張永恒，艾曉燕

（榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000）

CDIO工程教育模式體現(xiàn)了近年來國際工程教育改革的最新成果，也是我國高等教育改革向職業(yè)教育轉(zhuǎn)型過程中，培養(yǎng)應(yīng)用型和技能型人才的一個主流方向，“CDIO”代表構(gòu)思（Conceive）、 設(shè) 計 （Design）、 實 現(xiàn) （Implement） 和 運 作（Operate），是以“做中學(xué)”和“基于項目的學(xué)習(xí)”為核心基礎(chǔ)理念的教學(xué)模式。《Access數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計》作為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的入門課程，是諸多高校非計算機專業(yè)公共計算機教學(xué)第二層次的必修課程，也是部分高校計算機相關(guān)專業(yè)的必修課程，并且也是本校重點建設(shè)的校級精品資源共享課程，其教學(xué)目的主要是使學(xué)生掌握Access2010數(shù)據(jù)庫的操作，熟悉面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和一定的數(shù)據(jù)庫設(shè)計能力，具備開發(fā)小型數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)以解決實際問題的能力，鍛煉其項目思維和動手實踐的職業(yè)技能，進而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。ACCESS課程的教學(xué)目標(biāo)與CDIO工程教育的目標(biāo)和理念相一致，而實驗教學(xué)不僅是ACCESS課程教學(xué)體系的重要組成，也是學(xué)生將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為能力的重要環(huán)節(jié)，上機實驗教學(xué)的成效直接關(guān)乎學(xué)生掌握計算機知識的程度和動手能力的養(yǎng)成。

在ACCESS實驗教學(xué)中通過引入基于CDIO理念設(shè)計的ACCESS實驗系統(tǒng)，構(gòu)建“教、學(xué)、做”一體的新型實驗教學(xué)模式，使CDIO與ACCESS實驗課程教學(xué)有機結(jié)合，加強了ACCESS課程學(xué)習(xí)與項目設(shè)計的相互聯(lián)系，學(xué)生在接近實際的項目實訓(xùn)過程中“做中學(xué)，學(xué)中做”，實現(xiàn)了“從實踐出發(fā)，上升至理論，再回到實際操作，創(chuàng)作出最終產(chǎn)品”的CDIO教育模式過程，不僅能夠有效促進學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，建立系統(tǒng)完整的知識體系，極大地提高其學(xué)習(xí)的積極性和主動性，而且能夠提高其自我學(xué)習(xí)能力、實踐能力、團隊協(xié)作與溝通能力，學(xué)生的職業(yè)技能也得以提升；另一方面還能夠提高實驗環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量和管理效率。

文中結(jié)合本校實際情況，根據(jù)對Access數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計課程上機實驗過程的深入分析，介紹了基于CDIO工程教育理念B/S程序開發(fā)結(jié)構(gòu)的上機實驗系統(tǒng)設(shè)計，及按照MVC模式開發(fā)的系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。

1 系統(tǒng)主要功能模塊分析

1.1 系統(tǒng)總體思想

ACCESS實驗系統(tǒng)在進行總體分析時，就要考慮將CDIO工程教育的理念融入到實驗教學(xué)過程，并體現(xiàn)在系統(tǒng)功能中，因此，將實驗過程分解為“學(xué)”、“做”、“測”以及綜合項目訓(xùn)練4個環(huán)節(jié)。

“學(xué)”的環(huán)節(jié)屬于基于知識點的設(shè)計性實驗案例學(xué)習(xí)，教師按教材分章進行組織案例和實驗題目，學(xué)生可在校園網(wǎng)內(nèi)隨時隨地學(xué)習(xí)相關(guān)案例。在案例學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，首先，由教師根據(jù)教學(xué)重點和教學(xué)難點提煉出知識點，并進行總結(jié)介紹；其次，精心設(shè)計案例，提出所要解決的實際問題，對其進行文字說明和圖片靜態(tài)展示；再次，給出思路分析和算法流程圖；之后，較為詳細地描述解決該問題的步驟與過程；最后，給出ACCESS數(shù)據(jù)庫文件，學(xué)生可演示運行示范工程項目，并從中進行知識點分析，總結(jié)知識體系，從而能舉一反三。

“做”的環(huán)節(jié)屬于課內(nèi)設(shè)計性實驗，在接受教學(xué)實例的學(xué)習(xí)引導(dǎo)后，要求學(xué)生在所有免費開放的機房或安裝有ACCESS環(huán)境的學(xué)生個人計算機上完成，也可以在相關(guān)實驗課上進行編程調(diào)試。對該部分實驗案例的成果，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)進行提交并由教師進行成績評定，計入實驗作業(yè)成績。

在“做中學(xué)”的過程中，教師也要注重對學(xué)生進行“提出問題、分析問題、解決問題”的思維訓(xùn)練，學(xué)生要養(yǎng)成項目開發(fā)完整過程的系統(tǒng)思維能力，并逐步提高其個人能力與職業(yè)技能。

