摘 要： 基于UML簡單直觀的圖形化方式描述的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用UML對(duì)智能評(píng)閱系統(tǒng)進(jìn)行面向?qū)ο蠓治?、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)等問題的建模研究，完成智能評(píng)閱系統(tǒng)軟件框架的開發(fā)和設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： UML；智能評(píng)閱系統(tǒng)；建模
智能評(píng)閱已成為在線考試系統(tǒng)、網(wǎng)上作業(yè)自動(dòng)評(píng)閱的關(guān)鍵技術(shù)之一，傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)集成分析設(shè)計(jì)方法已難以保證質(zhì)量和效率?；谥悄茉u(píng)閱系統(tǒng)自身要求和UML具有面向?qū)ο?、可視化、?dú)立性強(qiáng)及易于掌握使用等特點(diǎn)，利用UML描述系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題與細(xì)節(jié)，對(duì)智能評(píng)閱系統(tǒng)建模進(jìn)行研究，完成智能評(píng)閱系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。
1 UML的概述
統(tǒng)一建模語言UML(Unified Modeling Language)是面向?qū)ο蠹夹g(shù)發(fā)展的最新成果，對(duì)目前面向?qū)ο蟮姆椒?如DOSE、OMT和Booch等)進(jìn)行了統(tǒng)一，其融合了組件技術(shù)、分布式計(jì)算等熱門技術(shù)成果，是編制系統(tǒng)藍(lán)圖所使用的標(biāo)準(zhǔn)化語言。為適應(yīng)未來軟件工程發(fā)展要求，為軟件系統(tǒng)的可視化分析、構(gòu)建以及文檔的產(chǎn)生提供了一致的語言[1]。
UML通過三類模型描述圖來建立系統(tǒng)模型：合作圖(描述對(duì)象之間的交互關(guān)系以及對(duì)象之間的聯(lián)系)、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖(對(duì)象圖、類圖、組件圖、配置圖)和動(dòng)態(tài)行為圖(順序圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖)。這些圖的使用，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化，更易理解。UML包含七個(gè)事務(wù)：類、對(duì)象、接口、包、用例、組件及節(jié)點(diǎn)。關(guān)系與事務(wù)都在模型描述圖中以圖表示。UML適用于各種規(guī)模的系統(tǒng)開發(fā)，能促進(jìn)軟件復(fù)用，集成已有系統(tǒng)并有效減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。
2 基于UML的智能評(píng)閱系統(tǒng)的建模過程
智能評(píng)閱系統(tǒng)對(duì)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)成績進(jìn)行檢測(cè)和反饋，具備學(xué)生網(wǎng)上考試及教師網(wǎng)上評(píng)閱的功能，提升了工作效率和教學(xué)質(zhì)量，降低了教學(xué)成本。為保證系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，為系統(tǒng)建立一個(gè)完善的模型至關(guān)重要。
本系統(tǒng)建模采用可視化的建模設(shè)計(jì)工具Rational Rose，可將 UML 模型直接轉(zhuǎn)換為高級(jí)語言代碼，從而節(jié)約開發(fā)時(shí)間，減少軟件代碼錯(cuò)誤率。具體建模過程主要有需求分析、建立系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型等過程。
2.1 系統(tǒng)需求分析
需求分析是軟件開發(fā)最為關(guān)鍵的一步。利用UML中的用例圖對(duì)智能評(píng)閱系統(tǒng)的用戶需求進(jìn)行捕捉，從用戶的角度對(duì)系統(tǒng)功能需求進(jìn)行描述。
