UML面向对象分析、建模与设计
教学大纲
课程名称：UML面向对象分析、建模与设计/UML object-oriented analysis, modeling and design《UML面向对象分析、建模与设计》是软件工程专业中一门综合性很强的基础课程，主要内容包括软件工程与面向对象方法、UML的定义和背景、UML基础（UML构造块、UML通用机制、UML“4+1”架构、UML建模工具）、UML系统动态建模（用例图、活动图、状态机图、顺序图、通信图）、类图、对象图、包图、组件图、部署图、统一软件开发过程、UML具体实例等。本课程的目的与任务是使学生通过本课程的学习，从UML的基本概念入手，由浅入深地认识和学习软件工程核心要素，以体系化、工程化的方法思考软件工程过程。本课程除要求学生掌握UML的图示语法和语义，重点要求学生掌握设计软件的逻辑能力以及对软件内部各种组织结构的表达能力，掌握对事物的抽象能力和建模的基本思想，为更深入地学习和今后的实践打下良好的基础。了解软件工程的概念和历史，了解软件工程的目标和原则；了解面向对象方法的概念和历史，了解面向对象方法的优点。课程思政：通过讲述软件工程与面向对象方法，引入中国软件工程发展历程，简要介绍案例“青鸟工程”。[科学探索，勇于实践]。了解UML的定义和历史背景；了解UML的目标和应用范围。课程思政：通过讲述UML，引入中国目前面临“卡脖子”的问题，简要介绍案例“中国第一程序员”—求伯君。[工匠精神，科技报国]。掌握UML构造块，分别是事物、关系、图；掌握UML的通用机制；了解“4+1”架构；了解常用的UML建模工具。课程思政：通过进一步讲述UML，引入中国自主研发的可行性，简要介绍案例“汉字激光照排系统”。[奉献精神，创新精神]。了解用例的概念、设计方法和注意事项理解用例图的组成元素，分别为参与者、用例、用例图中的关系；理解并掌握用例图中的关系，分别为参与者间的泛化关系、参与者与用例的关联关系、用例间的泛化关系、用例间的依赖关系；理解用例描述的概念；掌握用例说明文档的书写；掌握用例图建模，分别为对系统的语境建模和对系统的需求建模；了解用例图的使用环境。课程思政：通过讲述用例图，引入用例图在需求分析阶段的重要性，简要介绍案例“抖音”。[创新思维，创新精神]。重点掌握类图中所包含元素的语义及表示法；了解类的高级概念，包括抽象类、模板类、关联类、分析类；理解并掌握类图中的关系，分别为关联关系、泛化关系、依赖关系和实现关系；了解类图建模技术，分别为对系统的词汇建模、对简单协作建模和对逻辑数据库模式建模；了解对类图进行正向工程和逆向工程需要遵循的策略；掌握类图的创建。课程思政：通过讲述类图，引入软件开发中类图为什么很重要，简要介绍案例“飞天云操作系统”。[独具匠心，攻坚克难]理解对象图的组成元素，分别是对象和链；掌握对象图建模技术；理解使用对象图进行逆向工程时需要遵循的策略；理解对象图的使用要点；掌握对象图的绘制。课程思政：通过讲述对象图，引入类图和对象图的区别，简要介绍案例“周志华”。[职业素养，宽广情怀]了解包以及包图的概念；理解分包原则，分别为一个元素不允许在两个包中重复出现，相同包内元素不能重名，包内元素要紧密联系，包与包尽可能保持独立；理解包之间的依赖关系；掌握包图的建模技术，分别为对成组元素建模和对体系结构视图建模；掌握用包图来表示模型的组织结构的方法。课程思政：通过讲述包图，引入包图的作用，简单介绍案例“北斗卫星导航系统”。[科技探索，科技成就]。理解顺序图的主要概念；了解顺序图的结构化控制以及按时间顺序对控制流建模所遵循的策略；掌握对顺序图的绘制。课程思政：通过讲述顺序图，引入顺序图的作用，简单介绍案例“微信”[创新胆量，创新决心]。理解通信图的组成元素，分别是对象、链和消息；理解通信图与顺序图的区别和联系；掌握通信图的绘制及其具体步骤。课程思政：通过讲述通信图，引入通信图的作用，简单介绍案例“中国的量子通信卫星”。[科学探索，攻坚克难]掌握状态机图的组成部分，分别为状态、转换、事件、动作和活动；掌握状态机图的建模技术；掌握状态机图的绘制及其步骤。课程思政：通过讲解状态机图，引入状态机图的作用，简单介绍案例“语音识别技术”。[国家战略，服务社会]。掌握活动图的基本组成元素；了解活动图的高级组成元素，分别为分叉节点与结合节点、对象流和扩展区域；掌握活动图建模技术，分别为对工作流建模和对操作建模。