以“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)為例的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)

張 穎，江建慧

（同濟(jì)大學(xué) 軟件學(xué)院，上海 201804）

0 引 言

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)是軟件工程學(xué)科一個(gè)重要的研究方向[1-2]，也是現(xiàn)今社會(huì)上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)最活躍，創(chuàng)造大量社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新型領(lǐng)域。軟件工程專業(yè)的學(xué)生具有極大的熱情學(xué)習(xí)這門科學(xué)技術(shù)，為此，軟件工程學(xué)科通常開設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、移動(dòng)計(jì)算等課程，這些課程體系有力地支撐著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的教學(xué)。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，這些課程還包含專門的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。

畢業(yè)設(shè)計(jì)階段是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生集成應(yīng)用能力的重要教學(xué)階段[3]。在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，本科生已經(jīng)完成了各門課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)具備課程相應(yīng)的技術(shù)開發(fā)能力，但本科生在將課程間的知識(shí)與技術(shù)融會(huì)貫通方面仍缺乏足夠的能力，包括協(xié)同設(shè)計(jì)和開發(fā)能力。“互聯(lián)網(wǎng)+”項(xiàng)目需要集成多種技術(shù)，為用戶提供多維的服務(wù)，然而，目前高校面臨的較為普遍的問題是部分課程及其相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)相互孤立，因此，難以培養(yǎng)學(xué)生的集成應(yīng)用能力[4]，學(xué)生無法勝任開發(fā)完整的“互聯(lián)網(wǎng)+”項(xiàng)目任務(wù)。

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用需求分析

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)是一項(xiàng)重要的技術(shù)革命，通過無線或有線的網(wǎng)絡(luò)，將商品或者服務(wù)的供應(yīng)者和消費(fèi)者聯(lián)系在一起，構(gòu)造一種全新且便捷的渠道，創(chuàng)造社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此，“互聯(lián)網(wǎng)+”也成為當(dāng)前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的熱門領(lǐng)域。

分析現(xiàn)實(shí)社會(huì)的“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)“互聯(lián)網(wǎng)+”的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，需要兼顧多方的需求，如圖1所示。參與畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生都希望參與貼近現(xiàn)實(shí)社會(huì)的項(xiàng)目開發(fā)，并且愿意進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)，提前適應(yīng)未來的工作方式；畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師需要畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目滿足學(xué)校的教學(xué)要求，能夠覆蓋相關(guān)課程的核心知識(shí)，并且開發(fā)過程有一定的深度和難度；企業(yè)都在進(jìn)行信息化建設(shè)，離不開使用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，但是他們難以準(zhǔn)確描述所需要的“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)。

