2.2信息系統(tǒng)的開發(fā)過程教學設計人教-中圖版高中信息技術必修2

第2章信息系統(tǒng)概述2.2信息系統(tǒng)的開發(fā)過程教學設計教學背景信息科技是現(xiàn)代科學技術領域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達的信息及其應用中的科學原理、思維方法、處理過程和工程實現(xiàn)。當代高速發(fā)展的信息科技對全球經濟、社會和文化發(fā)展起著越來越重要的作用。義務教育信息科技課程具有基礎性、實踐性和綜合性，為高中階段信息技術課程的學習奠定基礎。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學內容選自人教/地圖出版社必修２第2章信息系統(tǒng)概述2.2信息系統(tǒng)的開發(fā)過程，信息技術的發(fā)展與普及為我們創(chuàng)造了一個全新的數(shù)字化生活環(huán)境。它們在給我們帶來生活便利的同時，也在逐漸地改變著我們的生活方式。有效地利用信息技術方面的知識與技能，幫助同學們培養(yǎng)信息意識，提升計算思維，進而通過數(shù)字化學習與創(chuàng)新，承擔起信息社會責任。信息系統(tǒng)是推動信息社會發(fā)展的重要因素，已應用在社會生產、人們生活的各個方面，對組織或機構的順利運轉、工作效率的提高以及組織之間的協(xié)同工作起著重要的作用。本章結合人們實際生活中的應用實例，介紹信息系統(tǒng)的組成及功能，并通過信息系統(tǒng)的搭建實例介紹信息系統(tǒng)的大體開發(fā)過程，最后結合信息社會發(fā)展方向分析信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，并辯證分析了信息系統(tǒng)的優(yōu)勢與局限性。學情分析此節(jié)課針對的對象是高一年級的學生。學生已經已經積累了許多信息技術方面的知識與技能，具備了一定的邏輯思維能力，能夠對問題進行客觀的分析和評價。學習新知識，首先要知其然，接著通過不斷學習，積極動手操作，大膽請教，加深對知識的理解，然后才能知其所以然，在不斷的探索過程中取得進步。教學目標1.了解信息系統(tǒng)的生命周期和大體開發(fā)過程。2.初步體驗信息系統(tǒng)的大體工作過程。3.意識到搭建信息系統(tǒng)的背后隱含了很多開發(fā)工作，增強對信息系統(tǒng)開發(fā)人員的尊重。教學重點與難點了解信息系統(tǒng)的生命周期和大體開發(fā)過程。教學方法與教學手段案例分析法、講授法、任務驅動法。教學過程問題導入提出問題，引發(fā)思考：體驗探索發(fā)現(xiàn)所在環(huán)境中的監(jiān)控系統(tǒng)安防監(jiān)控是智慧城市系統(tǒng)發(fā)展的重要內容，其中數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是很重要的一個組成部分。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)（本書提到的監(jiān)控系統(tǒng)都是指數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)）也是一種信息系統(tǒng)，它以網絡為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、存儲、傳輸、播放為核心，形象、真實地反映被監(jiān)控場景。很多社區(qū)和家庭都會根據需要安裝監(jiān)控系統(tǒng)（圖2.2.1）（參見教材P48）。監(jiān)控系統(tǒng)的搭建比較易于實施。以同學們現(xiàn)有的信息技術知識與技能，可以嘗試搭建一個監(jiān)控系統(tǒng)。信息系統(tǒng)開發(fā)的四個階段信息系統(tǒng)的開發(fā)是一個系統(tǒng)的過程，涉及規(guī)劃設計、人力物力投入、硬件搭建與軟件配置等多個方面，而系統(tǒng)的生命力則決定了信息系統(tǒng)的開發(fā)需要持續(xù)進行。