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全面案例研究：在大學學生管理系統（USMS）背景下之UML用例圖
全面案例研究：在大學學生管理系統（USMS）背景下之UML用例圖
1. 簡介
在現代軟體開發中，特別是在教育科技與企業系統領域，UML（統一建模語言）在透過用例圖這些圖表提供使用者（角色）與系統之間互動的視覺化呈現，突出顯示使用者可執行的主要與可選功能。
本案例研究著重於大學學生管理系統（USMS），一個全面的數位平台，旨在簡化學術運作，包括課程註冊、評分、輔導、付款處理，以及與企業資源規劃（ERP）等更廣泛機構系統的整合。
我們將呈現、分析並解讀UML用例圖USMS的UML用例圖，解釋其組成部分、關係及其現實意義。此外，我們將探討此圖表如何支援系統設計、利害關係人溝通與軟體開發。
2. 案例研究的目標
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識別關鍵角色、用例及其關係（關聯、包含、擴展）。
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分析系統如何支援不同使用者角色，並根據其權限與責任提供相應的存取層級。
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評估系統的可擴展性、模組化與整合能力。
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評估用例模型如何支援需求收集與系統設計。
3. 背景：大學學生管理系統（USMS）
大學學生管理系統（USMS）是一個中央化的數位平台，使學生、教職員、輔導員及行政人員能有效管理學術活動。它以互動性強、安全且整合性的數位系統取代紙本紀錄。
主要功能：
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課程註冊與排程
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作業提交與評分
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學業成績單與成績報告生成
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輔導約談與學業規劃
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財務交易（手續費、付款、帳單）
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與外部系統的資料同步（ERP、支付網關）
系統旨在確保資料一致性、即時更新，並符合學術政策。
4. UML用例圖分解
4.1 作用者及其角色
| 作用者 | 角色 | 主要責任 |
|---|---|---|
| 學生 | 主要 | 註冊課程、查看成績單、提交作業、查詢成績、安排輔導諮詢時段。 |
| 教職員 | 主要 | 評分作業、檢視學生表現、存取成績、產生報告。 |
| 學術輔導員 | 主要 | 安排輔導諮詢時段、檢視學生進展、更新紀錄、支援學術規劃。 |
| 行政人員 | 次要 | 更新學生紀錄，管理行政資料（例如：註冊狀態）。 |
| 支付網關 | 次要 | 處理財務交易（手續費、學費）。 |
| ERP系統 | 次要 | 與企業系統同步學術與財務資料（例如：薪資、庫存）。 |
注意：「主要」與「次要」作用者的使用反映了與系統的直接互動程度。主要作用者直接使用USMS；次要作用者為整合合作夥伴。
4.2 用例及其描述
| 用例 | 描述 |
|---|---|
| UC1 – 課程註冊 | 學生和教職員根據先修課程要求和課程可選性啟動學術課程的註冊流程。 |
| UC2 – 查看學術成績單 | 學生和導師可存取已完成課程、成績和學分的詳細記錄。 |
| UC3 – 提交作業 | 學生透過平台上傳作業；教職員審核並評分。 |
| UC4 – 查看成績 | 學生和教職員可即時查看當前及過去的成績。 |
| UC5 – 安排導師諮詢會談 | 學生預約與學術導師會談，討論學業規劃。 |
| UC6 – 處理註冊 | 由課程註冊與核准所觸發的集中式註冊流程。 |
| UC7 – 生成成績報告 | 教職員或行政人員為學生或報告目的製作正式成績摘要。 |
| UC8 – 付款 | 學生透過整合支付網關支付學費和各項費用。 |
| UC9 – 更新學生資料 | 導師或行政人員修改學生狀態（例如：退學、留校察看、轉學）。 |
| UC10 – 與ERP同步資料 | 系統將學生與財務資料與大學的ERP系統共享，用於薪資發放、財務規劃與報告。 |
5. UML關係說明
5.1 關聯（連接參與者與用例的線條）
關聯代表直接互動參與者與用例之間的直接互動。其顏色編碼用以反映使用者角色：
| 關聯 | 顏色 | 含義 |
|---|---|---|
學生 - UC1 |
黑色 | 學生啟動課程註冊。 |
學生 - UC2, UC3, UC4 |
黑色 | 學生與核心學術功能互動。 |
教職員 - UC3, UC4, UC7 |
深紅色 | 教職員管理作業與評分。 |
導師 - UC5, UC6, UC9 |
金黃色 | 導師管理諮詢與紀錄更新。 |
UC8 - 付款 |
深青綠色 | 付款網關處理費用。 |
UC9 - 管理 |
深青綠色 | 管理員更新紀錄。 |
UC10 - ERP |
深青綠 | ERP 接收同步資料。 |
這些關聯顯示誰執行哪項功能，有助於定義使用者角色與責任。
5.2 包含關係（<>）
包含關係代表必要且可重用的行為嵌入於其他使用案例中的行為。
UC1 ..> UC6 : <<包含>>
UC2 ..> UC6 : <<包含>>
UC4 ..> UC6 : <<包含>>
解釋：
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所有註冊課程的學生（UC1）必須經過註冊流程（UC6）.
