基于UML的OOAD課程知識體系構建研究

石鳳貴

摘要：面向對象分析與設計（OOAD）課程是軟件工程專業一門專業必修課，培養學生面向對象思想，培養應用型軟件人才。分析課程主要知識，包括面向對象分析、面向對象設計、UML。以培養技能應用型為目標，構建課程知識體系，包括面向對象技術、UML軟件建模、系統設計、設計模式，通過思維導圖呈現。設計一個貼近學生學習與生活的完整案例貫穿整個課程。

關鍵詞：面向對象;課程知識體系;UML;設計模式;軟件工程

中圖分類號：G642;TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0122-04

Research on the Construction of OOAD Course Knowledge System Based on UML

SHI Feng-gui

（Department of Software Engineering， Ma'anshan Normal College， Ma'anshan 243041， China）

Abstract： Oriented-Object Analysis and design （OOAD） is a required course for software engineering major. It trains students' oriented-object thinking and oriented- application software talents. The main knowledge of analysis course includes oriented-object analysis， oriented-object design and UML. With the goal of training oriented-application skills， the course knowledge system is constructed， including oriented- object technology， UML software modeling， system design and design pattern， which are presented by mind map. Design a complete case close to students' study and life throughout the course.

Key words： oriented- object; course knowledge system; UML; design pattern; software engineering

OOAD（Oriented-Object Analysis and Design，簡稱OOAD）為面向對象分析與設計，已成為現代軟件工程領域系統分析與設計方法，以對象為核心。面向對象在軟件系統設計與開發方面已具有良好的性能，主要體現在代碼復用、系統維護和系統擴展方面。面向對象分析與設計課程以UML為建模工具建立系統模型，包括面向對象技術知識、UML知識、設計模式，操作性較強，為軟件工程課程的后續課程。學生具備了軟件工程基礎知識，面向對象分析與設計課程在此基礎上培養學生軟件系統的分析與設計能力，掌握UML繪制系統模型。面向對象分析與設計課程作為后續課程，要與軟件工程課程有機銜接，同時對軟件工程知識進行擴展，將軟件工程知識應用在軟件項目開發上。面向對象分析與設計直接關乎軟件系統最終的質量和性能，體現軟件工程專業應用型人才的培養[1]。

1 面向對象分析與設計課程

專業人才的培養質量取決于專業課程體系的構建，專業課程由不同課程組成。課程知識體系的構建直接影響人才培養質量。面向對象分析與設計課程是軟件工程專業核心課程。面向對象分析與設計涵蓋了面向對象分析（Oriented-Object Analysis，OOA）和面向對象設計（Oriented-Object Design，OOD）及UML（Unified Modeling Language，簡稱UML，統一建模語言）。課程的核心是采用OOA和OOD技術，使用UML對系統建模，構建軟件系統藍圖。課程主要目標是掌握OOA和OOD技術;UML建模技術;具備系統分析、設計及系統架構能力;熟悉使用流行的系統構建工具[2]。

低成本、開發周期短、高性能等是開發一個軟件系統的目標。為保障軟件系統符合目標要求，軟件工程引入了工程化思想。隨著面向對象的發展，面向對象已形成了一套完整的思想和方法體系，廣泛應用于計算機的各個領域。

2 軟件系統

2.1 軟件發展

伴隨著信息技術的發展，軟件規模越來越大，而且快速發展。如波音型飛機涉及400萬行代碼，航天飛機涉及4000行代碼，宇宙飛船涉及2000萬行代碼，國際空間站涉及10億行代碼。新的計算和業務需求以及架構需求對軟件的發展提出了新要求。不斷優化、改善、擴展和重構軟件以適應新的計算環境、業務需求以及操作使用環境。應用軟件系統也越來越復雜，規模迅速增長，動輒數百萬行代碼已是常見現象，如谷歌瀏覽器涉及20億行代碼。

1968年NATO會議提出“軟件危機”，主要體現在項目超出預算、超過計劃完成時間、運行效率低、質量差、不符合要求，難以管理并且代碼難以維護、不能交付。如1961-964年IBM公司的OS/360，1996年阿麗亞娜火箭爆炸，1982-1987年Therac-25軟件漏洞造成至少5人死亡，2007年北京機場信息系統癱瘓至少造成84個航班延誤。

