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(计算机应用技术专业论文)基于www的远程教学与考试系统.pdf.pdf 免费下载
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文档简介
摘要 摘要 随着计算机的普及、网络的发展、教学理论的更新,计算机辅助教学已由早期的 单机模式逐步向现代的、开放的、弹性的、基于i n t e m e t 网的远程教育迈进。信息时 代的教育是面向未来的教育,那么这种教育就应该具有创造性、多样性、开发性和个 性化的特点。我国今后教育发展层次的高低,与教育网络的建设与否息息相关。落后 的教学手段与封闭的教学模式,再也不能适应信息时代教育的需求。我国需要在现代 计算机技术基础上,建立起全方位、互动式交流的全新网络教育环境,为了赶上时代 进步的步伐,除此之外,我们别无选择。 本文致力于现代教学模式下新的教学与考试方式的研究与实践。首先,对现代远 程教育发展的背景以及其今后的发展趋势进行了简要的论述,并对在现代教学模式下 的新的教学理念进行了阐述。其次,本文论述了本系统所用到的设计理念及主要技术, 说明系统的具体研发过程,重点分析了考试子模块所涉及到的i r t 理论、试题库的建 设、j 2 e e 技术和d b 2 技术。最后,本文总结了整个系统已经实现的功能,并提出了 今后需要改进和解决的问题。 关键词:远程教育;j 2 e e ;s s h ;i r t :题库 a b s t r a c t a b s t r a c t a sc o m p u t e rt e c h n o l o g yw i d e l ys p r e a d sa n dn e t w o r kd e v e l o p sa sw e l l w h i c hu p g r a d e s t h ec o m p u t e r - a i d e de d u c a t i o ng r e a t l ya n dl e a d st oam o d e m ,o p e n ,f l e x i b l ea n d i n t e m e t - b a s e dw a y f u t u r ee d u c a t i o ni ni n f o r m a t i o nt i m e s ,f e a t u r e dc r e a t i v e ,v e r s a t i l e , i n d i v i d u a l i z e da n de a s i l yd e v e l o p e d ,w i l lb ec l o s e l yr e l a t e dt ot h ee d u c a t i o nd e v e l o p m e n t a n de d u c a t i o n a ln e t w o r kb u i l d - u p t h eo l da n dc l o s ee d u c a t i o n a lm e t h o dc a nn o ts u i tw i t l l t h ef u t u r ee d u c a t i o nr e q u i r e m e n t sa n ym o r e t h e r e f o r e ,b a s i n g0 1 1m o d e mc o m p u t e r t e c h n o l o g y , w en e e dt oe s t a b l i s haw h o l l yn e w , a l l - r o l ea n di n t e r c o m m u n i c a t i o n a ln e t w o r k e n v i r o n m e n t w ec a nd on o t h i n gb u tt h i s t h ea r t i c l em a i n l yi n d i c a t e st h er e s e a r c ha n dp r a c t i c ea b o u tt h en e we d u c a t i o