信息系統(tǒng)是有生命力的，與開發(fā)相關的一系列活動總是在持續(xù)進行，而開發(fā)的各個階段也有期限，當系統(tǒng)進入下一階段活動時，其生命就得到了持續(xù)。因此，信息系統(tǒng)的開發(fā)過程也可以稱為生命周期。信息系統(tǒng)的開發(fā)過程（生命周期）可以分為圖2.2.2（參見教材P49）所示的四個階段。監(jiān)控系統(tǒng)的搭建只是該系統(tǒng)開發(fā)的一個階段。但即使是簡單的硬件安裝與軟件安裝，其背后也涉及人、信息技術、數(shù)據與過程等要素。下面結合搭建的過程來分析這四個階段的工作。系統(tǒng)分析在信息系統(tǒng)開發(fā)中，第一個階段是系統(tǒng)分析。分析的目的就是明確信息系統(tǒng)要解決的問題，包括系統(tǒng)開發(fā)的背景、系統(tǒng)的目的與需求、隊伍組建、行動規(guī)劃等內容。詳盡的分析能保證信息系統(tǒng)資源（資金、人員）得到有效的利用，保證開發(fā)方向的正確性?？偟膩碚f，這個階段要獲得以下信息：為什么要做這個項目；目標是什么；有什么人員角色參與；各自職責是什么；資金是否充足；開發(fā)計劃是什么；開發(fā)過程遇到問題如何應對。例如，提出搭建監(jiān)控系統(tǒng)的要求后，首先要對資金、技術、人員等方面進行分析，確定搭建是否可行；其次是需求分析，明確使用者的需求，也就是明確使用者對監(jiān)控系統(tǒng)的各項功能需求。閱讀拓展信息系統(tǒng)分析報告信息系統(tǒng)需求明確之后，需要采用規(guī)范化的、結構化的模型將其描述清楚，主要是借助一些邏輯模型，如數(shù)據模型、過程模型等。系統(tǒng)邏輯模型通常用特定的工具表示。結構化的系統(tǒng)需求最后以“需求說明書”的形式展現(xiàn)，該說明書相當于開發(fā)者和用戶之間的合同文檔，列出了系統(tǒng)必須滿足的所有需求。組建隊伍也是一項重要的工作。信息系統(tǒng)項目開發(fā)團隊分為兩個層面：一是來自技術部門、用戶部門的人員；二是項目開發(fā)小組，由項目經理領導，系統(tǒng)分析、設計與實施人員參與。（參見教材P50）是一個系統(tǒng)分析報告的目錄樣例。實踐活動搭建小型監(jiān)控系統(tǒng)的可行性分析和需求分析1.以學習小組為單位，選定需要搭建監(jiān)控系統(tǒng)的場所。2.對即將搭建的監(jiān)控系統(tǒng)列表進行分析（表2.2.1）。表2.2.1搭建監(jiān)控系統(tǒng)可行性分析表分析的項目描述搭建的場所搭建的目的或原因可使用的資金額度參與人員的職責可能遇到的困難3.填寫下面的需求分析表（表2.2.2）。表2.2.2搭建監(jiān)控系統(tǒng)需求分析表分析的項目描述監(jiān)控面積大小或區(qū)域劃分監(jiān)控的目標例如，觀察班級情況，觀察家中老人的行動狀況、電器工作狀況等對監(jiān)控清晰度的要求例如，能看清可疑人員的面容、只要求看清動作變化對監(jiān)控智能化的要求例如，要求能對人物行為軌跡進行跟蹤，異常即報警等對監(jiān)控布線美觀性的要求對設備存儲的要求例如，攝像頭內置存儲器的容量盡可能大、廠家配置云存儲服務等4.到安裝了監(jiān)控系統(tǒng)的場所（如學校、居民小區(qū)）調研，向相關人員了解其搭建過程、監(jiān)控范圍與操作方法，同時向他們請教一些搭建的經驗與建議。系統(tǒng)設計明確搭建的可行性和需求后，接下來是對監(jiān)控系統(tǒng)進行相關的設計工作（圖2.2.4）（參見教材P51）。系統(tǒng)設計的目的是回答系統(tǒng)如何做它必須做的事情。在大型信息系統(tǒng)開發(fā)中，系統(tǒng)設計要給出這個系統(tǒng)形式和結構的所有說明。這一階段的主要任務是根據系統(tǒng)的方案設計出系統(tǒng)的物理模型，包括系統(tǒng)總體結構的設計、輸出設計、輸入設計、處理設計、數(shù)據庫設計、遠程通信設計等。而搭建監(jiān)控系統(tǒng)更多的是設備的安裝，與大型信息系統(tǒng)的開發(fā)比起來，設計工作量比較少。首先要根據需求設計出監(jiān)控設備的安裝位置和電源走線等，最好畫出圖紙。另外要明確收看視頻的方式（如可以用或計算機查看），要確定視頻存儲的時長，從而也引出存儲容量和方式的設計方案。