基于組件的程序復(fù)用的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于組件的程序復(fù)用的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

教育行政部門是大學(xué)教育的重要組成部分，是學(xué)校管理的核心和基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的飛速發(fā)展和高等教育體制改革的不斷深入,人們對(duì)高校教學(xué)管理工作提出了更高、更新的要求。近年來(lái),學(xué)校的招生規(guī)模不斷擴(kuò)大,使得基于人工方式的學(xué)分制教學(xué)管理改革面臨著巨大的壓力。學(xué)分制的核心是學(xué)生選課制,選課制打通了各層次各科類的學(xué)習(xí),使得教學(xué)信息量成幾十倍的增加,大大增加了教學(xué)管理人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度。因此,選課方式、流程與數(shù)據(jù)處理手段的優(yōu)劣將直接影響到整個(gè)學(xué)分制教學(xué)管理改革的成敗。隨著Internet的發(fā)展,國(guó)內(nèi)高校都普遍搭建了校園網(wǎng),并在此基礎(chǔ)上不同程度地實(shí)現(xiàn)了管理信息的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。這些為我們構(gòu)建高速、有效的具備網(wǎng)上選課、流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、成績(jī)錄入、信息查詢與報(bào)表打印功能的選課管理系統(tǒng)提供了必要的技術(shù)準(zhǔn)備和環(huán)境支持。1.工具軟件的開發(fā)由重復(fù)編碼導(dǎo)致的低效率開發(fā)現(xiàn)象是現(xiàn)代管理軟件開發(fā)所面臨的一大難題,因此,以實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用為目標(biāo)的面向組件的軟件開發(fā)方法正逐漸被廣大開發(fā)人員所接受。軟件組件是被封裝成獨(dú)立的二進(jìn)制單元并用于構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)的可復(fù)用的軟件模塊,它具有特定的功能和自主能力。組件可以單獨(dú)地開發(fā)和測(cè)試,各個(gè)組件之間通過(guò)接口來(lái)進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和互操作。傳統(tǒng)的組件平臺(tái)主要有:Microsoft的COM/DCOM/COM+、OMG的CORBA以及Sun的EJB等3種。.NET框架是一種新的計(jì)算平臺(tái),作為微軟的下一代組件技術(shù),.NET框架從多種角度簡(jiǎn)化了開發(fā)過(guò)程,并提供交互性的編程語(yǔ)言。從形式上看.NET組件是一個(gè)用任何.NET語(yǔ)言以插件形式開發(fā)的可互換的軟件部件,它可以與其他應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)互操作。在.NET平臺(tái)的組件層中,組件是以Assemblies的形式創(chuàng)建的,在其概念模式下,軟件系統(tǒng)可以被視為相互協(xié)同工作的對(duì)象集合,其中每個(gè)對(duì)象會(huì)提供特定的服務(wù),發(fā)出特定的消息,以便其他對(duì)象調(diào)用。基于組件的軟件開發(fā)可分為系統(tǒng)需求分析、功能分解、組件規(guī)劃、組件設(shè)計(jì)、組件實(shí)現(xiàn)與測(cè)試、組件裝配、系統(tǒng)測(cè)試等6個(gè)過(guò)程(如圖1所示)。