基于CDIO的Access課程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，也是我國(guó)高等教育改革向職業(yè)教育轉(zhuǎn)型過(guò)程中，培養(yǎng)應(yīng)用型和技能型人才的一個(gè)主流方向，“CDIO”代表構(gòu)思（Conceive）、 設(shè) 計(jì) （Design）、 實(shí) 現(xiàn) （Implement） 和 運(yùn) 作（Operate），是以“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”為核心基礎(chǔ)理念的教學(xué)模式?！禔ccess數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)》作為數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的入門(mén)課程，是諸多高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)公共計(jì)算機(jī)教學(xué)第二層次的必修課程，也是部分高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的必修課程，并且也是本校重點(diǎn)建設(shè)的校級(jí)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(kù)的操作，熟悉面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和一定的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)能力，具備開(kāi)發(fā)小型數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)以解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鍛煉其項(xiàng)目思維和動(dòng)手實(shí)踐的職業(yè)技能，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。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(shí)驗(yàn)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(shí)轉(zhuǎn)化為能力的重要環(huán)節(jié)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效直接關(guān)乎學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)的程度和動(dòng)手能力的養(yǎng)成。

在ACCESS實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過(guò)引入基于CDIO理念設(shè)計(jì)的ACCESS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，構(gòu)建“教、學(xué)、做”一體的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使CDIO與ACCESS實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)了ACCESS課程學(xué)習(xí)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)的相互聯(lián)系，學(xué)生在接近實(shí)際的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)過(guò)程中“做中學(xué)，學(xué)中做”，實(shí)現(xiàn)了“從實(shí)踐出發(fā)，上升至理論，再回到實(shí)際操作，創(chuàng)作出最終產(chǎn)品”的CDIO教育模式過(guò)程，不僅能夠有效促進(jìn)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)，建立系統(tǒng)完整的知識(shí)體系，極大地提高其學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，而且能夠提高其自我學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量和管理效率。

文中結(jié)合本校實(shí)際情況，根據(jù)對(duì)Access數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)課程上機(jī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的深入分析，介紹了基于CDIO工程教育理念B/S程序開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，及按照MVC模式開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

1 系統(tǒng)主要功能模塊分析

1.1 系統(tǒng)總體思想

ACCESS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在進(jìn)行總體分析時(shí)，就要考慮將CDIO工程教育的理念融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，并體現(xiàn)在系統(tǒng)功能中，因此，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程分解為“學(xué)”、“做”、“測(cè)”以及綜合項(xiàng)目訓(xùn)練4個(gè)環(huán)節(jié)。

“學(xué)”的環(huán)節(jié)屬于基于知識(shí)點(diǎn)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)案例學(xué)習(xí)，教師按教材分章進(jìn)行組織案例和實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生可在校園網(wǎng)內(nèi)隨時(shí)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(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)提煉出知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行總結(jié)介紹；其次，精心設(shè)計(jì)案例，提出所要解決的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行文字說(shuō)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(xì)地描述解決該問(wèn)題的步驟與過(guò)程；最后，給出ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)文件，學(xué)生可演示運(yùn)行示范工程項(xiàng)目，并從中進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)分析，總結(jié)知識(shí)體系，從而能舉一反三。

“做”的環(huán)節(jié)屬于課內(nèi)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在接受教學(xué)實(shí)例的學(xué)習(xí)引導(dǎo)后，要求學(xué)生在所有免費(fèi)開(kāi)放的機(jī)房或安裝有ACCESS環(huán)境的學(xué)生個(gè)人計(jì)算機(jī)上完成，也可以在相關(guān)實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行編程調(diào)試。對(duì)該部分實(shí)驗(yàn)案例的成果，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行提交并由教師進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，計(jì)入實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績(jī)。

在“做中學(xué)”的過(guò)程中，教師也要注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行“提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題”的思維訓(xùn)練，學(xué)生要養(yǎng)成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)完整過(guò)程的系統(tǒng)思維能力，并逐步提高其個(gè)人能力與職業(yè)技能。

“測(cè)”的環(huán)節(jié)分為學(xué)生自測(cè)和統(tǒng)一的階段評(píng)測(cè)，對(duì)于學(xué)生自測(cè)沒(méi)有任何限制，學(xué)生可以隨意練習(xí)，鞏固知識(shí)，而統(tǒng)一的階段評(píng)測(cè)則是由教師組題，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上當(dāng)堂提交，成績(jī)作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的重要依據(jù)。

綜合項(xiàng)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(jí)選取不同類型的案例給學(xué)生布置，并進(jìn)行小組劃分，學(xué)生自己安排團(tuán)隊(duì)內(nèi)的分工，并將“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作”四階段融入到項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在項(xiàng)目完成后進(jìn)行集體匯報(bào)，由教師進(jìn)行評(píng)分并總結(jié)，成績(jī)計(jì)入實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