系統(tǒng)實施對于監(jiān)控系統(tǒng)的搭建，這個階段需要安裝軟硬件并調試（圖2.2.5）（參見教材P51），然后初步運行系統(tǒng)。而在大型系統(tǒng)的開發(fā)中，這個階段的主要目標則是將設計階段的結果在計算機和網絡上具體實現(xiàn)。該階段的主要任務是：配置系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境，如根據系統(tǒng)設計所提供的控制結構圖、數(shù)據庫設計、系統(tǒng)配置方案及詳細設計資料來安裝設備等；配置系統(tǒng)的軟件，如編制和調試程序，創(chuàng)建完整的管理系統(tǒng)，進行系統(tǒng)的調試、新舊系統(tǒng)的切換等工作；對使用者進行培訓，即進行必要的系統(tǒng)管理意識和突發(fā)事件處理方法的培訓。思考活動系統(tǒng)搭建背后其他人員的付出在系統(tǒng)設計中，會涉及硬件和軟件的選擇。而在本書搭建監(jiān)控系統(tǒng)的活動中，硬件和軟件都是選購并直接使用，沒有涉及研究與開發(fā)。也就是說，搭建的信息系統(tǒng)不需要進行相應的硬件和軟件研發(fā)。但是實際上，這些工作都“隱含”在購買的硬件和軟件產品本身了。這些產品背后凝聚了研發(fā)者的智慧結晶。例如，在使用監(jiān)控軟件時，只需要按照提示逐步操作即可達到監(jiān)控目的，但為了滿足用戶可能的需求，保證各項監(jiān)控功能的實現(xiàn)，研發(fā)團隊則頗費心血。從信息系統(tǒng)開發(fā)的角度分析：搭建監(jiān)控系統(tǒng)過程中，除了同學們所做的工作之外，背后還有哪些領域的人員為這個系統(tǒng)付出了智慧與勞動？實踐活動小型監(jiān)控系統(tǒng)的設計1.設計小型監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊圖和布線方案。確定監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)哪些功能，并利用適當?shù)墓ぞ撸ㄈ缥淖痔幚碥浖?、繪圖軟件等）表達設計方案。（提示：如果沒有網絡，還要考慮網絡的連接、開通與配置。圖2.2.6（參見教材P52）是一個家用監(jiān)控系統(tǒng)的分布方案，僅供參考。）2.設計設備采購方案。了解評判監(jiān)控系統(tǒng)設備優(yōu)劣的指標，然后訪問一些網絡購物平臺，查閱監(jiān)控設備的性能和價格；按照需求，合理選擇設備，并填寫系統(tǒng)設備采購分析表（表2.2.3）。表2.2.3系統(tǒng)設備采購分析表設備名稱型號性價比分析攝像設備客戶端設備軟件3.實際布線、安裝軟硬件并調試。要求：識別和使用常用的工具（網線鉗等）；能根據設計方案，連接相應設備和線路，正確搭建小型監(jiān)控硬件系統(tǒng)；能為小型監(jiān)控系統(tǒng)安裝相應軟件，配置參數(shù)并正確操作相應的軟件；初步掌握小型監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據的存儲與管理方法。根據方案連接線路→啟動設備→安裝軟件→運行系統(tǒng)4.提交安裝現(xiàn)場的照片和軟件運行界面圖。系統(tǒng)運行與維護在系統(tǒng)建設完成并開始運行后，定期維護是非常必要的。為了能讓這套監(jiān)控系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，除了要掌握監(jiān)控系統(tǒng)的使用方法外，還要設計一套行之有效的運行和維護方案。需要了解系統(tǒng)維護的意義，并確定維護的時間和內容，包括定期升級系統(tǒng)軟件、檢查存儲設備情況等。對于大型的信息系統(tǒng)，系統(tǒng)管理者需要對系統(tǒng)進行科學的組織與管理，使得系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮功效。因此，還需要制定一套系統(tǒng)的日常維護制度，設計一套系統(tǒng)的運行與維護方案，規(guī)范系統(tǒng)日常維護工作；讓系統(tǒng)維護人員全面了解系統(tǒng)的設計思想、數(shù)據結構、體系結構，力求實現(xiàn)需求；定期收集系統(tǒng)的運行報告，及時了解和掌握業(yè)務政策和操作方法的變化。