其中,功能分解是分析系統(tǒng)的功能模型,為規(guī)劃系統(tǒng)所需的組件提供基礎(chǔ);組件設(shè)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)的功能模型提取規(guī)劃實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所需的組件,建立系統(tǒng)的組件庫(kù)模型,然后設(shè)計(jì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)組件的功能與接口;組件實(shí)現(xiàn)是根據(jù)規(guī)劃好的系統(tǒng)組件功能與接口,采用具體的組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)組件功能與接口,并完成該組件的測(cè)試工作;組件裝配是根據(jù)系統(tǒng)的需求分析,結(jié)合已實(shí)現(xiàn)的組件庫(kù)模型,通過(guò)包容、聚合等機(jī)制組裝并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。2tmis子系統(tǒng)選課管理子系統(tǒng)屬于綜合教務(wù)管理信息系統(tǒng)(TMIS:TeachingManagementInformationSystem)的重要組成部分。該子系統(tǒng)所涉及到的大部分業(yè)務(wù)組件在TMIS的其他部分都存在復(fù)用情況,所以在組件的設(shè)計(jì)過(guò)程中,其屬性和方法的提取不完全依賴于該子系統(tǒng)的需求。本文只就選課管理子系統(tǒng)的功能分析從整體上闡述其基本的設(shè)計(jì)思路。2.1學(xué)班客戶端的設(shè)計(jì)選課管理系統(tǒng)主要涉及到公選素質(zhì)課程網(wǎng)上申報(bào)、學(xué)生網(wǎng)上選課、課表查詢、教學(xué)班學(xué)生名冊(cè)查詢打印以及成績(jī)的網(wǎng)上錄入和查詢、選課數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)等基本操作,面向的用戶類型包括學(xué)生、教師和各級(jí)教務(wù)管理人員,客戶端應(yīng)用環(huán)境非常復(fù)雜,范圍廣泛,比較適合采用B/S模式的體系結(jié)構(gòu),其具體的設(shè)計(jì)如圖2所示。2.2“三自”模式的選課管理模式雖然學(xué)分制教學(xué)改革已在國(guó)內(nèi)各高校逐步推行,但真正實(shí)行完全學(xué)分制的并不多,相當(dāng)一部分采取的是學(xué)年學(xué)分制?；谶@樣一種現(xiàn)實(shí),我們?cè)谶x課管理系統(tǒng)中將學(xué)生所修的課程劃分為:專業(yè)主干必修課程、專業(yè)方向選修課程、公共必修課程、人文素質(zhì)課程等4大類。其中專業(yè)主干必修課程按專業(yè)班級(jí)統(tǒng)一排課(不需選課);專業(yè)方向選修課程面向特定專業(yè)學(xué)生供其自由選修(屬于條件性選課,學(xué)生選修時(shí)只限學(xué)分,不限課程);公共必修課程面向所有專業(yè)學(xué)生按照規(guī)定課程選教學(xué)班方案進(jìn)行選課(如“大學(xué)體育”);人文素質(zhì)課程則供所有學(xué)生自由選課(屬于非條件性選課,學(xué)生只限學(xué)分,不限課程)。從而形成了3種不同的選課模式。充分考慮到選課管理的需要,我們?cè)谠撓到y(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)了以下6方面主要功能:①公選素質(zhì)課程網(wǎng)上申報(bào):所有待開設(shè)的人文素質(zhì)課程由具備開課條件的教師自己登錄該系統(tǒng)按照給定的申報(bào)程序自愿從網(wǎng)上申報(bào),教務(wù)管理人員負(fù)責(zé)對(duì)已申報(bào)人文素質(zhì)課程信息的審核和教師開課資質(zhì)認(rèn)定,并決定是否批準(zhǔn)該課程的開設(shè)。