軟件設計模式論文精選(九篇)

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第1篇：軟件設計模式論文范文

1計算機軟件開發類畢業設計存在的問題

自21世紀高等教育改革以來，全國各高校招生規模不斷擴大，導致畢業生數量也相應大規模增加，給高校學生的求職擇業帶來了嚴峻的考驗。為了可以跟上時代的步伐，為求職帶來一些實際項目經驗，計算機專業越來越多學生選取了軟件開發作為畢業設計課題。然而，在各高校實際當中，本科畢業設計質量已經下降，軟件開發類論文與實際完全脫節，歸根結底是沒有一個可以從頭到尾指導學生進行軟件開發的學習模式，主要存在下面幾個不足之處。

1.1學生問題

學生設計能力低，編程水平差，無項目實際經驗，既不知道軟件開發的基本理論與方法，也不知道程序語言代碼編寫和開發工具界面操作，甚至不知道從何處開始下手準備畢業論文，成為目前軟件開發類畢業論文質量差的根本原因；學生思想上存在誤區，不重視畢業設計的重要性與必要性，認為畢業設計與普通課程一樣，對畢業設計敷衍了事，不愿意花時間和精力認真努力開發軟件，總是被動、消極地接受學習，成為軟件開發類畢業論文質量差的直接原因。

1.2學校問題

學生在大一至大三期間，一般只是簡單地開設各科課程，并沒有將所有軟件開發類課程結合起來，直接導致出現學生軟件設計能力低與開發水平差的現象；從論文開題、中期檢查到論文答辯等過程中，并沒有嚴格按照各種材料上交的日期進行，普遍是最后答辯時上交補交所有材料，甚至包括論文開題報告，直接導致學生消極怠慢的態度；最后的畢業論文考核是最關鍵的問題，也是目前畢業論文相關制度中管理最混亂的一部分。既沒有一套規范畢業論文考核標準，也沒有對畢業論文的中間過程進行監控，就連最后的論文答辯也只是流于形式。

1.3教師問題

大部分教師沒有項目開發實際經驗，只知道軟件設計理論基礎，不能全方位地指導學生，更加無法讓學生能夠主動積極地學習，成為畢業論文水平不高的原因之一。

2CDIO教育模式

CDIO教育模式繼承和發展歐美20多年以來的工程教育改革理念，將“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達，是2004年由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學研究創立，CDIO分別代表了構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）等四個學習過程，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習[3]。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標[4]。本文將CDIO模式的構思、設計、實現和運作等四個學習過程引入到計算機軟件開發類畢業設計中，要求嚴格按照構思、設計、實現和運作這四個階段進行，并將每一個階段的成果都作為畢業論文考核的依據，以此調動學生的積極性與主動性，既能讓指導老師清楚整個設計流程，并根據階段安排加以指導和督促，也能讓學生愿意付出時間和精力努力投入到畢業設計當中。在彌補學生軟件開發水平不足的同時，提高學生思考問題、綜合設計的能力，最后達到提高畢業論文質量的目的。

3基于CDIO模式的計算機軟件開發類畢業設計

3.1構思階段

畢業論文是從學生的選題開始，一般是由老師提供一系列題目，再由學生根據自己的具體情況選擇，這種方式遏制了學生的主動性。應該由學生根據自己的愛好、專長和對將來的職業規劃等情況，利用各種參考資料主動搜索與查找適合自己的題材范圍，再在老師的指導下確定畢業論文題目。不僅能夠調動學生的設計積極性，為后面的畢業論文工作提供有利條件，而且還可以培養學生查閱資料和思考問題的能力。之后，指導老師提供軟件開發類參考資料，并在中國知網等學術平臺搜索課題相關文獻，確定論文的基本要求，給學生下達論文任務書。學生根據接收到的任務書，利用軟件工程專業書籍、中國知網等學術平臺、論文相關的Web網站，查閱大量的資料，了解論文的背景、研究現狀和開發意義，確定論文的研究內容和開發中的關鍵問題，撰寫論文開題報告，完成軟件開發的構思階段。

3.2設計階段

設計階段主要包括需求分析和總體設計，正式開始畢業論文的設計工作。根據資料查閱、市場調查和企業要求等形式分析軟件產品操作流程、功能列表，完成系統需求分析，并在需求分析的基礎上重點進行功能設計、模塊劃分、模塊接口規范、數據庫概念設計及數據庫邏輯設計，在老師的指導下反復修改不斷完善，最終確定系統的總體設計。然而，在軟件開發設計階段，學生論文還沒有開始寫，軟件程序也沒有完成，指導老師無中期檢查依據，不能有效地督促學生開發設計。因此，在設計階段完成之后，應該形成需求分析、數據庫設計、概要設計等相關說明書，作為畢業論文中期檢查的材料，納入論文考核的范圍。

3.3實現階段

實現階段是學生畢業論文工作的重點，也是畢業論文設計工作量最大、所需時間最長的一個階段，直接決定最終畢業論文的質量水平。學生需要掌握軟件開發工具、程序設計語言等基本理論與方法，根據系統總體設計的功能模塊、接口規范等進行數據庫的實現、程序代碼的編寫，并反復運行與測試。此階段生成詳細設計說明書、編程規范、測試等文檔，作為畢業論文第二次中期檢查材料。在這個階段有了指導老師的督促，能夠完全確定系統功能，不至于在后期階段又需要反復修改。

3.4運作階段

根據前期產生的開題報告、需求分析、數據庫設計、概要設計、詳細設計、編程規范、測試等文檔和開發好的軟件系統撰寫畢業論文，并參與論文答辯，是學生畢業論文的總結階段，不僅著重體現學生的寫作水平，更能了解學生對軟件的學習情況，是分值比重最大的一部分。最后，將所有文檔和論文、答辯情況一起評分，獲得畢業論文成績。

4結語

第2篇：軟件設計模式論文范文

論文關鍵詞：Proteus，LPC2124，精確計數

 

1 引言

LPC2124是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微處理器，并帶有256KB嵌入的高速Flash存儲器和16KB的RAM。LPC2124具有教小的64腳封裝，極低的功耗，多個32位定時器，4路10位ADC，PWM輸出，46個GPIO以及多達9個外部中斷，并且內置了多種串行通信接口物理論文，支持JTAG、ISP、IAP等多種編程方式，使得LPC2124能夠適用于工業控制、訪問控制、醫療系統以及其他各種類型的應用[1，2]。

Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發的EDA工具軟件，是一款新型的嵌入式系統設計、分析與仿真軟件。Proteus軟件不僅能夠實現數字電路和模擬電路的設計與分析，而且還能夠實現微處理器與外設的混合電路設計，可以直接在原理圖的基礎上進行微處理器的軟件協同仿真和功能驗證。Proteus軟件只帶匯編編譯器(不支持C語言)，但可以將其與Keil集成開發環境進行聯調，達到很好的仿真效果[3，4]。

本文設計的精確計數系統功能為：當按下按鈕時，數碼管的計數加1，當放開按鈕時，數碼管的計數保持不變；開始時數碼管的計數為0，當數碼管的計數達到15(即16進制的F)時又重新從0開始計數。系統軟件的設計采用Keil軟件完成，編譯連接之后得到可執行的hex文件；系統硬件的設計采用Proteus軟件完成；軟硬件的協同仿真是在Proteus中加載hex文件進行精確計數的測試。

2 硬件系統的設計

精確計數系統采用LPC2124微處理器作為核心器件，并為其提供了兩組電源分別為3.3V和1.8V。硬件系統主要由以下四部分電路組成：XTAL1和XTAL2兩個端口連接晶體振蕩器組成時鐘電路，RST端口連接一個按鈕組成復位電路物理論文，P0.0-P0.6端口連接一個共陰極的7段數碼管組成輸出電路，P0.7端口連接一個按鈕組成輸入電路論文格式。在精確計數系統中，P0.0-P0.7共8個端口的功能都是GPIO，P0.0-P0.6共7個端口的方向都為輸出模式，P0.7端口的方向為輸入模式[5]。采用Proteus軟件設計的硬件系統原理圖，如圖1所示。

圖1 硬件系統原理圖

3 軟件系統的設計

精確計數系統軟件的設計主要在于對LPC2124微處理器相關寄存器的設置，從而控制數碼管計數的顯示。軟件系統的設計采用Keil軟件完成，并最終得到可執行的hex文件。軟件系統的設計主要通過以下幾個步驟來實現，程序流程圖，如圖2所示。

圖2 軟件系統流程圖

1.初始化系統時鐘并設置相應的寄存器。晶體振蕩器的頻率為10MHz，LPC2124微處理器的時鐘頻率為60MHz，設置相應的寄存器程序如下：

PLLCON=1; //使能PLL

PLLCFG=(60/10-1)|(1<<5); //M=5+1，P=1

2.初始化相應端口的功能為GPIO，設置相應的寄存器程序如下：

PINSEL0=PINSEL0|0xFFFF; //P0.0-P0.7共8個端口功能為GPIO

3.初始化相應端口的方向為輸入或輸出模式，設置相應的寄存器程序如下：

IO0DIR=0x7F; //P0.0-P0.6共7個端口為輸出，P0.7端口為輸入

4.開始計數數碼管顯示0物理論文，設置相應的寄存器程序如下：

IO0SET=0x3F; //P0.0-P0.5共6個端口輸出高電平，P0.6端口輸出低電平

5.循環檢測按鈕是否被按下，并進行相應的處理，程序模塊如下：

void button_test( )

{

int i=0,key;

unsigned charledcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,

0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71}; //顯示0-9,A-F的筆段代碼表

while(1)

{

key=IO0PIN&(1<<7); //獲取P0.7端口的電平，即檢測按鈕是否被按下

if(key==0) //按鈕被按下

{

i++;

if(i==16) //計數器加到16

{

i=0;

