（通信与信息系统专业论文）基于认证技术的教学平台的设计与实现.pdf

摘要 网络教育以其范围广、易推广、有良好交互性等优点正得到越来 越广泛的应用。但现今的网络教育系统在试题的多样化和认证的安全 性方面还存在着一些不足，对此作者通过理论分析和研究，提出了一 些改进的方案，并进行了一定的编程实践来证实该方案的可行性。 本课题的总体目标是开发一个基于认证技术的教学平台，从这个 总体目标出发，作者针对现今网络教育平台的不足，分别对网络教学 中的几个模块进行了一定的改进，并先后开发了教师网上答疑子系 统，指纹认证子系统，试题库管理子系统以及网上考试子系统四个部 分。 在对x m l h t t p 对象的特点及c # 的反射技术进行了比较深入的研 究后，作者将其结合起来开发了一个中间模块x m l c a l l ，实现了服务 端函数的动态调用方案，从而解决了传统的w e b 页面存在的硬刷新技 术问题，并基于这个中间模块开发了无刷新的教师网上答疑系统。为 了将安全性和易维护性相结合，作者还研究了在w e b 页面中实现指纹 信息获取的方式并将其应用到本教育平台中。在试题库管理系统中， 作者针对计算机自动组卷方案进行分析，并结合二项分布的数学模型 来模拟试卷的平均难度指标，从而给试卷的自动生成提供了一个较为 有效的方案。 在各项研究成果的基础上，作者初步实现了整个系统框架并进行 了测试。测试结果表明该系统在安全性，适用性和可维护性方面较现 有的网络教育系统都有所提高。 关键词：网络教学平台，认证技术，x m l h t t p ，m i d a s a b s t r a c t n e t w o r ke d u c a t i o ni sb e m gu s e dw i d e l yw i t ht h ea d v a n t a g e so f w i d e - a r e aa p p l i c a t i o n , e a s ye x t e n s i o na n dg o o di n t e r a c t i v i t y s t i l lt h e r e a r es o m ed e f i c i e n c yi nt h ed i v e r s i f i c a t i o no f t e s tq u e s t i o n sa n ds e c u r i t yo f a u t h e n t i c a t i o ni nt h ec u r r e n tn e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e m f o rt h i s ，t h e a u t h o ro f f e r ss o m ei m p r o v e ds c h e m eb yt h e o r e t i ca n a l y s i sa n dp r o v e si t s f e a s i b i l i t yt h r o u g hp r o g r a m m i n g t h et a r g e to ft h i s s u b j e c ti s t od e v e l o pa na u t h e n t i c a t i o n - b a s e d n e t w o r ke d u c a t i o np l a t f o r m i na l l u s i o nt ot h ed e f i c i e n c yo fc u r r e n t n e t w o r ke d u c a t i o np l a t f o r m , t h ea u t h o rp r e s e n t ss o m ei m p r o v e m e n t sa n d d e v e l o p sf o u rs u b s y s t e m sa sf o l l o w s ：t h et e a c h e rr e m o t ea n s w e rs y s t e m , t h e f i n g e r p r i n t s i d e n t i f i c a t i o n s y s t e m ，t h e t e s t q u e s t i o nl i b r a r y m a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h en e t w o r ke x a m i n a t i o ns y s t e m a f t e rs t u d y i n gt h et r a i to fx 仃h r 】限o b j e c ta n dt h er e f l e c t i o n t e c h n o l o g yo fc 拌，t h ea u t h o rd e v e l o p sam i d d l em o d u l e ) m 几c a l l w h i c