“測”的環(huán)節(jié)分為學(xué)生自測和統(tǒng)一的階段評測，對于學(xué)生自測沒有任何限制，學(xué)生可以隨意練習(xí)，鞏固知識，而統(tǒng)一的階段評測則是由教師組題，學(xué)生在實驗課上當(dāng)堂提交，成績作為實驗成績的重要依據(jù)。

綜合項目訓(xùn)練環(huán)節(jié)則要求講授到一定階段后按專業(yè)班級選取不同類型的案例給學(xué)生布置，并進行小組劃分，學(xué)生自己安排團隊內(nèi)的分工，并將“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作”四階段融入到項目開發(fā)過程中，在項目完成后進行集體匯報，由教師進行評分并總結(jié)，成績計入實驗成績。

1.2 系統(tǒng)功能分析

根據(jù)系統(tǒng)的總體目標(biāo)和建設(shè)思想，ACCESS上機實驗系統(tǒng)的功能主要由基本信息管理、成績評定管理、用戶權(quán)限管理、分章實驗管理、綜合實驗管理5個部分組成?；拘畔⒐芾碛糜谠O(shè)置學(xué)生、班級、教師等基本信息，成績評定管理則是教師對實驗結(jié)果給予成績評定，用戶權(quán)限實現(xiàn)不同用戶訪問系統(tǒng)時的合法性控制，分章實驗管理完成教師進行案例項目、實驗項目、測試題庫等相關(guān)管理，以及學(xué)生進行案例學(xué)習(xí)、做實驗、上傳結(jié)果文件、課后隨機測驗等業(yè)務(wù)需求，綜合實驗管理完成對大項目實訓(xùn)的管理。系統(tǒng)應(yīng)具備的具體功能如圖1所示。

圖1 功能組成圖Fig.1 Functional components

1.3 系統(tǒng)主要用例分析

在Access上機實驗教學(xué)活動中，各項業(yè)務(wù)活動主要圍繞著教師和學(xué)生這兩個角色（Actor）進行，也包括管理員這一角色（Actor），這三類角色在登錄后根據(jù)每個角色不同的權(quán)限分別進入不同的頁面，完成各自相應(yīng)的操作功能。管理員成功登錄后可以設(shè)置教師、學(xué)生、班級的信息。教師登錄后可修改密碼、進行案例定制管理、實訓(xùn)項目的增刪改查、學(xué)生實訓(xùn)成果文件查看和實驗成績評定。學(xué)生登錄后可修改密碼、選擇案例進行學(xué)習(xí)，然后查看實驗項目，在做完實驗后提交實驗結(jié)果，也可以參與模擬測驗練習(xí)和進行統(tǒng)一組織的階段測試等。

根據(jù)以上流程分析，對系統(tǒng)的教師、學(xué)生和管理員3個角色進行用例圖設(shè)計，主要的系統(tǒng)用例圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)用例圖Fig.2 Use Case diagram

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

軟件架構(gòu)設(shè)計是基于軟件需求分析下的一項基礎(chǔ)設(shè)計工作，在架構(gòu)設(shè)計時，一般要先確定系統(tǒng)的技術(shù)體系，ACCESS實驗系統(tǒng)確定采用B/S開發(fā)模式；再根據(jù)技術(shù)體系把業(yè)務(wù)模型部署到硬件設(shè)備上，形成物理模型，本系統(tǒng)部署校園網(wǎng)內(nèi)，其物理模型如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)物理模型圖Fig.3 System physicsmodeldiagram

依據(jù)分層設(shè)計理論，為提高軟件重用性，降低各部分之間的耦合，將系統(tǒng)劃分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層。客戶端使用瀏覽器，并應(yīng)該安裝Access2010環(huán)境；表示層提供用戶WEB界面的顯示并實現(xiàn)和用戶交互操作；業(yè)務(wù)層封裝了上機實驗核心業(yè)務(wù)邏輯的處理；數(shù)據(jù)層則是用于提供與數(shù)據(jù)庫進行的交互。最終形成了本系統(tǒng)的系統(tǒng)模型，系統(tǒng)架構(gòu)模型如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)模型圖Fig.4 System architecturemodeldiagram

在進一步的設(shè)計過程中，確定系統(tǒng)基于JSP設(shè)計模式Ⅱ進行開發(fā)，由于JSP模式Ⅱ是基于MVC架構(gòu)的設(shè)計模式，因此本系統(tǒng)嚴格遵循MVC設(shè)計模式，細化設(shè)計為“B”層、“V”層、“C”層、“M”層和“D”層，其分別表示瀏覽器、MVC 的視圖層、MVC的控制器層、MVC的模型層 （業(yè)務(wù)邏輯）、DAO數(shù)據(jù)持久層。其中，MVC的控制器僅完成轉(zhuǎn)發(fā)，既不參與業(yè)務(wù)邏輯的任何實現(xiàn)，也不允許對數(shù)據(jù)持久層進行訪問，這樣構(gòu)造的表現(xiàn)層層次清晰、耦合度降低、可讀性較好。

