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摘 要：统一建模语言UML（Unified Modeling Language），是一个通用的可视化的建模语言。在软件开发过程中，UML通过事物、关系和图将系统合理分解为各个管理模型单元，最终将系统顺利且无歧义地完成实现。教务管理系统是高校信息化管理的重要组成部分，本文以教务管理系统为开发设计对象，使用统一建模语言UML建立合理的教务管理系统模型。
关键词：软件工程；统一建模语言；动态建模
随着网络及计算机技术的发展，信息化管理软件已成为日常工作必不可少的管理工具。教务管理是一项繁琐的工作，它涉及的人员比较多，是学校教学管理的一个重要环节。因此，一个好的教务管理系统，会给教学管理部门带来高效切实的工作效果。
UML作为一种较为通用的综合性建模语言，常用于迭代式的系统开发，其目地是为支持面向对象开发过程而设计的，可以使系统在扩展性、交互性等方面有好的改进，能融入软件工程领域的新思想、新方法和新技术。
本文借鉴多个高校的教务管理系统的建设和实践，提出了一些关于使用UML来进行教务管理系统的分析和设计思路。
一、UML语言概述
作为软件界第一个统一的建模语言，UML已成为软件界广泛认同的标准，应用领域非常广泛，其可用于软件开发建模的各个阶段，它具有建立系统的静态结构和动态行为等多种模型的能力，具有一定的可扩展性和广泛的通用性。UML提出一套统一的标准建模化符号，软件人员通过使用UML，能够方便阅读和交流系统的架构以及完成设计和规划，这就像是建筑行业中所使用的建筑设计图一样，具有规范的通用性，
UML的核心是建立系统的各类模型。模型是对一个现实世界中系统的完整抽象，是人们对某个问题的求解的解决方案设计。通常，开发一个计算机应用系统就是为了解决某一个具体的问题，是对该问题的一种求解过程，是从现实世界到计算机的一种映射关系的体现。
UML由元模型和图组成，图是UML的语法；元模型是UML的语义，它给出了图的含义。UML的语义通过元模型来完成精确定义，使不同的开发者能在语义上取得一致，以消除因人而异理解而出现的不同表达方式。
（一）用例图（Use Case Diagram）：它是从用户的角度来描述系统所要达到的功能，并指出各个功能的相关执行者（操作者）。在UML中构成用例图的主要元素是用例和执行者及其它们之间的相互联系。
（二）类图（Class Diagram）：类图由系统中使用的各个类以及它们之间的关系组成。类是面向对象开发方法中最基本的概念，它是面向对象的开发方法的基础，UML的基本任务就要识别和分析系统所必需的各个类，并分析各类之间的联系，并以此为基础建立系统的模型。
（三）对象图（Object Diagram）：它是类图的一种变体形式，在方法上，它使用一种与类图相似的符号来进行描述。两者的差别在于对象图表示的是类图的一个具体实例，它能及时地反映系统执行到某处时，系统反映出的一种工作状况。对象图中使用的图示符号与类图几乎完全一样，只不过在对象图中，对象名下方加了一条下划线，并且对象名后面有冒号和类名（如下图）。
（四）状态图（State Diagram）：不论现实世界还是计算机系统，所有对象都具有状态。状态是对象执行了一系列活动后的一种结果呈现。当某一事件发生后，对象的状态将发生变化，而状态图就是用来描述一个对象的所有可能存在的状态以及其所引发的状态转移事件。
（五）时序图（Sequence Diagram）：时序图用来显示各个对象之间的动态协作关系，最重要的是还要显示出对象之间传递消息的时间顺序。时序图主要用来表示用例中的行为顺序，当执行一个用例时，时序图中的每条消息对应了一个类操作或状态机中引起转换的触发事件。
（六）协作图（合作图）（Collaboration Diagram）：它主要用来描述相互合作的各个对象间的交互关系和Link关系。虽然顺序图和协作图都用来描述对象间的交互关系，但侧重点不同，顺序图着重体现对像间交互的时间顺序，而协作图则体现交互对象间的一种静态链接关系。