hr e a l i z e sf u n c t i o nd y n a m i ce a l lf o rs e r v e ra n dr e s o l v e sh a r d r e f u r b i s h m e n tp r o b l e mo ft r a d i t i o n a lw 曲p a g e b a s e do nt h i sm i d d l e m o d u l e ，t h et e a c h e rr e m o t ea n s w e rs y s t e mw i t h o u tr e f u r b i s h m e n ti s t h e na c c o m p l i s h e d i no r d e rt oc o m b i n es e c u r i t yw i t hm a i n t e n a n c e 。t h e a u t h o ra l s os t u d i e sf i n g e r p r i n t si n f o r m a t i o na c q u i s i t i o na n da p p l i e si tt o t h ep l a t f o r m i nt h et e s tq u e s t i o nl i b r a r ym a n a g e m e n ts y s t e m ，t h e a u t h o ra y a l y z e sc o m p u t e rg e n e r a t i n gt e s tp a p e rs c h e m ea n ds i m u l a t e st h e a v e r a g ed i f f i c u l t yi n d e xb a s e do nm a t h e m a t i c a lm o d e lf o rb i n o m i n a l d i s t r i b u t i o n ，w h i c ho f f e r sam o r ea f f e c t i v es c h e m ef o rt h ea u t o m a t i c g e n e r a t i o no f t e s tp a p e r b a s e do nt h ea b o v er e s e a r c ha c c o m p l i s h m e n t s ，t h ea u t h o rr e a l i z e s t h ew h o l es y s t e mf r a m ea n dt e s t si t n er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h i ss y s t e m i m p r o v e so ns e c u r i t y , a p p l i c a b i l i t ya n dm a i n t e n a n c ec o m p a r i n gw i t ht h e c u r r e n tn e t w o r ke d u c a t i o ns y s t e m k e y w o r d s ：n e t w o r ke d u c a t i o np l a t f o r m ，a u t h e n t i c a t i o nt e c h n o l o g y , 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南 大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。 作者签名：凰生：然日期：墨堕年月上日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根 据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：塑垄：笪导师签名 期：趁叠驷么 硕十学位论文第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 随着教育体制的改革，以及网络给人们生活带来的无比巨大的变化，使人们 相信未来的教育应该是基于网络的教育模式。同时，随着校园面积的扩大和越来 越多的校区的出现，教学行为受到地理位置的影响越束越明显，给教学带来了诸 多不便，这就更迫切地导致了网络教育模式的产生和发展。 本课题基于国家自然科学基金计算机网络分布式资源认证存取控制问题的 研究( 编号：6 0 1 7 3 0 4 1 ) 。 1 2 网络教育现状 以| ；i ，我国的远程教育系统主要是通过广播和电视。随着计算机网络技术的 发展和普及，远程教育系统也逐渐向网络教学的方向发展。 早期的远程教育系统主要是以函授、电视教育为主，信息流向是单向的，很 难保证教学质量，而现代的网络教学模式非常注重教学的交互性，不论教学双方 的距离有多远，老师和学生都可以进行实时交流，达到课堂教学的效果。