智能評(píng)閱系統(tǒng)必須包含試題庫、答卷庫及成績庫等核心數(shù)據(jù)庫管理功能，內(nèi)置明細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及詳細(xì)的閱卷分析。系統(tǒng)由身份識(shí)別、試卷生成管理、網(wǎng)上考試、自動(dòng)閱卷管理、成績查詢、教師統(tǒng)計(jì)分析管理和信息發(fā)布模塊七個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)下面都可以包含數(shù)據(jù)處理、查詢統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印等功能。該系統(tǒng)具備網(wǎng)上登錄、在線考試及評(píng)閱和成績管理功能。
下面是詳細(xì)的需求分析。
(1)與網(wǎng)上登錄相關(guān)的需求。系統(tǒng)用戶主要由系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生和教務(wù)管理員等多角色用戶管理。系統(tǒng)管理員擁有對(duì)各用戶進(jìn)行增加、刪除、修改以及權(quán)限分配的權(quán)力。任課教師對(duì)該班學(xué)生用戶進(jìn)行增加、刪除、修改；教務(wù)管理員由各院系負(fù)責(zé)教學(xué)的教務(wù)員進(jìn)行管理。
(2)與在線考試相關(guān)的需求。包含試題庫管理、設(shè)置試題屬性、組卷管理。其中試題根據(jù)不同的考試科目與題目類型建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，進(jìn)行自行組卷。試題屬性則應(yīng)設(shè)置試題的難度、區(qū)分度、曝光度、出題時(shí)間、知識(shí)點(diǎn)、題型等多個(gè)屬性，以確保試題易于區(qū)分與歸類。組卷管理中教師應(yīng)設(shè)定題目類型、題型數(shù)量、不同題型題目分值和試題難易程度等若干參數(shù)，試卷由系統(tǒng)自動(dòng)出卷生成。考生必需登錄考試界面身份驗(yàn)證無誤后才能進(jìn)入在線考試。考試結(jié)束后，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)保存時(shí)間并強(qiáng)制交卷。為防止考試過程中意外情況的發(fā)生，系統(tǒng)應(yīng)對(duì)試卷每5分鐘進(jìn)行自動(dòng)保存，以保證考試的公平。
(3)與評(píng)閱相關(guān)的需求?？忌峤辉嚲砗?，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)考生的試卷進(jìn)行評(píng)分。試卷題型包括客觀題和主觀題，計(jì)算機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閱卷或者提供評(píng)分參考。為確保評(píng)閱結(jié)果正確性，系統(tǒng)應(yīng)具備教師登錄后可手動(dòng)選擇主觀題閱卷的功能，批閱時(shí)教師既能看到學(xué)生的答案及正確答案，又能看到電腦智能評(píng)分給出的分值，教師再根據(jù)這些信息進(jìn)行比對(duì)或修改分值。
(4)與成績管理相關(guān)的需求。計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成每個(gè)考生的成績，結(jié)果保存于不同考生的成績數(shù)據(jù)庫，考生依據(jù)權(quán)限，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可對(duì)自己的成績、試卷等信息進(jìn)行查詢。而試卷統(tǒng)計(jì)分析中，教師可對(duì)一個(gè)班級(jí)的成績進(jìn)行全面的分析，如平均分、考分分值分布等。同時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)試卷整體情況進(jìn)行分析，如難度分析、區(qū)分度分析、信度分析、效度分析等。
2.2 模型建立
在充分獲得功能需求的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)建模的第一步驟就是建立用例模型。確定參與者，對(duì)其進(jìn)行用例定義，從而建立完善的用例模型。
2.2.1 用例建模
為了從用戶的觀點(diǎn)來描述系統(tǒng)功能，并把此功能完整表述出來，須建立用例模型。根據(jù)用戶需求對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行定義用例，即劃分系統(tǒng)功能模塊、確定系統(tǒng)的功能需求、通過系統(tǒng)功能確立系統(tǒng)的用例模型。
確定參與者是建立用例模型的關(guān)鍵。智能評(píng)閱系統(tǒng)的參與者是系統(tǒng)管理員、教師、教務(wù)管理員和學(xué)生。其中，學(xué)生、教師和教務(wù)管理員有多個(gè)，系統(tǒng)管理員只有一個(gè)。在角色明確后，根據(jù)系統(tǒng)需求分析設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總用例圖，如圖1所示。