na n d e x a m i n e dm e t h o d f i r s t ,t h ea r t i c l eg i v e st h es u m m a r ya b o u tt h eb a c k g r o u n da n df u t u r e t r e n do fl o n g - d i s t a n c en e t w o r ke d u c a t i o n , a n di n t r o d u c e st h en e we d u c a t i o n a lc o n c e p t c o r r e s p o n d e d s e c o n d ,t h ea r t i c l ed i s c u s s e st h ed e s i g nc o n c e p t , r e l a t e dt e c h n o l o g ya n d d e t a i l e dd e v e l o p e dp r o c e d u r e ,w h i c hi n c l u d e se x a ma n a l y s i sr e l a t e di r tt h e o r y , t e s t i n g d a t a b a s es e t u p ,j 2 e e ,a n dd b 2 t h i r da n dl a s t ,t h ea r t i c l es u m m a r i z e st h ef u n c t i o nt h a t t h es y s t e ma l r e a d yh a sa n df u t u r ep r o b l e mn e e dt ob es o l v e d k e y w o r d s :d i s t a n c ee d u c a t i o n ;j 2 e e ;s s h ;i t e mr e s p o n s et h e o r y ;i t e mb a n k 独创性声明 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和取得的研究成 果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果,也不包含为获得丕鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 学位论文作者签名:苏堤签字日期:泖多年矿月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫生盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授 权苤洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门 或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名;苏魂趁 导师签名: 签字日期:细6 年矿月叩日 ) 僻蘑 签字日期:锄6 年器月z 7 日 第一章绪论 1 1 远程教育的概述 第一章绪论 随着i n t e r a c t 的普及,计算机应用已从传统的单机模式运作转变为以全球互联网 w w w 为平台的新型应用服务模式。w w w 以其丰富的超文本信息( 图形、声音、动 画及影像等) ,统一的用户平台( 浏览器) 以及易用性得到了人们的广泛接受。计算机 辅助教学系统也面临着同样的变革,作为一种全新的对于现有学校教育的补充基 于w w w 的远程教育运用而生。远程教育是基于网络而发展起来的一门新兴学科,在 i n t c r n e t 上实现远程教育,就是以计算机网络为基础,教师通过网络把教学信息传给每 个学员,学生通过联网的计算机来进行学习和接受信息。它将形成一种主动的、协作 的、开放的学习模式,并充分考虑双向教学环境,采取有提问、有反馈、有交流的教 学方法【2 l 。 社会经济的发展对人的素质提出了更高的要求,同时也对高等教育的发展产生了 深远的影响。培养掌握高新技术的创新人才,建设终身学习体系是2 l 世纪高等教育发 展的方向。