圖1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的各方需求

采用“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目作為示例，目的是培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)和技能的集成應(yīng)用能力，以及促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的開展[5]。體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)是一種被各地農(nóng)業(yè)扶貧攻堅(jiān)推廣的新型農(nóng)業(yè)模式，讓消費(fèi)者參與生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，最后農(nóng)產(chǎn)品直接輸送給消費(fèi)者。這種農(nóng)場(chǎng)不僅能提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)民收入，而且能讓消費(fèi)者獲得最新鮮的農(nóng)產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)這種農(nóng)場(chǎng)需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，一方面，這種農(nóng)場(chǎng)需要使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)控生態(tài)作物，控制農(nóng)業(yè)種植過程，以提高生產(chǎn)效率；另一方面，農(nóng)場(chǎng)需要具備農(nóng)產(chǎn)品買賣和農(nóng)場(chǎng)租用功能，為消費(fèi)者和農(nóng)業(yè)工作者提供服務(wù)。“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目需要滿足上述應(yīng)用需求。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科生畢業(yè)之前最后一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是全面培養(yǎng)和檢驗(yàn)學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)的重要教學(xué)過程，因此，軟件工程專業(yè)的“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的設(shè)計(jì)必須緊密結(jié)合軟件工程相關(guān)課程知識(shí)，并且具有一定的難度和真實(shí)性，促使學(xué)生深入掌握相關(guān)知識(shí)。具體而言，首先需要詳細(xì)地分析“互聯(lián)網(wǎng)+”的社會(huì)需求，然后細(xì)化為明確的項(xiàng)目需求，再篩選出與課程知識(shí)相關(guān)的需求點(diǎn)，建立起項(xiàng)目需求與課程知識(shí)點(diǎn)之間的映射關(guān)系。一個(gè)大的項(xiàng)目可能需要分解成若干個(gè)子項(xiàng)目，自然地需要將各課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)融入子項(xiàng)目中，最終形成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。以“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過程如下。首先，設(shè)計(jì)“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)的功能需求，包括信息管理、農(nóng)產(chǎn)品管理、農(nóng)田租賃、個(gè)人農(nóng)田詳情、登錄與注冊(cè)和日志管理，如圖2所示。這些功能進(jìn)一步細(xì)化，形成明確的功能，如信息管理包括用戶信息和地址信息管理，而農(nóng)產(chǎn)品管理包括瀏覽農(nóng)產(chǎn)品、收藏農(nóng)產(chǎn)品、編輯購物車和訂單管理。其次，按照功能屬于“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)的前端和后端，以及前端的運(yùn)行平臺(tái)，將這些功能需求劃分為互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站、手機(jī)APP客戶端、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)后端4個(gè)子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的開發(fā)都需要按照軟件工程的流程進(jìn)行，各子系統(tǒng)開發(fā)所需要的知識(shí)分別對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等課程。最后，將相關(guān)課程知識(shí)融入子項(xiàng)目的任務(wù)書里。①網(wǎng)站系統(tǒng)主要對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程，涉及網(wǎng)頁開發(fā)和組織，但是網(wǎng)頁數(shù)量龐大而且類似，因此還可以將面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想融入該項(xiàng)目中。在任務(wù)書中，要求將所有網(wǎng)頁聚類，然后設(shè)計(jì)網(wǎng)頁的模板，采用這些模板設(shè)計(jì)具體的網(wǎng)頁。②手機(jī)APP開發(fā)主要對(duì)應(yīng)移動(dòng)計(jì)算課程，涉及Java移動(dòng)開發(fā)，需要調(diào)用手機(jī)短信庫和WiFi數(shù)據(jù)，還需要與其他平臺(tái)進(jìn)行交互，因此，本項(xiàng)目的任務(wù)書包含數(shù)據(jù)流管理的任務(wù)，保持與網(wǎng)站數(shù)據(jù)同步更新，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)更新添加寫數(shù)據(jù)鎖。③遠(yuǎn)程種植控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)課程，該項(xiàng)目的任務(wù)書包括使用節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)和控制種植操作；實(shí)現(xiàn)無線結(jié)點(diǎn)之間的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)的點(diǎn)播、組播和廣播；物聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程終端通過短信或者WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。④后端系統(tǒng)主要對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)覆蓋所有的信息，同時(shí)需要明確數(shù)據(jù)之間的ER關(guān)系。由于后端設(shè)計(jì)中的IP地址管理比較復(fù)雜，任務(wù)書要求學(xué)生使用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)后端，而且后端還需要管理“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)中的日志信息。

圖2 “互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)的功能需求

3 “互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的實(shí)施

同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院大學(xué)四年級(jí)的4位學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)“互聯(lián)網(wǎng)+”體驗(yàn)式社區(qū)農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)的開發(fā)。4位學(xué)生分別負(fù)責(zé)“體驗(yàn)式農(nóng)場(chǎng)”的網(wǎng)站設(shè)計(jì)、“體驗(yàn)式農(nóng)場(chǎng)”的手機(jī)APP設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程種植控制系統(tǒng)和“體驗(yàn)式農(nóng)場(chǎng)”的后端設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)軟件工程課程的要求，每位學(xué)生都被要求構(gòu)思各自系統(tǒng)的功能需求，并且把這些功能需求寫入各自的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書中；其次，負(fù)責(zé)后端設(shè)計(jì)的學(xué)生設(shè)計(jì)全系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)框圖，明確其他系統(tǒng)接入后端的接口，如圖3所示；第三，該學(xué)生和其他學(xué)生開展討論，確定全系統(tǒng)使用到數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并且約定各系統(tǒng)需要提供的日志信息；最后，該學(xué)生需要采用現(xiàn)有商用的云平臺(tái)，部署本系統(tǒng)的后端。負(fù)責(zé)網(wǎng)站設(shè)計(jì)的學(xué)生明確“體驗(yàn)式農(nóng)場(chǎng)”系統(tǒng)中農(nóng)產(chǎn)品交易的需求、農(nóng)田租賃需求以及用戶管理需求，設(shè)計(jì)各種網(wǎng)站界面，實(shí)現(xiàn)這些功能并且設(shè)計(jì)全系統(tǒng)一致的界面風(fēng)格。負(fù)責(zé)手機(jī)APP系統(tǒng)的學(xué)生，利用Android手機(jī)開發(fā)模板，再現(xiàn)網(wǎng)站中的各種界面。該學(xué)生還需要使用Java程序開發(fā)中涉及的系統(tǒng)調(diào)用，讀取手機(jī)SIM卡中的短信數(shù)據(jù)庫以及獲取WiFi傳送的數(shù)據(jù)；開發(fā)遠(yuǎn)程種植系統(tǒng)的手機(jī)操控界面，通過短信數(shù)據(jù)和WiFi數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程種植的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行交互。負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程種植系統(tǒng)的學(xué)生需要完成種植控制節(jié)點(diǎn)的自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集與種植操作的實(shí)現(xiàn)以及實(shí)現(xiàn)與手機(jī)APP的數(shù)據(jù)交互。

