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软件工程实践教学辅助系统的研究与实现
时间:2020-10-21 23:03 | 栏目:软件工程 | 浏览:次
硕士论文网第2020-10-21期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇软件工程文章《软件工程实践教学辅助系统的研究与实现》，供大家在写论文时进行参考。
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本篇论文是一篇软件工程硕士毕业论文，画数据流图是结构化分析的核心,是非常重要的。数据流图因其数量庞大,父图子图层次众多,而导致许多易产生的错误。如:因删除或更名而导致的不一致,父子图的流的不平衡等。若要提供一专门工具辅助画数据流图,进行错误检查,则必须给数据流图以形式化的定义,使其能用计算机表达。
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
本课题是华北电力大学教改基金项目内容,是为软件工程实践教学环节所做的研究。软件工程学科在计算机科学中具有非常重要的地位,由于软件危机[’〕的出现,人们提出了软件工程方法,并在近三十年来得到迅速的发展。在本科生教学中也必不可少地纳入了软件工程课,该课程讲授的是指导实践的工程化方法,旨在教授学生分析问题的工程化思想和方法。在教学中,此种具有工程性质课程的教学一直是值得研究的问题,此课程的教学效果表现为学生对实际问题的分析、设计能力。国际软件工程教育和培训会议(CSEE&)T提出:适当的软件工程教育能改善现在的软件发展状态,并有助于解决软件实践中一些经常发生的问题和危机2[]。可见软件工程教育是非常重要的。但会议对什么是最适当的方法并没有达成共识。在本科生的教学中,有人提出了实例化方法3[J,将知识用于实践,并从实践中学习知识,这对软件工程方法的掌握有较好的作用。我校软件工程课的教学采用课堂教学与学生上机相结合的方式,教师给学生布置一个软件题目,让学生遵循软件工程方法完成对其计划、需求分析、概要设计、详细设计、编码一直到测试过程,使学生对软件工程周期有更深刻的认识及实际的感知。与以往的语言课上机有很大不同,学生初次接触软件工程理论会有一时不知如何下手的感觉,且软件工程中复杂的要求与繁多的文档也容易令学生产生不理解及厌烦情绪,以至在整个过程中可能忽略或漏掉一些内容。设计一个辅助上机系统,对学生给予实际的指导,辅助学生完成上机任务是本课题的目的。因需求分析与设计是工程中比较难的部分,在需求分析及设计期间提供工具及指导,以使学生在此两阶段所做的工作符合工程化标准,深化学生的工程化思想、并养成工程化开发软件的习惯是本课题研究的主要内容。
1.2课题内容
本课题首先研究计算机辅助教学的发展概况,根据软件工程课的实际特点,提出适当的系统模型。计算机辅助教学已应用于许多课程如:数据结构、计算机组成原理或数学、外语等,多为一些理论性较强或内容复杂抽象的课程,用计算机的多种媒体形式可极大改善教学效果,软件工程课媒体表现性不如某些课程强,因而本课题使用CAI(eomputerAidedInsutrction)+工具的综合系统。CAI仍为必不可少的部分,学生刚学完书本,需要对知识理解、巩固及吸收,提供CAI系统可对课程的知识重点进行归纳重示,并提供适当的例子,有助于学生的理解和构思,本课题研究CAI的构造方式,并用工具辅助并规范学生的行为,研究适于学生使用的形式。针对结构化需求分析阶段研究并开发一个帮助学生进行课程实验的系统,看是否得到较好的效果。结构化需求分析是软件工程的重要阶段,工作比较繁杂,也是初学者难于下手的阶段。如何教学生入门,并规范学生的行为是本系统要解决的问题。在需求分析阶段中,需求获取是难以模拟的部分,不但需要与用户交流,而且需要处理各种无法预料的问题,涉及的因素较多,是今后继续要研究的工作,本次论文只考虑需求分析部分。在需求分析部分,结构化分析的重要任务是画数据流图。画数据流图过程中要求学生作到完整、一致,包括:数据流图与数据字典的一致、数据字典的完整、数据流图删除修改后的一致及图与字典的一致,这些都是学生容易疏忽的地方,提供辅助工具和指导,作到讲解、提示、检查并自动执行部分内容以达到辅助指导学生的目的。
第二章 CAI研究
2.1 CAI的发展
从19年美国公司研制成功第一个系统以来,计算机教育的理论基础有三次大的演变。(1)以行为主义l4]学习理论作为理论基础。时间为60年代初至70年代末,是计算机应用于教育的初级阶段,创始人为行为主义心理学家斯金纳,其理论基础不可避免的打下了行为主义的烙印:将人们学习过程的内在思想活动作为黑箱处理,人们学习的过程为对外界刺激产生反映的过程。以此为基础,产生了传统的CAI系统,将教学信息以编程方式预置于课件中形成基于框面的,小步骤的分枝式程序教学形式,并沿用至今。(2)以认知主义l4]学习理论为基础。时间为70年代末至80年代末,行为心理学逐渐被认知心理学赶出了历史舞台。在CAI课件设计中,人们开始注意学习者的心理过程,研究、强调学习者的心理特征与认知规律。认知主义认为人们的学习过程本质上是一种问题求解的过程,即利用自己已有的知识去进行思维、推理和解决问题。