（计算机应用技术专业论文）基于web的智能习题练习系统的研究与设计.pdf

太原理i ：人学硕十州究生”t 专论文 基于w e b 的智能习题练习系统的研究与设计 摘要 随着教学改革的进一步深入和课程建设的逐步完善，现代教育不仅和 计算机紧密结合，形成一门新的边缘学科计算机辅助教学，还势必和 i n t e r n e t 有机结合起来，开展远程教育。因此，探讨和研究基于w e b 的智 能习题练习系统，将具有特别现实的意义。传统的c a i 软件只是将面对面的 教学网络化，一般比较着重讲授学习内容，往往会忽视对习题的选取，不能 根据学生特定的学习情况选取适合每位学生的习题。此外，传统的评判方 法只是简单地判断学生做题的对错，不能充分反映学生对每个知识点的认 知水平属于哪种认知层次，是识记、理解还是应用等，所以传统的评判方 法不能全面地评价学生的学习情况。有鉴于此，开发一种基于w e b 的智能 习题练习软件，是很有必要的。 本文在自适应学习理论的基础上，采用j s p 、s e r v l e t 、m y数据库 等相关技术，给出了一个基于的智能习题练习系统的实现,s方qlweb案。系统 采用b s 模式，用户可以通过浏览器进行浏览，在系统控制下从浏览器中 检索或向服务器发送信息。同时，为了适应智能化、个别化教学的要求， 本文采用了一种能全面反映学生认知能力的学牛认知型模型，和基于该模 型的知识点认知水平值的智能抽题算法。算法根据该模型所反映的每位学 生的知识点实际认知水平，确定习题矢| i 识点范围等参数，然后以此为依据 从习题库中抽取满足要求的习题。当学生练习结束后，我们不是简单地评 判本次练习结果的对错，而是利用更新学生模型中认知能力值的方法来对 本次练习结果作出全面、合理的评价。本系统能客观、准确地评估学生的 学习能力和水平，提高学习效率，使学生对自己目前的学习情况有更具体 的了解，从而更好地指导学生下一步的练习。 本文阐述了智能习题练习系统的背景、概念和各功能模块，对网络环 l 太原卵1 人学颂卜研究q ：0 | f 一沦文 境下智能习题练习系统的组成、运行机制、可应用技术和具体实现进行了 分析和研究。介绍，整个系统的开发原理、总体规划、设计思想，实现的 需求分析，数据结构设计与实现，努力促使在线智能列题练习系统得以顺 利的实施。 关键词：c a i ，w e b ，自适应，智能，认知型模型 太原理1 人。予硕十缸丌究生。学侮论文 r e s e a r cha n dd e s i g n0 fi n t e l l i g e n t e x e r c i s ep r a c t l c es y s t e mb a s e d o nw e b a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e a c h i n gr e f o r ma n dc o u r s ec o n s t r u c t i o n ，an e w m a r g i n a ls u b j e c tc a l l e dc o m p u t e r a i d e dt e a c h i n gw a sf o r m e da l o n gw i t ht h et i g h t l i n kb e t w e e nm o d e me d u c a t i o na n dc o m p u t e r m e a n w h i l e ，t h er e m o t ee d u c a t i o n m u s tb ei m p l e m e n t e dw i t ht h el i n kb e t w e e nm o d e me d u c a t i o na n di n t e m e t t h e r e f o r e ，t h ed i s c u s s i o na n dr e s e a r c ho fi n t e l l i g e n te x e r c i s ep r a c t i c es y s t e m b a s e do nw e bw i l lh a v ee s p e c i a l l yp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e t h ef a c e t o f a c e t e a c h i n gc a nb ec y b e f i z e db yt h et r a d i t i o n a ls o f t w a r eo fc a ia n di t sk e y s t o n e f o c u so nt e a c h i n gs t u d yc o n t e n tw h i l et h ee x t r a c t i o no fe x e r c i s ew a s u s u a l l yb e n e g l e c t e da n dt h es u i t a b l ee x e r c i s ec a nn o tb ee x t