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查看成績單的學生（UC2）也必須觸發註冊流程（UC6）——可能用於學分驗證。
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查看成績的學生（UC4）在隱含情況下屬於註冊流程——只有在註冊確認後，成績才可取得。
✅ 這些關係確保資料完整性和流程一致性.
🔍 例如，學生必須先註冊課程後，才能查詢成績。
這可防止無效或過早的資料存取。
5.3 延伸關係（<>）
UC8 <.. UC10 : <<擴展>>
解釋：
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當學生進行付款（UC8），系統可選擇地擴展透過與ERP同步資料（UC10）.
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這表示：付款 → 可選的ERP同步
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並非每次付款都會觸發ERP同步——這可能取決於特定條件（例如：學費、學期開始）。
🚀 這支援彈性整合——系統並不需要每次交易都進行ERP同步，從而降低開銷。
💡 它讓機構可以選擇何時同步資料（例如：付款確認後或學期結束時）。
這是一個現實世界中的範例的可選工作流程擴展，其中核心動作（付款）可能觸發額外的次要行為。
6. 系統設計的影響
6.1 基於角色的存取控制（RBAC）
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學生：可檢視成績、提交作業、註冊課程。
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教職員：可評分、檢視成績、產生報告。
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導師：可安排約會、更新紀錄。
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管理員: 完全的增刪改查學生資料權限。
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外部系統: 無直接介面——僅透過 API 進行（例如：ERP、支付網關）。
這確保了安全性與資料隱私透過限制相關人員的存取來實現。
6.2 資料流程與完整性
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註冊（UC6）作為所有學術功能的門戶通往所有學術功能。
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所有學術紀錄（成績單、成績）均源自課程註冊與作業評分.
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成績報告（UC7）以及成績單（UC2）僅在資料經由註冊與評分驗證後才會產生。
這創造了一個資料生命週期確保準確性與可追蹤性.
6.3 與外部系統的整合
| 系統 | 目的 | 觸發 |
|---|---|---|
| 支付網關 | 接受付款 | 透過 UC8 觸發 |
| 企業資源規劃系統 | 同步資料 | 透過 UC10 觸發（由 UC8 延伸） |
使用次要參與者顯示 USMS 並非孤立——它與整合至更大的生態系統中機構工具的生態系統中。
這突顯了以下項目在整合中的重要性API 設計, 驗證，以及資料格式標準（例如：XML、JSON）在這些整合中。
7. 利益相關者分析
| 利益相關者 | 需求 | 使用案例 |
|---|---|---|
| 學生 | 了解課程負荷、成績、費用及學業進度 | UC1、UC2、UC3、UC4、UC5、UC8 |
| 教職員 | 評分工作、監控表現 | UC3、UC4、UC7 |
| 導師 | 支援學生、追蹤進度 | UC5、UC6、UC9 |
| 行政人員 | 維護學生紀錄、管理資料 | UC9 |
| 大學行政人員 | 監控財務與合規性 | UC8、UC10 |
| 外部系統 | 接收標準化資料 | UC8、UC10 |
此圖表作為一個溝通工具讓利害關係人理解共同目標與責任。
8. 局限性與改進領域
| 局限性 | 建議 |
|---|---|
| 無明確限制（例如：期限、先決條件） | 在需求或序列圖中加入驗證規則 |
| 無錯誤處理 | 加入例外使用案例（例如：「註冊失敗」） |
| 無基於時間的觸發機制 | 明確定義 UC10 的執行時機（例如：付款確認後） |
| 缺乏非功能需求 | 加入安全性、效能與可擴展性說明 |
| 無使用者介面 | 未來版本可包含UI線框圖或活動圖 |
🔍 建議：擴展使用案例圖以包含例外使用案例（例如：「課程超載」、「付款失敗」）以及序列圖以顯示逐步互動過程。
9. 此圖表如何支援軟體開發
| 階段 | 用例圖的角色 |
|---|---|
| 需求收集 | 有助於識別利益相關者的功能需求。 |
| 系統設計 | 指導模組設計（例如：註冊模組、付款模組）。 |
| 團隊溝通 | 為開發人員、測試人員和管理人員提供一種共享的視覺語言。 |
| 測試規劃 | 用例轉化為測試案例（例如：「學生提交作業 → 成績出現」）。 |
| 使用者訓練 | 作為訓練輔助工具，用以說明系統功能。 |
這個用例圖是基礎進一步建模的基礎（例如：順序圖、活動圖、類圖）。
10. 實際應用範例
情境：一名名叫梅雅的學生想要註冊一門新課程。
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梅雅登入→ 觸發UC1（註冊課程）.