因此现 今的网络教育系统大都在各门学科目的教学中得到了广泛的应用，受到了广大学 生和教师的好评，下面就是一些较为典型的代表。 ( 1 ) l o l 远程教育网( b 1 2 ；! 垡盟：! n i ! 塑d ! ：! 坐) ，r?。- 这是一个十分优秀的教育网站，该网站提供了丰富的教学功能，包括视频教 学，权限控制，在线课件播放等各种教学手段，具有良好的适用性，在教学方式 方面也比较接近于传统的教学，并通过多媒体手段使教学质量有所提高。 ( 2 ) 北京大学现代远程教育( h t t p ：w w w s m d e q k u e d u c n ) 该教育系统对师生之间的互动性给予了足够的加强，开设了聊天室可供学生 与教师在线进行交流。并且能够将每次答疑的记录进行整理并且打包保存，提供 硕+ 学付论文第一章绪论 给广大学生进行下载。 总观现今各种教育系统，无论是技术性还是实用性都做得相当优秀，大部分 的产品都是通过b s 模式或者c s 模式来进行远程教学的工作，其中主要的教育 方式主要有以下几种【2 】 ( 1 ) 基于校园网的v o d 视频点播网上授课系统 ( 2 ) 基于网络聊天室的远程学习系统 ( 3 ) 基于w e b 的网上考试系统 总的说来，这些教育系统都必须具备对不同使用对象的管理功能，主要的管 理内容有： ( 1 ) 学生对象的管理 学生作为受教育者，其进入远程教育系统学习，需经历从入学、学习、考试 到毕业的过程，与此相应，系统需对该过程中的每一阶段实施管理。 ( 2 ) 教师对象的管理 教师作为远程教育系统中教学活动的参与者，需由系统聘任后方可进行教 学，系统依据教学工作量及教学效果付给教师报酬，故对教师的管理涉及聘任、 注册登记、教学考核及报酬计算等环节。 ( 3 ) 系统后台的管理 系统后台管理主要有系统设置信息包括专业、课程、课件、各种费用、权限 的设置和调整，系统管理员需对注册账户、权限提供安全性管理及对数据库提供 编辑、备份、恢复等一致性管理。 1 3 新的需求以及面临的问题 随着i n t e r n e t 技术的不断发展，网络教育系统也从刚起步时作为传统教育方 式的补充一直发展到今天独立意义上的网络教育。规模有了惊人的发展。对教学 功能也提出了新的需求。其主要的功能需求有： 1 ) 网上考试题型的多样化 网上考试是学生检验自身学习成果的一种手段。多媒体技术的发展给网络提 供了丰富多彩的功能。用户也能够浏览到大量图文并茂的信息，但这一方面在网 络教学中的应用还并不广泛，例如现有的网上考试系统中往往是采用w e b 方式 进行发饰，由于w e b 方式本身的局限性，使得考试系统不能提供多种格式对象 的输入，导致用户输入的单一性，对非纯文本的输入显得无能为力。 2 硕十学付论文 第一章绪论 幻用户认证的安全性 考虑到网络教学的权威性，教学平台中许多模块都必须保证所有的参与人员 身份的真实性，而传统的简单口令认证方式存在着管理困难、安全性低、容易破 解等弱点，不能完全的确保所有参加人员的身份嘲，容易带来教育管理上的混乱。 3 ) 教师与学生交流方式的多样化 随着网络教育的普及，教师与学生之间需要更加实时的沟通与交流，同时还 需要对师生之间交流的过程进行有序的控制，并对交流的内容进行适当的整理和 提炼【2 】。 ： 1 4 解决的思路 要满足目前出现的网上教学系统的新的需求并解决上面提出的这些问题，必 须对现有的网络教育系统进行适当的改进并提供一些新的功能。其中最重要的就 是必须加强身份认证方面的功能扩展，改变原有的单一的口令认证方法，提供较 安全的认证手段。其次还需要解除在网上考试过程中用户只能输入文本这个限 制，允许用户能够在答题过程中插入丰富的对象( 如图片，公式等) 。同时，教 师与学生的交流应该更加实时化，并能有效的进行管理【4 】。 1 5 系统的总体结构框架 本课题拟设计并实现一个基于生物认证技术的网络教学平台。该平台对教学 系统的多个方面进行实现，并提供一系列的功能来方便师生之问的教学行为，同 时提供强大的安全保障。该网络教学平台的总体框架如下所示： 堡堂垡堡壅 ；：塑= 昱塾堕。o t # 一p “- _ _ - jq 目p 南，d 图卜1 网络教学平台总体框架 指纹管理系统 指纹管理系统分为指纹认证和指纹管理两大模块，分别肩负着不同的责任。 指纹管理模块负责对用户的指纹信息进行采集和管理，所有用户的指纹通过 指纹库管理系统存入数据库中，并同用户的个人信息相联系 指纹认证模块担负了各个子系统用户身份的确认工作，许多涉及到身份认证 的部分都必须采用指纹认证的方式来确定使用者的身份，使用网上考试系统：谪： 题库管理系统以及网上答疑系统的用户在获准访问数据库之前，都必须对使甩卷： 进行指纹识别。 ：，m 在本平台中，指纹管理系统起着维护平台安全的作用 试题库管理系统 试题库管理系统主要负责试题的录入和管理，将所有的试题按照科目、章节 和难度进行组织存储，并能够根据教师的要求自动将试题组织成试卷，为网上考 试系统提供考卷。 