Разработка объектно-ориентированной модели информационной системы "Контроль знаний обучающихся"

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Балаково

Разработка объектно-ориентированной модели информационной системы «Контроль знаний обучающихся»

Жирнов В.И.



Введение

В последние годы в сфере образования наблюдается следующая тенденция - автоматизация и контроль результатов обучения при помощи вычислительных систем. Стремительный рост быстродействия компьютерных систем, а также их уменьшение их стоимости, позволяет надежно и качественно оценить уровень знаний учащихся.

В текущий момент приобретают актуальность процессы автоматизации часто выполняемых работ. На рынке программного обеспечения предлагается огромный выбор систем.

Информационная система - это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Информационный процесс - процесс создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и потребления информации.

Информационный ресурс - это отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах.

Классификация информационных систем происходит по нескольким признакам:

1) По характеру представления и логической организации хранимой информации информационные системы подразделяются на фактографические, документальные и геоинформационные.

2) По уровням управления информационные системы подразделяются на информационные системы оперативного уровня, информационные системы специалистов, информационные системы офисной автоматизации, информационные системы обработки знаний, системы поддержки принятия решений.

3) По степени автоматизации выделяют ручные информационные системы, автоматические информационные системы, автоматизированные информационные системы.

4) По отношению системы к окружающей среде: открытые (есть обмен ресурсами с окружающей средой), закрытые (нет обмена ресурсами с окружающей средой).

5) По способу управления системой: управляемые извне системы (без обратной связи, регулируемые, управляемые структурно, информационно или функционально); управляемые изнутри (самоуправляемые или саморегулируемые - программно-управляемые, регулируемые автоматически, адаптируемые - приспосабливаемые с помощью управляемых изменений состояний, и самоорганизующиеся - изменяющие во времени и в пространстве свою структуру наиболее оптимально, упорядочивающие свою структуру под воздействием внутренних и внешних факторов); с комбинированным управлением (автоматические, полуавтоматические, автоматизированные, организационные).

В курсовом проекте необходимо разработать объектно-ориентрованную модель программного обеспечения заданной вариантом предметной области.

Процесс выполнения курсового проекта можно разбить на следующие этапы:

1. Выполнить анализ предметной области.

2. Подобрать и проработать литературу.

3. На основании описания предметной области выделить основные функции рассматриваемой информационной системы.

4. Детально проанализировать выполнение каждой функции системы, описать для каждой функции основной поток событий. Выделить основные сущности, взаимодействующие между собой, выделить события и ответственности сущностей проектируемой системы. Построить диаграмму последовательности.

5. Разработать иерархию классов рассматриваемой задачи. Проанализировать сущности системы, построить иерархию наследования и агрегации классов на диаграмме классов.

6. Выделить из множества классов системы два класса, которые имеют сложную логику поведения. Для двух выделенных классов описать события, которые влияют на состояния этого класса, определить правила переходов из одного состояния в другое. Построить диаграмму состояний для этих классов.

7. Разработать физическое представление информационной системы в виде диаграммы компонентов и диаграммы развертывания.



1. Анализ предметной области

1.1 Задачи и функции информационной системы

Рассматриваемая информационная система представлена в виде приложения. Приложение - все или часть программ, процедур, правил и соответствующей документации системы обработки информации (ISO/IEC 2382-1:1993).

Программное обеспечение (ПО) является одним из видов обеспечения вычислительной системы, наряду с техническим (аппаратным), математическим, информационным, лингвистическим, организационным и методическим обеспечением.

Классификация ПО:

1) По способу исполнения программы делят на

Интерпретируемые; Компилируемые.

1) По степени переносимости программы делят на

Платформозависимые; Кроссплатформенные.

2) По способу распространения и использования программы делят на Несвободные (закрытые);

Открытые;

Свободные.

3) По назначению программы делят на:

Системные;

Прикладные;

Инструментальные.

Разрабатываемое ПО можно отнести по способу исполнения - компилируемое. По степени переносимости - платформозависимое. По способу распространения - свободное. По назначению - прикладное.

Пользователь данного приложения может выбрать задание, согласно своему варианту, выполнить загрузку своего решения, провести статический и динамический анализ. Полученный результат можно распечатать для дальнейшей отчетности. Предварительную загрузку вариантов задания и условий выполнения работы выполняет преподаватель. На рисунке 1 представлен макет разрабатываемого ПО.

Рисунок 1 - Макет разрабатываемого ПО

На данном макете размещены элементы управления приложением.

1) Меню - выбор и настройка различных параметров и свойств приложения.

2) Меню навигации - позволяет получить быстрый доступ к различным функция программы.