2.2 軟件生命周期

軟件從孕育、誕生、成長、成熟、衰亡的生存過程，即一個軟件產品從被提出開始研制到軟件最終被廢棄不再使用為止的全過程，類似于人的一生，如圖1所示[2]。猶如設備的生產過程，如圖2所示[3]。軟件生命周期如圖3所示。

3 面向對象方法學

3.1 面向對象思想

面向對象是一種使用人類思考問題的方式來思考客觀世界問題，將客觀問題抽象為計算機對象。在軟件系統分析與設計中應使用這種面向對象思想，學生應掌握并靈活使用這種思想。如果程序員不懂面向對象，那么真的可能被人認為是“程序猿”，像“猿”一樣原始和稀少。“面向對象”的思想起源于計算機界一位天才級人物、Smalltalk語言之父“艾倫.C.凱”，他創造性地提出了“面向對象編程思想”，2003年獲得圖靈獎。

3.2 面向對象方法

對象可以是物理實體，也可以是事物。以認識、理解和描述客觀世界的事物的思維方式來分析設計軟件系統，這里的事物就是對象。面向對象的核心是類和對象，對象之間通過消息相互通信建立聯系，抽象、封裝、繼承、多態是面向對象的特性。

面向對象方法以對象為核心，包括OOA、OOD、OOP（Oriented-Object Programming，面向對象編程）、OOSM（Object-Oriented Software Maintenance，面向對象軟件維護）[4]。面向對象軟件開發的基本思路是將客觀問題抽象為對象，然后將對象抽象為類，接著對類進行詳細設計。因此，客觀問題變成了對象的集合，對問題的分析變成對對象的分析。面向對象分析就是從問題域中識別、篩選、確定類的過程，面向對象設計就是給出系統的解決方案。

過去幾十年軟件發展的四個重大變化，是促進面向對象分析與設計方法迅速發展的重要因素。面向對象分析與設計就是使用UML對系統進行建模，繪制軟件藍圖，不考慮軟件系統的實現，其本質是一種軟件建模技術。面向對象軟件系統就是以類為基本單元，通過類進行系統分解，以人類思維方式建立能真實反映現實世界的模型，從而實現模塊化、可復用和易維護的軟件系統。

4 UML

4.1 UML的誕生

20世紀90年代，Jim Rumbaugh的對象建模技術（Object Modeling Technology，OMT）、Ivar Jacobson的面向軟件工程方法（Object-Oriented Software Engineering，OOSE）和Grady Booch的Booch方法3種面向對象建模方法占據了統治地位。

1994年，原Rational公司合并OMT和Booch方法。1995年，提出第一個建議方案即UML0.8，Jackson加入，至此面向對象領域三巨頭聚集，共同研究UML。James Rumbaugh、Ivar Jacobson和Grady Booch是UML的主要創始人，結束了“方法大戰”，強強聯合創造了一種開放的標準。2005年，UML1.4成為ISO國際標準，同年發布UML2.0。2012年，UML2.4.1成為ISO國際標準 [5]。

4.2 UML表示法

UML采用統一規范的符號來表示不同的模型元素，建模時需要遵循UML符號規則。系統的分析、設計、配置、維護等都可以使用UML完成。UML為面向對象分析與設計提供一種統一標準，作為使用人（客戶）、需求分析員、系統設計人員、程序員等之間交流溝通的通用語言。

4.3 UML組成結構

UML由視圖、通用機制、模型元素三部分構成，組成結構如圖5所示。

5 OOAD課程知識體系

課程知識體系直接關乎人才培養質量和能力的培養，課程知識應緊密結合行業要求，為社會培養合格專業人才。面向對象分析與設計課程是高校軟件工程專業開設的一門專業必修課，課程名稱一般有面向對象分析與設計、面向對象技術、面向對象方法學、軟件建模技術等，培養學生軟件系統分析、設計及建模能力。