r a c t e da c c o r d i n gt ot h es p e c i a l s t u d yc o n d i t i o n i na d d i t i o n ，t h es t u d yc o n d i t i o no fs t u d e n tc a nn o tb ee v a l u a t e d f u l l yb yt h et r a d i t i o n a le v a l u a t io nt e c h n i q u ef o rt h er e a s o nt h a tt h ee x e r c i s e p r a c t i c e db yt h es t u d e n tc a nj u s tb ej u d g e dr i g h to rw r o n gs i m p l ya n dt h e c o g n i t i v el e v e lo ft h ec o n n e rc a nn o tb er e f l e c t e de x a c t l y b a s e do nt h i s ，i ti s n e c e s s a r yt od e v e l o pa ni n t e l l i g e n te x e r c i s ep r a c t i c es y s t e m o nt h eb a s i so ft h ea d a p t i v el e a r n i n gt h e o r y , a ni m p l e m e n t a t i o ns c h e m eo f i n t e l l i g e n te x e r c i s ep r a c t i c es y s t e mw a sp r o v i d e di nt h i sp a p e rb yu s i n gt h e c o r r e l a t i o nt e c h n i q u es u c ha sjs p , s e r v l e t ，m y s q la n ds oo n ab sm o d ew a s a d o p t e di nt h i ss y s t e m t h eb r o w s ec a nb em a d eb yt h eu s e rw i t ht h eb r o w s e r a n dt h es e a r c hc a nb ec a r r i e dt h r o u g hf r o mt h eb r o w s e ru n d e rt h ec o n t r o lo f s y s t e m e v e nm o r e ，am e s s a g ec a nb es e n tt ot h es e r v e r a tt h es a m et i m e ，a s t u d e n tc o g n i t i v em o d e lw h i c hc a nr e f l e c tt h ec o g n i t i v ea b i l i t yo fc o n n e rf u l l y w a su s e da n da ni n t e l l i g e n te x t r a c t i o ne x e r c i s ea l g o r i t h mb a s e do nt h ed e g r e eo f i i l 太原j = f ! f 人学硕十 j j 究一f i 学协论文 k n o w l e d g em a s t e r e db yt h ec o n n e ro ft h i sm o d e lw a su t i li z e d t om e e tt h e r e q u i r e m e n to fi n t e l l i g e n ta n di n d i v i d u a lt e a c h i n g t h ee x e r c i s e s f i l l e dt h e d e m a n dw e r ee x t r a c t e df r o mt h ee x e r c i s ed a t a b a s ea c c o r d i n gt ot h ep a r a m e t e r s c o n f i r m e db yt h ea l g o r i t h mo nt h eb a s i so ft h el e v e lo ft h ea c t u a lk n o w l e d g e m a s t e r e db yt h ec o n n e rr e f l e c t e db yt h i sm o d e l a f t e rt h ep r a c t i c ef i n i s h e d ，a g e n e r a l a n dr e a s o n a b l ee v a l u a t i o nw