网上考试系统 网上考试系统是本教学平台中对学生学习情况进行评估的重要模块，它通过 试题库管理系统中生成的试卷对学生进行测试，并能够对整个测试过程进赁鹭餐。 和控制。 ：- 。：二：! ： 网上答疑系统 ，。一。 网上答疑系统为学生和教师之间的沟通提供了一个友好的平台，通过作者编 写的一个中间件，本系统能够实现答疑信息的无刷新显示，同时为了保证参加答 4 硕十学位论文第一章绪论 疑的教师身份的真实性，系统还在w e b 页面上嵌入了指纹识别模块来对教师的 身份进行认证。整个答疑过程采用即时聊天和基于主题两种方式来进行，既能体 现答疑的实时性，又能保证整个答疑过程的有序性。 1 6 涉及到的关键技术 要实现该基于认证技术的教学平台，作者主要采用了以下几个关键的技术： ( 1 ) 采用x m l h t t p 对象以及c # 反射技术实现服务端函数的动态调用技术 ( 2 ) 在w e b 浏览器中获取指纹信息并进行指纹认证过程 。 r ( 3 ) 采用m i d a s 实现三层结构的数据库访问， 1 7 论文的总体工作 本文首先介绍了网络教育系统的发展现状，提出了现有网络教育系统存在的 问题，同时提出了作者对于解决这些问题的思路，并介绍了作者开发的教学平台 的总体框架，并详细介绍了该框架中几个系统的在平台中所处地位以及它们相互 之问的关系。 作者在第二章首先对生物认证技术进行了简单介绍，然后结合本教学平台的 实际情况对指纹认证技术的应用方案进行了详细的分析，并提出了相应的解决方 案。 。 作者在第三章作者着重介绍了该教学平台的教师答疑系统部分的实现，并对 作者歼发的一个中问件x m l c a l l 的实现原理进行了详细的阐述。 在第四章研究了基于w o r d 的试题库管理系统的实现方案，阐述了试题库管 理的各个功能及其详细的实现流程，并引入了一种基于二项分布数学模型的自动 组卷方法。 第五章主要是介绍网上考试模块的设计及其实现，文章结合考试系统的实际 情况提出了采用m i d a s 来实现三层数据库的解决方案，并采用考试管理子系统， m i d a s 应用服务器，教师端系统，学生端考试系统以及教师阅卷系统五个模块来 共同完成网上考试的功能。 该平台目前已基本完成，仍有个别问题有待今后进一步改进优化。在本文第 六章结束语中对该平台的不足进行了总结，对进一步研究开发的方向进行了展 望。 硕十学位论文第一二章指纹认证技术在教学平台上的麻用 2 1 概述 第二章指纹认证技术在教学平台上的应用 生物特征认证技术以其唯一性、精确性、稳定性和易操作性成为保障数据安 全的有力手段之一，为了保障本教学平台数据的安全性和教学工作的权威性，本 教学平台是基于认证系统之上而设计的，在该教学平台中，对于每一个用户都必 须能够确定其身份以及权限，因此指纹认证技术在整个教学平台中的应用具有很 重要的意义。 2 2 生物认证技术简介 生物特征认证技术，又称生物识别技术( b i o m e t r i cl d e n t l f i c a h o nt e c i l n 6 1 0 毋譬 是指通过计算机利用人体所固有的生理特征或者行为特征来进行身份鉴定的赶 程【5 1 。可应用于认证的生物特征应具有普遍性、唯一性，可测性和稳定性：一 生物特征认证技术其他重要的技术指标还有：唯一性、精确性；识别速度； 易操作性；标准样板的数据大小；公众接受程度：性能价格比等等1 6 。 相对其他的生物认证技术，指纹识别的技术已比较成熟，操作起束比较简单 高效，是一种较为理想的身份认证技术，用指纹识别不仅具有许多独到的信息安 全优点，还具有很高的实用性、可行性【7 1 。用来进行用户身份认证非常合适。因 此，在本课题开发的远程教育中，采用了指纹识别这种生物特征认证技术，增强 了系统的安全性。 2 3 指纹仪硬件特征及编程接口 2 3 1 指纹仪的硬件特征 本系统采用的指纹仪是d i g i t a l p e r s o n a 公司的u a r e u2 0 0 0 光学指纹仪。 如图2 - 1 所示： 6 硕十学位论文第二章指纹认证技术在教学平台上的应用 图2 - 1u a r e u2 0 0 0 光学指纹仪 该指纹仪的主要技术指标如下： f r r a d d r e q u e s t h e a d e r s ( ”c o n t e n t t y p e ： a p p l i e a t i o n x w w w f o r m - u r l e n c o d e d ”) ： p h t t p f i l e 一 a d d r e q u e s t h e a d e r s ( ”a c c e p t ：木木”) ： 1 2 硕士学位论文第二章指纹认证技术在教学平台上的应用 将缓存内容写入到p h t t p f il e 中 p h t t p f i l e 一 w r i t e ( p b u f f e r ，d w b y t e s r e a d ) ： 发送请求 p h t t p f i l e 一 s e n d r e q u e s t e x ( d w f i l e s i z e ) ； ) 服务器端的a s p x 页面负责接收客户端提交的文件流，并将其保存至数据库。 