②選課數(shù)據(jù)處理:包含選課數(shù)據(jù)預(yù)處理、正選后處理、補(bǔ)選后處理、選課結(jié)果統(tǒng)計(jì),其中預(yù)處理主要根據(jù)課表、學(xué)生、教學(xué)計(jì)劃及初始化參數(shù)組信息生成供選課用的一系列數(shù)據(jù)表,并在相關(guān)的表中完成條件碼的設(shè)定,同時(shí)將專業(yè)主干必修課的信息直接寫入學(xué)生選課結(jié)果數(shù)據(jù)表;正、補(bǔ)選后處理的主要區(qū)別就在于正選采用兼顧公平性算法進(jìn)行處理。③學(xué)生網(wǎng)上選課:分別提供以上3種不同模式的選課操作平臺(tái),并具備對(duì)與學(xué)生當(dāng)前課表沖突的課程或教學(xué)班進(jìn)行自動(dòng)過(guò)濾的功能,主動(dòng)解決學(xué)生課表的沖突問(wèn)題。同時(shí)允許學(xué)生在選課過(guò)程中自由查詢可選課程或任課教師的簡(jiǎn)介信息,系統(tǒng)能根據(jù)事先設(shè)定的可選學(xué)分或課程門數(shù)上限值限定學(xué)生此次可選課程的總學(xué)分或門數(shù)。④學(xué)生課表查詢:選課數(shù)據(jù)處理后,學(xué)生可以直接在網(wǎng)上查詢自己的課表,包括本學(xué)期所有的必修、選修課程的教學(xué)班、上課時(shí)間、周次、上課地點(diǎn)、教師等信息,并提供學(xué)生課表的網(wǎng)上打印功能。⑤學(xué)生名冊(cè)查詢:選課數(shù)據(jù)處理后,教務(wù)管理人員及任課教師可以直接從網(wǎng)上查詢并打印各課程及教學(xué)班的實(shí)際選課學(xué)生的名冊(cè)信息,并提供考勤登記表的網(wǎng)上打印功能。⑥成績(jī)錄入與查詢:任課教師在課程考試結(jié)束后可直接對(duì)自己的教學(xué)班學(xué)生進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定并直接在網(wǎng)上輸入、保存并提交。保存后還允許再次修改,教師一旦提交成績(jī)就取消其對(duì)該成績(jī)的修改權(quán)限,交由成績(jī)管理人員處理。2.3課程名稱碼碼選課管理子系統(tǒng)與教學(xué)計(jì)劃及排課等有著緊密的聯(lián)系,涉及到的數(shù)據(jù)表比較多。此處只就系統(tǒng)設(shè)計(jì)中相對(duì)重要的數(shù)據(jù)表給出具體的描述。①選課學(xué)生信息表(學(xué)號(hào),專業(yè)特征碼,條件碼組,選課次數(shù));②供選課程信息表(課程號(hào),課程名稱,學(xué)分,課程類型,專業(yè)特征碼組,簡(jiǎn)介);③供選教學(xué)班信息(教學(xué)班號(hào),課程號(hào),教師號(hào),條件碼組,限選人數(shù),實(shí)選人數(shù));④教學(xué)班課表(教學(xué)班號(hào),時(shí)間名稱,時(shí)間碼,周次名稱,周次碼,教室號(hào),);⑤教師信息課表(教師號(hào),姓名,學(xué)歷碼,學(xué)位碼,職稱碼,教師簡(jiǎn)介);⑥選課結(jié)果信息表(學(xué)號(hào),選課類型,課程號(hào),教學(xué)班號(hào),志愿號(hào),確定標(biāo)記);⑦成績(jī)表(學(xué)號(hào),課程號(hào),教學(xué)班號(hào),成績(jī),提交標(biāo)記)。2.4系統(tǒng)內(nèi)組件劃分通過(guò)系統(tǒng)功能需求分析可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交互滲透于各功能應(yīng)用之間,因此,系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)只需對(duì)各應(yīng)用之間共享或交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,并給出組件對(duì)外的接口描述,而不關(guān)心各應(yīng)用內(nèi)部數(shù)據(jù)的組織和表示。