a sm a d eb yu p d a t i n gt h ev a l u e o ft h e c o g n i t i v ea b i l i t y o ft h ec o n n e rm o d e li n s t e a do fj u d g i n gt h er e s u l t so ft h i s p r a c t i c er i g h to rw r o n gs i m p l y t h e ! e a r n i n ga b i l i t ya n dl e v e lo fc o n n e rc a nb e e v a l u a t e dr e a s o n i n g l ya n dt r u l yb yt h i ss y s t e m t h el e a r n i n ge f f i c i e n c yc a nb e e n h a n c e da n dt h ea c t u a ls i t u a t i o no fs t u d yc a nb ek n o w nc o n c r e t e l yb yt h e c o n n e rw h i c hc a ni n s t r u c tt h en e x tp r a c t i c eb e t t e r t h eb a c k g r o u n d ，c o n c e p ta n df u n c t i o nm o d u l e so ft h ei n t e l l i g e n te x e r c i s e p r a c t i c es y s t e mw e r ee l a b o r a t e da n dt h ec o m p o s i t i o n ，o p e r a t i o n a lm e c h a n i s m ， a p p l i c a b l et e c h n o l o g ya n ds p e c i f i cr e a l i z a t i o nu n d e rn e t w o r ke n v i r o n m e n tw e r e a n a l y z e da n dr e s e a r c h e di nt h i sp a p e r t om a k et h ea p p l i c a t i o no ft h eo n l i n e i n t e l l i g e n te x e r c i s ep r a c t i c es y s t e mm o r es u c c e s s f u l l y , t h ed e v e l o p m e n tp r i n c i p l e ， g e n e r a lp l a n ，a n dd e s i g nt h e o r yo ft h ew h o l es y s t e m ，t h ed e m a n da n a l y s i st o i m p l e m e n t e da n dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ed a t ac o n s t r u c t i o nw e r ea l s o in t r o d t i c e d k e y w o r d s ：c a i ，w e b ，a d a p t i v e ，i n t e l l i g e n t ，c o g n i t i v em o d e l l v 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 日期：塑竺! 圭兰旦 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为：目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 日期：皇塑坠占塑 导师躲隘翌隰鲨簦：笸：2 太原理i ：人学硕十研究生。子何论文 第一章绪论 1 1 系统研究的目的与意义 1 1 1 背景 计算机技术、通讯技术和其它电子技术等现代信息技术的应用，使人类知识迅速传 播和积累，从而使人们可以用更多的手段获取知识、利用知识，因而知识的增长速度在 信息时代极为迅猛，形成“知识爆炸”时代。信息技术的迅猛发展和广泛、深入地应用， 推动了各行各业的技术进步，带来了新技术革命的蓬勃发展，也向教育提出了严峻挑战， 推动着一次新的教育( 尤其是高等教育) 革命。 教育现代化的重要标志是教育思想、教育内容、教育手段与教育技术的现代化，在 众多的现代化教育手段和教育技术中，以计算机作为教学媒体，是目前较先进和最具活 力的一种教学手段。计算机辅助教学( c a i ) 是利用计算机和教学软件，通过学生与计算 机之间的相互作用达到教学目的的一种现代化教学手段。c a i 可以提高教学质量、效率 和效益，促进教学改革和教学理论的研究，实现因材施教的教学原则和教学组织管理的 科学化。 