掌握活动图的绘制。课程思政：通过讲解活动图，引入活动图的作用，简单介绍案例“PaddlePaddle”。[技术自强，敢为人先]。掌握组件图的组成元素，分别为组件、接口和端口；了解UML2规范中组件图的内部结构；掌握利用组件图对源代码或可执行程序进行建模的方法。课程思政：通过讲解组件图，引入组件图的作用，简单介绍案例“倪光南”。[淡薄名利，为国奋斗]。掌握部署图的组成元素，分别为节点和连接；掌握部署图的绘制。课程思政：通过讲解部署图，引入部署图的作用，简单介绍案例“支付宝”。[社会责任，社会贡献]。14. 统一软件开发过程（2学时） 理解统一软件开发过程（RUP）的概念；了解统一软件开发过程的二维图表示；理解统一软件开发过程的四个阶段；理解统一软件开发过程的静态结构，分别为工作者、活动、制品、工作流、核心工作流；了解掌握在统一软件开发过程中使用UML的一般方法。课程思政：通过讲解统一软件开发过程，引入使用统一软件开发过程的优势，简单介绍案例“中国的智能机器人技术”。[攻坚克难，实干苦干]。掌握对于小型网上书店系统的需求分析；掌握小型网上书店系统的基本模型，分别为需求分析阶段模型、基本动态模型；掌握对于小型网上书店系统中类的设计和实现过程；掌握小型网上书店系统的组件图和部署图的设计。课程思政：通过讲解小型网上书店系统，引入开发小型网上书店系统的意义，简单介绍案例““钉钉”。[创新意识，创新兴趣]。掌握对小型二手货交易系统的需求分析；掌握小型二手货交易系统的静态和动态模型的设计。课程思政：通过讲解小型二手货交易系统，引入开发小型二手货交易系统的意义，简单介绍案例“鸿蒙操作系统”。[家国情怀，敢为人先]。掌握对汽车服务管理系统的需求分析；掌握汽车服务管理系统的基本模型设计，分别为需求分析阶段模型、基本动态模型；掌握汽车服务管理系统中累的设计；掌握汽车服务管理系统的划分与部署，主要体现在对系统的包图和部署图的分析和设计。课程思政：通过讲解统一软件开发过程，引入使用统一软件开发过程的优势，简单介绍案例“中国的工业软件”。[分析矛盾，发现问题]。1. 熟悉Enterprise Architecture（EA）建模环境 (2学时)（1）安装Enterprise Architecture（EA）建模软件，并对系统进行配置。（2）使用Enterprise Architecture（EA）建模软件进行各界面的简单操作。（1）使用EA新建用例图，添加用例图的组成元素，如参与者、用例、用例之间的关（1）使用EA新建类图，添加类图的组成元素，如类、类的关系。（1）使用EA新建对象图，添加对象图的组成元素，如对象、链。（3）使用EA新建包图，添加包图的组成元素，如包、关系。（1）使用EA新建顺序图，添加顺序图的组成元素，如对象、生命线、消息。（2）使用EA绘制“机票预订系统”“登录”用例的顺序图。（3）使用EA新建通信图，添加通信图的组成元素，如对象、链、消息。（4）使用EA绘制“机票预订系统”“查询航班”用例的通信图。（1）使用EA新建状态机图，添加状态·机图的组成元素，如状态、转换。（2）使用EA绘制“机票预订系统”“航班”类的状态机图。（3）使用EA新建活动图，添加活动图的组成元素，如动作、活动节点、控制流。。（4）使用EA绘制“机票预订系统”“购买机票”用例的活动图。（1）使用EA新建组件图，添加组件图的组成元素，如组件、端口。（3）使用EA新建部署图，添加部署图的组成元素，如结点、连接。8. “小型网上书店系统”的分析与设计 (2学时)（1）通过分析教材上的“小型网上书店系统”相关的用例图、活动图、顺序图、通信图、类图、组件图、部署图，熟悉一般的系统是如何用UML分析、建模与设计本课程教学方法以教师为主导的启发式讲授教学法为主，讨论（提问）式教学为辅，结合课外学习的教学方法。实验以学生动手实验为主，教师的启发式讲授教学法为辅，并结合讨论（提问）式教学，以及结合课外学习的教学方法。1．本课程概念较多，因此教学形式以讲授方式为主。本课程拟采用多媒体PPT的教学方法，增加课堂信息，浅显通俗地对概念、定义和原理进行解释，增加教学的直观性，教学过程中注意各个知识点的关联性，以使学生更好地理解课程内容。2．对课程中关键性概念、设计思想方面的问题可辅以课堂讨论的形式。3．为加强和落实动手能力的培养，每章课后应安排作业，帮助学生学习和应用。本课程共32+16个学时，理论32个学时，讲授16周（每周2学时）；实验16个学时。1．做好课前预习，预习时以教材为主，了解相关的概念、定义、原理。预习中认真思考，以便带着问题主动地听课。2．课后要复习，有余力的学生复习时还应阅读参考资料，认真整理课堂听课笔记。3．要求学生课外自主学习，学生课外阅读的参考资料以本大纲所列参考资料为主。本课程成绩由平时成绩和期末考核成绩组合而成，课程成绩以百分制计算，分配比例如下：