在服务器端的守候进程从数据库读取文件信息，并对其进行识别，守候进程的代 码如下所示； u i n td o v e r i f y ( l p v o i dp p a r a m ) f 从数据库获取指纹信息 进行指纹识别，如果认证成功则返回用户的名称和指纹资料 rc=db a u t h e n t i c a t e ( g _ d b c o n t e x t ，u s e r i d ，n u l l ，d b u n k n o w n ， g _ f e a t u r e s ，n u l l ，n u l l ，& f i n g e r k e y ，& s c o r e ，n u l l ，& b l s v e r if l e d ) ： 将指纹信息存入数据库 安装了a c t i v e x 控件的网页如图2 - 3 所示，用户将手指放在指纹仪上以后就 能够自动进行指纹认证进行登录： 图2 - 3 安装了a c t i v e x 控件的登录页面 硕七学位论文第二章指纹认证技术在教学平台上的应用 数据库服务端的守候程序界面如图2 - 4 所示： 图2 - 4 服务端守候程序界面 守候程序定时访问数据库，检查是否有新的请求，如果有，则读出指纹信息 进行认证，操作完毕后将结果存回数据库。 2 5 小结 t 一十_ 本章详细介绍了指纹认证技术在教学平台上的实现方案，相对于常见的措绠 j 认证方式，该系统通过编写a c t i v e x 控件实现了指纹的认证过程，特别是在取拍 t 页面上的实现了指纹认证功能，扩大了指纹认证技术的应用范围。+ j 1 4 硕七学位论文 第三章教师在线答疑系统的研究与实现 3 1 概述 第三章教师在线答疑系统的研究与实现 教师答疑系统是教学平台中很重要的一部分，它通过网络的方式实现学生和 教师之间的交流，本章主要介绍基于x m l c a l l 的教师在线答疑系统的设计方案与 实现方法。其中y o v l l c a l l 是作者采用x m l h t t p 和反射技术结合开发的个中间模 块，用来实现客户端脚本和服务器端语言之| 日j 的相互通信功能。本答疑系统通过 w e b 的方式来实现，通过w e b 方式来实现具有发布容易，使用方便，便于维护的 特点。同时为了即时地反映答疑的情况，该系统必须能够实现数据的实时显示， 但为了防止网页的频繁刷新造成闪烁感，本系统将通过x m l c a l l 来完成与服务器 端数据的实时交互工作，实现无刷新的教师网上答疑系统。 -” 3 2 无刷新答疑系统的实现原理 3 2 1 硬刷新问题的提出 采用传统方式开发的w e b 页面在实现服务器端与客户端之间的通信时是采 用如下处理方式来解决的： 首先客户端浏览器向w e b 服务器发出页面请求，服务器接受请求后，将发回 客户界面所需的全部数据，包括查询结果以及图片。对于般的网页，这样一种 请求响应机制并不存在问题，但是对于那些对实时性要求高的w e b 页面( 如 聊天室) 来说，这种方式就存在着很大的冗余性。由于这些w e b 页面要求实时获 取服务器端同一类型的数据，这样一来，意味着大量同样的基本页面信息被重复 装载，这就是硬刷新问题。 如果在网上答疑系统中采用这种技术来实现答疑信息的动态更新，则不仅会 造成屏幕的不断刷新从而在客户端产生闪烁感，而且也会加重w e b 服务器的负 担。 硕士学位论文第三章教师在线答疑系统的研究与实现 3 2 2 硬刷新的解决方案 ) ( m l h 仃p 的引入 如果要完成一项不刷新某页而进行和服务器交互的过程，那应该怎么做呢? 常规来说，有以下几种方案： 1 ) 使用j a v a a p p l e t 作为中介和服务器交互。不过用户必须为这交互过程编 写j a v a 代码 1 0 - 1 1 1 。 2 ) 使用a c t i v e x 控件做中介。但是a c t i v e x 的权限太大，未一定能得到客 户信任。 3 ) 使用i f r a m e 把某个窗体隐藏，然后用传统的方法进行g e t 和p o s t 。不 过请求数据的发送和状态都非常难控制 4 ) 使用m s x m l 的x m l h t t p 来进行数据的传输。 5 ) 使用d o t n e t 的a s s e m b l y 来写客户端程序。不过这需要客户端安装： d o t n e t 组件。 为了能够实现系统较好的实时性，每一个用户的操作结果都要即时的为其他 用户看到，但如果采用传统的定时刷新方式，方面容易造成屏幕的刷新感，同 时也加大了网络流量。如果采用a c t i v e x 控件做中介又不一定能得到客户信任。 所以本系统采用x m l h t t p 来解决硬刷新问题，同时为了提高程序的保密性和执行 的速度，在服务器端采用c # 编写的类来对) ( m l h t t p 请求进行响应。 x m l h t t p 是m i c r o s o f t 开发的一个浏览器对象，是一种传送x m l 格式数据的 超文本传输协议，它上传的指令可以是x m l 格式数据，也可以是字符串，流，或 者一个无符号整数数组。