智能c a i 软件，称为i c a i 软件。对于教学软件而言，智能性主要表现在两个方面， 一方面是“因材施教”，对不同特点的学生提供不同的教学策略；另一方面是对学科知 识的融会贯通，能灵活运用数据库中已存储的基本知识解答学生的疑问，对学生进行辅 导。这种新型的软件，具有动态作图、交互构题、自动解题、交互解题、课件生成等多 种功能。在教育领域中有着非常美好的应用前景，如何在教育改革中发挥这种软件的作 用，将是具有丰富内容的研究领域。 1 1 2 系统研究目标 现在的课程体系在教学上存在以下几个特点： 1 要求有操作性、实践性 学生在上完理论课后需要通过大量的上机练习，才能理解和掌握所学的理论知识， 人原理i 人学硕- tr f i j l 究，i i 学何沦文 也j 能巩吲和提高所学知识的操作技能。区i 此课后练习是基础教学中非常重要的实践环 节，是理论教学的补充和深化。 2 教学内容多而教学学时较少 基于这种情况，现代教学应提倡“精讲多练”，在每个教学单元( 章) 结束后，应能 提供一些有针对性的练习题让学生课后练习，以巩固教学效果。通过练习达到一定的水 平后再去做知识点具有综合性的试卷，彳。会有一定的效果，否则就会事倍功半。 3 学生人数多而授课老师相对较少 仅仅掌握老师上课所讲例题是远远不够的，所以课后多做练习是非常必要的，但是 在实际的教学工作中，课章以外的辅导往往由于师资数量不足而难以丌展。即使是计算 机的实践课，也通常以大班上课，教师巡回于学生间进行“答疑”辅导，很难及时解答 学生在上机练习过程中产生的问题。 此外，目鲋大多数的智能组卷系统都是根据预先设定或人机对话的方式确定组卷要 求，按一定的组卷策略从题库中抽取满足要求的试卷【i 】【2 1 。然而，如果练习者只是想针 对某个掌握较差的知识点做有针对性的强化训练，传统的组卷算法很难实现。 鉴于现代教学存在的以上特点，为了适应智能化、个别化教学的要求，满足高校课 程教与学的需要，设计一个有助于学生课后练习的教学辅助练习系统就显得很有必要。 1 1 3 系统研究意义 在网络的基础上对计算机辅助教学应用的研究，一方面是为了检测学生每一阶段的 学习效果，并使学习中增加一些趣味性；另一方面是针对学生做习题的情况给予分析与 评判，使练习者能够正确地认识自己的学习水平，提高了练习者的学习兴趣和自学能力， 是种很好的辅助教学方式，这对计算机辅助教学的应用有很大的实际意义。此外还有 以下几点： 1 有效利用教育领域计算机资源的需要 目i 订我国计算机的j 爿j 有量同趋增长，但仅仅硬件的增长是不够的，必须有大量的软 件相适应。智能习题练习系统是一种基于w e b 的习题练习平台，用户随时可通过网络 使用本系统，而不受空问的限制，可为人们节约大量的时间。 2 教育管理理论和方法探讨的需要 在科技迅猛发展的今天，不仅要注意对教育理论的研究，还要对教育方法进行探讨， 太原理l ：人。孚硕十研究生。孚吖妒论文 要用符合时代要求的精神去改变传统的教育模式。 3 体现动态性，引起学习兴趣 与传统的书本练习不同，智能习题练习系统不仅仅能够给学生提供难度适中的习题， 而且能在做题过程中根据学生的做题情况，动念地调整习题难度。更重要的是，系统可 以在做完本轮练习后，给出合理的评价、建议和鼓励，增加了做题的趣味性，这使用户 感觉到做练习不再枯燥。 因此，研究智能习题练习系统适应现代教学模式，具有一定的理论研究价值和教学 实用价值。 1 2 国内外研究动态 计算机辅助教学正逐步成为教学改革的一项新内容和学校提高教学质量的重要手 段，充分发挥计算机辅助教学的优势，具有特别现实的意义。目前各国的教育机构都采 用c a i 技术，并把c a i 与专家系统结合起来，形成了新一代计算机智能化辅助教学系 统。 由于国外的网络教育开展时间较长，网络学习平台的开发处在一个领先的地位。从 早期提供电子书式的学习服务，发展到目前提供一定自适应的教学服务，例如 i n t e r b o o k 3 1 、t a n g o w l 4 1 、s m e x w e b 【5 1 等。其中s m e x w e b 网络学习环境提供了较多的 自适应学习功能，制定了教学任务、目标和一些白适应规则，具有学习内容自适应、内 容导航自适应等特点。美国一些知名的大学已开始进行智能型网络教学系统的研究工 作，开发出了一些智能相对较高的应用网络教学软件，建立了内容丰富的智能化教育网 站。此外，欧洲、f 1 本、加拿大等国家也纷纷投入人力、物力和财力从事这方面的研究。 我国计算机辅助教学系统的研究起步较晚，早期的研究主要集中在少数大学和研究 机构早进行。经过几年较大规模的研究与丌发，我幽c a i 的应用已较好地实现了利用文 字、声音、图形、动画和视频图像等对知识进行全方位、多角度和多种形式的表示和再 现，使教学内容表达的方式多种多样，增强了所学内容的生动性和真实性。现有的许多 c a i 系统已被市场所接受，并逐渐成为我国软件行业中一个不可忽视的领域，我国c a i 系统的研制和丌发也进入了一个相对平稳的阶段。如网梯公司开发的“网梯学习平台” 【6 1 ，可以提供学习、作业、测试等功能。部分高校白行或者和公司合作开发了一批网络学 习系统。