1．平时成绩占30%，主要考查作业的完成程度，理论课和实验课的出勤率，实验课的考试结果。其中作业占10%，实验占15%，出勤率占5%。2．期末成绩占70%，采用考试的考核方式。考试采用闭卷形式，题型为选择题、正确/错误题、填空题、简答题，以及应用题。本课程根据学生作业、课堂讨论、平时考核情况和学生、教学督导等反馈，及时对教学中不足之处进行改进，并在下一轮课程教学中改进。扫描，优惠购书
本书介绍使用UML进行软件建模的方法与软件工程的基础知识。全书主要分为三部分。
第1部分（第1~3章）简要介绍软件工程的产生、发展历史及重要作用，对面向对象方法的概念和原则加以阐释，由此推出UML的概念和作用，介绍UML的基本概念模型，并介绍多种UML建模的重要工具。
第2部分（第4~13章）对每种UML图进行具体介绍，内容涵盖UML中的用例图、类图、对象图、包图、顺序图、通信图、状态机图、活动图、组件图、部署图。
第3部分（第14~17章）结合UML的使用过程，介绍统一软件开发过程的相关概念，并且通过小型网上书店系统、小型二手货交易系统、汽车服务管理系统三个具体案例，使读者在实际开发过程中加深对使用UML的理解。
本书理论与实践结合，可以很好地帮助读者掌握UML建模的基本思想，并学会读懂和建立UML模型。本书既可作为高等院校计算机类相关专业的教材，也可作为软件从业人员的学习指导用书。
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第1部分
第1章软件工程与面向对象方法
1.1软件工程
1.1.1软件工程的历史
1.1.2软件工程的目标和原则
1.2面向对象方法
1.2.1面向对象方法简介
1.2.2面向对象方法的历史
1.2.3面向对象方法的概念
1.2.4面向对象方法的优点
小结
习题1
第2章UML
2.1软件建模简介
2.1.1什么是模型
2.1.2建模的重要性
2.1.3建模的基本原理
2.2UML简介
2.3UML的历史
2.3.1UML出现的历史背景
2.3.2UML的诞生与标准化
2.3.3UML 2的诞生
2.4UML的目标与应用范围
2.4.1UML的目标
2.4.2UML的应用范围
2.5UML建模工具
小结
习题2
第3章认识UML
3.1UML构造块
3.1.1事物
3.1.2关系
3.1.3图
3.2UML通用机制
3.2.1规格说明
3.2.2修饰
3.2.3通用划分
3.2.4UML扩展机制
3.3“4+1”视图模型
3.3.1“4+1”视图模型的概念和组成
3.3.2“4+1”视图模型要解决的问题
3.3.3运用“4+1”视图方法进行软件架构设计
小结
习题3
第2部分
第4章用例图
4.1用例图简介
4.2用例图的组成元素
4.2.1参与者
4.2.2用例
4.2.3用例图中的关系
4.3用例描述与文档
4.3.1什么是用例描述
4.3.2前置条件与后置条件
4.3.3事件流
4.3.4补充约束
4.3.5用例文档
4.4应用用例图建模
4.4.1用例图建模技术
4.4.2用例图使用要点
4.5实验： 绘制“机票预订系统”的用例图
小结
习题4
第5章类图
5.1什么是类图
5.2类图的组成元素
5.2.1类
5.2.2接口
5.2.3类图中的关系
5.2.4类的高级概念
5.3应用类图建模
5.3.1类图建模技术
5.3.2使用类图进行正向工程与逆向工程
5.3.3面向对象的设计原则
5.4实验： 绘制“机票预订系统”的类图
小结
习题5
第6章对象图
6.1什么是对象图
6.2对象图的组成元素
6.2.1对象
6.2.2链
6.3应用对象图建模
6.3.1对象图建模技术
6.3.2使用对象图进行逆向工程
6.3.3对象图使用要点
6.4实验： 绘制“机票预订系统”的对象图
小结
习题6
第7章包图
7.1什么是包图
7.2包图的组成元素
7.2.1包