IO0CLR=ledcode[15]; //清除數碼管上次計數的顯示

}

else

IO0CLR=ledcode[i-1]; //清除數碼管上次計數的顯示

IO0SET=ledcode[i]; //數碼管顯示新的計數

while(1)

{

key=IO0PIN&(1<<7);

if(key!=0) //按鈕被放開

break;

}

}

}

}

4 仿真與結論

精確計數系統軟硬件的協同仿真是在Proteus中加載hex文件進行計數的測試。經仿真測試結果表明：本精確計數系統能夠根據按鈕的按下與否準確進行0到15(即16進制的F)的計數，并通過數碼管進行準確顯示，達到了設計的目標要求。同時，在此基礎之上，可以對系統的軟硬件功能進行擴充，以適用于其他方面的應用。

參考文獻：

[1]韋文祥，朱志杰，車琳娜，郭寶泉.基于LPC2124的一個遠程系統軟件升級方案[J].單片機與嵌入式系統應用,2006,5:46-49

[2]晏五一，朱志杰.基于LPC2124的遠程配電變壓器監測終端設計[J].電力系統，2007, 26(7):31-34

[3]楊校輝.Proteus在ARM系統設計中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用,2009,8:77-79

[4]張勇.基于Proteus平臺的32位單片機LPC2114虛擬串口通訊仿真[J]. 集成電路通訊，2008，26(1):8-12

[5]周立功.ARM嵌入式系統基礎教程(第2版)[M].北京:北京航空航天大學出版社，2008:353-360

第3篇：軟件設計模式論文范文

關鍵詞：Zigbee；組網結構；物聯網

中圖分類號：TN915.65 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）04-0213-02

通信技術、嵌入式技術、信息家電的飛速發展，使智能家居網絡的構建成為可能。ZigBee是一種短距離、低速率的無線網絡技術，而與物聯網的結合更加突出了ZigBee的技術。ZigBee一般采用IEEE802.15.4收發器與ZigBee協議棧的組合，在數千個微小的節點之間相互協調實現通信。這些節點只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個節點，所以它們的通信效率非常高。因此，ZigBee在傳感器網絡、智能家居、工業自動化等領域有廣泛的應用。在這樣的背景之下，很多公司都開始了ZigBee產業化的道路。智能家居是未來家居的發展方向，它利用先進的物聯網技術將家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起，通過統籌管理，為人們提供智能、舒適的居住環境。ZigBee技術是一種家電智能控制無線系統，是近幾年發展起來的一種短距離的無線通信技術，具有短距離、低功耗、低數據率、低成本、安全可靠等優點，而物聯網使用的無線技術，實現物物相連，給人們的生活帶來重大改變。家庭內部地理范圍小，非常適合ZigBee技術對其進行聯網，而ZigBee的最初切入點也正是家庭自動化。采用ZigBee技術組建智能家居內部通信網，其網絡采用網絡拓撲結構，實現簡單，并且具備自組網功能，新傳感器節點入網無需人工配置，考慮了系統異常的情況。每一個Zigbee網絡節點（FFD）還可在自己信號覆蓋的范圍內，和多個不承擔網絡信息中轉任務的孤立的子節點（RFD）無線連接。ZigBee技術會因室內環境影響做出相應的改善，采用了多工作模式（如休眠模式）降低了傳感器節點的功耗，延長了節點的使用壽命。智能家電控制系統實現了傳感器的通用接入，組建了基于ZigBee技術的自組織網絡，系統安裝方便，擴展性好，具有很好的實用價值。總之，智能家電控制系統已把人們從日常瑣事中解放了出來，實現了智能化家居。

一、Zigbee無線組網技術及其協議

家電智能控制無線自組網絡系統采用ZigBee技術，對于一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，它符合IEEE802.15.4協議。在網絡組建上，它選用的是“星狀組網”方案，因為星形結構適合于實時性要求高，數據量比較大的場合。以下是家庭網絡的總體結構。

IEEE 802.15.4標準是針對于低速無線個人區域網，把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點目標，旨在為個人或者家庭范圍內不同設備之間低速互連提供統一的標準。基于ZigBee的無線傳感器網絡具有備成本低、傳輸速率低、設備體積小、省電、網絡自愈等特點，ZigBee可以廣泛應用在家庭自動化。

二、Zigbee技術家電智能硬件設計

在硬件設計上，家電智能控制系統的硬件設計，主要有射頻數據模塊、微控制器和設備組成。微處理器選用Freescale公司推出的超低功耗MC9S08GT60，無線收發器選用Freescale公司推出的一種短距離、低功耗，工作在2.4Ghz的MC13192。

三、Zigbee技術家電智能軟件設計

在軟件設計上，家電智能系統的軟件設計分為三層：系統平臺層、協議層和應用層。系統平臺層通過API應用程序接口來給協議層提供服務；協議層則實現了基于802.15.4的物理層和鏈路層以及基于ZigBee的網絡層協議；應用層通過API來調用協議層提供的服務，實現網絡的管理和數據傳輸等任務。

Zigbee技術的協議層結構簡單，不同于藍牙和其他網絡結構，這些網絡結構通常為7層，而Zigbee技術僅為3層。在Zigbee技術中，PHY層和MAC層采用lEEE802.15.4協議標準，其中，PHY提供了兩種類型的服務：通過物理層管理實體接口（PLME）對PHY層數據和PHY層管理提供服務。

四、結束語

通過項目組全體成員和指導老師的努力，經過了一年左右的時間，我們終于完成了本次項目的論文。從開始申請這個項目時的茫然到這個項目論文文章的完成，每一個階段對于我們來說都是一次新的嘗試和挑戰。在這段時間里，我們學到了很多知識也感受了很多，因為這不是一個人獨立完成的而是以小組形式，分工合作來完成的。明確目標很重要，小組成員之間的相互協調更是不可或缺，這些都體現出了團隊合作的重要性。雖然本次項目不是很完善，還有很多不足之處，但是小組全體成員和指導老師的努力大家是有目共睹的，這些對于我們來說就是莫大的欣慰和成就感，我們相信其中的酸甜苦辣終究會化成美味的甘泉。這次論文的經歷讓我們受益匪淺，從中我們知道論文是要用心去寫，是真正學習和研究的過程，沒有學習就不可能有研究能力，沒有研究就不會有所突破。希望這次的經歷能讓我們大家在以后的學習和工作中更加努力，激勵著我們繼續進步。

參考文獻：

[1]李文仲.CC1110/CC2510無線單片機和無線自組織網絡入門與世界[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2]

第4篇：軟件設計模式論文范文

引言

不論社會經濟如何飛速，對于電機的控制在人們正常生活和生產中起著重要的作用。一旦缺少了電機的控制，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產事故及損失，從而對電機控制系統提出了更高的要求，需要滿足及時、準確、安全等特性。如果仍然使用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須進行自動化控制系統的改造。

目前的單片機廣泛的應用在很多的場合，在以下的民用電子產品、計算機系統、智能儀表、工業控制、網絡與通信的智能接口、軍工領域、辦公自動化等領域有廣泛的應用。本次的電機控制系統設計使用單片機控制電路實現對電機的控制。

本文采用AT89C51單片機作為硬件核心實現對電機進行控制，通過采集電路采集電機的速度信息，并與設定的速度進行比較，產生偏差信號，偏差信號通過PID調節器調節電機轉速，保證電機的恒轉速運行。

AT89C51單片機溫度測控儀采用Atmel公司的AT89C51單片機，采用雙列直插封裝（DIP），有40個引腳。該單片機采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術制造，與美國Intel公司生產的MCS—51系列單片機的指令和引腳設置兼容。其主要特征如下：8位CPU；內置4K字節可重復編程Flash，可重復擦寫1000次；完全靜態操作：0Hz～24Hz，可輸出時鐘信號；三級加密程序存儲器；128B×8的片內數據存儲器（RAM）；32根可編程I/O線；2個16位定時/計數器；中斷系統有6個中斷源，可編為兩個優先級；一個全雙工可編程串行通道；可編程串行UART通道；具有兩種節能模式：閑置模式和掉電模式。

1電機控制系統的硬件設計

對于電機的整流電路在實際的應用過程中已經非常成熟，因此可以參考相關的電機設計資料，在本論文中就不做相應的贅述。

1.1功率驅動模塊

功率驅動模塊是電機控制系統的一個重要組成部分，在本文的電機控制系統中，采用的是IR公司的IRAMS10UP60A，這款集成電路具有硬件電路簡單，并且穩定性和安全性、可靠性高等特點。在這款電路中具有自舉電路和過溫過流保護，這樣能夠保證閉環速度控制系統的功能。

1.2檢測電路

在本篇論文中采用的是無刷直流電機自帶的霍爾元件式的位置傳感器，霍爾元件是一種基于霍爾效應的磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。霍爾元件具有許多優點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達μm級）。采用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達-55℃～150℃。

通過遮光盤的齒部的遮擋與不遮擋，使霍爾元件產生高、低電平信號，從而提供了電動機的轉子位置信息。當電機轉軸逆時針轉動時，遮光盤的齒部進入霍爾傳感器定子內，此時由于永磁塊的磁力線被齒部所短路，磁力線不穿越霍爾元件，霍爾元件輸出為“1”（高電平）；當齒部離開時，磁力線穿越霍爾元件，霍爾元件輸出為“0”（低電平），這樣，根據這三個霍爾元件的輸出狀態，就可以準確地確定轉子的磁極位置。

1.3電流采樣設計

2電機控制系統軟件設計

3結論

隨著性能高的微處理器的出現，采用高性能的處理器可以簡化系統的設計，同時還能夠提高系統的安全性、可靠性。根據這種方法設計的電機控制系統與傳統的電機控制系統相比較在成本上具有很大的優勢。本文利用ATMEL公司的AT89C51的單片機，設計出了相應的硬件和軟件系統，在系統的軟件設計中，采用了模塊化的設計思想，并給出了相應的設計流程，這種芯片式的電機控制系統設計，簡化了設計的時間，降低了開發成本，能夠很好的實現系統的功能。

參考文獻：

[1]白雷石，楊華.基于DSP的無刷直流電動機控制系統[J].電氣傳動自動化，2012（2）.