远程教育具有学习资源和内容广泛,不受时间和空间的限制的特点,因此 它更适用于成人教育、电大开放教育和继续教育等各类远距离教育的需要。 远程教育是二十世纪八十年代以来国际教育发展的重要趋势。随着飞速发展的信 息技术的不断应用,基于最新通信技术及i n t e r n e t 的现代远程教育所表现出的勃勃生 机正在引发着一场深刻的教育模式和教育观念的革命。无论是在我国还是在全世界, 现代远程教育已经成为教育工作者和科技工作者重点研究的课题。 1 2 远程教育的发展及现状 信息时代的教育,具有创造性、多样性、开发性和个性化的特点。信息时代的教 育发展层次的高低,与教育网络的建设与否息息相关。落后的教学手段与封闭的教学 模式,再也不能适应信息时代教育的需求。我国需要在现代计算机技术基础上,建立 起全方位、互动式交流的全新网络教育环境。教育正从校园和课堂的狭窄天地中、从 大学辖区和国家边界中解放出来走向更广阔的世界。国际互联网和其他通信设施的广 第一章绪论 泛应用使教育趋向全球化,诞生了许多新的机会。现在,教育可以通过各种通信媒体 和网络来提供,这必然引发从古老年代的课堂教学过程向通过同步或异步通信实现的 虚拟或分布式的教学的转变。其终极目标是使教育开放:向教育对象、教学时空、教 育观念和教学实践开放1 2 。 世界上各个国家都非常重视现代远程教育,美国作为信息技术高度发达的国家, 在现代远程教育方面进行了大量的研究和试点。全美1 0 0 多所著名大学将利用这一网 络开展远程教育,在美国许多学生是拖家带口的成人,因此这部分学生必然存在工作 不定时,经常外出等工作与定时上课学习的冲突,而现代远程教育突破了时间、地点 的限制,正好满足了这些人的需求,因此可以看出网络教育具有一些传统学校无法比 拟的优势【1 】。 中国的远程教育始于2 0 世纪5 0 年代初,经历了第一代以函授为主,基于邮政的 模式;第二代以广播电视教育为主的模式。随着计算机从单机到网络的发展、现代信 息技术和通讯技术在教育领域的应用,中国的现代远程教育已经进入第三代的发展阶 段甚于i n t e r n e t 网的网络教学模式。 我国的现代远程教育是在c e r n e t 建成后才开展的,党和政府非常重视远程教育 的发展,认为“现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型的教育方 式,它是构筑知识经济时代人们终身学习体系的主要手段。要充分利用现代信息技术, 在原有的远程教育的基础上实施现代远程教育工程,可以有效地发挥现有各种资源 的优势,符合世界科技教育发展的潮流,是在我国教育资源短缺的条件下办好教育的 战略措施,要作为重要的基础设施加大建设力度1 2 】。”随着中国市场经济体制的不断 深化,人们的生产方式、生活方式、思维方式乃至价值观念都在发生巨大的变化,同 时人们更新知识、接受继续教育、不断提高自身素质的要求也越来越迫切,这就对学 习方式灵活、适合在职者学习的教育形式也提出了新的要求。因此,大力发展现代远 程教育已成为中国教育改革和发展方面的一个必然趋势,这是与世界科技、经济和教 育的发展紧密联系的,也是与中国经济社会的发展紧密联系的,有利于我国科教兴国 战略的实施。 我国目前教育的重点是大力发展素质教育,提高全民族的素质仅仅依赖传统教育 手段是远远不够的,还必不可少地需要继续教育和在职教育。而目前实现继续教育和 在职教育的最佳解决方案就是现代远程教育。为加快我国教育事业的发展,推动教育、 为了解决下岗问题、再就业问题、转岗培训及人才培养等问题,就必须大力发展现代 2 第一章绪论 远程开放教育,形成开放式教育网络,构建终身学习体系的宏伟目标。 1 3 课题的主要研究内容 本文以天津市红桥区职工大学所承担的天津市广播电视大学远程开放教育资源建 设项目外国文学网络教学为背景,采用了j 2 e e 技术设计实现了个基于w w w 的远程教学系统,在一定程度上实现了远程教学的主动的、协作的、开放的学习模式。 本文主要工作可以归纳为以下两个方面: 教学模块:充分利用了现代教育学的基本原理和计算机的多媒体技术,尽可 能多的给学生以生动、充实的知识内容,实现了课程的基本教学任务。 考试模块:该部分主要功能有题库管理,基于经典测试理论的手动组卷,基 于题目反应理论系统自动组卷,学生在网上提交完考卷的系统自动评判,试 卷的管理等功能。 