（七）活动图（Activity Diagram）：是由状态图的变化而得来的，活动图用于描述系统中各种活动执行的顺序，活动图的应用较为广泛。既可用来描述操作的行为，也可以描述用例和对象内部的工作过程。
（八）组件图（Component Diagram）：也称为构件图。它用来显示代码本身的一种逻辑结构，它描述系统中存在的软构件以及它们之间的相互依赖关系。组件图的元素有构件、依赖关系及界面。
（九）配置图（Deploymetn Diagram）：其用于描述系统中硬件和软件的物理配置情况以及系统体系的结构。配置图的元素有结点和连接，配置图中的结点是指实际的物理设备。配置图还描述各结点之间的连接以及它们的通信类型。
二、UML建模设计
（一）需求分析——用例图
教务管理系统的主要功能分为如下几个部分：
1、学生管理：管理新生开学报到注册、学生学籍异动、毕业生去向等信息；
2、学籍管理：管理学生的休学、转学、复学等教务相关的信息；
3、教师管理：管理教师所属院系、个人信息等相关内容；
4、选课管理：按教学计划完成学期选课等操作；
5、成绩管理：管理学生的期末成绩，完成考试成绩、补考成绩及其他考核成绩的录入、修改、删除等操作；
6、系统管理：用户管理、用户权限管理及数据备份等。
明确系统的主要功能后，就可以构建用例模型。用例模型的主要构件是角色和用例，角色用于描述各个与系统功能相关的外部实体，它可以是用户，而用例用于描述每个功能需求。 教务管理系统中所涉及的角色主要有系统管理员、各教学部门的操作用户、教师和学生，不同的操作对象，分配的权限都有很大的区别，可以根据不同的功能需求分析定义用例及系统角色，生成系统用例图，如图1所示。
（二）动态建模——时序图
UML的动态建模是用来描述系统的行为和动作。在动态建模的机制中，是以各种消息来完成对象之间的交互，并利用状态图、时序图、协作图和活动图来描述系统的各种行为。
时序图用来描述对象之间的一种动态的交互关系，着重体现对象间消息传递的时间顺序。顺序图中的对象用矩形框表示，并标注各个对象名和类名。垂直的虚线用来表示对象的生命线，对象间的通信通过在对象的生命线之间的消息来表示。例如，操作用户（教师）在登录系统后，可以输入学生信息、也可以对学生信息进行查询、打印，并可以得到系统的返回结果表明。其时序图如图2所示。
（三）类图
数据库系统设计中常采用E-R（entity-relationship）图，但是E-R图设计中最主要的问题是只能针对于数据的建模，而不能对行为进行相应的建模，例如不能对数据库中的触发器（Trigger）、存储过程（stored procedure）等建模。与E-R图相比，UML类图的描述能力更强，UML的类图可以看作是E-R图的一种扩展。对于关系数据库来说，可以用类图来描述数据库模式，用类来描述数据库，用类的操作来描述触发器及存储过程。UML类图用于数据建模可以看作是类图的一个具体应用的例子。
教务管理系统主要由以下几个数据库组成：招生录取库（Luqu）、在校学生库（Zaixiaosheng）、班级库（Banji）、成绩库（Chengji）、教师信息库（Jiaoshi）、教学计划库（Jiaoxuejihua）等。具体使用UML绘制出来的数据建模图如图3所示。
三、总结及展望
本文主要介绍了作者在开发教务管理系统过程中使用UML的部分例子，旨在对教务系统的进行分析和设计，以便在开发前期规范操作，为最终的实现做准备。模型创建完成之后，对准确、高效地实现信息化打下坚实的基础。
教务管理信息系统在高校管理中，仅仅是学校信息化管理系统的一个部分，还必须有其他模块的支持，今后可以在建立教务管理系统的基础上，再对相应的其它模块分期、分步骤进行设计开发，最终根据高校的发展思路形成一套完整实用的管理信息系统。
参考文献：
[1]李姝.通信与信息系统建模技术研究电子科技大学，2006.
[2]郑金秋，孙雪冬.基于UML的网上选课系统的研究与设计[J].沈阳航空工业学院学报，2005，22（5）：48.