第5篇：軟件設計模式論文范文

關鍵詞 計算機輔助外語教學;軟件設計;設計步驟

中圖分類號:TP319 文獻標識碼:A 文章編號:1671-489X(2010)18-0003-04

CALL Software Design: Operable Steps//Ma Junbo

Abstract One of the hurdles confronting Computer Assisted Language Learning is the lack of both quantity and quality of software, which necessitates participation of foreign language teachers in software design, to produce more software and overcome the inherent weakness of commercial CALL software. However, information on CALL software design, especially manageable step, is wanting. Based on existing CALL software design theories, this paper aims to contribute to the solution of the problem by extracting the author’s first-hand experience from designing 15 CALL CD-ROMs into three phases, each of which is elaborated in concrete steps.

Key words CALL; software design; design steps

Author’s address AFLS of Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong, China 518055

1 引言

國內計算機輔助外語教學所面臨的困難之一,是軟件數量的匱乏和質量的欠缺。筆者在2003年所做的一項調查表明,高校英語教師人均只有2套計算機輔助外語教學(CALL)軟件[1]。7年之后的今天,情況雖有很大改善,但問題似還沒有根本解決。在世界范圍內,應用多媒體軟件來教授外語技能的需求,毫無疑問也是巨大的。然而,從市場上可購買到的、能滿足實際教學需求的交互式多媒體語言教學軟件卻非常少。盡管需求巨大,外語教師可以找到的、基于課程的高質量多媒體課件顯然還很缺乏[2]119-120。此外,對已有CALL材料的批評也不絕于耳[3]。許多軟件雖被冠以第二語言習得的名字,卻缺少基本語言學習原理的支持。這些軟件往往不是源于使用者(教師),而是源于軟件公司,而公司最大的興趣在于獲取利潤[4]31,34。因此,要解決目前CALL軟件的主要問題,需要廣大語言教師積極參與到其設計過程中去。

盡管許多CALL項目和學習環境已經建立,CALL軟件設計所積累的信息卻很少。現有CALL項目的理論與實際程序設計之間也往往有很大的距離[5]100。計算機輔助外語教學在語言學習材料的文獻中很少涉及,學習材料編寫的一般原則也很少在計算機輔助外語教學的文獻中找到[6]109。在中國,到目前為止,在CALL軟件方面的研究還非常少,更不用說設計的原則了。即使在計算機輔助外語教學發源地的西方,關于CALL軟件設計的研究也是重點關注為軟件開發者提供原理或指導方針[5]83,這些原理該如何實現則鮮有論及。正如Ohlsson所做的比喻:為飛機設計師提供了物理學原理,但對機翼和發動機卻絲毫不涉及[5]95。對計算機輔助外語教學感興趣的人,在設計軟件時仍然不知所措,仍然需要一路跌跌撞撞地去摸索。

筆者在近10年的計算機輔助外語教學的實踐中,先后開發了《希望英語》教學輔導光盤(外語教學與研究出版社)、《新世紀高職高專英語》教學輔導光盤(上海外語教育出版社),以及《計算機英語》、《管理英語》網絡課件(高等教育出版社),積累了一定的CALL軟件設計經驗。筆者把相關經驗總結出來,希望提供一些切實的步驟供CALL軟件設計新手參考。這些步驟的介紹,建立在過去半個世紀所積累的CALL軟件開發的理論基礎之上,對熟練的設計人員也會有一定的參考價值。為了行文方便,本文借用Keith & Lafford設計前階段、設計階段和設計后階段的概念[7]126。

2 設計前階段

在本階段,設計者熟悉相關理論,了解使用環境和已開發出的同類軟件,從而為設計做好充分準備。

步驟1:熟悉相關理論

計算機輔助外語教學是一門交叉學科,跟許多學科有著千絲萬縷的聯系[6]47。就CALL軟件設計而言,與語言學理論、語言學習理論和語言教學理論關系最為密切,把CALL軟件和其他類型的教學軟件(比如物理學習軟件)區別開來的,正是這些軟件的語言特征。設計者首先要確定認同什么樣的語言觀和學習觀,這些觀念會影響教師選取語言的哪些方面讓學生注意和學習。之后,設計者必須考慮教學法[8]2。軟件設計者對語言教與學所采取的觀念注定會影響他如何界定CALL[6]8。遺憾的是,語言學和語言學習理論目前都沒有一個最終的結論,鑒于這些領域的復雜性,近期也可能不會有定論。但是,對這三個領域的發展狀況有一個基本的了解則是非常必要的。考慮到已有的理論都不能完全解決語言學習的復雜問題,國內外目前都傾向采取折中主義的態度,合理使用各種有益的元素[6]122-123[8]1[9]。

步驟2:明確使用對象

明確使用對象是影響CALL軟件設計的三大要素之一[5]84,91:設計者需要盡一切努力知道可能的使用者和他們所處的學習環境。設計者必須對學習者個人特征以及學習環境相關的因素高度敏感,應該明白學習者的年齡、動機、目標、計算機使用經歷、學習策略、已有的知識與技能等。其他重要的因素還包括硬件情況、班級大小、學習時間、目標群體的教育背景等。語言教師也是整個學習環境中的一個重要因素,他們對語言及語言學習所采取的態度以及他們將采納的具體教學方法,將極大地影響CALL軟件的使用方式以及CALL軟件能否與課程有機融合。在軟件設計開始前,應對使用對象(包括學生和教師)做需求分析,充分考慮他們的具體需求。設計應適應不同的環境,對學習環境的現狀做描述性分析也有必要。

步驟3:了解已開發軟件

一方面,軟件開發一直貫穿20世紀70年代末開始的計算機輔助外語教學的歷史,其間開發了大量CALL軟件,關于CALL軟件的研究也有一些。另一方面,CALL是門高速發展的學科,CALL領域中技術的發展速度經常超出語言教師的預期。因此,全面回顧CALL軟件的開發歷史、現有的技術以及相關的文獻,可有效避免可能出現的問題,并繼承前人的優點。CALL軟件應能提供一個獨特的視角,或對已有的產品提供有意義的補充。如果所開發的軟件僅僅是模仿別人,那么所付出的努力將會浪費[2]145。上述回顧可從現有軟件開始。設計者需要盡可能廣泛地調查現有教育軟件,檢驗不同軟件的優缺點。此外,找到這些已開發軟件的文章和書籍,了解這些軟件的理論基礎、所采用的技術等。仔細研究已有的軟件和閱讀這些軟件的評論文章,可使設計者更好地設計使用者喜歡、教學上合理的軟件[7]128。最后,應密切關注軟件業的主流動向:當前最流行的編程語言是什么,這些編程語言的優勢和局限是什么。一般語言教師在技術方面有天生的缺陷,可咨詢IT領域的專家以彌補不足。在此過程中可能會發現:過去的標準編程語言如Basic可能已被Java、html等取代。

3 設計階段

在此階段,設計者決定開發起點,規劃內容與結構,根據目標確定功能,選擇開發模式,勾畫產品并付諸開發。

步驟 4:決定開發起點

CALL軟件設計者在設計起始階段,對從何處開始往往犯難,更不用說有一個清晰的概念。頭腦中所有的僅是一些模糊的想法,用語言描述似乎都很困難。因此,為了能具體化這些想法,必須弄明白設計中的有關參數。在這方面,設計CALL軟件的一些大致原則已經確立[5]85-86,89[6]2,85。這些原則可幫助設計者清晰軟件設計以及項目的目的和目標,最重要的是可以清晰開發的起點。

第一個起點涉及“自上而下(top-down)”還是“自下而上(bottom-up)”的問題。自上而下的起點以語言理論、學習理論或課程為中心。軟件設計還可采取自下而上的模式,即用計算機解決具體的語言學習問題。

第二個起點涉及“整體的(holistic)”還是“分離的(discrete)”的問題。整體設計把學習環境的有關元素及過程看成一個整體,分離設計則針對某一技術或語言的某一方面、某一技能。把語言分解成不同的部分可能還存在爭議,但可使教學的操作性更強。

第三個起點涉及“導師(tutor)”還是“工具(tool)”的問題。導師型CALL通過電腦對學習者的輸入進行評估,工具型CALL則不能。因此,如果設計者希望他所設計的軟件能以某種方式評估學生的輸入,他可從計算機的導師功能出發,否則可從計算機的工具功能出發。

最后一個起點涉及理論檢驗還是實際教學的問題。前者可能會關注語言習得某一方面的變量,后者則會更加關注實際學習環境中的因素。

步驟5:內容與結構

有時會先有內容,然后再考慮怎么開始,比如為已有的教材開發光盤;有時非常清晰該如何開始,并開始考慮設計時應該包含的內容,比如設計一強化學生聽力的軟件。在前一種情況中,需要根據技術的可行性弄清楚原有學習材料各要素之間的關系;后一種情況中,需根據一定的理論尋找能最佳運用這些理論的材料,然后尋找特定的技術或特定技術的某些功能來展示這些材料。Mike Levy認為[8]1-18,對語言學習而言,CALL技術有其強項也有其局限性,因此決定是否采納某項技術絕不是一蹴而就的事,需要在一系列技術、教學因素和學習者因素之間進行仔細的權衡。CALL軟件和學習內容本身并不保證會對學生有用,能促進學習的是把這些材料展示給學生的方式。最后,需要以樹狀圖的形式畫出軟件的總體結構,并按邏輯順序確定所有內容[10]。