為了使系統(tǒng)充分適應人和環(huán)境的變化，滿足新的需求，還要及時對系統(tǒng)進行局部的改造升級。維護人員在完成系統(tǒng)的日常檢查和維護之后，還需要生成系統(tǒng)運行日志和檢查記錄。系統(tǒng)的維護工作做得越規(guī)范，系統(tǒng)運行就越穩(wěn)定，產生的效益也會越大。實踐活動設計監(jiān)控系統(tǒng)的日常檢查與維護方案根據被監(jiān)控場所主人的作息情況，設計一套監(jiān)控系統(tǒng)的日常檢查和維護方案，每周都要對監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況進行檢查，若發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，并做好記錄。檢查和維護項目主要包括各個設備是否正常運行、線路是否穩(wěn)定、網絡連接和硬盤存儲狀況是否良好、攝像頭是否清潔等。表2.2.4是一個家用監(jiān)控系統(tǒng)的日常維護登記表，可供參考。表2.2.4一個家用監(jiān)控系統(tǒng)的日常維護登記表（參考）維護時間以下各項運行情況可填：良好、有故障無法解決、有故障但能解決維護人員備注入口監(jiān)控客廳監(jiān)控廚房監(jiān)控其他區(qū)域的監(jiān)控閱讀拓展信息系統(tǒng)開發(fā)過程模型簡介信息系統(tǒng)開發(fā)的過程模型描述了系統(tǒng)開發(fā)過程中各階段的特征，反映了人們認識與解決問題的思維過程以及項目的管理與組織過程。常見的系統(tǒng)開發(fā)過程模型有瀑布模型、快速原型模型、演化模型、螺旋模型。（1）瀑布模型。這是早期的系統(tǒng)開發(fā)模型，也稱生命周期模型，按照軟件生存周期的各項活動順序分為三個時期，每個時期又分為若干階段，形如瀑布流水，最終得到軟件產品。（2）快速原型模型。這種模型需要迅速建造一個可運行的系統(tǒng)原型，以便理解和澄清問題，使開發(fā)人員與客戶達成共識，最終在確定的客戶需求基礎上開發(fā)客戶滿意的系統(tǒng)產品。（3）演化模型。要根據客戶的基本需求，快速分析構造出系統(tǒng)初始可運行版本（原型）；客戶試用后提出優(yōu)化、增強系統(tǒng)的需求；開發(fā)人員根據客戶反饋，實施開發(fā)的迭代過程；重復此過程，最終得到客戶滿意的系統(tǒng)產品。（4）螺旋模型。這種模型將瀑布模型和快速原型模型結合起來，并強調了其他模型所忽視的風險分析，適合開發(fā)大型復雜的系統(tǒng)。信息系統(tǒng)的工作過程情境：監(jiān)控系統(tǒng)在工作趙子萌搭建小型監(jiān)控系統(tǒng)后，實際體驗了其使用過程：實時查看監(jiān)控畫面，或回看已經發(fā)生過的畫面；實時接收異常情況的報警提示。她對系統(tǒng)工作過程的認識是：系統(tǒng)采集場景并發(fā)送到或計算機屏幕給使用者查看（圖2.2.7）（參見教材P54）。她不禁思考：無論哪一種信息系統(tǒng)，其基本工作過程是不是大體相同呢？在小型監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據被采集到系統(tǒng)中，通過系統(tǒng)的存儲、解碼、傳輸?shù)忍幚?，?shù)據被發(fā)送到客戶端設備或存儲設備，使用者通過計算機、等設備查看；如果系統(tǒng)辨識出異常，數(shù)據則被發(fā)送到報警設備，并自動發(fā)出警報聲。可以看出，系統(tǒng)的基本工作過程就是輸入數(shù)據、處理數(shù)據和輸出數(shù)據（圖2.2.8）（參見教材P55）。大部分數(shù)字攝像設備商家都提供配套的云存儲服務，便于使用者隨時隨地存儲、訪問數(shù)據。實際上，無論哪一種信息系統(tǒng)，其基本工作過程都可以歸結為以下三項：輸入、處理、輸出?？梢哉f，信息系統(tǒng)是一個采集（輸入）數(shù)據、操作和存儲（處理）數(shù)據、做出反應（輸出），以實現(xiàn)特定目標的系統(tǒng)（圖2.2.9）（參見教材P55）。