本。

采用先UML建模再代碼化的方法，不僅能提高精品課程遠程教育網站的開發、維護效率，也可以為各類網站的開發與維護效率，相信越來越多的網站開發人員會使用這種方法來設計各類網站。

參考文獻

［1］ 教育部財政部.關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見［M］，2007.

［2］ Grady Booch， James Rumbaugh， Ivar Jacobson.The Unified Modeling Language User Guide Second Edition［M］.Publisher: Addison Wesley Professional， Pub Date: May 19，2005.

［3］ 范金磊，季海波.基于UML的通用3D飛行仿真平臺的設計與實現［J］.系統仿真學報，2010，22(12)：2834-2847.

［4］ 馬蘇拉，許錦興.校友通信錄的UML建模和C#實現［J］.計算機與數字工程，2008，12(12):195-200.

［5］ 許波，陳曉龍.UML結合軟件工程教學改革探討［J］.計算機教育，2011(2)：34-37.

［6］ Ma ZM，Zhang F，Yan L. Fuzzy information modeling in UML class diagram and relational database models， APPLIED SOFT COMPUTING，2011，11（6）：4236-4245.

［7］ 張其文，童格明，李明.UML2.0順序圖的時序描述邏輯語義［J］.計算機工程， 2011(2)：52-54.

［8］ Luke Welling，Laura Thomson. PHP and MySQL Web Development（Fourth Edition）［M］.北京:機械工業出版社，2009.