步驟6:根據目標確定功能

在內容和技術之間很少存在一對一的關系。根據Jacobson的“理論到設計框架(theory-to-design framework)”,在理論元素和具體設計特征之間應該有直接的聯系[5]94。許多設計可以建立在一個理論之上,單一設計也可從許多理論中得到支持。選擇一恰當理論,然后直接轉化成設計并進行開發,往往是不可能的。在明確內容、結構和教學目的后,可從設計前階段所分析的各種理論中選擇一種來實現教學目標,然后再選擇某一特定功能來實現所選擇的理論。以《希望英語》教學輔導光盤為例,該光盤的閱讀部分就是直接借鑒從上至下、從下至上以及圖式理論的閱讀理論[11]。超鏈接的功能可以非常容易地從詞跳轉到段落再到篇章,反之亦然,從而可以使學習者選擇任何一種適合他的閱讀模式,還可以讓學習者掌握一些背景知識以及篇章結構的信息,也就是說計算機可以為學習者準備內容和形式圖式,從而幫助其理解。

步驟7:決定開發模式

CALL軟件的開發需要3個領域的知識:目標課程知識、教學法知識以及計算機知識。在語言教學領域,很難有人一開始就精通3個方面。業界曾出現過多種解決方案[4]35[7]127[12][13]3,其中至今還有現實意義的當是Ahmad等提出的4個開發模式[14]。模式一是計算機專家和語言專家合作,優勢在于雙方都可以展示出高水平的專業知識,缺陷在于任何一方都必須理解對方的要點和問題;模式二是語言教師掌握程序語言,但是語言教師要達到運用自如的編程水平需要花費很多時間;模式三是語言教師學習著作語言(authoring language);模式四是語言教師掌握著作系統(authoring package)。著作系統對教師的計算機水平要求不高,比較容易上手,但功能比較有限,可能會限制設計思想的實現。Gimeno-Sanz和Davis指出[10]:“設計和制作多媒體CALL軟件是一項要求非常高的工作,需要許多技能和對細節的高度關注。如今的計算機程序是如此復雜,以至于個人幾乎不可能具備單獨開發CALL軟件項目的所有技能。因此,團隊合作就顯得非常必要。”總之,設計者可以選擇任何適合他的開發模式,但應優先考慮團隊合作的形式。

步驟8:功能描述和效果圖

正如在“步驟7”所討論的,語言教師通常不具備軟件開發所需要的所有知識。鑒于大學英語教師的計算機水平目前還比較低,應優先考慮語言教師和計算機人員的合作。即使有教師已經具備較高的計算機水平,這種合作模式的效果也往往會更好,因為語言教師的編程能力再高也不能和專業的程序員相比。因此,語言教師設計,然后交由技術員開發,從而充分發揮雙方的優勢,可能是最有效的辦法。在這種情況下,語言教師希望軟件具備什么樣的功能,必須讓程序員十分明白。語言教師精通教學內容,讓他們犯難的往往是用計算機的什么功能來展示學習材料,從而最充分地實現所期望的教學目標。技術人員一般都是語言學和語言教學的門外漢,而所設計的軟件功能必須表述得非常清楚。設計者所期望的效果可能會被開發者誤解,因此功能描述的基本原則是盡可能的清楚和詳細。設計完成后,即使是自己開發,功能描述也可使原有的想法更清晰。功能、展示方式和界面經常會交織在一起,需要把最終產品的效果直觀地勾畫出來。學習材料及展示這些材料的特定功能確定后,設計者對自己的設計已有清晰認識,但對最終產品的效果可能還會比較模糊。此時,需要對大腦中的想法進一步細化,以至于畫出最終產品頁面布局的草圖。有了功能描述和效果圖后,程序員通常能比較滿意地實現設計者所期望的效果。至此,設計的主要工作已經完成。

4 設計后階段

本階段對上一階段所做的設計進行評估,設計者在開發過程中與程序員保持溝通,最好能參與產品的測試和文檔的準備,并做相關的研究工作。

步驟9:設計評估

設計藍圖完成后,在程序開發前應進行評估,有幾對關系可供參照。第一對關系涉及形成性評估和終結性評估的問題[15][2]137。前者在系統開發的過程中進行,后者在開發結束時進行。后者要簡單和容易,但可能帶來的問題是:開發好的軟件證明設計有問題或不是設計者所期望的。在這種情況下,為了安全起見,通常會優先考慮形成性評估。第二對關系實際上跟廣義軟件開發的整個過程有關,對CALL軟件開發也起重要參考作用。早期軟件開發的流程被稱作“瀑布模式(waterfall model)”,以線形方式從一個階段再到另一個階段,比如從分析直至維護。這種開發方式的缺點在于:必須整個系統開發完后才能進行測試和評估。最新的開發標準是統一過程(unified process)模式,這種開發模式把設計分成不同模塊,每一模塊自成體系,包含軟件開發流程的所有要素。模塊化意味著更新或替換某一特定功能對系統所產生的影響將降到最低[16]273-275,284。評估后,若有問題,需修改設計;若無問題,則交給程序員開發。

步驟10:與開發人員的溝通

正如在“步驟7”所討論的,語言教師通常和技術員一起合作開發CALL軟件。這并不意味著語言教師完成設計后就可以高枕無憂,靜等程序員按要求開發出軟件。要開發效果好、滿足教學需要的課件,就不能把設計丟給技術員后不管,畢竟他們對語言教育知之甚少[4]34。在軟件開發的整個過程中,語言教師和技術員之間應建立緊密的工作關系,雙方有時還需要適當的妥協。語言教師需要從教學的角度考慮某一功能特征的重要性――對教學效果是至關重要還是無關緊要?如果教學目標能從根本上得以保留,技術員為了技術上的便利,采用其他的功能或形式是完全可行的。總之,語言教師和技術員必須共同對開發過程中出現的重大問題及后果進行討論和分析[10][4]42-43。設計者和開發者之間的對話對軟件的成功至關重要,持續的對話可保證設計者始終了解軟件開發的進展和狀況,不僅可預防誤解,對將來該軟件設計新的版本也大有裨益[13]16。

步驟11:實地檢測,文檔準備和研究

John Higgins認為[6]104,軟件開發可分為4個階段,即分析、設計、編程和檢測,語言教師負責第一階段工作,語言教師和計算機人員合作負責第二階段,計算機人員則獨自負責第三和第四階段。筆者則認為,語言教師和計算機人員的合作應該從始至終。語言教師在分析、設計和開發中的角色在前文已經討論。編程任務完成后,在常規檢測階段,語言教師也扮演著不可或缺的角色,包括實地檢測、文檔準備和研究。軟件成形后,軟件開發人員當然需要實地檢測,包括在不同操作系統、不同配置機型上運行,以檢測可能出現的技術問題。語言教師所需要做的,則是自己和安排學生試用,以確定是否有教學方面的問題。對于文檔的編制,除了技術有關的內容外,語言教師所寫的“幫助”文件和“使用指導”文件一般會更容易被使用者接受和掌握。經常忽略的一點是,CALL軟件設計者應該通過實驗或內省的方式做一些軟件相關的研究[17]。設計者還可進行問卷調查,從學生和教師處收集反饋,也可僅僅請使用者記錄使用中不滿意的地方。所有這一切都將會為新版本和下一次的設計不斷積累經驗。

5 結語

上述11個步驟并不一定要刻板地遵守,有些步驟可以省略,另外一些步驟則可能增加。根據15張光盤的一手開發經驗,筆者認為這些步驟可作為CALL軟件設計新手的一個起點,對有經驗的老手來說也可作為參考清單。這些步驟的介紹主要針對開發大型、課程相關軟件的設計者,對開發針對某一課堂、某一技能或某一群體學生的設計者來說,也應有重要參考價值,因為這兩類軟件設計的區別在規模和復雜程度上,基本的過程是相通的。對于中型和大型的軟件開發項目,除了上述11個步驟外,還需一定的項目管理技巧,這已在20世紀末英國70個課件項目中得以證實[18]。項目管理的知識已超出CALL軟件設計和筆者的能力范圍,此處不再贅述,感興趣和有需要的設計者可從其他地方了解。

這些步驟不可能窮盡CALL軟件設計的全過程,所形成的設計路線也當然不是唯一或最好的。正如Fred Riley多年前所警告的一樣[13]15:“開發好的課件沒有捷徑,也沒有所謂的‘正確’路線去開發完美的產品。即使沒有‘正確’的路線,有些路線會少些荊棘和彎曲。”上述步驟的意義在于,這些步驟是根據過去半個世紀所沉淀的CALL設計理論和筆者的一手經驗提煉而成,最顯著的特點是可操作性――即使是新手也可以照樣跟做,然后再逐漸積累提高。考慮到單機版的CALL軟件都可以分為多種類型[19][6]142-143,而網絡技術的盛行又已增加一個新的維度,本文若能拋磚引玉,引起更多的外語教師關心、研究CALL軟件的設計,逐漸形成中國特色CALL軟件開發的基本理論,則是筆者所深切期望的!