在各试点高校的运行中，通过不断的修改完善，这些系统已经具备了网络学习 太j 泉理i ：人学硕。卜研究个，j ：f 论文 的常刖功能。 但是，目f j ，j 幽内的这蝗网络学习系统大多数部没有白适应的能力，缺少个性化的服 务功能，- - z 日, 匕z ，z k x r 的为学生的自主学习提供良女的服务。练习、作业和测试系统中的题 目多足事先放在w e b 页面上固定不变的，不论学生水平高低全部使用同样难度的习题进 行练习。对水平较低的学生来说，那些难度大的题目，根本无法作答，反而会引起学生 的焦虑；对高水平的学生来说，那些难度小的题目，又体现不出学生的真实水平，徒然 浪费精力，更加不能对每个学生根据练习结果进行精确地评价。并且大部分系统中的题 目参数是由教师直接给定，其准确性依赖于教师的经验值，而且在使用的过程不能根据 学生做题的情况得到实时的调整。 1 3 本文的章节安排 本文的组织结构如下： 第一章绪论。主要介绍了课题的研究背景及其来源。简要概述了对智能习题练习 系统的认识，提出了本文的研究目标和意义。 第二章相关理论及关键技术。根掘系统的设计目标，分析系统的功能，从系统的 体系结构入手对系统所采用的技术方案进行论述，最后对系统丌发中所采用的相关理论 和技术进行了介绍。 第三章系统分析与设计。本章主要介绍了系统的设计框架和各个模块的功能，同 时还列举了主要的数据库表。 第四章系统主要模块实现。本章介绍了习题练习模块的实现，同时介绍了自适应 理论和认知型模型在本模块中的应用。 第五章结束语。本章是全文工作的总结，指出了本系统的闪光点和不足，同时对 本系统研究和应用前景进行了展望。 太原理| _ 人学硕十研究生学位论文 第二章相关理论及关键技术 为了方便对本智能习题系统的认识和了解，本章将对系统所用到的主要相关技术一 一简要介绍。 2 1j 2 e e 体系结构 j 2 e e 是s u n 公司推出的一种全新概念模型，与传统的i n t e r n e t 应用程序模型相比， j 2 e e 架构有着不可比拟的优势，它定义了一套标准来简化n 层企业级应用的丌发，和 一套标准化的组件，并为这些组件提供了完整的服务。同时，这种模型在j 2 s e 上添加 了大量面向企业的特性和功能，以此简化企业解决方案的丌发、部署和管理等相关复杂 问题。它巩固了j 2 s e 中的许多优点，如方便存取数据库的j d b c a p i 、c o r b a 技术以 及能在i n t e r n e t 中保护数据的安全模式等。 2 1 1 三层体系结构 目前，分御式w e b 应用程序是最常见的一种应用程序。三层应用程序的出现早于 w e b ，但w e b 极大地改变了它们，因为分布式w e b 应用程序基于一些开放的与可广泛 接受的标准。它使用w e b 浏览器作为其用户界面，使用h t t p 协议与服务器进行通信。 建立w e b 应用程序的最佳方式是使之成为三层应用程序，从而i 弓妙地区分其三个 组成部分：用户界面，计算逻辑与数据存储。常见的体系结构有客户机服务器模式( 简 称c s 模式) 和浏览器服务器模式( 简称b s 模式) 。 1 c s 模式 在2 0 世纪8 0 年代中期信息系统的丌发出现了c s 分布式计算结构，发展到现在， c s 体系结构越来越成熟。目j 订，c s 体系结构是当今世界丌发模式构架的主流技术之 一，它是c l i e n t s e r v e r ( 客户服务器) 体系结构的简称，是一种：二层结构系统平台模式， 具有较强的交互性。它能够允分利用两端硬件环境的优势，将任务合理的分配到c l i e n t 和s e r v e r 两端，从而大大降低了系统的通讯开销。 由于c s 配备的足点对点的结构模式，所以只适用于局域网，如果要进行远程访问 还需要专门的技术，同时要对系统进行专门的设计来处理分布了的数掘。此外，在c s 气 太原理1 人。顾十研究，i 伊论文 模工中，客户端需要安装专用的客，_ 端软件。首先涉及到安装的工作量，其次任何台 电脑出问题，如病毒、硬件损坏，都需要进行安装或维护。此外，系统软件升级时，每 一台客户机需要重新安装客户端软件，其维护和升级成本非常高。 2 b s 模式 b s 是b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器n 务器模式) 的简称，是一种以w e b 技术为基础的 系统平台模式，它把传统c s 模式中的服务器部分分解为一个数据服务器与一个或多个 应用服务器( w e b 服务器) ，从而构成一个三层结构体系，简化了客户端，并采用h t t p 这一类运用于i n t e r n e t 的丌放性协议，其安全性只能靠数据服务器上管理密码的数掘库 来保证f ”。其结构图2 1 所示： 数据层 图2 1b s 模式三层体系结构示意图 f i g u r e 2 - 1b sp a t t e r nt h r e ea r c h i t e c t u r es c h e m a t i c 3 b s 模式优势 首先，简化了客户端。