在整个系统中我主要承担了考试部分的设计工作,在该部分中充分利用了j 2 e e 技术,在实现过程中,充分运用现代软件工程的成果,引入j a v a 设计模式,使教学 系统具有与操作系统无关性、可移植性、可扩充性、易维护性等特点。 第二章系统设计理念 2 1 教学设计理念 第二章系统设计理念 传统的教学模式主要是以“教师”为主体,这种模式主要是以奥苏贝尔的“学与 教”理论为理论基础,它的优点是有利于教师主导作用的发挥,便于教师组织、监控 整个教学活动进程,便于师生之问的情感交流,有利于系统的科学知识传授,并能充 分考虑情感因素在学习过程中的重要作用。但其存在弊病的一面则是,教师完全主宰 课堂,忽视学生的认知主体作用,不利于具有创新思维和创新能力人材的培养。目前, 我国各级学校所采用的教学模式基本上是以“教师”为中心的教学模式l 即。 随着教育理论和先进技术的渗透,随着多媒体技术以及网络技术的日益普及,以 “学生”为主体的现代教学模式逐渐发展起来,它以建构主义的学习理论与教学理论 为理论基础。建构主义的教学理论要求教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动 建构意义的帮助者、促进者:要求教师应当在教学过程中采用全新的教育思想与教学 模式,彻底摒弃以教师为中心,强调知识传授,把学生当作知识灌输对象的传统教育 思想与教学模式;要求教师采用全新的教学方法和全新的教学设计l 。这种模式的突 出优点是有利于学生进行主动探索、主动发现,有利于创造型人材的培养。远程教学 模式就是在这样的环境中产生的,在网络所构建的远程教育环境中,一方面由教师组 织网上学习材料,进行网上学习的监督,采取科学的评价措施;另一方面让学生从被 动的参与学习过程过渡到主动的自主式的管理学习过程的状态,真正将学习者放在学 习环境和学习过程的核心地位上i l ”。 我们在开发本系统时力求形成一种“教师”与“学生”双向互动的新型教学模式。 一方面,发挥教师在教学过程中的主导作用,另一方面,体现学生在学习过程中的认 知主体作用,只有这样才能充分调动教师和学生双方在教学过程中的主动性和积极性。 2 2 考试设计理念 测验与评价是教学过程中一个十分重要的环节。计算机辅助测试,尤其是网络教 育考试是网络教育的有机组成部分,它在保证教学目标的实现,引导和督促师生的教 4 第= 章系统设计理念 学行为中起着非常重要的作用【2 5 】,特别是具有一定智能程度的计算机测试,不仅可以 帮助教师减少大量的重复劳动,而且还可以适时根据学生的答题情况自动调整题目难 度。目前,有两种成熟的测试理论即经典测试理论( c t t ) 和题目反应理论( i r t ) , 在本课题设计的考试模块中,既保留了已经相当成熟的以经典测试理论为依据的手动 组卷,又有目前较为流行的以题目反应理论为依据的自动组卷,因为这两种理论各有 千秋。下面分别介绍一下这两种理论。 2 2 1 经典测试理论( c l a s s i c a lt e s tt h e o r y ,简称c t t ) 自本世纪以来,经典测试理论一直是教育和心理测量工作的基础。该理论也被称 为真分数理论,它的基本思想是:每个个体都有某些无法直接观察的心理变量,它们 被称为“真分数”,我们可以用实际得到的、具有一定测量误差的“观察分数”作为真 分数的估计值,其数学模型为 观察分数= 真分数+ 误差即x = t + e( 2 1 ) 这是一个线性模型,它表示在观察分数和真分数之间存在着线性关系。该理论是 建立在如下假设基础之上的:真分数和误差相互独立;真分数和观察分数之间的关系 是线性的;不同测验的误差相互独立;不同被测对同一测验的误差相互独立;严格的 并行测验是存在的。由于这些假设与实际情形并不相符,因此,广大心理测量学家又 纷纷对此理论进行了修正,如:柏拉图模型,概化理论,强真分数理论等,但没有任 何一种理论从根本上解决了其信度和效度的矛盾,这是一个好的测验的可悲之处。 经典测试理论虽然有了较长的历史并取得了许多公认的成果,但它存在着许多无 法克服的技术问题,如:项目统计量依赖于测验所实施的考生样组;考生的测验分数 依赖于所施测项目的难度:完全平行的测验是很难实现的;经典测验理论不能提供不 同能力水平的考生是如何对项目作出反应的信息;经典测验理论假设对所有考生测量 误差的方差都是相等的,这显然也是难以满足的。 