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(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能主要由基本信息管理、成績(jī)?cè)u(píng)定管理、用戶權(quán)限管理、分章實(shí)驗(yàn)管理、綜合實(shí)驗(yàn)管理5個(gè)部分組成。基本信息管理用于設(shè)置學(xué)生、班級(jí)、教師等基本信息，成績(jī)?cè)u(píng)定管理則是教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予成績(jī)?cè)u(píng)定，用戶權(quán)限實(shí)現(xiàn)不同用戶訪問(wèn)系統(tǒng)時(shí)的合法性控制，分章實(shí)驗(yàn)管理完成教師進(jìn)行案例項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、測(cè)試題庫(kù)等相關(guān)管理，以及學(xué)生進(jìn)行案例學(xué)習(xí)、做實(shí)驗(yàn)、上傳結(jié)果文件、課后隨機(jī)測(cè)驗(yàn)等業(yè)務(wù)需求，綜合實(shí)驗(yàn)管理完成對(duì)大項(xiàng)目實(shí)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(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，各項(xiàng)業(yè)務(wù)活動(dòng)主要圍繞著教師和學(xué)生這兩個(gè)角色（Actor）進(jìn)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(gè)角色不同的權(quán)限分別進(jìn)入不同的頁(yè)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(jí)的信息。教師登錄后可修改密碼、進(jìn)行案例定制管理、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的增刪改查、學(xué)生實(shí)訓(xùn)成果文件查看和實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定。學(xué)生登錄后可修改密碼、選擇案例進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后查看實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在做完實(shí)驗(yàn)后提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也可以參與模擬測(cè)驗(yàn)練習(xí)和進(jìn)行統(tǒng)一組織的階段測(cè)試等。

根據(jù)以上流程分析，對(duì)系統(tǒng)的教師、學(xué)生和管理員3個(gè)角色進(jìn)行用例圖設(shè)計(jì)，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(jì)

2.1 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)是基于軟件需求分析下的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般要先確定系統(tǒng)的技術(shù)體系，ACCESS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)確定采用B/S開(kāi)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(jì)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(shí)現(xiàn)和用戶交互操作；業(yè)務(wù)層封裝了上機(jī)實(shí)驗(yàn)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(kù)進(jìn)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(jìn)一步的設(shè)計(jì)過(guò)程中，確定系統(tǒng)基于JSP設(shè)計(jì)模式Ⅱ進(jìn)行開(kāi)發(fā)，由于JSP模式Ⅱ是基于MVC架構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，因此本系統(tǒng)嚴(yán)格遵循MVC設(shè)計(jì)模式，細(xì)化設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，也不允許對(duì)數(shù)據(jù)持久層進(jìn)行訪問(wèn)，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(jì)

系統(tǒng)不同層次之間的數(shù)據(jù)交互和傳遞離不開(kāi)業(yè)務(wù)實(shí)體，其在數(shù)據(jù)庫(kù)中的表現(xiàn)形式就是所謂的關(guān)系數(shù)據(jù)。通過(guò)深入分析，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)建8個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體，主要包括用戶基本信息、用戶權(quán)限信息、班級(jí)信息、章節(jié)信息、案例信息、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息、學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果信息實(shí)體、學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)信息等，各實(shí)體模型具體的含義介紹如下：

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

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

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

4)章節(jié)：主要屬性有章節(jié)編號(hào)、章名稱等。

5)案例：主要屬性有案例編號(hào)、章節(jié)編號(hào)、知識(shí)點(diǎn)、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(hào)、任務(wù)名稱、任務(wù)描述、所屬章節(jié)、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、類似案例。

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

8)成績(jī)：主要屬性有用戶編號(hào)、任務(wù)編號(hào)、成績(jī)、日期等。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

一個(gè)軟件系統(tǒng)是由功能“模塊”組成的，系統(tǒng)的每一個(gè)功能又往往最終可以歸結(jié)為在一定條件下的、對(duì)業(yè)務(wù)實(shí)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(shí)現(xiàn)每一個(gè)模塊，并將它們通過(guò)主界面集成為一體，業(yè)務(wù)系統(tǒng)就基本實(shí)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(gè)模塊采用MVC模式實(shí)現(xiàn)，每個(gè)模塊又由界面、控制器、邏輯處理、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、業(yè)務(wù)實(shí)體等組成，由JSP、Servlet、業(yè)務(wù)邏輯Javabean、DAO操作類、實(shí)體類等分別加以實(shí)現(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)過(guò)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(shí)現(xiàn)類分別實(shí)現(xiàn)。

3.2 主要模塊實(shí)現(xiàn)

不同用戶因?yàn)橛胁煌牟僮?，因此可以有不同的主界面，這些主界面一般通過(guò)共同的登錄接口進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。在各自的主界面里，需要布局每個(gè)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(gè)主界面功能區(qū)域基本上劃分為兩個(gè)區(qū)，左側(cè)布局為導(dǎo)航區(qū)，實(shí)現(xiàn)章節(jié)和案例選擇導(dǎo)航、綜合項(xiàng)目導(dǎo)航，或者基本信息管理等操作，右側(cè)布局為對(duì)應(yīng)導(dǎo)航下的結(jié)果顯示區(qū)，對(duì)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(kāi)發(fā)模式開(kāi)發(fā)，在ACCESS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)中引入CDIO工程教育思想，使CDIO與ACCESS實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了用戶登錄模塊、修改密碼模塊，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)案例、接受實(shí)驗(yàn)任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、提交成果等模塊，以及教師管理案例、管理實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、查看并評(píng)價(jià)學(xué)生作品、查看學(xué)生成績(jī)等模塊。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)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(shí)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)過(guò)程，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)和知識(shí)體系，培養(yǎng)動(dòng)手能力和項(xiàng)目分析設(shè)計(jì)能力，提升了個(gè)人職業(yè)素質(zhì)，也促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平的提高。

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