智能評(píng)閱系統(tǒng)相關(guān)用例具體如下：
(1)系統(tǒng)管理員相關(guān)用例：用戶管理和服務(wù)器管理。其負(fù)責(zé)更改用戶的權(quán)限、日志維護(hù)、增加用戶、刪除用戶和管理系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)等。
(2)教師相關(guān)用例：出題、題庫管理、組卷管理、閱卷管理、試卷分析和評(píng)教查詢。其作用是建立和修改個(gè)人信息、試題庫、設(shè)置組卷參數(shù)、修改部分試卷和分?jǐn)?shù)、考試成績管理、評(píng)教查詢等。
(3)教務(wù)管理員相關(guān)的用例：用戶管理和題庫管理。它們管理考試基本信息以及維護(hù)數(shù)據(jù)庫等。
(4)學(xué)生相關(guān)用例：網(wǎng)上考試、評(píng)教查詢和成績查詢。其功能為學(xué)生考試以及對(duì)教師評(píng)教輸入、個(gè)人信息的錄入與查詢等。
2.2.2 靜態(tài)建模
建立靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型是系統(tǒng)建模的第二步。依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從靜態(tài)觀點(diǎn)描述系統(tǒng)的視圖，稱為靜態(tài)模型。靜態(tài)模型是指類及類之間的相互關(guān)系和類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它主要定義系統(tǒng)中的對(duì)象、類的屬性和操作。在智能評(píng)閱系統(tǒng)中存在各種各樣的類，分為報(bào)表類、學(xué)生類、教師類和系統(tǒng)管理員類。
在UML中，類用一個(gè)分成三部分的矩形來表示，從上到下分別為：類名稱、類屬性和方法。圖2所示為“教師”類的類圖。其中teaID是教師編號(hào)，teaName是教師姓名，teaSex是教師性別，depID是教師所在部門編號(hào)等類屬性，包含教師的一些最基本的信息。teaID是教師類中的關(guān)鍵字。
2.2.3 動(dòng)態(tài)建模
建立動(dòng)態(tài)行為模型是系統(tǒng)建模的第三步。動(dòng)態(tài)建模的前提是必須在系統(tǒng)靜態(tài)建模建立之后才能進(jìn)行。它描述如何完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，通過合理正確使用順序圖、活動(dòng)圖、狀態(tài)圖和協(xié)作圖等作圖方法，從不同角度描述對(duì)象和對(duì)象之間的一種交互活動(dòng)，最終得到動(dòng)態(tài)行為模型。
交互關(guān)系在順序圖中用一個(gè)二維圖表示?？v向是時(shí)間軸，時(shí)間沿豎線向下延伸。橫向軸表示在協(xié)作中各獨(dú)立對(duì)象的類元角色(用生命線表示)。角色以哪種形式存在，主要是看生命線的表示。生命線是一條虛線時(shí)，表示對(duì)象存在；生命線是一雙線時(shí)，表示對(duì)象的過程處于激活狀態(tài)。在順序圖的實(shí)際創(chuàng)建中，用從一個(gè)對(duì)象的生命線到另一個(gè)對(duì)象生命線的箭頭表示消息。箭頭以時(shí)間順序從上到下排列。
圖3給出了智能評(píng)閱中教師的順序圖。教師在輸入用戶名和密碼后，身份識(shí)別模塊根據(jù)信息正確與否決定是否讓其進(jìn)行登錄系統(tǒng)。若用戶名和密碼正確，則進(jìn)入教師主界面。教師可以在試題數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行試題的錄入，并進(jìn)行選擇組卷，同時(shí)可對(duì)試卷信息與題量進(jìn)行設(shè)置，也可以在學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)分析模塊中對(duì)學(xué)生所取得的成績進(jìn)行分析與點(diǎn)評(píng)，同時(shí)利用信息發(fā)布模塊對(duì)一些需要重點(diǎn)點(diǎn)評(píng)題進(jìn)行信息的發(fā)布。
在動(dòng)態(tài)行為模型中，描述對(duì)象之間的交互活動(dòng)的另一種表現(xiàn)形式是狀態(tài)圖，它通過建立類對(duì)象的生存周期模型來描述對(duì)象隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)行為。其建模步驟主要為：(1)確定對(duì)象；(2)確定對(duì)象的起始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)；(3)確定控制狀態(tài)；(4)尋找狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換；(5)補(bǔ)充引起轉(zhuǎn)換的事件；(6)用UML建模工具畫狀態(tài)圖及補(bǔ)充必要的文檔。