輸入信息系統(tǒng)的輸入是指系統(tǒng)獲取數(shù)據，并按照一定的方式向處理系統(tǒng)傳輸信息的過程。輸入既可以是人工手動錄入，也可以是傳感設備自動采集（圖2.2.10）（參見教材P55）。例如，在火車站自動取票終端取票，既可以手工輸入身份證號碼，也可以把身份證放在感應區(qū)，讓系統(tǒng)自動識別。無論哪一種輸入方式，要想獲得理想的輸出，都要求能完整準確地輸入數(shù)據。實踐活動了解人臉識別技術在信息系統(tǒng)中的應用近年來，人臉識別技術取得了很大的進步，并在一些領域推廣應用。很多廠商發(fā)布了搭載人臉識別技術的新款，銀行“刷臉”取款、餐廳“刷臉”支付、酒店“刷臉”入住、火車站“刷臉”進站已逐漸普及。人臉識別技術的本質是讓人機交互更加人性化、更加自然。從手工輸入密碼到指紋識別，再到只是讓機器“看一眼”，信息系統(tǒng)的數(shù)據輸入正變得越來越便利。查閱資料或結合身邊的應用案例，了解當前已有哪些信息系統(tǒng)采用了人臉識別技術。（提示：一些場所的門禁系統(tǒng)、銀行的取款系統(tǒng)......）處理這里的“處理”亦即數(shù)據加工，是指把輸入的原始數(shù)據轉變?yōu)榉项A定需求的信息，往往包括對數(shù)據進行收集、存儲、傳輸或轉換等過程，它由設備、方法、過程以及人組成并完成。數(shù)據的識別、復制、比較、分類、壓縮及計算活動等都屬于數(shù)據處理。數(shù)據處理是信息系統(tǒng)的核心功能，是保證整個系統(tǒng)順利運轉、有效輸出信息的核心環(huán)節(jié)。實踐活動了解監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據采集與存儲的方式1.小組討論交流：在搭建的監(jiān)控系統(tǒng)中，哪些設備負責數(shù)據采集？采集的方式是什么？上網查閱資料，了解數(shù)字監(jiān)控攝像設備的數(shù)據采集過程，并畫出簡圖。2.在處理過程中數(shù)據存儲是關鍵，了解監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據存儲的方式輸出信息系統(tǒng)的輸出是指將處理后的信息傳遞給使用者或者設備，以支持人實現(xiàn)某種目的、做出某種決策，或支持設備進行日常作業(yè)。例如，在監(jiān)控系統(tǒng)中，輸入前端設備感應到異常聲音，經過系統(tǒng)處理后會發(fā)送到輸出設備，向報警系統(tǒng)發(fā)出指令，報警聲響起；在醫(yī)院取藥排隊系統(tǒng)中，人們通過在感應區(qū)刷卡輸入個人信息，屏幕上顯示的取藥信息就是輸出結果（圖2.2.11）（參見教材P56）；員工在辦公區(qū)門禁系統(tǒng)掃指紋，門自動打開，門做出的反應就是輸出結果；客戶在銀行自助終端中打印賬單，賬單就是輸出結果。在一個系統(tǒng)中，“輸入、處理、輸出”這三項活動出現(xiàn)在很多環(huán)節(jié)當中，遍布系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)。某個過程的輸出可能就是下一個過程的輸入，它們一環(huán)扣一環(huán)，無法割裂。閱讀拓展信息系統(tǒng)中的反饋反饋是在某一過程結束后，將操作結果與預設值進行比對，從而對下一個過程產生控制作用。在自動控制系統(tǒng)中，反饋的作用非常明顯。例如，自動溫室控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)采集空氣溫度、空氣濕度、光照度等數(shù)據，系統(tǒng)進行一系列處理后，輸出指令到調控設備去調整溫室各項指標，同時又把操作結果反饋到輸入端，調整輸入端的數(shù)據。在物聯(lián)網領域，反饋控制技術有更廣泛的應用?？梢陨暇W查閱資料，了解反饋技術的更多應用實例與研究成果。項目實施了解訂票系統(tǒng)的大體開發(fā)過程一、項目活動1.小組成員一起討論：信息系統(tǒng)開發(fā)可能經歷一個怎樣的過程。2.查閱資料，大概了解一些訂票系統(tǒng)的開發(fā)建設情況。二、項目檢查撰寫一