在系統(tǒng)開發(fā)階段，組織團(tuán)隊(duì)開展“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目是培養(yǎng)本科生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)能力的有效途徑。一方面，課堂上涉及的很多系統(tǒng)開發(fā)問題，只有當(dāng)開發(fā)多個(gè)系統(tǒng)集成的大項(xiàng)目才會(huì)出現(xiàn)，因此，有必要進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作以解決這些問題。①程序開發(fā)課程中強(qiáng)調(diào)的程序可使用性，在大項(xiàng)目的開發(fā)過程中尤其重要。程序的團(tuán)隊(duì)開發(fā)過程需要按照軟件工程的要求，書寫完整的軟件開發(fā)文檔，然后嚴(yán)格執(zhí)行開發(fā)過程。②程序的團(tuán)隊(duì)開發(fā)一定要注意程序中所有的變量與數(shù)據(jù)保持一致，如用于平臺(tái)間通信的數(shù)據(jù)必須有統(tǒng)一的格式，多個(gè)平臺(tái)共用數(shù)據(jù)（訂單）的屬性也必須保持一致。

圖3 “體驗(yàn)式農(nóng)場(chǎng)”系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)框圖

另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計(jì)課題需要多平臺(tái)協(xié)同完成，程序的開發(fā)過程會(huì)有許多實(shí)戰(zhàn)中才能遇見的問題，需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決。①開發(fā)過程需要考慮數(shù)據(jù)流管理。數(shù)據(jù)發(fā)生更新前，需要添加數(shù)據(jù)鎖，避免其他平臺(tái)讀入臟數(shù)據(jù)或者其他平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)性寫入數(shù)據(jù)；同時(shí)，系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)刷新顯示數(shù)據(jù)，確保更新后的數(shù)據(jù)同步顯示在各種平臺(tái)上。②開發(fā)過程需要考慮程序健壯性的問題。在完成任意操作或者可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的部分，系統(tǒng)需要產(chǎn)生日志信息，后端系統(tǒng)需要妥善管理日志信息，確保系統(tǒng)中的操作（或者故障）可追蹤。

最后需要注意的是，“互聯(lián)網(wǎng)+”項(xiàng)目開發(fā)將會(huì)遇見很多困難，不僅需要學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)協(xié)同攻關(guān)，而且還需要指導(dǎo)老師和其他學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)。

4 結(jié) 語

“互聯(lián)網(wǎng)+”畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)踐表明，畢業(yè)設(shè)計(jì)課題應(yīng)該有真實(shí)的社會(huì)需求，這樣才會(huì)受到學(xué)生的歡迎，進(jìn)而獲得較好的教學(xué)效果；“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成為團(tuán)隊(duì)協(xié)作的項(xiàng)目，以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)同攻關(guān)能力。同濟(jì)大學(xué)軟件學(xué)院本科生開發(fā)的“互聯(lián)網(wǎng)+”系統(tǒng)交付湖南省某貧困縣的農(nóng)業(yè)企業(yè)使用，受到好評(píng)，以此課題為背景的教學(xué)改革項(xiàng)目也獲得學(xué)校的立項(xiàng)。