虽然经典测试理论存在着局限与不足,但它毕竟是二十世纪初提出,到五十年代 臻于完善的一种理论,自二十世纪二十年代传入我国,已有七十多年历史了,我国的 教育与心理测量工作者对此理论进行了深入的研究,形成了一套以真分数理论作为基 础的,较为完善的测验理论以及对题目和测验的进行统计分析的方法,这些统计分析 方法在计算上较为简单,意义上也明了直观,易于教育工作者理解和掌握,更促进了 它的应用具有普遍性,并且在我国对教育测验理论的大多应用中,是以经典测验理论 第= 章系统设计理念 作为理论和方法指导的,我国教育工作者在使用过程中,逐步加深了对经典测验理论 的认识,并在实践中不断形成和完善了一套适合国情的具体应用方法和应用原则,因 此,在本系统中还是保留了以经典测试理论为依据的手动组卷的功能。 2 2 2 题目反应理论( i t e mr e s p o n 辩t h e o r y ,简称i r t ) 1 4 , 5 1 任何一种测验理论都着眼于考生与测验之间的相互关系,都试图从可以观察到的 考生的测验分数去推测其潜在的心理特质。经典测验理论中运用的是线性模型,该理 论对建立试卷、考分转换与等值等均有一套较为完整的方法。但在此理论中考生分数 和题目难度有着密切关系,即题目难度是相对于考生而言的。如何使得题目参数稳定, 不受被测样本影响? 在这种背景下产生了题目反应理论( 亦称项目反应理论) ,该理论 采用非线性概率模型,以三条基本假设为基础, i p l 2 8 1 :单维性假设假定测验及测 量仅测验被测者的某一知识或能力;局部独立性假设被测者对某一测验项目的反 应只与该测试项目本身有关,而不受其他测验项目的影响;项目特征曲线假设一可 观察的被测测验得分与影响测验成绩的不可观察的内在素质,能力水平之间所存在的 关系,用“题目特征曲线”描述。 题目反应理论是建立在潜在特质理论基础之上的。题目反应理论认为,在认知测 量中,潜在特质指的是所要测的内在能力。因为一个人的行为举止就好像处于自身某 些心理品质的定量控制之中,所以,定量地估计个体在每一种特质上的位置,是心理 测量的任务。反过来说,用所估计到的特质量去预测和解释个体在相应情境中将会产 生的行为反应也是可能的。但是,由于心理特质的潜在性,在实践中给心理测试带来 了很大的困难,心理学家只能依据可观测变量来鉴别和定义这些特质,并希望能探明: 哪些特质所起的作用是重要的,哪些特质对人的行为发展产生重大影响,等等。要查 明潜在特质上的量数,以及这些量数所决定的个体行为发展是教育与心理测量的主要 目的之一。 在题目反应理论,一个项目的性质往往是由项目的参数来进行刻画的。项目的参 数由项目区分度、难度及猜测系数。采用不同的参数,可构成能力与参数间不同的数 学模型,常用的模型有:单参数模型、双参数模型和三参数模型1 2 3 1 。公式如下 2 0 l : 单参数模型:p ( p ) = i 石:i 而 双参数模型:p ( 口) = i i :i 而 6 ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) 第二章系统设计理念 三参数模型:p ( 口) = c + ( 1 一c i 南( 2 - 4 ) 其中:d = 1 7 0 2 :具有单位测度的因子 口:被测样本的能力值 2 :题目的区分度 b :题目的难度 c :题目的猜测系数 p ( p ) :能力为。的人答对此题目的概率,对于任意给定的题目,能力值低 的考生正确反应概率低( 接近猜测系数c ) ,能力值高的考生正确反应概率高( 接近确 定值1 ) 。 根据特征函数可画出题目的特征函数,图2 1 为典型的三参数模型的特征曲线: 答 对 概 室 一3 2 - 10i23 能力值 图2 - i 三参数模式的特征曲线 从图2 1 中可以看出: ( 1 ) 口参数:题目的区分度,即特征曲线的斜率,它的值越大说明题目对被测者的 区分程度越高。 ( 2 ) b 参数:题目的难度,即特征曲线中点( 答对概率0 5 ) 在横坐标上的投影。值 越大,题目的难度越大。 ( 3 ) c 参数:题目的猜测系数,即特征曲线的截距。它的值越大,说明不论被测者 能力高低,都容易猜对本道题目。 