7.2.2包的依赖关系
7.3包图的建模技术
7.4实验： 绘制“机票预订系统”的包图
小结
习题7
第8章顺序图
8.1什么是顺序图
8.2顺序图的组成元素
8.2.1对象与生命线
8.2.2激活
8.2.3消息
8.3顺序图中的结构化控制
8.4顺序图的建模技术
8.5顺序图的变体——时间图
8.6实验： 绘制“机票预订系统”“登录”用例的顺序图
小结
习题8
第9章通信图
9.1什么是通信图
9.2通信图的组成元素
9.2.1对象
9.2.2链
9.2.3消息
9.3通信图与顺序图
9.4通信图的建模技术
9.5实验： 绘制“机票预订系统”“查询航班”用例的通信图
小结
习题9
第10章状态机图
10.1什么是状态机图
10.1.1状态机
10.1.2状态机图
10.2状态机图的组成元素
10.2.1简单状态
10.2.2转换
10.2.3伪状态
10.2.4复合状态
10.3状态机图的建模技术
10.4实验： 绘制“机票预订系统”“航班”类的状态机图
小结
习题10
第11章活动图
11.1什么是活动图
11.2活动图的基本组成元素
11.2.1动作和活动节点
11.2.2开始和终止
11.2.3控制流
11.2.4判断节点
11.2.5合并节点
11.2.6泳道
11.3活动图的高级组成元素
11.3.1分叉节点与结合节点
11.3.2对象流
11.3.3扩展区域
11.4活动图的建模技术
11.5实验： 绘制“机票预订系统”“购买机票”用例的活动图
小结
习题11
第12章组件图
12.1什么是组件图
12.2组件图的组成元素
12.2.1组件
12.2.2接口
12.2.3端口
12.2.4组件的内部结构
12.3组件图的建模技术
12.4实验： 绘制“机票预订系统”的组件图
小结
习题12
第13章部署图
13.1什么是部署图
13.2部署图的组成元素
13.2.1节点
13.2.2连接
13.3部署图的建模技术
13.4实验： 绘制“机票预订系统”的部署图
小结
习题13
第3部分
第14章统一软件开发过程
14.1统一软件开发过程概述
14.1.1什么是软件开发过程
14.1.2统一软件开发过程简介
14.1.3统一软件开发过程的发展历程
14.2过程总览
14.3阶段和迭代——时间维度
14.3.1起始阶段
14.3.2细化阶段
14.3.3构建阶段
14.3.4转化阶段
14.3.5迭代
14.4过程的静态结构
14.4.1工作者
14.4.2活动
14.4.3制品
14.4.4工作流
14.4.5核心工作流
14.5在统一软件开发过程中使用UML
14.5.1起始阶段常用的UML图
14.5.2细化阶段常用的UML图
14.5.3构建阶段常用的UML图
14.5.4转化阶段常用的UML图
小结
习题14
第15章案例： 小型网上书店系统
15.1需求分析
15.1.1项目背景描述
15.1.2系统需求分析
15.1.3用户管理模块
15.1.4订单管理模块
15.1.5书目管理模块
15.2系统的UML基本模型
15.2.1需求分析阶段模型
15.2.2基本动态模型
15.3类的设计与实现
15.3.1系统设计类
15.3.2类的实现
15.4系统的组件图和部署图
15.4.1系统的组件图
15.4.2系统的部署图
第16章案例： 小型二手货交易系统
16.1需求分析
16.1.1子系统划分
16.1.2系统功能需求
16.1.3非功能需求
16.2系统设计
16.2.1系统设计类图
16.2.2关键用例的动态模型
16.2.3类的代码框架
第17章案例： 汽车服务管理系统
17.1需求分析
17.1.1系统功能需求
17.1.2车辆及路线管理模块
17.1.3人员管理模块
17.1.4信息管理模块
17.2系统的UML基本模型
17.2.1需求分析阶段模型
17.2.2基本动态模型
17.3系统中的类
17.3.1系统类图
17.3.2生成类的代码框架
17.4系统的划分与部署
17.4.1系统的包图
17.4.2系统的部署图
附录A软件设计模式及应用
A.1软件设计模式
A.1.1工厂模式
A.1.2桥接模式
A.1.3策略模式
A.1.4其他模式
A.2软件设计模式应用
附录B附加案例
参考文献
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