3) Окно исходного кода - в данном окне отображается код из загруженного файла с решением, либо код, написанный обучаемым.

4) Окно статического и динамического анализа, а также окно с результатом.

5) Окно отладки - позволяет выявить все функции в анализируемом задании.

автоматизация вычислительный информационный программный



1.2 Выбор методологии моделирования

При разработке информационной системы существует два основных подхода - структурный и объектно-ориентированный.

Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.

В качестве двух базовых принципов используются следующие:

? принцип "разделяй и властвуй" - принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения;

? принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

? принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;

? принцип формализации - заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

? принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности элементов;

? принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию. При этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение объекта реального мира.

Понятие объект впервые было использовано около 30 лет назад в технических средствах при попытках отойти от традиционной архитектуры фон Неймана и преодолеть барьер между высоким уровнем программных абстракций и низким уровнем абстрагирования на уровне компьютеров. С объектноориентированной архитектурой также тесно связаны объектно-ориентированные операционные системы. Однако наиболее значительный вклад в объектный подход был внесен объектными и объектно-ориентированными языками программирования: Simula, Smalltalk, С++, Object Pascal. На объектный подход оказали влияние также развивавшиеся достаточно независимо методы моделирования баз данных, в особенности подход сущность - связь.

Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель. Основными ее элементами являются:

? абстрагирование;

? инкапсуляция;

? модульность; ? иерархия.

Кроме основных, имеются еще три дополнительных элемента, не являющихся в отличие от основных строго обязательными:

? типизация; ? параллелизм;

? устойчивость.

При разработке информационной системы обмена сообщениями нужно использовать объектно-ориентированный подход, который имеет следующие преимущества:

? Объектно-ориентированная система изначально строится с учетом ее эволюции. Наследование и полиморфизм обеспечивают возможность определения новой функциональности классов с помощью создания производных классов - потомков базовых классов.

? Важным качеством объектного подхода является согласованность моделей деятельности организации и моделей проектируемой системы от стадии формирования требований до стадии реализации. Требование согласованности моделей выполняется благодаря возможности применения абстрагирования, модульности, полиморфизма на всех стадиях разработки.

? Большинство существующих методов объектно-ориентированного анализа и проектирования включают как язык моделирования, так и описание процесса моделирования.



2. Разработка uml-диаграмм

2.1 Диаграмма вариантов использования

На рисунке 2 представлена диаграмма вариантов использования для системы контроля знаний.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Диаграмма вариантов использования

Описание участвующих в системе актеров представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Описание действующих лиц

№ п/п	Имя	Описание
1	2	3
1	Преподаватель	Данный актер участвует в системе как пользователь. Его основными функциями являются загрузка вариантов задания и их свойств
2	Обучаемый	Данный актер участвует в системе как Пользователь. Его основными функциями является загрузка своего задания и сохранение полученного результата

Описание множества вариантов использования представлены в таблице 2. Таблица 2 - Описание вариантов использования



№ п/п	Имя	Описание	Точки расширен ия
1	2	3	4
1	Подготовка заданий в "Системе Контроля знаний"	Загрузка заданий и вариантов решений в программу	Include
2	Загрузка выполненного задания	Обучаемый загружает выполненное задание	Include
3	Сохранение результата	Обучаемый сохраняет для отчетности результат работы	Include

2.2 Диаграмма последовательности

На данном этапе составлены диаграммы последовательности, которые отражают некоторые сценарии работы программы.

На рисунке 3 представлена диаграмма последовательности для работы приложения.

Рисунок 3 - Диаграмма последовательности сценария работы приложения

Преподаватель загружает файлы задания в систему. Следующим шагом преподаватель подготавливает правила для проверки приложения. Пользователь загружается выполненное задание в программу. Система выполняет анализ работы и выводит результат работу обучаемому и преподавателю.



2.3 Диаграмма классов

На данном этапе спроектированы диаграммы классов. Основанием для построения иерархии классов являются построенные диаграммы последовательностей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 - диаграмма классов системы контроля знаний Таблица 3 - Описание классов.

№ п/п	Имя класса	Краткое описание
1	2	3
1	Преподаватель	Загружает исходные задания и правила
2	Обучаемый	Загружает выполненное задание и сохраняет результат
3	Система контроля знаний	Выполняет статический и динамический анализ и генерирует

Описание атрибутов классоврезультат содержаться в таблицах 4-6.