根据特征曲线,我们不难看出,题目答对的概率仅仅与特定的能力水平有关,而 7 第二章系统设计理念 与这一能力水平上的人数无关,因此无论由哪一组能力分布来决定试题的参数,其值 都是相同的,也就是说,试题参数的估计独立与被测样本,而能力参数的估计又独立 于试题样本。这就是题目反应理论的最大优越性:试题参数估计的不变性与能力估计 的不变性【2 2 1 。 题目反应理论同经典测试理论相比,还具有以下优点1 日: ( 1 ) 试题难易度的估计不因样本不同而不同。题目反应理论的题目参数估计是独立 于考生样本组的。根据题目反应理论的有关性质,题目反应理论的题目参数具有不变 性,而不管考生组的能力分布如何。 ( 2 ) 考生能力的估计不因测验改变而改变。题目反应理论在提供题目参数的同时, 提供了每一个考生在完成题目时的能力参数。这就使题目参数与考生的能力参数有效 地联系起来,克服了经典测试理论中题目参数与考生得分是在不同基础上求得的缺陷。 在这种条件下,就可以使考生能力发展水平的估计独立于对其所实施的题目组,从而 为对不同水平的考生实施题目不同的测验或设立自适应测验奠定了理论和方法基础。 ( 3 ) n 量误差的估计因考生程度不同而不同。利用计算得到的测验信息函数来估计 测验标准误差,并以此来作为区间估计,从而取代了经典测试理论中平行测试的信度 概念。由于题目信息函数和测验信息函数与个人有关,测验标准误差就会因人而异, 这就为准确地估计每个考生的能力水平提供了准确的信息,显然,我们可以通过增加 或减少测验题目来调整测量的精确度,这就为实施具有相同水平的、测量精度高的个 别测验提供了工具。 ( 4 ) 为多种形式测验的实施提供了更为完整的理论和方法。在题目分析和估计考生 能力的同时,可以得到题目信息函数和测验信息函数这两个统计量。有了这两个测验 信息量就为精确估计每个考生的能力水平,控制不同能力水平的考生的测量误差提供 了标准。这也为自适麻测验的实施提供了必要的实施条件。 基于题目反应理论的自适应考试是一种计算机智能化考试,它是近十几年来将计 算机技术应用于教育测量学并取得重大进展的考试方法1 2 7 1 ,在不预先设定考试题数 和考试时间的情况下,对考生的知识点掌握情况进行测试并作出评估。自适应考试系 统构建的一般原理:( i ) 初始题目的选定。没有考试之前,系统对被测者的信息是无知 的,因此,我们先从题库中按考试大纲要求按比例从各种知识点中抽取一组总难度适 中的试题,根据考生答题情况,初步估测考生的能力值口9 1 。( 2 ) 能力估计。此阶段是对 被测的能力做精确估计,正确估计被测者的能力是自适应考试顺利进行的前提。最常 3 第二章系统设计理念 用的方法是极大似然估计法 2 3 1 。( 3 ) 终止条件。通常以达到测试的最大容量作为测试的 终止条件,另外还可以以能力估计值达到预定的精确要求作为终止条件1 3 0 】。考试一般 原理是【6 】:首先从题库随机抽取一个中等难度的题目,若回答正确,则再选一个难度 系数更高一级的题目;若回答错误,则选一个难度系数更低一级的题目。当出现既有 答对又有答错时,则迭代计算考生的能力值。随后选取与考生能力值相适应的难度系 数的题目;此后,根据考生的每次作答情况,计算考生的能力值,并以此作为下次选 题的依据;当考生的答题信息值足够大时,考试便终止,考生的能力信息值反应了考 生的知识掌握程度。本系统的自动组卷功能就是以该考试原理作为基础,提供给学生 一种新的考试方式,避免了千篇一律的考试题目,一成不变的考试风格,设计实现一 款根据不同的学生,提供不同的考试题目,并且会根据答题情况自动调整题目的自适 应考试。 9 第三章系统中使用的主要技术 第三章系统中使用的主要技术 3 1 d b 2 数据库技术l d b 2 是i b m 公司的产品,起源于s y s t e mr 和s y s t e mr 。它支持从p c 到u n i x , 从中小型机到大型机;从i b m 到非i b m ( 1 i p 及s u nu n i x 系统等) 各种操作平台。 它既可以在主机上以主从方式独立运行,也可以在客户服务器环境中运行。