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第6篇：軟件設計模式論文范文

[論文關鍵詞]任務驅動　項目導向　案例教學　多元整合

一、引言

軟件工程課程是高職軟件專業類學生的專業核心課，是理論和實踐緊密結合的典型課程，主要培養學生軟件開發能力和項目管理能力。但在實際教學過程中，因為缺乏明確工作任務并涵蓋課程理論知識的綜合項目，學生對軟件工程理論感到十分抽象，對實踐操作也只是囫圇吞棗，根本體會不到軟件工程在企業項目開發中的寶貴作用。

針對軟件工程課程，國內職業教育課程在借鑒外來職業教育課程開發理論的基礎上，也有自己的創新。有一部分學校已經在這方面進行了改革和探索，但大多是單一的、松散地進行，這一狀況的形成，一部分是因為現實客觀條件的制約，另一部分還在于職業教育課程理論研究的不全面、不深入所致，因此重視和加強高等職業教育課程多元整合是提高高職職教課程開發質量的一個中心環節。

本文將以高職軟件工程課程為例，將“任務驅動、項目導向、案例教學”多元整合的創新教學理念引領教學過程，強調動手能力，將工作過程的職業環境融入學習過程中，將學生對知識、職業能力的掌握程度提高到了實踐這一層面，使得學生能真正進入到“在學中做，在做中學”的理想學習環境中。

二、多元整合創新教學理念

軟件工程課程涉及軟件項目計劃、軟件需求分析、軟件設計、軟件測試、軟件配置管理、軟件項目管理等軟件開發過程中的各種問題。浙江商業職業技術學院(以下簡稱“我院”)所在浙江省高新中小企業眾多，發展主要依靠技術進步以及科技來推動，對人才的需求也明顯高移。經調查發現，目前浙江省軟件行業在軟件設計、軟件測試和軟件維護方面的人才缺口大，供不應求。因此，我們將教學重點放在了軟件設計、軟件測試和軟件維護方面。以一個典型、完整、實用的項目“學生選課管理系統”為載體，將軟件工程項目開發中用到的各項工作技能按照工作過程分布階段任務，將項目分解成一個個案例，以任務驅動的方式完成技能的案例教學，同時也體現了工作過程的完整性，將“任務驅動、項目導向、案例教學”多元整合的創新教學理念貫穿于教學過程。

(一)明確工作崗位，分析工作任務，任務驅動學習

任務驅動學習是讓學生完成教師精心設計的培養職業能力的工作任務，構建真正屬于自己的知識和技能，提高分析和解決問題的能力。如何確定軟件工程課程的工作崗位和工作任務是進行任務驅動學習首先要解決的課題。

為此，我們邀請軟件行業專家、專業教師參照國家相關職業標準一起分析、論證軟件工程工作崗位的工作過程和技能要求。在進行分析論證過程中，根據我院所在浙江省高新中小企業發展實際，結合高職學生學習特點，將軟件工程課程培養的人才方向定位在軟件設計、軟件測試和軟件維護三個崗位。我們明確了這三個崗位的典型工作過程，并詳細分析了典型工作過程中的典型工作任務。

1　軟件設計崗位的典型工作過程主要包括軟件項目計劃、軟件需求分析、軟件設計階段。這些工作過程的典型工作任務有：(1)軟件項目計劃包括：軟件項目計劃內容的描述；度量項目的成本、規模、工作量和開發周期；確定項目開發過程模型；制訂軟件項目計劃；(2)軟件需求分析包括：定義需求工程過程模型；采用UML獲取項目需求；采用UML分析項目需求；編寫項目需求規格說明書；(3)軟件設計階段包括：策劃項目的設計階段；應用設計模式，執行系統的架構設計。

2　軟件測試崗位的典型工作過程主要是軟件測試階段。其典型工作任務包括：軟件項目單元測試用例設計；執行軟件項目單元測試；軟件項目功能測試用例設計；執行軟件項目功能測試；軟件項目性能測試用例設計；執行軟件項目性能測試；軟件項目壓力測試用例設計；執行軟件項目壓力測試。

3　軟件維護崗位的典型工作過程主要包括軟件配置階段和軟件項目管理階段。這些工作過程的典型工作任務有：(1)軟件配置階段包括：創建軟件項目配置管理計劃；對軟件項目實施版本控制；(2)軟件項目管理階段包括：對軟件項目進行項目估算；對軟件項目進行風險管理；對軟件項目進行質量管理。

(二)設計教學項目，培養職業能力，項目導向教學

項目導向教學是指通過一項完整的項目工作而進行教學活動的教學方法，它以項目導向、任務驅動，引領教學過程，強調實訓環節，將工作過程的職業環境融入學習過程中，將學生對知識的掌握程度提高到了實踐這一層面，使得學生能真正進入到“在學中做，在做中學”的理想學習環境中，使學生在學習過程中培養工作崗位職業能力。

我院軟件工程課程定位的軟件設計、軟件測試和軟件維護三個崗位有不同的職業能力要求，通過與專家分析論證，我們明確了三個崗位要培養的職業能力：

1　軟件設計崗位。要求要培養的職業能力有：理解、實施軟件項目計劃的能力，編寫、制定軟件項目計劃文檔的能力；獲取、分析軟件項目需求的能力，編寫軟件項目需求分析文檔的能力：理解項目數據模型、項目的架構設計的能力；編寫軟件項目設計規格說明書的能力。

2　軟件測試崗位。要求要培養的職業能力有：設計和實施單元測試用例、功能測試用例、性能測試用例、壓力測試用例的能力；撰寫測試計劃、報告的能力。

3　軟件維護崗位。要求要培養的職業能力有：實施軟件項目配置計劃、管理的能力；實施軟件版本控制的能力；估算項目成本、規模、進度的能力；預測、監控、計劃、管理軟件風險，實施軟件質量保證計劃的能力。

為了與崗位工作過程相適應，能夠在項目教學過程中培養學生的職業能力，在設計教學項目的選擇上我們從以下幾個方面進行了探索：第一，項目必須包含上述崗位的基本工作過程，能夠培養學生職業技能；第二，項目難度適中，符合高職學生的知識、技能結構特點；第三，項目開發周期相對較短，能夠在教學時間內完成；第四，項目內容容易理解，貼近學生經驗，以便學生集中精力完成軟件工程工作過程的學習。

為此，我們精心設計了“學生選課管理系統”來進行項目教學，引入企業真實項目“網上書城”系統來進行模擬訓練。這兩個項目背景高職學生易理解、掌握和操作，并且包含了上述三個工作崗位職業能力。通過幾個學年的教學實踐發現，學生基本能掌握三個工作崗位的職業能力，并根據自己的興趣有所側重，完全達到了我們項目導向教學的目的。

(三)分解教學項目，激發學習興趣，典型案例教學

案例教學實際上是一種“做中學”的形式，在經驗和活動中獲取知識和技能，增進才干。軟件工程案例教學的實踐反映出，案例選擇是否合適、案例運用是否科學將直接影響到案例教學作用的發揮。

對于軟件工程這樣一門理論和實踐都比較注重的課程來說，案例教學就顯得特別重要。我們在案例教學中進行了以下探索和實踐：第一，案例貼近學生生活，刪繁就簡，能適應課程教學時限要求；第二，案例有代表性和針對性，能基本涵蓋基本的工作任務；第三，案例能讓學生參與并易于模仿實踐。如講解軟件項目計劃時，針對學生選課管理系統這個項目，由老師描述項目計劃應該要確定的內容，并引導學生分組討論確定項目中角色一人員責任矩陣，利用甘特圖等工具制訂初步軟件項目計劃。這樣學生不僅僅是去強記那些固定的原理、規則。學生通過案例更深刻地理解了工作過程中需要掌握的技能。

三、多元整合教學的探索與實踐

任務驅動、項目導向、案例教學的教學方法各有特色，如何將這些教學方法整合在一個具體的教學項目中并讓各種教學方法發揮其優點是我們要重點解決的問題。按照軟件工程項目開發中典型的工作過程，我們將“學生選課管理系統”項目分解成一個個的小項目，每一個小項目對應著一個具體工作過程。對每一個小項目我們分成六個步驟進行項目教學：

第一步，確定每一個小項目的工作任務。不同的小項目對應的工作任務不同，有的工作任務比較獨立、花費時間少，可以在—個教學單元中完成，我們稱之為小任務；有的工作任務需要多個教學單元的綜合實踐才能完成，我們稱之為大任務；在教學過程中，對大任務我們又將其分為若干小任務，并在各個小任務完成后進行分析總結，以便學生系統全面地掌握相應的職業能力。

第二步，教師進行案例場景描述，并通過典型案例演示項目中的具體任務。教師先對案例進行場景描述，讓學生明白真實工作過程中這個小項目要做什么。然后通過典型案例的演示讓學生體會到這個小項目要怎么做。

第三步，學生分組討論，明確項目分工。軟件的開發過程是一個團隊合作的過程，將學生從成績、性格、表達能力等方面進行分組，讓不同的學生組合成一個團隊進行項目的開發，既培養學生團隊合作的精神，又讓學生能發揮各自特長，調動學生積極性。在此步驟中，教師可以根據實際教學班組從整體上對團隊的組合進行優化調整，對于一些比較難分工的項目，教師可以對團隊進行指導，幫助團隊進行分工。

第四步，學生根據不同分工完成典型案例的工作任務。通過項目分工，團隊中每個學生有了明確的任務，可以根據教師典型案例的演示進行工作任務的模擬練習。通過這一步，讓學生對工作過程和工作任務有真正的感性認識，有利于培養學生的職業能力。

第7篇：軟件設計模式論文范文

關鍵詞：面向對象程序設計；教學模式；實踐教學

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）09-0096-03

引言

“面向對象程序設計”是高校計算機專業中一門重要的專業課程，其教學目標是讓學生熟練掌握面向對象的程序設計思想，培養學生應用面向對象的思想解決和處理實際問題的能力。課程設置的目的符合應用型本科院校計算機專業“培養復合型應用軟件人才及產業急需的軟件工程高級管理人才”的培養目標[1]，其在整個專業教學體系中占據非常重要的地位。

傳統的“面向對象程序設計”課程教學模式以教師講授、學生被動接受為主，不但割裂了面向對象核心知識單元之間的內在聯系，而且重理論、輕實踐，使得學生在遇到具體問題時，往往不能分析、設計出符合面向對象編程思想的解決方案，在應聘時無法達到用人單位的要求。因此，基于就業導向和追求實用的心理，教師必須將面向對象程序設計的理論教學與實際應用相結合，以激發學生的自主學習興趣，從而提高教學質量。[2]本文從就業角度重新定位該課程，研究了以能力培養為導向、以實踐為核心的任務驅動教學模式，旨在激發學生的學習興趣，不斷提高課程的教學質量。