客户端只是个简单易用的标准浏览器，勿需像c s ( c l i n e t s e r v e r ) 模式那样，不同客，机安装5 1 , f i 的客户应用程序。各个用户在请求不同处理程序 6 i i 表示层 b r o w s e r i l jl h t t p i i l w e b 戍州稃序 i f 坛6 ：逻辑层s e r v e r d b i i i i s i d b d i ：千 太原理1 人学坝卜叫究生学何论文 时，只要其在权限范围内，即可通过h t t p 调用w e b 服务器，从l 币完成对数扼的查询 或修改，大大降低了对客户机的要求。也就是说：可以在任何地方进行操作而不用安装 任何专门的软件，统一的浏览器界面可方便用户的使用，系统的升级只需在服务器端完 成，从而减少了客户端的维护工作。所以系统的扩展非常容易。 其次，减少了网络丌销。在c s 两层结构中，客户机与数据库需进行多次交互爿能 完成每次的事务处理( t r a n s a c t i o n ) 。而在b s 三层结构中，事务处理是在应用服务器上 进行，所以数据的多次交互可限定在应用服务器与数据服务器之问，客户机的数据交互 只需要一次，这样就可以大大降低了通讯鼍，减轻了网络负载。 最后，由于b s 模式采用的是丌放的，经过标准化组织所确定的通信协议，所以可 以保证应用程序的通用性和跨平台性。 由于本系统面向的对象范围广，因而其设计与开发采用了b s 结构分布式应用程序 技术。只要能上网，用户就可以在线申请，通过内部的安全认证后，系统会自动分配给 用户个账号进入系统进行网上练习。 2 1 2 j 2 e e 多层应用体系结构 j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ( j 2 e e ) 是建立在j a v a 2 平台上的企业级应用的解决 方案，使用了一个多层的分布式的应用程序模型，提供了个很好的企业应用框架及解 决方法，但是它并非一个产品，而是一系列的标准。它提供了基于组件的、以应用服务 器为核心的多层应用体系结构，以及系统必需的可靠性、可扩展性、可管理性和安全性。 这就使得开发者能够将精力集中于特定领域的业务规则的组织上，而不用过多地关心那 些底层的复杂而又烦琐的系统级事项【8 】。 1 j 2 e e 的多层应用模型 j 2 e e 平台使用了一个多层的分布式的应用程序模型，它把多种分散到网络上的资源 和应用连接起来，为构造和管理、运行可伸缩的企业级业务应用提供了一系列的应用组 件平 1 一个运行环境9 1 。在其多层应用体系结构中定义了四个独立的层，应用软件构造在 这个框架之上，这四个层分别是：客户层、表现层、业务逻辑层和企业信息系统层，图 2 2 表示j 2 e e 典型的四层结构： 人垛删i 人学硕卜u 1 ：究i ：学何沦文 j 2 e e 戍圳柞序1 j 2 e e 戍川榉序2 _ _ _ - _ - 客户层 1 一 一i w e b 页面l l 业务层 l _ j _ - _ _ - _ _ 一 e i s 层i l 一 图2 - 2j 2 e e 的四层结构 f i g u r e 2 - 2f o u r s t o r yo fj 2 e e 客户端 机器 j 2 e e 服务器 数据库 服务器 下面分别介绍j 2 e e 应用程序的各层【i o j ： ( 1 ) 客户层( c l i e n tt i e r ) 客户层是用户角度的视图，主要负责把表现层的结果显示给用户以及响应用户的输 入。它可以是基于w e b 方式的，如静念h t m l 、a p p l e t s 等。也可以是基于传统客户机方 式的，如客户端专用的客户程序或软件。 ( 2 ) w e b 层( w e bt i e r ) w e b 组件是j 2 e e 体系的核心之一，可以是s e r v l e t 也可以是j s p 页面。s e r v l e t 是一个 j a v a 编程语言类，它可以动态地处理请求并做出响应；j s p 页面是一个基于文本的文档， 它以s e r v l e t 的方式执行，但是它可以更方便地建立静念页面内容。另外，w e b 层将用户 的输入发送给运行在业务层上的企业级j a v ab e a n ( e j b ) 来进行处理。 ( 3 ) 业务层( b u s i n e s st i e r ) j 务层也叫e j b 层或应用层，它由e j b 服务器f i e j b 组件组成。主要用来处理逻辑， 以满足金融、电信、银行、零售以及其它业务领域的需求，来实现企业级信息系统的业 务逻辑。一个b e a n 从客户端接收数据、处理，然后把数据送到企业信息系统层存储起来。 同样，一个b e a n 也可以从企业信息系统取出数据，发送到客户端程序。 太原理1 人学硕十研究生 何论文 ( 4 ) 企业信息系统层( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e mt i e r ) 企业信息系统层它可能是一个数掘库系统，也可能是企业的e r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c e sp l a n n i n g ) 系统、大型机事务处理系统( m a i nf r a m et r a n s a t i o np r o c e s s i n g ) 或 者其他遗留信息系统。