其中服 务平台可以是o s 4 0 0 ,a i x ,o s 2 ,h p u n i x ,s u n s o l a r i s 等操作系统,客户机平 台可以是o s l 2 或w i n d o w s ,a i x ,h p - u n i x ,s u n s o l a r i s 等操作系统。 数据库服务器d b 2 数据库核心又称作d b 2 公共服务器,采用多进程多线索 体系结构,可以运行于多种操作系统之上,并分别根据相应平台环境作了调整和优化, 以便能够达到较好的性能。 3 1 1d b 2 核心数据库的特色 ( 1 ) 支持面向对象的编程:d b 2 支持复杂的数据结构,如无结构文本对象,可以对 无结构文本对象进行布尔匹配、最接近匹配和任意匹配等搜索。可以建立用户数据类 型和用户自定义函数。 ( 2 ) 支持多媒体应用程序:d b 2 支持大二分对象( b l o b ) ,允许在数据库中存取二 进制大对象和文本大对象。其中,二进制大对象可以用来存储多媒体对象。 ( 3 ) 备份和恢复能力。 ( 4 ) 支持存储过程和触发器,用户可以在建表时显示定义复杂的完整性规则。 ( 5 ) 支持递归s q l 查询。 ( 6 ) 支持异构分布式数据库访问。 ( 7 ) 支持数据复制。 3 1 2d b 2 数据库的优点 ( 1 ) 具有很好的开放性。d b 2 能在所有主流平台上运行( 包括w i n d o w s ) ,最适于 海量数据。d b 2 在企业级的应用最为广泛,在全球的5 0 0 家最大的企业中。几乎8 5 以上用d b 2 数据库服务器,而国内到9 7 年约占5 。 1 0 第三章系统中使用的主要技术 ( 2 ) 具有很好的并行性。d b 2 把数据库管理扩充到了并行的、多节点的环境。数据 库分区是数据库的一部分,包含自己的数据、索引、配置文件、和事务日志。 ( 3 ) 安全性能高。获得最高认证级别的i s o 标准认证。 ( 4 ) 性能较高适用于数据仓库和在线事物处理。 ( 5 ) 跨平台,多层结构,支持o d b c ,j d b c 等客户。 ( 6 ) 操作简单,同时提供g u i 和命令行,在w i n d o w s n t 和u n i x 下操作相同。 ( 7 ) 在巨型企业得到广泛的应用,向下兼容性好。风险小。 i b md b 2d w e ( 数据仓库版) 软件包中的许多工具都在先前的基础上得到了补 充完善,当然,一些“新鲜的血液”也被注入其中,成了i b md b 2d w e 的薪亮点。 d b 2 a l p h a b l o x 便是诸多新功能中的一员,它是一套基于j a v a 开发的分析组件。d b 2 a i p h a b l o x 支持标准的j 2 e e 应用程序开发模型,从而提供了可实现应用程序交付的 全面开发范例,这为应用程序开发人员提供了定制用户界面和添加自己商业及应用程 序逻辑的灵活性。通过d b 2a l p h a b l o x ,用户将获取功能强大的报表生成、图形化分 析、无限制的信息“钻取”等多种体验。同时,d b 2a l p h a b l o x 提供了各种模块化、 可再用的b l o x 组件,如数据存取b l o x 、窗体元素b l o x 、商业逻辑b l o x 和分析基础 设施b l o x 等,以便实现最高的可用性。其架构模型如3 1 图所示。 d 敝a y h a “o x 图3 - 1 呻2 架构模型 第= 三章系统中使用的主要技术 3 2m v c 模式0 1 哪 3 2 1 什么是模式 模式,即p a t t e r n ,其实就是解决某一类问题的方法论。你把解决某类问题的方法 总结归纳到理论高度,那就是模式。a l e x a n d e r 给出的经典定义是:每个模式都描述了 一个在我们的环境中不断出现的问题,然后描述了该问题的解决方案的核心,通过这 种方式,你可以无数次地使用那些已有的解决方案,无需再重复相同的工作。 3 2 2m v c 设计思想 m v c 模式是“m o d e l - v i e w - c o n t r o l l e r ”的缩写,中文翻译为“模式- 视图一控制器”。m v c 应用程序总是由这三个部分组成。事件导致控制器改变模式或视图,或者同时改变两 者。只要控制器改变了模式的数据或者属性,所有依赖的视图都会自动更新。类似的, 只要控制器改变了视图,视图会从潜在的模式中获取数据来刷新自己。