下面以學(xué)生考試作為對(duì)象，考生輸入登錄信息為起始狀態(tài)，輸入信息錯(cuò)誤退出及最終交卷為結(jié)束狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)圖的分析。
(1)考生登錄操作。輸入考生信息，若登錄信息正確則進(jìn)入系統(tǒng)，否則退出登錄。
(2)進(jìn)入考試系統(tǒng)后，考生選擇考試科目，信息正確則進(jìn)入考試界面，否則提示錯(cuò)誤信息，重新回到選擇考試信息界面進(jìn)行選擇。
(3)由于考試系統(tǒng)有自動(dòng)計(jì)時(shí)功能，故在考試過程中，系統(tǒng)會(huì)提示考生還剩余多少時(shí)間，同時(shí)還可判斷考試時(shí)間是否在考試狀態(tài)中。若非0，考生則可繼續(xù)答題或提前交卷；若為0，則表示考試時(shí)間結(jié)束，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)強(qiáng)制交卷，考試結(jié)束。
2.2.4 智能評(píng)閱的實(shí)現(xiàn)及測(cè)試
系統(tǒng)建模最后一個(gè)步驟就是檢查系統(tǒng)的一致性，檢查系統(tǒng)是否達(dá)到預(yù)期需求，是否與靜態(tài)模型中的用例屬性一致及是否與動(dòng)態(tài)模型中的行為相吻合。通過系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。
在UML中，描述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有組件圖和配置圖兩種機(jī)制，組件圖主要顯示系統(tǒng)軟件方面的邏輯結(jié)構(gòu)，以顯示系統(tǒng)組件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系為主要目的。配置圖定義系統(tǒng)中軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)，其主要目的是說明如何配置系統(tǒng)的軟件和硬件。經(jīng)過比較細(xì)致的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)模型在具體的環(huán)境中得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，UML建模工具Rational Rose則根據(jù)系統(tǒng)的構(gòu)件圖生成系統(tǒng)的框架代碼及可執(zhí)行程序和軟件文檔，完成代碼編寫，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。
系統(tǒng)測(cè)試是系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵步驟，包括鏈接測(cè)試、性能測(cè)試和安全性測(cè)試。安全性測(cè)試包括用戶身份認(rèn)證測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)安全性測(cè)試以及數(shù)據(jù)庫安全測(cè)試。這幾種測(cè)試對(duì)保證系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性具有至關(guān)重要的作用，是對(duì)系統(tǒng)開發(fā)過程中的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)施的最后復(fù)查，通過各種專業(yè)的測(cè)試和周密的排錯(cuò)，最大程度地保證一個(gè)無錯(cuò)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，從而符合預(yù)定要求。
本文主要從構(gòu)建智能評(píng)閱系統(tǒng)的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行UML建模，重點(diǎn)分析了智能評(píng)閱系統(tǒng)的構(gòu)建問題。其實(shí)際開發(fā)過程涉及主觀題的自動(dòng)批閱，對(duì)系統(tǒng)在語義方面的匹配要求較高，使得該系統(tǒng)的開發(fā)較為復(fù)雜。隨著人工智能、模式識(shí)別及自然語言理解等諸多技術(shù)的快速發(fā)展，智能評(píng)閱系統(tǒng)各方面功能將會(huì)進(jìn)一步完善，并具有廣闊的應(yīng)用前景。
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