2.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型設(shè)計

系統(tǒng)不同層次之間的數(shù)據(jù)交互和傳遞離不開業(yè)務(wù)實體，其在數(shù)據(jù)庫中的表現(xiàn)形式就是所謂的關(guān)系數(shù)據(jù)。通過深入分析，本實驗系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)建8個業(yè)務(wù)實體，主要包括用戶基本信息、用戶權(quán)限信息、班級信息、章節(jié)信息、案例信息、實驗項目信息、學(xué)生實驗成果信息實體、學(xué)生實驗成績信息等，各實體模型具體的含義介紹如下：

1)用戶：主要屬性有編號、姓名、密碼、聯(lián)系電話、QQ號碼、用戶類別等。

2)權(quán)限：主要屬性有編號、模塊名稱、權(quán)限分配、權(quán)限類別。

3)班級：主要屬性有班級編號（取自類別為學(xué)生的用戶編號前6位）、班級名稱、所屬院系。

4)章節(jié)：主要屬性有章節(jié)編號、章名稱等。

5)案例：主要屬性有案例編號、章節(jié)編號、知識點、案例名稱、案例描述、算法分析、操作指南、演示文件、附加圖片等。

6)任務(wù)：主要屬性有任務(wù)編號、任務(wù)名稱、任務(wù)描述、所屬章節(jié)、相關(guān)知識點、類似案例。

7)成果：主要屬性有成果編號、用戶編號、任務(wù)編號、文件名稱、存儲路徑、提交時間等。

8)成績：主要屬性有用戶編號、任務(wù)編號、成績、日期等。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 業(yè)務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)

一個軟件系統(tǒng)是由功能“模塊”組成的，系統(tǒng)的每一個功能又往往最終可以歸結(jié)為在一定條件下的、對業(yè)務(wù)實體的“增刪改查”基本操作，如案例管理功能，就可以劃分為案例添加、案例刪除、案例修改、顯示全部案例、按章顯示案例、按條件查找案例等操作，這些操作就是“模塊”。實現(xiàn)每一個模塊，并將它們通過主界面集成為一體，業(yè)務(wù)系統(tǒng)就基本實現(xiàn)了。系統(tǒng)總體操作流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)操作流程圖Fig.5 System operating processdiagram

本系統(tǒng)的各個模塊采用MVC模式實現(xiàn)，每個模塊又由界面、控制器、邏輯處理、數(shù)據(jù)訪問、業(yè)務(wù)實體等組成，由JSP、Servlet、業(yè)務(wù)邏輯Javabean、DAO操作類、實體類等分別加以實現(xiàn)，在實現(xiàn)過程中面向接口編程，將業(yè)務(wù)邏輯類、DAO類又分解為接口類和實現(xiàn)類分別實現(xiàn)。

3.2 主要模塊實現(xiàn)

不同用戶因為有不同的操作，因此可以有不同的主界面，這些主界面一般通過共同的登錄接口進行跳轉(zhuǎn)。在各自的主界面里，需要布局每個模塊的操作鏈接，并在操作結(jié)束之后根據(jù)需要返回各自的主界面。本系統(tǒng)各個主界面功能區(qū)域基本上劃分為兩個區(qū)，左側(cè)布局為導(dǎo)航區(qū)，實現(xiàn)章節(jié)和案例選擇導(dǎo)航、綜合項目導(dǎo)航，或者基本信息管理等操作，右側(cè)布局為對應(yīng)導(dǎo)航下的結(jié)果顯示區(qū)，對于查詢結(jié)果則又添加了“增刪改”操作。學(xué)生用戶的主界面如圖6所示。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)基于JSP技術(shù)Model2開發(fā)模式開發(fā)，在ACCESS實驗系統(tǒng)的分析設(shè)計中引入CDIO工程教育思想，使CDIO與ACCESS實驗課程教學(xué)有機結(jié)合，實現(xiàn)了用戶登錄模塊、修改密碼模塊，實現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)案例、接受實驗任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)測試、提交成果等模塊，以及教師管理案例、管理實訓(xùn)項目、查看并評價學(xué)生作品、查看學(xué)生成績等模塊。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在實驗教學(xué)中得以應(yīng)用，學(xué)生在校園網(wǎng)內(nèi)即可完成“做中學(xué)，學(xué)中做”的真實項目實訓(xùn)過程，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識和知識體系，培養(yǎng)動手能力和項目分析設(shè)計能力，提升了個人職業(yè)素質(zhì)，也促進了實驗教學(xué)信息化水平的提高。

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