还可以是u r l 的参数。它下达的结果前以是】【旺格簧： 数据，也可以是字符串，流，或者一个无符号整数数组【1 2 1 。 一1 ：彳： 由于x m l h t t p 是一种传输协议，其传输的数据格式x m l 语言已经是一个 实用的标准【1 3 1 6 】，在网络应用中具有十分重要的地位，所以无论是在客户端脚本 还是在服务器端语言都能够很好地被解释，引入x m l h t t p 对象对于解决客户端脚 本与服务器端语言通信问题具有很大的实际意义。 在本系统中，浏览器与服务器的通信采用微软m s x m l 解析器包中的x m l d o m 对象和x m l h t t p 对象，浏览器和服务器的数据传输采用x m l 格式的数据，使用 x m l d o m 处理x m l 数据。 服务器端的晚绑定技术 服务器获得客户端使用x m l h t t p 发来的函数调用请求后，必须根据客户端请 求调用的函数名和参数列表执行目标函数，这种调用方式属于晚绑定方式i 奄喙： 绑定方式中，函数的调用并不是在设计阶段就确定的，为了实现这一个功能l 笨i 1 6 硕士学位论文第三章教师在线答疑系统的研究与实现 系统用到了c # 中的反射技术。 反射技术是n e t 中获取运行时类型信息的方式，n e t 的应用程序由几个部 分：程序集( a s s e m b l y ) 、模块( m o d u l e ) 、类型( c l a s s ) 组成，而反 射提供一种编程的方式，让程序员可以在程序运行期获得这几个组成部分的相关 信息，例如：a s s e m b l y 类可以获得正在运行的装配件信息，也可以动态的加载 装配件，以及在装配件中查找类型信息，并创建该类型的实例1 1 7 - 2 0 1 。 t y p e 类可以获得对象的类型信息，此信息包含对象的所有要素：方法，构造 器、属性等等，通过t y p e 类可以得到这些要素的信息，并且调用之。 ；一 m e t h o d l n f o 包含方法的信息，通过这个类可以得到方法的名称、参数：返回 值等，并且可以调用之。诸如此类，还有f i e l d l n f o 、e v e n t l n f o 等等，这些类都 包含在s y s t e m r e f l e c t i o n 命名空问下。 反射的层次模型如图3 - 1 所示【2 1 1 ： 图3 - i 反射的层次模型 通过反射，应用程序可以提供如下功能： 1 ) 可以使用反射动态地创建类型的实例，将类型绑定到现有对象，或从现有对 象中获取类型。 2 ) 应用程序需要在运行时从某个特定的程序集中载入一个特定的类型，以便实 现某个任务时可以用到反射。 t 反射主要应用于类库，这些类库需要知道一个类型的定义，以便提供更多的 功能2 2 彩】。 通过综合采用这两种技术，作者最终设计了本系统的无刷新方案，其工作原 理如图3 2 所示： 2 4 - 2 习 1 7 硕七学位论文 箍三童! 塞师垄垡堡壁墨丝盟堕窒兰塞堡。： 客 服务器 户 服务器端采用 端端导入c # 编写服务器 脚的客户的接口端的类 太 端脚本函数 客户端脚本调 用 x m l h t u p 反射技术 调用 图3 - 2 无刷新教师答疑系统的工作原理 具体过程如下： 1 ) 在项目的w e b c o n f i g 文件中加入h t t p h a n d l e r 元素【2 6 。7 j ，定义h t t p 请求的处理方式为： p a t h = ”水a s h x ”v e r b = ”g e t ”t y p e = ”c h a t h a n d l e r f a c t o r y ， 这样，客户端发出的h t t p - g e t 请求将被定义为c h a t h a n d l e r f a c o r y 来 处理。 2 ) 在页面载入时，由服务器端向客户端导入一段j a v a s c r i p t 脚本，这 一段脚本根据服务器端的c # 类来进行生成的。里面定义了服务器端的类名 和静态方法列表。同时定义了向服务器端的服务页面发送x m l h t t p 请求的蘑： j 法。 + ：二： 3 ) 当客户端的脚本中输入s e r v i c e c l a s s m e t h o d l0 ( s e r v i c e c l a s s 为 服务器端的类名，m e t h o d l 为服务器端定义的方法) 时调用服务器端导入的 脚本进行x m l h t t p 请求的发送。 f u n c t i o ns e n d x m l h t t p ( a r g s ，t r u e ) v a tx h = c r e a t e x m l h t t p ( ) ： 用g e t 方法打开连接，u r l 指向服务页面 x h o p e n ( ”g e t ”，u r l + ”? t y p e = i n v o k e r a n d = + m a t h r a n d o m ( ) ，a s y n c ) 0 。