從就業需求出發進行課程的定位

計算機行業的快速發展不僅加快了社會信息技術、經濟等方面的發展速度，而且提高了就業市場對求職人員的專業水平和綜合素質的要求。在提升學生就業率以及培養應用型計算機人才的背景下，計算機專業的教學應從就業需求出發，在要求學生掌握必要的理論知識的基礎上，加強實踐教學環節，從而達到提高學生實踐能力和就業競爭力的目的。[3]為此，教師要認清當前軟件人才的培養與企業用人需求之間的差距，從就業需求的角度重新審視“面向對象程序設計”的課程定位，合理組織、安排和優化教學內容，以保證教授給學生的知識能滿足企業的要求。

目前，很多高校為了提高學生的就業競爭力，不僅開展了校內實踐、操作比賽，還積極與企業聯合，設置校外實習基地，作為專業課的教師也要從教學上積極配合，對課程重新定位，盡量在教學中引入實際工作環境下的現實問題，更好地培養學生解決問題的能力。大量實踐研究表明，以就業為導向進行課程定位，不僅能有效調動起學生的學習積極性，激發其學習興趣，而且也有助于他們樹立正確的學習觀，形成良好的學習習慣，使其終身受益。

引入軟件設計模式，從行業需求組織教學內容

找到解決問題的算法并用計算機實現是計算機解決實際問題的主要過程，它離不開軟件設計模式這一重要概念，隨著面向對象技術的發展和廣泛應用，軟件設計模式已成為軟件開發人員必須掌握的設計思想和開發技能。軟件設計模式是一套經過分類編目后被反復使用的面向對象的代碼設計經驗的總結[4]，它反映了軟件設計過程中以“重用”為重點的面向對象的設計思想，能夠構造出結構良好的程序，有效提高代碼的可重用性和可維護性。

“面向對象程序設計”課程核心內容――封裝性、繼承性和多態性本身就蘊含著設計模式的思想，同時也是設計模式的靈活應用和體現。因此，在組織教學內容時，從設計模式的角度分析封裝性、繼承性和多態性這些基本的面向對象核心的概念，讓學生不只從單個知識點的層面理解這些概念，還要明白這些面向對象的重要特性是如何體現先進的設計模式特色的，這樣不僅有利于學生對面向對象的思想有一個全面、整體的把握，而且也有利于培養他們在實踐過程中對專業知識的綜合應用能力，提高其專業素質。

初學面向對象程序設計時，學生為解決具體問題而設計出的程序多由簡單的變量和功能堆砌而成，體現不了面向對象的設計思想。教師可分別用基本的面向對象方法與引入設計模式后的程序進行對比講解，詳細分析后讓學生明白：未融入設計模式的程序設計方法雖然也能解決問題，但程序的可復用程度低、缺乏靈活性，后續的變更和功能擴展比較困難；而引入設計模式，代碼的復用性和擴展性就很好。因此，教師在分析、講解實例程序時，不僅要從設計語言的語法和邏輯上進行分析，而且要挖掘實例背后隱含的設計模式和思想。

以實踐教學模式提高學生的就業競爭力

1.構建“層次化、模塊化、漸進式”的實踐教學體系

對計算機專業人才培養實踐課程體系的不斷整合，以專業素質和創新能力培養為主線，實施“以項目實踐為核心、學生為主體、學用合一”的實踐教學模式，實踐內容由低到高依次分為基礎訓練、綜合應用訓練、研究創新訓練三個層次，實現了不同階段理論和實踐的有機的結合，這樣不僅滿足“實踐―認識―再實踐―再認識”的認識論規律，也符合應用型人才的培養目標和要求。

2.改革教學模式、教學內容和教學方法

在學習過程中，學生常會感覺面向對象的內容抽象，難以理解，因此，教師要向學生明確面向對象的思想的建立要循序漸進，教師要注意教學方法，對于基本的理論知識應結合實際應用問題來講授，以提高學生的學習興趣和學習主動性，具體可從以下幾方面著手。

①采用案例教學，將知識與生活中具體的內容聯系起來。案例教學法是在計算機課程教學中非常有用的一種教學方法。對課程中的某些內容，精選一些合適、有趣的實例，注意將例題與實際生活聯系起來，先讓學生對所學知識有一個感性的認識，再講解抽象的概念，激發學生的學習興趣。

②通過分析開源軟件領悟面向對象設計思想。許多開源軟件本身就是面向對象程序設計的經典范例，學生在教師的引導和輔助下，積極主動思考，從開源軟件中獲得啟示，領悟面向對象設計思想的真諦。教師從知識傳授者變為啟發者和引導者，學生成為學習的主體，充分調動了學生的主觀能動性。例如，Java工具包包含了附有源代碼的豐富實例，在教學中可以讓學生自己分析。對于面向對象設計能力掌握得較好的學生，教師可以鼓勵其根據自己的興趣向開源軟件社區中貢獻代碼，與高手交流、協作。

③注重抽象思維和技術的鍛煉。抽象思維和技術是人類理解和解決復雜問題最重要的工具之一，從抽象角度分析和理解面向對象設計技術的主要特性，也是面向對象程序設計中廣泛應用的原則之一。利用抽象技術，通過層次分類方法自上而下地對復雜問題逐步求精和模塊化，可以適當引入統一建模語言（UML）的符號與圖形表示方法，以簡潔、直觀的方式表達面向對象思想。

④以任務驅動教學方法實現實踐教學環節。任務驅動教學可以引導學生把學習的面向對象知識和思想靈活融入具體的實踐項目中去，體會基于面向對象思想的代碼設計和結構設計對軟件穩定性、擴展性和可維護性的影響。在教學過程中，針對課堂教學內容設置具有真實背景的項目由學生分組協作完成。教師要充分調動學生自主學習、積極探索的積極性，同時通過小組協作，從合作伙伴的反饋信息中形成對問題的再認識也有助于構建相互學習、共同提高的機制。

此外，積極鼓勵學生使用多種開發工具完成實驗，這樣不僅有利于加強學生對各種程序設計語言的理解，而且理論知識與編程實踐的結合能夠提高學生利用所學的程序設計語言、數據結構和算法分析等專業知識解決實際問題的能力[5]，使其更好地適應就業市場的需求。

3.發揮網絡教學優勢，建立課程教學網站

互聯網上有豐富的面向對象程序設計學習資源值得我們借鑒和學習，尤其是一些專門針對就業培訓的免費資源。為了有效整合這些資源，筆者通過開發“面向對象程序設計”課程學習網站延伸課堂教學內容，以彌補課堂教學與就業實踐的差距，把課堂上的教學難點、重點和未講授的面向對象程序設計應用實例通過網絡平臺展現給學生。借助學習網站，學生不僅可以便捷地獲取網絡上的各種學習資源和職業培訓資料，還可以與教師互動交流，解除疑惑，這些專業知識拓展信息對學生設計、完成相應的實踐項目和提高從業素質有很大的幫助，并且讓教學形式更加多元化，激發學生積極主動地鍛煉自身的能力以適應未來行業的專業需求。

結束語

“面向對象程序設計”是培養學生應用面向對象的思想解決和處理實際問題能力的核心專業課程。現階段，傳統的課堂教學已經不能滿足應用型本科院校計算機專業人才的要求，計算機專業課程的教學模式需要不斷改進，才能滿足培養企業、行業、社會發展的需求。以就業為導向，將“面向對象程序設計”課程的教學定位于學生的實踐操作與應用能力的培養，不但能讓學生以實踐的方式更好地理解和應用所學的理論知識，而且可以幫助他們達到就業市場對應用型人才的實踐應用能力的要求。因此，我們充分利用互聯網時代先進的教學方法和手段，給學生創造多樣化、彈性化的學習機會，注重程序設計實踐與抽象的面向對象理論的有效結合，強化課程知識的使用性，突出教學的針對性，從而調動學生的學習積極性，促進教學質量的提高。

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[4]范偉.軟件設計模式研究及應用[J].山東工業技術.2015（20）：189.

第8篇：軟件設計模式論文范文

隨著現代信息技術的迅猛發展，網絡技術在教育中的應用日益廣泛和深入，特別是Internet與校園網的接軌，為中小學教育提供了豐富的資源，使網絡教學真正成為現實，同時也為中小學教育開辟了廣闊的前景。陳至立部長在全國中小學信息技術教育工作會議上指出：“全國實施中小學’校校通’工程，努力實現基礎教育的跨越式發展。”“‘校校通’工程的目標是用5年到2019年時間，加強信息基礎設施和信息資源建設，使全國90%左右獨立建制的中小學校能夠上網，使中小學師生都能共享網上資源，提高中小學的教育教學質量。”“校校通”工程的啟動和發展，給中小學教學帶來革新的機會，為學科教學信息化奠定了物質基礎。如何有效地利用網上的資源，建構基于網絡的現代教學模式是1個迫切研究的問題，而開展網絡教學模式研究的重要理論基礎之1就是網絡教學的設計與評價。因此，開展網絡教學的設計與評價的探索與實踐研究有著10分重要的意義。

1、課題研究背景

(1)國內外的研究現狀

1、網絡教學的設計理論與方法的研究缺乏系統性

通過對國內外有關的學術刊物(如《電化教育研究》、《中國電化教育》、《Educational Technology》等)、教育網站和國際國內有關學術會議(GCCCE、ICCE、CBE等)的論文集進行分析，網絡教學的設計研究主要是關于建構主義學習環境的設計和協作學習的設計等方面，缺乏系統的研究。可以說，網絡教學的設計理論的研究還處于初級階段，還有很多問題需要去研究和探索。例如，在網絡環境下如何利用網絡資源進行主動學習、利用虛擬情境進行探究學習、利用通訊工具進行協商學習、利用工具進行創造學習的設計以及教師指導性活動的設計等方面，都值得我們去研究。