j 2 e e 应用程序组件可能需要访问企业信息系统，例如当它希望获 得一个数据连接时。 2 1 3 j 2 e e 架构核心技术 j 2 e e 平台由一整套服务( s e r v i c e ) 、应用程序接1 5 ( a p i ) * - i 协议构成，它对丌发基于 w e b 的多层应用提供了功能支持。例如数据库连接服务、命名服务、事务服务、安全服 务、连接框架等。它们为基于j 2 e e 多层分布式应用的丌发提供支持，在应用中通过调 用相应的a p i 来使用这些技术。常用的关键技术如下： 1 j s p 技术 j s p 的全称是j a v as e r v e rp a g e ，是由s u nm i c r o s y s t e m s 公司倡导、许多公司参与 一起建立的一种动态网页技术标准；是j 2 e e 的一个关键技术；是在s e r v l e t 技术基础 上发展起来的；它可以让常规静态h t m l 与动态产生的内容相结合，看起来像一个 h t m l 网页，却作为s e r v l e t 来运行；是在服务器端编译执行的w e b 数据库系统应用程 序编程语言，其脚本语言采用j a v a ，完全继承了j a v a 的所有优点。从本质上晚，j a v a s e r v e rp a g e 是s e r v l e ta p i 的一个扩展。事实上， j s p 页面在处理请求之前都要编译 成s e r v l e t ，所以它具有s e r v l e t 的所有优势，包括访问j a v a a p i 。简单地说，如果你有一 个支持j s p 的w e b 服务器，并且有一个j s p 文件，你可以把它放到任何静态h t m l 文 件可以放置的位置，不用编译，不用打包，也不用进行c 1 a s s p a t h 的设置，就可以像访 问普通网页那样访问它，服务器会自动帮你做好其他的工作。 在一个j s p 文件第一次被请求时，j s p 引擎先把该j s p 文件转换成一个j a v a 源文件， 在转换时如果发现j s p 文件有任何语法错误，转换过程将中断，并向服务端和客户端输 出出错信息；如果转换成功，j s p 引擎调用j a v a 虚拟机的j a v a c 程序把该j a v a 源文件编 译成相应的c l a s s 文件，该c l a s s 文件也就是一个s e r v l e t 程序：然后创建一个该s e r v l e t 的实例，即j s p 引擎把该j s p 文件转换成为个s e r v l e t 。响应流程如图2 - 3 所示。其实 j s p 引擎本身也是一个s e r v l e t ，在j s w d k 或w e b l o g i c 中，它就是j s p s e r v l e t 。 太原婵 人。学硕f 。f l j f 究叶i 学f 专论文 图2 - 3j s p 文件的执行过程 f i g u r e2 - 3t h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so ft h ej s pd o c u m e n t 目前，构建网站的丌发工具越来越集中在几种典型的技术上，如：a s p ( a c t i v es e r v e r p a g e ，动态服务器网页) 、p h p ( p r o f e s s i o n a lh y p e r t e x t p r e p r o c e s s o r ，超文本预处理器) 及 j s p 。同a s p 、p h p 相比，j s p 是丌放的技术，同时还具有运行效率高、对数据库的支 持广泛、运行丌销小、开发效率高、安全性良好、内置支持x m l 、可伸缩性强、支持 多平台、支持多样化和功能强大的开发工具、强大的平台可移植性等优点，因而是作为 开发工具的首选。 2 j a v a b e a n 技术 为了分离页面中的h t m l 代码和j a v a 代码，可以单独编写一个类来封装页面的业 务逻辑。这种方式，不但提高了代码的复用率，而且将页面的显示逻辑和业务逻辑也区 分丌了。在j s p 技术中，负责完成业务逻辑的类，可以用j a v a b e a n 组件来实现。 j a v a b e a n 是使用j a v a 语言描述的、易用的、与平台无关的软件组件模型，用于设 计可重用的组件，有点类似于m i c r o s o f t 的c o m 组件概念，是j a v a 组件技术的核心。 在j a v a 模型中，通过j a v a b e a n 可以无限扩充j a v a 程序的功能，快速地生成新的应用 程序、易维护、实现代码重复利用。在j s p 程序中常用来封闭事务逻辑、数据库操作 等，可以很好地实现业务逻辑和前台程序( 如j s p 文件) 的分离、逻辑的封装、程序的 易于维护等，从而使得系统具有更好的健壮性和灵活性。