，_ o b j e c t n a l l l e 为服务器端的类名 一：，1 。一 x h s e t r e q u e s t h e a d e r ( ”o b j e c t ”，o b j e c t n a m e ) ： m e t h o d n a m e 为服务器端的方法名 x h s e t r e q u e s t h e a d e r ( ”m e t h o d ”，m e t h o d n a m e ) ： s t r 为传入的参数经过x m l 格式化后的x m l 文本 硕士学位论文第三章教师在线答疑系统的研究与实现 x h s e t r e q u e s t h e a d e r ( x m l ，s t r ) ： x h s e n d ( ) ；1 1 发送， ) 4 ) 服务器端定义接收到请求后，首先分析h t t p 头，得到服务器端的静 态类名和方法名。再分析x m l h t t p 中的数据格式，获取参数。 5 ) 服务器端采用反射技术调用用户编写的类文件，传入参数，得到返 回值，回传给客户端 m s 是最终得到的结果的) q v i l 文本 c o n t e x t r e s p o n s e a d d h e a d e r ( ”c o n t e n t - l e n g t h , m s l e n g t l l t o s m n 9 0 ) ； 将结果写入h t y p 流传回客户端。 c o n t e x t r e s p o n s e b i n a r y w r i t e ( m s t o a r r a y 0 ) ； ： 6 ) 客户端接收回传的x 札信息，得到结果 x d 1 0 a d ( x h r e s p o n s e x m l ) ；其中x h r e s p o n s e x m l 为返回的文档 v a tr e s e l e m e n t = x d d o c u m e n t e l e m e n t s e l e c t n o d e s ( 乖) i t e m ( 0 ) ；。 v a rn l v a r s = r e s e l e m e n t s e l e c t n o d e s ( v a t ) ： f o r ( v a ri = 0 ：i o ，g 0 ，p + 可= 1 ，从而我们可： 以得到式( 4 - 2 ) ： 一 只= c p 0 一p ) i ， ( 由二项分布的特性可知其均值为 硕十学能论文 第四章试题序管理系统的设计与实现 q = n 。p ( 4 - 3 ) 根据4 一l 至4 3 式，我们可以将k 设为某一试题的难度等级，n 为总的难度 等级数目。从而函数只( _ i ) 就是难度为k 的试题在总题数中所出现的概率，这样g 就表示试卷的平均难度。 由于只( 后) 服从二项分布，从二项分布的曲线图我们可以发现，难度为k 的 试题在总题数中所占的概率随着k 值的增加而增加，当到达一个极大值的时候将 随着k 值的增加而减少，是一个“中间大两头小”的模型，符合一般的选题要求。 由于二项分布在k = o 和k = n 时只( | i ) 的值最小，几乎可以忽略不计，：为了防 止一些过于简单和过于困难的试题长期不被抽到，往往设定盯= 总的难度数+ 1 。： 这样一来，在本系统中，由于试题的难度总共有4 级，因此可以取竹= 5 ，由于平 均难度指标由教师设定，则q 值是已知的，可通过( 4 3 ) 式求得p 值，将其代入 ( 4 2 ) 式进行计算，就可求得各种难度等级在试卷中的所占的比例只( 后) ，然后计 算只( 女) 与试卷的总题量的积，从而可以得到不同难度的试题在试卷中应该占的 数量1 2 9 1 。 通过将试卷的平均难度由不同难度的试题在试卷中应占的比例表示后，就开 始设计试卷生成算法，为了综合考虑到这三项指标，故作者设计的试卷生成算法 采用首先初选，然后进行调整的方式来进行，算法的流程如图4 7 所示： 硕十学何论文第四章试题库管理系统的设计与实现 根据平均难度的数学模型来计算不同难 度试题所占的数量 i 置所有试题的标志为0 上 按照试卷中各题型的数量进行随机 抽题，并将已选的试题标志设为l f 按照试卷中对于各章节需要的试题量进行调整 i i 按照计算好的不同难度试题所占的比倒进行调整 图 1 - 7 自动组卷的流程 首先使用式( 4 - 1 ) 至1 j ( 4 3 ) 中提到的算法，根据试卷的平均难度计算出不同难度 的试题在试卷中所占的数量。然后根据教师在组卷时输入的信息，定义各个控制 变量：各类题型的试题量a ( o ( 由于试题库管理系统总共定义五种题型，：所隧 i = o 4 ) ，各个章节所占的试题量b ( _ ，) 以及各级难度的试题量c ( 七) ( 根据试题库 设定的难度等级，i = l 4 ) 。 在确定好三组控制变量以后，先按照各类型试题的试题量4 ( f ) 在各个题型的 数据表中进行随机抽题，确保首先满足各个题型的数量分御情况。 