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系統檢查先修條件 → 若符合，則進入UC6（處理註冊）.
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梅雅提交作業 → 觸發UC3（提交作業）.
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教師評分 → 觸發UC4（查看成績）.
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梅亞安排約會 → 觸發UC5（安排輔導約會）.
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梅亞支付學費 → 觸發UC8（付款） → 這會導致延伸 至UC10（與ERP同步） 以更新財務記錄。
✅ 所有步驟均與用例模型一致。
此流程確保端到端的可追溯性 以及合規性 符合學術政策。
11. 結論
這個UML用例圖用於大學學生管理系統的圖表不僅僅是視覺工具——它是一份全面的藍圖，用以記錄：
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誰使用系統
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他們做什麼
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行動之間如何關聯
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功能如何被觸發或延伸
它能實現：
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明確的角色定義
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學術流程的邏輯流程
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與外部系統的整合
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可擴展性與模組化
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利害關係人的一致性
透過明確區分主要參與者與次要參與者，並透過使用包含與延伸關係，此圖表為軟體開發、測試與持續改進提供了穩固的基礎。
12. 附錄
附錄 A：圖表中的色彩編碼
| 顏色 | 含義 |
|---|---|
| 黑色 | 主要參與者互動 |
| 深紅色 | 與教職員相關的動作 |
| 金黃色 | 與導師相關的動作 |
| 深青綠色 | 與外部系統的整合 |
色彩編碼提升了可讀性與視覺層次。
附錄 B：符號總覽（UML）
| 符號 | 含義 |
|---|---|
角色 |
使用者或外部系統 |
使用案例 |
角色可使用的功能 |
關聯 |
角色與使用案例之間的直接互動 |
<<包含>> |
另一個使用案例中的必要行為 |
<<延伸>> |
由使用案例觸發的選擇性行為 |
附錄 C：範例順序圖（未來擴展）
@startuml
角色 "學生" as student
角色 "教職員" as faculty
使用案例 "註冊課程" as UC1
使用案例 "提交作業" as UC3
使用案例 "查詢成績" as UC4
student -> UC1 : 註冊課程
UC1 --> UC6 : 處理註冊
student -> UC3 : 提交作業
faculty -> UC3 : 審核並評分
UC3 --> UC4 : 成績可見
@enduml
這顯示了逐步執行的過程——是使用案例圖之後的自然下一步。
最後的思考
本案例研究展示了UML 的強大之處使用案例圖在捕捉複雜現實系統方面的能力。在教育科技的背景下，這些圖表可作為一種學術政策與技術實現之間的橋樑.
它們有助於確保不會忽略任何使用者或流程，資料流是邏輯性的，且與外部系統的整合是透明且可管理的。
隨著大學持續數位化，類似此使用案例模型的工具將持續在建立回應迅速、安全且以使用者為中心的學術系統.
📌 對執行團隊的建議:
將此使用案例圖作為基準需求文件並透過學生、教職員和行政人員的反覆回饋來持續演進。
✅ 此案例研究適合用於學術用途、軟體專案文件或大學資訊科技規劃。
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