此阶段产生了智能辅助教学系统ICAI(IntelligenteomputerAidedInstruetion)。(3)以建构主义l’]为理论基础。时间为90年代初至今。是对认知主义深入研究的结果,是认知主义发展的高级阶段。建构主义强调以学生为中心。不仅要求学生由外部刺激的被动接收者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体,成为知识意义的主动建构者,而且要求教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者和促进者,要求形成新的教学理论和学习理论。建构主义明确以学生为中心,要求对学生学习环境的重新设计。学习环境是学习者可以在其中进行自由探索和自由学习的场所,而超媒体技术能提供多种媒体的多重感官综合刺激,媒体间的超链接给学习者提供完全自由的探索式学习空间,且超媒体的网状组织可以模拟联想空间,类似于人脑中思考问题的联想方式,符合人类的认知过程理论。因而将超媒体技术与CAI结合,设计出基于超媒体的学习环境是符合建构主义理论的。
2.2超媒体与CIAI的结合
ICAI的教学形式需要教师模型和学生模型的结合。ICAI主要由学生模型库、教师模型库、领域知识库和推理模块组成,其结构和各部分间关系如图2.1所示。在ICAI中领域知识是书本中知识点的组织,为系统长期记忆知识;学生模型描述学生的知识水平与学习能力,为实现系统启发式教学和个别化教学提供依据。学生模型可以有覆盖模型、测试模型、认知模型等。学生模型为系统短期记忆知识,如学生的学习历史记录、对某个知识点的掌握程度以及测试成绩等;教师模型包括教学方法和教学规则,不同的教师和课程有不同的教学方法和规则。在文献中提到的教学方法有先学备用法和即学即用法。教学规则一般为产生式规则。教学过程一般为:（1）根据学生的选择,确定教学形式;(2)确定教学单元之间的次序。由教学计划和教学知识点间的依赖关系决定;(3)确定教学重点。可由教师在教学规则中直接描述,或通过计算每个知识点的关联度来表示;(4)根据学生模型,匹配适当的教学规则,选择下一步的教学内容。在与ICAI的结合中,超媒体的角色是将领域知识库用超媒体的形式进行组织,并用超媒体的表现形式进行授课。本课题研究提供适当的超媒体模型以便表示课程知识及适当的超媒体与的结合方式。通常人们认为在WWW上感受到的就是超媒体技术的全部,事实上WWW上的应用仅仅体现了超媒体应用系统的一小部分,远不是超媒体技术的全部。WWW是一种发展较好的大型分布式超媒体系统,但超媒体系统并不等于采用HTTP协议的web应用程序。尽管WWW的应用广泛,但其超媒体实现机制并不适于与ICAI教学进行集成。主要表现在:(1)录入维护困难,必须掌握HTML语言才能添加新节点,不易修改;(2)节点内容由web页固定,不利于检索与动态裁减;(3)HTML对数据类型支持不够,无法描述节点的属性信息;(4)简单的嵌入式链给整个网络的完整性维护带来了几乎无法解决的困难,要判断链的有效性就必须首先搜索文档全部内容,提炼链接关系进行分析,这就难以解决因删除某个页面而产生的悬链问题。且使ICAI难于抽取链的信息以获得节点的总体结构,以进行智能指导;(5)链的类型单一无法表示节点的多种关系类型,链的静态性无法完成链的隐藏或动态连接等自适应性能。由此可见提供一适于ICAI的超媒体模型是很有必要的。
第三章 数据流图工具的研制
3.1功能需求
3.2图论基础
3.3数据流图的形式化
3.4画图方法的研究及在数据流图自动画图上的应用
3.5 数据流图的工具设计
第四章 结论
针对软件工程实践教学的要求,进行了总体的设想,从CAI、超媒体技术、人工智能、CASE等多方面综合考虑了问题,进行了如下工作:l()研究了CAI的发展,及超媒体与教育的关系,确定了超媒体与ICAI结合的教学方式,提出了超媒体与CIAI结合需解决的问题。(2)研究了超媒体的模型,根据现实世界应用的要求对超媒体的Dexter参考模型进行了扩展,使更多的领域可以使用超媒体技术。并用此模型描述了ICAI的领域知识库。(3)研究了超媒体与CIAI的结合方式,引入自适应超媒体模型作为两者的结合方式。(4)提出结构与内容的分离是应用于ICAI的超媒体结构的最好选择。(5)在软件工程实践教学CAI系统中提出了应用过程知识的表示进行实例教学指导。(6)研究了自动画图的各种方法,设计了一个数据流图的自动画图系统。7)用面向对象的方法设计了数据流图编辑器。本研究暂告一段落,还有一些问题尚需进一步深入研究。l()在基于实例的CAI中,若能提供虚拟现实的方法描述实例,将需求获取部分也模拟进去将给学生更直观的感觉。一旦把虚拟合作者提供给学生,将会使学生感觉更逼真。(2)本文只研究了自适应超媒体的抽象模型和领域模型,对用户模型、教师模型、自适应引擎都是值得深入研究的内容。(3)对工具应提供更好的实时帮助。利用CAI中的领域知识库可适时提供领域知识的显示,本论文已考虑到这一点,并采用Dxeter模型的三层结构将内容与表现分离,这可使内容得到重用和共享。(4)模型怎样与WWW结合以达到远程教学目的,并以最大限度保留其功能也是今后要研究的重要内容之一。
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