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《信息系统与抽象建模》教学案例
戴芳铭高士娟张红玉曹恒来
学习内容分析
信息系统是人们在社会活动中,以满足信息需求为目标而建立的综合系统。在开发信息系统前,需要运用抽象思维对系统的用户需求进行分析。在需求定义过程中,由于开发人员、系统用户对系统目标的考虑或表达不全面,常常会出现内容失实、遗漏、含糊不清和前后描述不一致等问题。UML(UnifiedModelingLanguage,统一建模语言)是一种标准化语言,该语言使用统一、规范的图形符号来描述系统模型,直观、形象,便于学习和掌握。因此,使用UML对复杂的用户需求进行建模分析,可以帮助开发人员更好地理解需求,提高需求规约的质量,减少二义性,提高一致性和可验证性,有效推进信息系统的开发。
①理解抽象与建模的概念,能够使用抽象的方法对信息系统进行需求分析。
②了解UML用例建模方法,掌握UML用例建模图例,运用UML用例建模方法构建点餐系统功能模型。
③经历信息系统抽象建模的过程,体会建模在信息系统开发过程中的作用。
1.情境引入,发现问题
教师展示小帅同学在食堂排队就餐的动画,引导学生思考:①小帅点餐过程中遇到了哪些烦恼?(排队队伍长、人工计价慢、就餐效率低……)②如何帮助食堂提高点餐效率?(增加窗口、提前订餐、自助点餐……)
教师小结:设计一个自助点餐系统可以提高食堂的就餐效率,提升用餐体验。
设计意图:传统点餐、人工计价模式耗时费力,大多数学生都受过类似困扰。以生活中的真实问题作为情境引入,能够引起学生共鸣,激发学习兴趣,进而基于现有信息系统的使用经验,思考解决问题的方案。
2.分析问题,识别系统需求
活动1:分析点餐系统需求。
②点餐系统中的两类角色分别有哪些行为?(点餐人员:浏览菜单、点餐、提交订单;出餐人员:查询订单、处理订单)
设计意图:信息系统中有不同角色的用户,每种角色用户的功能需求不同,因此需要识别不同用户的需求。通过分析点餐场景中的人员特征及行为,可对现实问题进行简化和抽象,并归纳出点餐系统的用户分类和功能需求。在分析问题过程中,引导学生理解抽象的概念,并学会使用抽象的方法解决问题。
3.建立模型,描述系统需求
活动2:“你画我猜”游戏。
请两组学生参与游戏,每组3人。其中一人根据教师提供的词卡内容在黑板上画图,另外两人根据图画猜测词卡内容。观察游戏并思考:①对同一张词卡,不同画手绘制的图是否一样?②不同竞猜者对同一幅画的猜测是否一样?③游戏者事先未经沟通,没有使用统一的表达方式,出现了什么问题?
教师小结:①表达方式不统一、不规范会导致理解的偏差。因此,信息系统的需求需要采用规范化、结构化的方法描述。UML为开发人员提供了标准通用的设计语言,以图形的方式描述系统模型。②在UML中,常用用例建模的方法来描述系统的功能性需求。用例建模方法使用“参与者”(系统的用户)和“用例”(参与者和系统之间的交互序列)描述系统的功能性需求。③在点餐系统中,点餐人员和出餐人员就是参与者,“浏览菜单”是点餐人员和点餐系统间的交互,称为“用例”。
活动3:创建点餐系统用例图。
①分析点餐和出餐过程,识别点餐系统参与者和用例,填写表1。
②教师介绍StarUML软件,演示使用StarUML软件创建点餐部分用例图。
③学生模仿点餐用例图的创建过程,自主创建出餐部分用例图(如表2)。
④使用UML用例图将之前抽象出的用户及功能需求建立关联,形成了點餐系统的功能模型(如图1)。
教师小结:为了某种特定目的(如问题求解),将系统某一部分信息进行抽象而构成的系统的替代物称为“系统模型”或“模型”。以形成模型为目的的抽象过程就是建模。
设计意图:借助StarUML工具对点餐系统的功能需求进行建模分析,让学生经历信息系统建模的过程,引导学生体会建模在信息系统开发过程中的作用。
4.构建原型,验证系统需求
活动4:完善原型,实现系统功能。
①完善点餐系统原型的点餐功能和处理订单功能部分代码。
②运行“自助点餐系统.py”,分析系统功能能否满足用户需求。
教师小结:通过编写点餐和出餐的功能代码,获得了可运行的、最小化的点餐系统模型,即系统的原型。用户可以试用原型,并评价原型是否满足需求。
设计意图:通过对原型点餐功能的体验,评价原型是否满足用户需求,学生能够了解快速原型模型开发信息系统的过程。
5.课堂总结
本节课在对点餐系统功能需求抽象建模的基础上,完善了点餐系统的核心代码,快速构建了一个点餐系统原型,并提供给用户试用。由于种种原因,在需求分析阶段得到完整、准确、合理的需求模型是很困难的,用户要通过试用并评价原型,逐步明确各种需求。开发人员根据用户反馈,修改系统原型直至用户满意,然后再开发真实系统。这就是信息系统开发的一种方法——快速原型模型(如上页图2)。
本节课以“发现问题—分析需求
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