2、網絡教學的評價研究才剛剛起步

隨著 Internet應用的普及，網絡教學已成為1種重要的教學手段和教學場所。然而，與傳統教學相比，網絡教學的質量保證體系卻顯得不夠完善、健全。如何保證網絡教學的質量，建立1個行之有效的網絡教學評價模型，已成為網絡教學研究的1個重要課題。時至2019年，教育部批準全國31所高校建立網絡教育學院，但卻沒有制定出如何保證網絡教育質量的相關政策。美國國家教育政策研究所(The Institute For Higher Education Policy)于2019年4月也發表了1份名為"在線教育質量：遠程互聯網教育成功應用的標準"的報告，然而，這些文章(報告)也僅僅是描述性的定義網絡教學的評價指標，而對如何組織評價、如何獲取定量數據、評價數據如何促進教學等方面則很少涉及。目前，網絡教學的支撐平臺中的學習評價模塊往往只含有測試部分，而缺乏相應的分析與反饋。

(2)課題研究的意義

1、促進網絡教學的發展，提高網絡教學的質量

由于網絡教學可以實現信息資源共享，在網上組織最優秀的教材和教法，使學習者在網上可以學到最新的知識，因此是教學改革發展的方向。通過本項目的研究與實踐，使網絡教學更能為學習者提供1個建構主義的學習環境，充分體現學生的首創精神，學生有更多的機會在不同情境下去運用他們所學的知識，而且學生可以根據自身的行動的反饋來形成對客觀事物的認識和解決實際問題的方案，從而提供網絡教學的質量。

2、尋找利用計算機技術和網絡技術實現學生遠程交互自主學習的教學設計的技術解決方案

3、完善和發展教學設計理論

網絡環境下的教學與傳統教學，不僅是教學環境的不同，在教學內容、教學手段、教學傳播形式上都有本質的區別。通過本項目的研究，能夠解決網絡環境下，教學如何進行教學設計，如何調控教學過程，如何有效實施教學活動以達成教學目標，是對教學設計理論的完善和發展。

2、課題研究內容

(1)研究的主要內容

1、網絡教學設計理論體系的研究

包括教學目標的設計、建構性學習環境的設計、學習情境的設計、學習資源的設計、學生自主學習活動的設計、學生協作學習活動的設計、教師指導性活動的設計、學習評價工具的設計等。

2、基于網絡環境下的教學策略與教學模式的研究

(1)網絡教學策略的研究，如網絡環境下的教學內容組織策略、網絡環境下的教學情景營造策略、網絡環境下的教學對話組織策略、網絡環境下的的課堂管理策略等

(2)網絡教學模式的研究，如項目化學習模式、探索性學習模式、研究性學習模式等

3、網絡教學評價的內容體系、方法、步驟與模型的研究

4、網絡教學設計系統軟件的開發與應用

5、網絡教學評價系統軟件的開發與應用

根據上述研究內容，總課題下設如下子課題：

1、網絡教學設計與教學評價的理論研究(謝幼如、李克東)

2、網絡教學資源的開發(鄧文新)

3、網絡教學設計與教學評價系統的開發(柯清超)

4、Web課程的教學過程設計及支持系統的研究(陳品德)

5、網絡教學設計與教學評價理論的應用研究(余紅)

(2)課題的研究目標

本項目的研究目標是：運用現代教學理論與建構主義學習理論，通過教學改革與實驗，探索網絡教學的設計與評價的理論和方法，開發相配套的網絡教學的設計和評價系統軟件，探索普通中小學利用網絡資源進行網絡教學的途徑與方法。

(3)預期成果形式

1、論文與專著

發表有關網絡教學的設計與評價的1系列學術論文，出版專著《網絡教學的設計與評價》。

2、電腦軟件

開發《網絡教學設計系統軟件》和《網絡教學評價系統軟件》，制作《網絡教學設計》專題教學(學習)網站，建立《教學設計》多媒體資源庫。

3、研究方法與技術路線

(1)研究方法與步驟

本項目的研究主要采用行動研究、實驗研究、評價研究等方法。

對于較大規模的教學設計與教學模式的試驗研究，將采用行動研究方法。

對于個別帶有創新性的，能提出重要見解的小范圍的教學研究，則通過建立科學的假設，采用實驗研究的方法。

關于教學模式的評價和有關教學效果的分析，則采用評價研究方法。

研究步驟如下：

2019年5月-2019年8月，收集資料，建立模型

2019年9月-2019年1月，開發軟件

2019年2月-2019年8月，教學試驗，評價修改

2019年9月-2019年12月，擴大試驗，歸納總結

(2)關鍵技術

1、基于網絡的協作化設計思維工具的通訊模型的構建;

2、教學設計系統中師生教學活動的可視化表示與分析;

3、網絡教學的教學評價模型的構建;

4、網絡教學過程中學習反應信息的自動采集與處理。

4、課題研究價值

(1)創新點

1、建立網絡教學設計的理論體系與方法。

2、建立基于網絡環境的各類教學評價指標體系。

3、開發出操作性強、具有實際應用價值的網絡教學的設計工具和評價系統軟件。

(2)理論意義

傳統的教學設計是應用系統方法分析和研究教學的問題和需求，確立解決他們的方法與步驟，并對教學結果作出評價的1種計劃過程與操作程序。現代教學設計理論已經不拘泥于系統論的理論基礎，不強調對教學活動的絕對控制，逐漸放棄呆板的設計模式，開始強調教學設計的關系性、靈活性和實時性，從而更加有利于學生的創新精神和實踐能力。本課題的理論成果將完善和發展傳統的教學設計理論與方法。

(3)應用價值

1、通過課題的研究與實踐，總結并形成基于網絡環境下學科教學設計的理論與方法，優化中小學課堂教學結構。

2、通過課題的研究與實踐，探索并總結信息化時代如何改革傳統的思想和模式，使學生學會利用網絡資源進行學習的方法和經驗。

3、通過課題的研究與實踐，探索普通中小學利用網絡資源的途徑與方法，形成1批優秀的網絡教學課例。

4、通過課題的研究與實踐，開發出具有應用推廣價值的網絡教學的設計工具和評價系統軟件。

5、研究基礎

(1)已有相關成果

1、曾于93年、97年兩度獲得國家級優秀教學成果獎，其中《多媒體組合教學設計的理論與實踐》項目的成果在全國的大中小學廣泛應用，《多媒體組合教學設計》(李克東、謝幼如編著，科學出版社)多次再版發行。

2、出版的《多媒體教學軟件設計》(含教材與光碟)(謝幼如等編著，電子工業出版社，1999年)、《多媒體教學軟件設計與制作》(含教材與光碟)(李克東、謝幼如、柯清超編著，中央廣播電視大學出版社，2019年)和《信息技術與學科教學整合》(李克東、謝幼如、柯清超等，萬方數據電子出版社，2019年)在全國廣泛應用。

3、97年《多媒體技術在基礎教育改革中的應用實驗研究》和《小學語文"4結合"教學改革試驗研究》獲國家教委全國師范院校面向基礎教育改革科學研究優秀成果2等獎。

4、承擔國家"95"重點科技攻關項目《計算機輔助教學軟件研制開發與應用》(簡稱96-750)《小學語文科學小品文》、《小學語文古詩欣賞》、《小學語文擴展閱讀》、《初中語文新詩賞析》4個子課題的研制與開發，4個項目6張光盤全部通過教育部組織的專家組鑒定，被評為優秀軟件，并由北京師范大學出版社和電子工業出版社出版，在國內及東南亞地區發行。

5、2019年所完成的《學習反應信息分析系統》獲廣東省高等學校優秀多媒體教學軟件1等獎，并出版專著《學習反應信息的處理方法與應用》(謝幼如、李克東著，暨南大學出版社，1999年)。

(2)研究條件

華南師范大學教育技術學科是國家級重點學科，華南師范大學教育信息技術學院是"211工程"重點建設學科單位，我國的教育技術學博士點之1。華南師范大學教育技術研究所擁有從事計算機教育應用研究的人員近30名，其中包括教授2名、副教授5名、講師8名、博士研究生4名和碩士研究生近15名。他們在長期的研究工作中，對各種多媒體教學軟件、網絡教學應用軟件、學科教學工具、資源庫管理應用系統進行了深入的研究與探索，并已取得了實質性的進展和成果。本研究所擁有先進的計算機軟件開發實驗室兩個、國家級的多媒體教學軟件制作基地1個，在國內教育技術領域方面處于領先地位。

(3)參考文獻

1、《多媒體組合教學設計》，李克東、謝幼如編著，科學出版社，1992年第1版、1994年第2版

2、《多媒體教學軟件設計》謝幼如等編著，電子工業出版社，1999年

3、《信息技術與學科教學整合》，李克東、謝幼如主編，萬方數據電子出版社，2019年

4、《學習反應信息的處理方法與應用》，謝幼如、李克東著，暨南大學出版社，1999年

5、《Global Education On the Net》，高等教育出版社、Springer 出版社，1999年

6、《教學設計原理》，R。M。加涅、L。J。布里格斯、W。W。韋杰著，華東師范大學出版社，1999年

7、《新型教學模式的探索》，謝幼如編著，北京師范大學出版社，1998年

8、全球華人計算機教育應用大會(GCCCE)第1屆至第5屆論文集，1997年(廣州)、1998年(香港)、1999年(澳門)、2019年(新加坡)、2019年(臺北)