依據(jù)選課管理系統(tǒng)的功能需求和各功能應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)交互關(guān)系,將系統(tǒng)內(nèi)組件劃分為以下12個(gè),①用戶登錄組件。②學(xué)生課表組件。③教學(xué)班課表組件。④教師簡(jiǎn)介組件。⑤課程簡(jiǎn)介組件。⑥供選課程組件。⑦供選課程教學(xué)班組件。⑧學(xué)生已選課程教學(xué)班組件。⑨教學(xué)班學(xué)生名冊(cè)組件。(10)成績(jī)錄入組件。(11)學(xué)生成績(jī)查詢組件。(12)選課組件。3一些重要的問(wèn)題的解決3.1從時(shí)間單元進(jìn)行排課本系統(tǒng)內(nèi)學(xué)生在每一種類型的選課過(guò)程中,可選課程可能有一到多門,每一門課程又可能存在多個(gè)可選的教學(xué)班。因此,學(xué)生課表出現(xiàn)的沖突主要有以下兩種情況,一種就是選取了兩門相同的課程(實(shí)際表現(xiàn)為同一門課程的兩個(gè)不同的教學(xué)班),另一種就是選取的不同的教學(xué)班的上課時(shí)間相同且周次存在交集情況。前一種沖突我們是通過(guò)對(duì)選課流程(如圖3)的控制來(lái)杜絕的。我們知道,上課時(shí)間是由節(jié)次和周次共同決定的,兩個(gè)教學(xué)班雖然上課節(jié)次相同,但是如果周次的交集為空,則二者在上課時(shí)間上并不沖突。若只以節(jié)次作為判別沖突的依據(jù)將無(wú)形中減少組合選課的方案數(shù),增加選課的難度。目前,國(guó)內(nèi)高校普遍采用按2節(jié)課為一時(shí)間單元進(jìn)行排課的方法,一天可安排4或5個(gè)時(shí)間單元,一周內(nèi)最多可安排28或35個(gè)時(shí)間單元。為方便處理,我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)將一周內(nèi)的時(shí)間單元按照時(shí)間的先后次序分別編號(hào)為1到28或35,簡(jiǎn)稱“時(shí)間碼”,例如“周一1-2節(jié)”所對(duì)應(yīng)的時(shí)間碼就是6。同時(shí),一個(gè)學(xué)期內(nèi)的教學(xué)周數(shù)一般不會(huì)超過(guò)22,常規(guī)的上課周次表示使用的字符集普遍為{數(shù)字符號(hào),-,.},例如“1-12.14.16-18”表示從1到12周、14單周及16到18周上課。這種表示方法不便于周次沖突的檢驗(yàn),為此我們使用一個(gè)32b的Integer數(shù)來(lái)表示一個(gè)周次,從低位0到高位31中的每一位分別表示從第1周到第32周(實(shí)際只需要22周即可)是否上課,若上課則對(duì)應(yīng)位置取1,否則取0,比如周次“1-12.14.16-18”就可以使用整數(shù)241663來(lái)表示,我們稱之為“周次碼”。這樣就可以使用一個(gè)包含28或35個(gè)Integer數(shù)據(jù)的數(shù)組來(lái)表示一個(gè)學(xué)生的整個(gè)課表了,我們稱之為“二進(jìn)制課表”。當(dāng)學(xué)生選定某一課程時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)獲取該課程所有的教學(xué)班課表,并將每一個(gè)教學(xué)班的課表(可能存在1個(gè)以上節(jié)次)的所有節(jié)次的“周次碼”與學(xué)生的“二進(jìn)制課表”中的以“時(shí)間碼”為下標(biāo)位置處的數(shù)組元素進(jìn)行二進(jìn)制的與運(yùn)算(VB.NET中使用AND運(yùn)算符,下同),若結(jié)果大于0則表示沖突,否則不沖突。如果該教學(xué)班所有節(jié)次都不沖突,則將其列為可選教學(xué)班。