[3]郑人杰，马素霞，殷人昆.软件工程概论.北京：机械工业出版社，2010.
[4]蔡敏，徐慧慧，黄炳强.UML基础与Rose建模教程[M].北京：人民邮电出版社，2006.
关键词：软件工程；统一建模语言；动态建模
随着网络及计算机技术的发展，信息化管理软件已成为日常工作必不可少的管理工具。教务管理是一项繁琐的工作，它涉及的人员比较多，是学校教学管理的一个重要环节。因此，一个好的教务管理系统，会给教学管理部门带来高效切实的工作效果。
UML作为一种较为通用的综合性建模语言，常用于迭代式的系统开发，其目地是为支持面向对象开发过程而设计的，可以使系统在扩展性、交互性等方面有好的改进，能融入软件工程领域的新思想、新方法和新技术。
本文借鉴多个高校的教务管理系统的建设和实践，提出了一些关于使用UML来进行教务管理系统的分析和设计思路。
一、UML语言概述
作为软件界第一个统一的建模语言，UML已成为软件界广泛认同的标准，应用领域非常广泛，其可用于软件开发建模的各个阶段，它具有建立系统的静态结构和动态行为等多种模型的能力，具有一定的可扩展性和广泛的通用性。UML提出一套统一的标准建模化符号，软件人员通过使用UML，能够方便阅读和交流系统的架构以及完成设计和规划，这就像是建筑行业中所使用的建筑设计图一样，具有规范的通用性，
UML的核心是建立系统的各类模型。模型是对一个现实世界中系统的完整抽象，是人们对某个问题的求解的解决方案设计。通常，开发一个计算机应用系统就是为了解决某一个具体的问题，是对该问题的一种求解过程，是从现实世界到计算机的一种映射关系的体现。
UML由元模型和图组成，图是UML的语法；元模型是UML的语义，它给出了图的含义。UML的语义通过元模型来完成精确定义，使不同的开发者能在语义上取得一致，以消除因人而异理解而出现的不同表达方式。
（一）用例图（Use Case Diagram）：它是从用户的角度来描述系统所要达到的功能，并指出各个功能的相关执行者（操作者）。在UML中构成用例图的主要元素是用例和执行者及其它们之间的相互联系。
（二）类图（Class Diagram）：类图由系统中使用的各个类以及它们之间的关系组成。类是面向对象开发方法中最基本的概念，它是面向对象的开发方法的基础，UML的基本任务就要识别和分析系统所必需的各个类，并分析各类之间的联系，并以此为基础建立系统的模型。
（三）对象图（Object Diagram）：它是类图的一种变体形式，在方法上，它使用一种与类图相似的符号来进行描述。两者的差别在于对象图表示的是类图的一个具体实例，它能及时地反映系统执行到某处时，系统反映出的一种工作状况。对象图中使用的图示符号与类图几乎完全一样，只不过在对象图中，对象名下方加了一条下划线，并且对象名后面有冒号和类名（如下图）。
（四）状态图（State Diagram）：不论现实世界还是计算机系统，所有对象都具有状态。状态是对象执行了一系列活动后的一种结果呈现。当某一事件发生后，对象的状态将发生变化，而状态图就是用来描述一个对象的所有可能存在的状态以及其所引发的状态转移事件。
（五）时序图（Sequence Diagram）：时序图用来显示各个对象之间的动态协作关系，最重要的是还要显示出对象之间传递消息的时间顺序。时序图主要用来表示用例中的行为顺序，当执行一个用例时，时序图中的每条消息对应了一个类操作或状态机中引起转换的触发事件。
（六）协作图（合作图）（Collaboration Diagram）：它主要用来描述相互合作的各个对象间的交互关系和Link关系。虽然顺序图和协作图都用来描述对象间的交互关系，但侧重点不同，顺序图着重体现对像间交互的时间顺序，而协作图则体现交互对象间的一种静态链接关系。
（七）活动图（Activity Diagram）：是由状态图的变化而得来的，活动图用于描述系统中各种活动执行的顺序，活动图的应用较为广泛。既可用来描述操作的行为，也可以描述用例和对象内部的工作过程。