9、《改善學習--2019中小學信息技術教育國際研討會論文選編》，吉林教育出版社，2019年

10、《認知過程的評估》，J。P。戴斯、J。A。納格利爾里、J。R。柯爾比著，華東師范大學出版社，1999年

11、《教育技術學研究方法》，李克東編著，北京師范大學出版社，2019年

第9篇：軟件設計模式論文范文

【關鍵詞】隧道；通風監控；組態軟件；PLC

隧道是一個相對封閉的區域，自然風和交通風無法完成隧道內空氣的轉換。當CO濃度很大時，會危及人的身體；煙霧粉塵則會給駕駛員的視野造成障礙，增大了交通事故的發生概率。所以必須采取機械通風方式，有效及時地排出隧道內的有害物質，降低空氣的污染程度。尤其在隧道內發生交通事故或者火災的特殊情況下，機械通風就越發顯得重要。因此在隧道中建立通風監控系統意義十分重大。

1.通風監控系統的組成

隧道通風監控系統主要由監控中心計算機、CO/VI檢測器、風向風速檢測器、風機和區域控制器等組成。

1.1 監控中心上位機

此隧道監控系統軟件的上位機系統是利用北京三維力控公司的Forcecontrol 6.1組態軟件進行設計。上位機可以發出指令給區域控制器，以便來控制隧道內的機電設備，也可以接受區域控制器的數據來分析和處理。

1.2 CO/VI檢測器

CO/VI檢測器由一氧化碳/能見度檢測探頭、評價控制單元、安裝支架、連接電纜等部分組成。一氧化碳檢測采用的是非擴散檢測紅外波段中的一定波長對非對稱分子吸收能力的變化值（即δ值），再變換成電流的變量，把這一變量又用數字信號傳至隧道監控室中心計算機并顯示出來[1]。能見度測量是通過另一分離通道，由發射/接收單元發射光波，通過10米測量通道到達反射單元，反射光再經原來的10米測量路徑反射到發射/接受單元，光束經過衰減，得到的信號經過評價控制單元處理為測量值，就是能見度檢測值。

1.3 風速風向檢測器

風速風向檢測器采用超聲波的原理測量隧道的環境溫度和風速風向，由二個超聲波發射/接受單元、數據處理評價單元、安裝支架、連接電纜等部分組成，具有現場顯示功能。

1.4 區域控制器

此次設計下位機的區域控制器采用honeywell高性能可編程控制器（PLC），負責管理和控制相關區域的現場設備。區域控制器由機架、CPU、電源模塊、I/O模塊、通訊模塊等組成。主要設備清單如表1所示。

2.隧道通風的方式

目前隧道機械通風方式可分為縱向式通風、半橫向通風和橫向式通風三種方式。縱向式通風是從一個洞口直接引進新鮮空氣，由另一洞口排出污染空氣的方式。這種通風方式一般適用于單向行車的隧道；半橫向式通風是將新鮮空氣經送風道直接吹向汽車的排氣孔高度附近，直接稀釋排氣，污染空氣在隧道上部擴散，經過兩端洞門排出洞外。使用這種方式的隧道僅需設置排風道，比較經濟；橫向式通風的特點是風在隧道的橫斷面方向流動，一般不發生縱向流動，因此有害氣體的濃度在隧道軸線方向的分布均勻。該通風方式有利于防止火災蔓延和處理煙霧。但需設置送風道和排風道，增加建設費用和運營費用[4]。在本系統中采取縱向式通風方式。

3.隧道通風監控系統的功能

3.1 數據的采集及顯示功能

該通風監控系統能檢測出隧道內CO濃度、能見度、風速和風向，并顯示在上位機監控界面上。

CO濃度（單位：PPM）和能見度（單位：1/km）都由CO/VI檢測儀檢測所得。風速主要采集的是縱向風速（單位：m/s），風向指隧道內的縱向風向，分為正向和反向，用箭頭表示，數據由風速風向檢測儀檢測所得，輸出形式為一個繼電器輸出。

檢測到的CO/VI值和風速為模擬信號，在4-20MA之間。數據采集后要把模擬量轉換為數字量之后才能顯示在界面上。

3.2 風機狀態的監控功能

通風監控系統可以返回每一臺射流風機的運行狀態，包括風機的正/反轉、停止、故障等狀態信號，然后將這些狀態清晰、明了的顯示在監控系統界面上。該系統把處在一個斷面上的兩臺風機作為一組來進行控制。控制方式分為遠程自動、遠程手動和本地控制三種。遠程自動控制就是監控中心上位機將采集到的信息處理后，當達到一定的限值時實時地發出指令；遠程手動控制就是操作員根據現場實際情況人工發出指令來控制風機運行；本地控制就是操作人員在現場低壓柜按下風機的啟停按鈕。

3.3 輔助功能

1）報警功能：能夠對采集的數據進行分析和判斷，如果數據超過規定的報警限值或低于規定的報警限值，實時報警窗口就會自動彈出，報警數據、設備和區域就會在報警窗口顯示出來。用戶也可以設計報警聲音，以便更好的對操作員進行提示。

2）趨勢曲線：現場采集到的數據經過處理后依照實時數據和歷史數據進行儲存，通過趨勢曲線可以更好的對數據進行分析顯示。

3）報表：能夠對采集的數據進行顯示、存儲和打印等功能。

4）事件記錄：記錄操作人員的操作過程，并可記錄系統上位機相關程序的啟動、退出及異常的詳情。用戶可以通過記錄來對系統進行維護。

5）安全管理：安全管理主要包括用戶級別管理、安全區管理、系統安全管理及工程加密管理。

4.隧道通風監控系統設計

4.1 上位機軟件設計

（1）I/O設備建立

力控組態軟件實時數據庫通過I/O驅動程序對I/O設備進行數據采集與下置，實時數據庫與I/O驅動程序之間為客戶/服務器運行模式，一臺運行實時數據庫的計算機可通過多個I/O驅動程序完成與多臺I/O設備之間的通信。本監控系統中，首先對Honeywell PLC進行設備設置，通過標準MODBUS（TCP）協議建立相應的I/O設備，并輸入IP地址，以便和下位機建立通訊。I/O設備建立如圖1所示。

（2）數據庫組態點建立

點是實時數據庫系統保存和處理信息的基本單位。在創建一個新點時首先要選擇點類型和所在區域。點類型分為數字I/O點和模擬I/O點兩種，本系統中CO值、VI值和風速值為模擬點，風向、風機運行狀態的反饋及控制點均為數字點。每個點都需要對基本參數、報警參數、數據連接和歷史參數進行設置。

（3）界面建立及動畫連接

根據監控系統的要求，設計了監控主界面、手動控制界面、報警界面、趨勢曲線界面和報表界面等。畫面建立完成后，將畫面中圖像對象與變量或表達式建立連接，這樣就可以對系統中的各種設備進行監控。在監控主界面上可以清楚的顯示各檢測數據、風機在隧道中所處的位置以及風機的運行狀況。在監控界面上點擊風機控制按鈕，進入風機手動控制界面，操作員根據不同情況點擊正轉/反轉/停止狀態按鈕進行操作。隧道通風監控系統主界面如圖2所示。

（4）腳本程序

在隧道通風監控系統的設計中除了監控界面的建立，編寫腳本程序也是一項重要任務。

在本系統中需要編寫的腳本程序有如下幾項：

1）每臺風機啟動時需要短暫的延時，上一臺風機達到額定轉速后，再啟動下一臺風機，以減少對變電站供電的沖擊。

2）風機控制時如果在左轉，此時右轉按鈕灰掉（即被屏蔽了），必須先按停止后，才能再按右轉按鈕啟動風機。

3）通風系統遠程自動控制。

在正常行車條件下，若隧道內測點CO濃度或能見度值時，正常交通狀況下交通活塞作用所產生的風速足夠完成隧道通風，則射流風機組無需啟動；若隧道內CO濃度或能見度并持續10分鐘時，每一組開啟一臺風機；若測點CO濃度或煙霧濃度并持續10分鐘，射流風機全部啟動。此時風機轉向應同風向是一致的；若隧道發生火災，則開啟隧道內的全部風機。此時風機的轉向應向距離火災點較近的洞口吹去。

4.2 下位機軟件設計

本系統區域控制器應用的是Honeywe-ll MasterLogic-200系列PLC，采用SoftMaster-200作為編程軟件。用戶可以進行系統配置和程序的編寫、調試、仿真、在線診斷PLC硬件配置狀態、控制PLC的運行狀態和I/O通道的狀態等。

（1））首先通過CPU的USB接口連接PC機，在SoftMaster-200軟件中對PLC進行配置網絡地址并寫入，建立PC機與PLC之間的通信。

（2）配置I/O設備信息，明確上位機軟件數據庫組態點與PLC輸入點的對應關系，各輸出點與各輸出執行單元的對應關系，創建全局變量和本地變量。調用全局變量的步驟如圖3所示。

（3）按照控制要求編寫梯形圖程序。

在編寫梯形圖時要注意變量與上位機組態軟件數據庫組態中變量的對應關系；風機的延時啟動；風機的單點控制及自動控制；上位機監控界面中按鈕之間的互鎖等。梯形圖編寫界面如圖4所示。

（4）程序編程完成后，選擇“聯機[Online]”-“寫入數據[Write]”，然后選擇要傳輸到PLC的數據，然后點擊“確定[OK]”，將選定的數據傳輸到PLC。

（5）進行聯機調試。

5.結論

本設計對通風監控系統進行了詳細的工程設計，包括系統的結構設計，功能設計和模塊劃分和上下位軟件設計。應用力控Forcecontrol 6.1組態軟件設計了通風監控系統的主界面、風機顯示界面、風機控制界面和風機預案管理等。應用honeywell PLC進行區域控制器設計，并編寫了后臺控制程序，實現了通風監控系統的各項監控功能。

本系統有效地保證駕駛員、隧道養護人員免受有害氣體的危害，提高了車輛運行安全系數。整套系統已投入運行，經過多次現場驗證，取得了良好的效果。在本文中我們所做的研究工作還僅僅是初步的，今后仍有大量的工作值得深入探討。

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