接下来，对于第一次初选的结果再按照各个章节所占的试题量口( ，) 进行调 整，从而使其满足试卷的知识点分布的要求。调整的过程如下图4 8 所示： 硕十学位论文第四章试题序管理系统的设计与实现 根据上一次随机抽 题的结果计算d j b ( j ) 孑 弘l l a 】【( b ( 珏n = m i n ( b j j l i 确定题数超出预定最多的章l l 节j 。和不足预定最多的章节j 。i l 。 从j 。中随机减去一题，再按照 原题型，从题库中向j n 中随机 抽取一题 j h 叱h 卅l i 念。 弋：7 l t + ll l 输出结果l li 图4 - 8 自动组卷中按章节调整流程 章节调整完毕后，随机抽题算法转到难度调整模块，确保各个难度等级的试 题在试卷中的数量能够符合平均难度的要求，难度调整的具体过程与章节调整基 本一致，在此本文不再赘述。 硕十学伊论文第四章试题库管理系统的设计与实现 经过一次初选和两轮调整以后，最终生成了满足用户三项指标的试卷，接下 来将试卷内容以及试卷的创建时间，创建者，和科目信息输入到数据库的 te x a mp a p e r 表格中进行保存，以供网上考试系统模块进行调用。 试卷的输出 试卷生成后，存放在te x a mp a p e r 数据表中备用，可以通过程序将所有的 试题按照教师设定的格式生成w o r d 格式的文档，并直接打印输串，系统提供工 一个t p a p e r p f i n t 类来完成这一工作。 4 4 5 系统日志管理模块 为了对用户对数据进行的操作进行监督，系统还提供了f 1 志记录功能，该同 志记录功能能够即时地记录所有用户针对数据库进行的操作，包括用户的登录时 日j ，在使用该系统的过程中对试题进行的查看、修改和添加，以及试卷生成等操 作。只志管理模块能够防止用户对试题库进行恶意的破坏，也能够为某些人为的 失误提供恢复的方案。 4 5 小结 。 + 本章详细介绍了试题库管理系统的各个功能模块和实现原理，并介绍了该系 统的手工出卷以及自动出卷的特点及其实现方法，该试题库管理系统利用了 w o r d 这个工具，解决了在试题中插入图片以及公式的问题，同时本系统采取的 自动组卷算法综合考虑了试题的分布情况、知识点的分布情况以及试卷的平均难 度，在实际应用中具有定的实用性。 4 1 硕士学位论文第百章三层数据库下的网上考试系统的设计与实现 第五章三层数据库下的网上考试系统的设计与实现 5 1 概述 本章主要介绍基于三层数据库下的网上考试系统的设计与实现方法。网上考 试系统是教学平台的重要组成部分，它从试题库中抽调经试题库管理系统生成的 试卷进行考试，并对整个考试过程进行监控和管理，同时还提供了考试后的试卷 ，一q ，_ 评阅和试卷分析的相关功能。 i ： i 5 2 多层分布计算( m i d a s ) 应用服务结构的解决方案 由于网上考试系统具有客户端数目较大的特点，随之而来的客户端维护工作 便成为实际应用的一个需要仔细考虑的问题，为此选择一个适合网上考试系统特 点的数据库架构已成为迫切需要解决的问题。 当前的多层分向计算应用服务技术是目前数据库应用发展的潮流，传统的客 户服务器( 二层) 的应用正朝着三层或n - t i e r 结构发展。 5 2 1 客户机服务器存在的问题 ii 十- ，l _ t 开发应用系统采用的最多的是客户机，服务器模式，这种技术已经相当的成 熟，而且使用这种结构的应用系统也执行的非常的平顺。在客户机朋艮务器结构 中通常是由客户端的机器执行应用程序，然后连接到后端的数据库服务器中存取 应用系统需要的资料。 硕+ 学位论文第五章三层数据库下的网上考试系统的没计与实现 图5 1 客户机服务器结构示意图 由于客户机服务器结构很适合一般的m i s 系统，只要应用系统的客户端数 目在2 0 0 个用户之内并且是在同一个区域中，那么客户机服务器结构在执行m i s 系统时便已经足够了。客户机服务器结构虽然能够平顺的执行一般的m i s 应用 系统，但是这种结构本身也包含了一些问题。客户机服务器结构的问题便在于 客户机, i l l 务器结构经常把应用系统的企业逻辑编写在客户端的应用程序之中， 因此当应用系统需要改变时，所有在客户端的应用程序都必须改变，这对于m i s 系统的维护来说成本实在太高了。此外许多应用逻辑的程序代码并不适合在数据 库之中执行，因为使用大量计算的程序代码会严重的拖累数据库的执行效率；z 本教育平台的后台数据库采用的是o r a c l e 数据库，如果采用客户机服务器 模式进行开发，每个客户端机器都必须安装o r a c l e 客户端，给实际的维护带来 很大的困难，另外，本网络考试系统被设计成一个能够同时提供多场考试的考试 平台，在某一个时刻具有的客户端连接的数目一般都会很大，而且以后考试系统 如果有改动的话，数百个客户端也必须全部重新安装，维护起来很不方便，考虑 到网上考试的实际情况，决定不采用传统的客户机服务器结构来作为本考试系 统的数据库连接方式。 5 2 2 使用应用程序服务器的分布式解决方案 为了解决这些问题，人f f