实际上，j a v a b e a n 就是一个类， 太原理1 人半硕十伽究生学何论文 只不过这个类需要遵循些编码的约定。 一个标准的j a v a b e a n 具有以下特性： ( 1 ) 它是一个公丌的类。 ( 2 ) j a v a b e a n 有一个默认的构造方法，也就是不带参数的构造方法。因为类必须有 一个没有参数的构造函数，这个构造函数在使( j s p ：u s e b e a n ) 实例化j a v a b e a n 类时调 用。 ( 3 ) j a v a b e a n 内的属性都应该定义为私有的，那么这些属性只能通过j a v a b e a n 内 的方法访问或者改变，这样可以较好的保护数据的完整性和封装性。 ( 4 ) 属性通过s e t x x x 和g e t x x x 来操作。同时拥有s e t x x x ( ) 和g e t x x x ( ) 方法来让 外部程序设置和获取j a v a b e a n 的属性，只有g e t x x x ( ) 方法使之具有只读属性，只有 s e t x x x ( ) 方法使之具有只写属性。 3 j d b c 技术 数据库作为w e b 的应用和企业级应用是主要数据源之一，已经变得越来越重要。 早期对数据库的访问，都是调用数扼库厂商提供的专有a p i 。j a v a 语言推出后，为了在 j a v a 语言中提供对数据库访问的支持，s u n 公司于1 9 9 6 年推出了j d b c 。 j d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ，j a v a 数据库连接) ，是应用程序编程接口( a p i ) ， 描述了一套访问关系数据库的标准j a v a 类库。程序员可以使用a p i 连接到关系数据库， 执行s q l 语句，对数掘进行处理，是程序员和数据库打交道的主要途径。j d b c 在不 同的数据库功能模块层次上提供了一个统一的用户接口，为j a v a 程序员提供了独立于 特定的数据库系统而实现与网络数掘库互联的方式。j d b c 是j d k 2 0 的一部分，和 j a v a 语言一样，是独立于平台和数据库的。利用j d b c ，可以使用简单直接的方法完成 简单的数掘库任务，如基本查询，生成和修改。 用j d b c 连接数据库通常需要实现以下几个步骤：载入j d b c 驱动程序；定义连接 u r l ；建立连接；创建语句对象：执行数掘操作；处理结果；关闭连接。根据使用j d b c a p l 层在整个应用中所处的层次，可以把j d b c 的用法归结为三种模型。 ( 1 ) 两层应用模型 两层应用模型中，一个a p p l e t 或者一个j a v a 应用直接同数据库连接。这种应用模 型中客户机将s q l 语句发给本机的j d b c 驱动器，j d b c 驱动器再将用户的s q l 语 句传送给数据库，而这些语句的执行结果将被传网给用户。如图2 4 所示。 太原胛1 人。学硕f j 研究乍f 秒论文 数据库协议 图2 - 4两层应用模型图 f i g u r e 2 4t w o - t i e ra p p l i c a t i o nm o d e l ( 2 ) 三层应用模型 三层应用模型中，客户机只是访问业务逻辑层，而业务逻辑层再通过j d b c 访问 操作数据库。现在大多数的w e b 应用都是采用这种模型丌发和部署。如图2 5 所示。 h t t p 、r m i 等 卫一 图2 5 三层应用模型图 f i g u r e 2 5t h r e e - t i e ra p p l i c a t i o nm o d e l ( 3 ) 四层应用模型 将数据库访问从业务逻辑层进一步分离出来形成独立的一层，将这个分离出来的层 称为o r 映射层。客户机访问业务逻辑层，业务逻辑层再访问o r 映射层，最后o r 映射层通过j d b c 访问操作数据库。如图2 6 所示。 图2 - 6 四层应用模型 f i g u r e 2 6f o u r - t i e ra p p l i c a t i o nm o d e l 太原理i ：人孚：硕十研究t 学何论文 2 1 4j 2 e e 的优点 j 2 e e 平台具有很多优势： ( 1 ) j 2 e e 为企业级运算的许多领域设立了标准。 ( 2 ) j 2 e e 是一种可靠的技术投资。 ( 3 ) j 2 e e 是一种标准的丌发平台，从而避免了被一家厂商锁定。 ( 4 ) 在软件丌发过程中采用j 2 e e 能够缩短丌发周期，使产品尽快投放市场。 ( 5 ) 对于j a v a 程序员们，相对来说很容易就能学会基于j a v a 语言的j 2 e e 技术。所 有企业软件丌发都能够在j 2 e e 平台上，利用j a v a 语言完成。 ( 6 ) j 2 e e 增进了现存各种异构系统之间的互操作性。 这些都是本课题决定选用基于j 2 e e 平台进行开发的重要依据。 2 2 m v c 设计模型 在最初的b s 应用开发过程中，一般处理业务逻辑代码都嵌入在h t m