（八）组件图（Component Diagram）：也称为构件图。它用来显示代码本身的一种逻辑结构，它描述系统中存在的软构件以及它们之间的相互依赖关系。组件图的元素有构件、依赖关系及界面。
（九）配置图（Deploymetn Diagram）：其用于描述系统中硬件和软件的物理配置情况以及系统体系的结构。配置图的元素有结点和连接，配置图中的结点是指实际的物理设备。配置图还描述各结点之间的连接以及它们的通信类型。
二、UML建模设计
（一）需求分析——用例图
教务管理系统的主要功能分为如下几个部分：
1、学生管理：管理新生开学报到注册、学生学籍异动、毕业生去向等信息；
2、学籍管理：管理学生的休学、转学、复学等教务相关的信息；
3、教师管理：管理教师所属院系、个人信息等相关内容；
4、选课管理：按教学计划完成学期选课等操作；
5、成绩管理：管理学生的期末成绩，完成考试成绩、补考成绩及其他考核成绩的录入、修改、删除等操作；
6、系统管理：用户管理、用户权限管理及数据备份等。
明确系统的主要功能后，就可以构建用例模型。用例模型的主要构件是角色和用例，角色用于描述各个与系统功能相关的外部实体，它可以是用户，而用例用于描述每个功能需求。 教务管理系统中所涉及的角色主要有系统管理员、各教学部门的操作用户、教师和学生，不同的操作对象，分配的权限都有很大的区别，可以根据不同的功能需求分析定义用例及系统角色，生成系统用例图，如图1所示。
（二）动态建模——时序图
UML的动态建模是用来描述系统的行为和动作。在动态建模的机制中，是以各种消息来完成对象之间的交互，并利用状态图、时序图、协作图和活动图来描述系统的各种行为。
时序图用来描述对象之间的一种动态的交互关系，着重体现对象间消息传递的时间顺序。顺序图中的对象用矩形框表示，并标注各个对象名和类名。垂直的虚线用来表示对象的生命线，对象间的通信通过在对象的生命线之间的消息来表示。例如，操作用户（教师）在登录系统后，可以输入学生信息、也可以对学生信息进行查询、打印，并可以得到系统的返回结果表明。其时序图如图2所示。
（三）类图
数据库系统设计中常采用E-R（entity-relationship）图，但是E-R图设计中最主要的问题是只能针对于数据的建模，而不能对行为进行相应的建模，例如不能对数据库中的触发器（Trigger）、存储过程（stored procedure）等建模。与E-R图相比，UML类图的描述能力更强，UML的类图可以看作是E-R图的一种扩展。对于关系数据库来说，可以用类图来描述数据库模式，用类来描述数据库，用类的操作来描述触发器及存储过程。UML类图用于数据建模可以看作是类图的一个具体应用的例子。
教务管理系统主要由以下几个数据库组成：招生录取库（Luqu）、在校学生库（Zaixiaosheng）、班级库（Banji）、成绩库（Chengji）、教师信息库（Jiaoshi）、教学计划库（Jiaoxuejihua）等。具体使用UML绘制出来的数据建模图如图3所示。
三、总结及展望
本文主要介绍了作者在开发教务管理系统过程中使用UML的部分例子，旨在对教务系统的进行分析和设计，以便在开发前期规范操作，为最终的实现做准备。模型创建完成之后，对准确、高效地实现信息化打下坚实的基础。
教务管理信息系统在高校管理中，仅仅是学校信息化管理系统的一个部分，还必须有其他模块的支持，今后可以在建立教务管理系统的基础上，再对相应的其它模块分期、分步骤进行设计开发，最终根据高校的发展思路形成一套完整实用的管理信息系统。
参考文献：
[1]李姝.通信与信息系统建模技术研究电子科技大学，2006.
[2]郑金秋，孙雪冬.基于UML的网上选课系统的研究与设计[J].沈阳航空工业学院学报，2005，22（5）：48.
[3]郑人杰，马素霞，殷人昆.软件工程概论.北京：机械工业出版社，2010.
[4]蔡敏，徐慧慧，黄炳强.UML基础与Rose建模教程[M].北京：人民邮电出版社，2006.