Таблица 4 - Описание атрибутов класса «Преподаватель»

	Преподаватель
Атрибут	Видимо сть	Тип атрибута	Множественность	Описание
Лекция	Видимый	String	Отсутствует	Для хранения названия лекции
Практика	Видимый	String	Отсутствует	Для хранений практических заданий к лекции

Таблица 5 - Описание атрибутов класса «Обучаемый»

	Обучаемый
Атрибут	Видимо сть	Тип атрибута	Множественность	Описание
Лекция	Видимый	String	Отсутствует	Для хранения названия лекции
Практика	Видимый	String	Отсутствует	Для хранений практических заданий к лекции

Таблица 6 - Описание атрибутов класса «Система контроля знаний»

	Система контроля знаний
Атрибут	Видимо сть	Тип атрибута	Множественность	Описание
Лекция	Не видимый	String	Отсутствует	Для хранения названия лекции
Практика	Не видимый	String	Отсутствует	Для хранений практических заданий к лекции
Оценка	Видимый	String	Отсутствует	Для хранения результата работы

Описание операций классов представлено в таблицах 7-9.

Таблица 7 - Описание операций класса «Преподаватель»

		Преподаватель
Операция	Вид имос ть	Параметры	Тип возвращае мого значения	Описание
		Вид	Имя	Тип
1	2	3	4	5	6	7
Set_lection()	Види мый	Глобальн ый	Лекция	String	String	Установка лекции
Set_practic()	Види мый	Глобальн ый	Практи ка	String	String	Установка практическ
Result_practi c()	Види мый	Глобальн ый	Оценка	String	String	огоПолучениезадания оценки обучаемого

Таблица 8 - Описание операций класса «Обучаемый» огозадания

		Преподаватель
Операция	Вид имос ть	Параметры	Тип возвращае мого значения	Описание
		Вид	Имя	Тип
1	2	3	4	5	6	7
Set_lection()	Види мый	Глобальн ый	Лекция	String	String	Установка лекции
Set_practic()	Види мый	Глобальн ый	Практи ка	String	String	Установка практическ

Таблица 9 - Описание операций класса «Обучаемый»

	П	реподаватель
Операция	Вид имос ть			Параметры	Тип возвращае мого значения	Описание
			Вид	Имя	Тип
Set_lection()	Види мый	Глобальн ый	Лекция	String	String	Установка лекции
result_practic ()	Види мый	Глобальн ый	Практи ка	String	String	Установка результата работы

2.4 Диаграмма состояний

На данном этапе представлена диаграмма состояний, которая отражает спецификацию поведения классов. На рисунке 5 представлена диаграмма состояний классов системы контроля знаний.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5 - диаграмма состояния классов

На диаграмме состояний показаны последовательные действия, для того чтобы преподаватель и обучаемый узнали конечный результат.

1) Обработка файлов и правил загруженных изначально заданий.

2) Загрузка выполненного задания обучаемым.

3) Выполнение системой статического и динамического анализа.

4) Вывод результата обучаемому.

5) Вывод результата преподавателю.

6) Ожидание повторной загрузки заданий.

2.5 Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов описывает особенности физического представления системы. Диаграмма компонентов позволяет определить архитектуру разрабатываемой системы, установив зависимости между программными компонентами, в роли которых может выступать исходный, бинарный и исполняемый код. Во многих средах разработки модуль или компонент соответствует файлу.

В данной приложении существует несколько компонентов. Полное их отображение содержится на рисунке 6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Диаграмма компонентов.

На данной диаграмме показано, что приложение обладает несколькими компонентами:

1) Компонент считывания правил и заданий.

2) Компонент загрузки работы обучаемого.

3) Компонент обработки работы обучаемого.

4) Компонент статического анализа работы обучаемого.

5) Компонент динамического анализа работу обучаемого.

6) Компонент генерации результата на основе анализа работы обучаемого.



Заключение

В курсовом проекте была разработана объектно-ориентрованная модель программного обеспечения заданной вариантом предметной области.

В процесс выполнения курсового проекта были выполнены следующие этапы:

1) Выполнен анализ предметной области.

2) Подобрана и проработана литература.

3) На основании описания предметной области выделены основные функции рассматриваемой информационной системы.

4) Детально проанализировано выполнение каждой функции системы, описаны для каждой функции основной поток событий. Выделены основные сущности, взаимодействующие между собой, выделены события и ответственности сущностей проектируемой системы. Построены диаграммы последовательности.

5) Разработана иерархия классов рассматриваемой задачи. Проанализированы сущности системы, построена иерархию наследования и агрегации классов на диаграмме классов.

6) Для двух выделенных классов описаны события, которые влияют на состояния этого класса, определены правила переходов из одного состояния в другое. Построена диаграмма состояний для этих классов.

7) Разработано физическое представление информационной системы в виде диаграммы компонентов и диаграммы развертывания.

Размещено на Allbest.ru

...