當(dāng)選取某一教學(xué)班后,可以直接使用該教學(xué)班所有節(jié)次的“周次碼”與“二進(jìn)制課表”對(duì)應(yīng)位置的“周次碼”執(zhí)行二進(jìn)制的或運(yùn)算(使用OR運(yùn)算符),即可完成對(duì)“二進(jìn)制課表”的刷新;相反,若撤消某一教學(xué)班,則只需要將該教學(xué)班所有節(jié)次的“周次碼”值取反(使用NOT運(yùn)算符)后再與“二進(jìn)制課表”對(duì)應(yīng)位置的“周次碼”執(zhí)行二進(jìn)制的與運(yùn)算即可。通過(guò)這種方法可以實(shí)現(xiàn)在選課過(guò)程中主動(dòng)避免第二種沖突的出現(xiàn)。3.2上限、綜合對(duì)比、熱選傳統(tǒng)的選課系統(tǒng)大多采用先來(lái)先服務(wù)(FCFS)算法,選課結(jié)果即選即定、選滿即止。我們將選課劃分為正選、補(bǔ)選兩個(gè)階段,正選階段允許學(xué)生在規(guī)定的供選課程范圍內(nèi)按“限選門數(shù)上限”(=1.5×規(guī)定的限選門數(shù)上限)的量選取課程教學(xué)班,并給每一個(gè)教學(xué)班設(shè)置一個(gè)從1開始的依次遞增的志愿號(hào),且選課時(shí)不受教學(xué)班已選人數(shù)限制。正選結(jié)束后,再依據(jù)“按志愿分級(jí)處理”算法對(duì)正選結(jié)果進(jìn)行處理。之后進(jìn)入補(bǔ)選階段。在補(bǔ)選階段,正選時(shí)確定的選課結(jié)果不再允許撤消,因處理后實(shí)際選課門數(shù)未達(dá)到“規(guī)定的限選門數(shù)上限”的學(xué)生可以進(jìn)行補(bǔ)選(允許放棄補(bǔ)選機(jī)會(huì)),但此時(shí)按照(FCFS)算法進(jìn)行選課,即選即定且受教學(xué)班已選人數(shù)限制(當(dāng)已選人數(shù)>=限選人數(shù)時(shí),該教學(xué)班不再可選),且總門數(shù)不超過(guò)規(guī)定的限選門數(shù)上限。3.3條件碼組中的作用條件性選課主要有兩種情況,其一是專業(yè)選修課程,它們只限于供某些專業(yè)學(xué)生選修,其他專業(yè)不可選;其二就是有些教學(xué)班對(duì)選課的學(xué)生設(shè)置了其他條件,例如體育課要求按照男、女生分別開班授課,此時(shí),一部分教學(xué)班只限于男生選取,另一部分則限于女生。對(duì)于前者,我們?cè)谠O(shè)計(jì)中引入了“專業(yè)特征碼”和“專業(yè)特征碼組”概念,每一專業(yè)定義一個(gè)唯一的特征碼,并將其賦予該專業(yè)的學(xué)生,若某一課程可供多個(gè)專業(yè)選修,則將這些專業(yè)的“專業(yè)特征碼”組合起來(lái)形成“專業(yè)特征碼組”。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō),若其“專業(yè)特征碼”包含于某課程的“專業(yè)特征碼組”則表示該課程對(duì)于此學(xué)生可選。對(duì)于第二種情況,我們引入了“條件碼”和“條件碼組”概念,每一個(gè)“條件碼”和“條件碼組”都使用一個(gè)32b的Integer數(shù)表示,從條件0到條件31共32種不同的條件,其值分別為20、21......231。例如:若使用20表示“男”、21表示“女”、22表示統(tǒng)招、23表示成教,則某統(tǒng)招男生的“條件碼組”的值等于5(20+22)。同樣,對(duì)于某一教學(xué)班來(lái)說(shuō),也可以設(shè)置0到多項(xiàng)條件,從而得到該教學(xué)班的“條件碼組”,在驗(yàn)證某學(xué)生是否可選該教學(xué)班時(shí),我們只需要檢驗(yàn)該教學(xué)班所要求的條件此學(xué)生是否都具備。換句話說(shuō),就是檢驗(yàn)此學(xué)生不具備的條件中是否包含該教學(xué)班要求的條件,若包含,