5.1 人才培養目標

習近平曾說過：“網絡空間的競爭，歸根結底是人才的競爭，建設網絡強國，沒有一支優秀的人才隊伍，沒有人才創造力迸發、活力涌流，是難成功的”。這是國家對軟件人才的呼喚。高校承擔人才的培養，應當以卓越軟件人才為目標。卓越軟件人才如圖5所示。

5.2 課程知識體系

課程以培養應用型人才為最終目標，以應用型軟件工程專業學生為培養對象，以應用型和技能型為驅動構建課程知識體系，如圖6所示[6]。

5.3 案例選擇與設計

面向對象分析與設計課程教學中廣泛使用案例教學，也是行之有效的教學模式。針對當前高校開設的面向對象分析與設計課程教學大綱和教材進行調查分析，發現存在一些問題需要去解決。構建一體化案例貫穿整個課程教學和實訓。

1）案例選擇存在的問題

面向對象分析與設計課程或所使用的教材使用的案例需要具備相關領域的專業知識，然而學生缺乏社會經歷和專業知識，不熟悉業務和業務流程，因此學生對所學知識不易理解。另外，大多教材不同章節采用不同案例，案例之間缺乏關聯性。如需求分析時使用“網上商城”，系統分析階段使用“圖書管理系統”。無論是需求分析還是系統分析，首先都需要熟悉業務流程。這樣學生需要花時間和精力去熟悉業務需求，各章節知識不能前后融會貫通，因此也就導致了學生不能將面向對象技術應用到一個具體的案例中，不能真正體會完整的軟件系統開發過程。而且課后實訓（作業）是另外一個項目。

2）構建完整案例貫穿整個課程

案例的選擇相當關鍵，案例是否合適，將直接影響課程教學效果。因此，面向對象分析與設計課程選擇的案例應當具有較強的實踐性，系統業務學生有所接觸和體會，最好能貼近學生學習和生活，這樣學生更加熟悉系統業務流程，激發學習興趣，有利于項目的進行，同時有利于培養學生的創新能力[7]。選擇的案例要難度適中，要結合專業課程教學體系，符合學生專業知識狀況。若知識面過寬或難度大，會打消學生的積極性，降低學生的參與度。應選擇一個完整的案例，貫穿整個課程教學，包括課堂演示、課堂實訓，課后實訓任務，按照軟件開發過程將面向對象分析與設計知識串聯起來。

因此，可以選取學生比較熟悉的領域案例，如“高校圖書管理系統”“網上購物商城”“高校學生住宿管理系統”等。這些系統均比較貼近學生的學習和生活，學生對其中的業務流程比較熟悉。選取的案例應進行適當的處理，更符合用于教學，確保學生容易掌握、理解。

6 結束語

面向對象分析與設計以對象為核心，以面向對象分析、面向對象設計為技術，采用UML對軟件系統進行建模。面向對象分析與設計課程以軟件工程課程為先導課程，圍繞OOA、OOD、UML、軟件體系結構構件課程知識，以培養應用型人才為最終目標。課程教學以案例教學為驅動，選擇、設計一個貼近學生生活和學習的完整案例貫穿整個課程教學。

參考文獻：

[1] 陳麗萍.地方應用型高校《UML面向對象分析與設計》課程案例教學法優化研究與實踐[J].忻州師范學院學報，2019，35（5）：17-21.

[2] 吳含前，吉逸.《面向對象技術&UML》教學改革與實踐[J].計算機工程與科學，2011，33（A1）：23-26.

[3] 馬麗，單冬紅，張國平，等.軟件工程[EB/OL].[2020-05-25].https：//www.icourse163.org/learn/PDSU-1002125020？tid=1206 863205#/learn/announce.

[4] 劉敏.熱軋買驗軋機過程控制系統的研究[D].沈陽：東北大學，2014.

[5] 崔小丹.基于UML的軟件模型檢測方法研究與應用[D].西安：西安理工大學，2015.

[6] 楊少波，盧葦.J2EE項目實訓——UML及設計模式[M].北京：清華大學出版社，2008.

[7] 李太平，戴迎峰，黃富琨.案例教學困境及其超越的文化思考[J].高等工程教育研究，2017（4）：165-168，191.

【通聯編輯：謝媛媛】