m v c 模式最早 是s m a l l t a l k 语言研究团提出的,应用于用户交互应用程序中。s m a l l t a l k 语言和j a v a 语 言有很多相似性,都是面向对象语言,很自然的s u n 在p e t s t o r e ( 宠物店) 事例应用程序 中就推荐m v c 模式作为开发w e b 应用的架构模式。m v c 模式只是一种架构模式,其实 它还需要其他模式来协作完成。 视i 虱( v i e w ) 代表用户交互界面,对于w e b 应用来说,可以概括为h t m l 界面,但有 可能为x h t m l 、x m l 和a p p l e t 。随着应用的复杂性和规模性,界面的处理也变得具有 挑战性。一个应用可能有很多不同的视图,m v c 设计模式对于视图的处理仅限于视图 上数据的采集和处理,以及用户的请求,而不包括在视图上的业务流程的处理,业务 流程的处理交予模型( m o d e l ) 处理。 模型( m o d e l ) :就是业务流程状态的处理以及业务规则的制定。业务流程的处理 过程对其它层来说是黑箱操作,模型接受视图请求的数据,并返回最终的处理结果。 业务模型的设计可以说是m v c 最主要的核心。目前流行的e j b 和s s h 模型就是一个典 型的应用例子,它从应用技术实现的角度对模型做了进一步的划分,以便充分利用现 有的组件,但它不能作为应用设计模型的框架。它仅仅告诉你按这种模型设计就可以 利用某些技术组件,从而减少了技术上的困难。对一个开发者来说,就可以专注于业 务模型的设计。m v c 设计模式告诉我们,把应用的模型按一定的规则抽取出来,抽取 的层次很重要,这也是判断开发人员是否优秀的设计依据。抽象与具体不能隔得太远, 1 2 第三章系统中使用的主要技术 也不能太近。m v c 并没有提供模型的设计方法,而只告诉你应该组织管理这些模型, 以便于模型的重构和提高重用性。 业务模型还有一个很重要的模型那就是数据模型。数据模型主要指实体对象的数 据保存( 持续化) 。比如将一张订单保存到数据库,从数据库获取订单。我们可以将这 个模型单独列出,所有有关数据库的操作只限制在该模型中。 控制( c o n t r o l l e r ) 可以理解为从用户接收请求,将模型与视图匹配在一起,共同完 成用户的请求。划分控制层的作用也很明显,它清楚地告诉你,它就是一个分发器, 选择什么样的模型,选择什么样的视图,可以完成什么样的用户请求。控制层并不做 任何的数据处理。 模型、视图与控制器的分离,使得一个模型可以具有多个显示视图。如果用户通 过某个视图的控制器改变了模型的数据,所有其它依赖于这些数据的视图都应反映到 这些变化。因此,无论何时发生了何种数据变化,控制器都会将变化通知所有的视图, 导致显示的更新。这实际上是一种模型的变化传播机制。模型、视图、控制器三者之 间的关系和各自的主要功能,如图3 - 2 所示。 围3 - 2 模型,视图,控制器之间的关系和各自的主要功能 尽管m v c 设计模式很早就提出,但在w e b 项目的开发中引入m v c 却是步履维 艰。主要原因:一是在早期的w e b 项目的开发中,程序语言和h t m l 的分离一直难 以实现。c g i 程序以字符串输出的形式动态地生成h t m l 内容。后来随着脚本语言的 出现,前面的方式又被倒了过来,改成将脚本语言书写的程序嵌入在h t m l 内容中。 这两种方式有一个相同的不足之处即它们总是无法将程序语言和h t m l 分离。二是脚 本语言的功能相对较弱,缺乏支持m v c 设计模式的一些必要的技术基础。直到基于 j 2 e e 的j s pm o d e l2 ( 如图3 - 3 所示) 问世时才得以改观。 第三章系统中使用的主要技术 田j s pm o d e l 2 3 2 3m v c 的优点 ( 1 ) 实现一个模型的多个视图。 ( 2 ) 采用多个控制器。 ( 3 ) 当模型改变时,所有视图将自动刷新。 ( 4 ) 所有的控制器将相互独立工作。 这就是m v c 模式的好处,只需在以前的程序上稍作修改或增加新的类,即可轻 松增加许多程序功能。以前开发的许多类可以重用,而程序结构根本不再需要改变, 各类之间相互独立,便于团体开发,提高开发效率。 3 3j 2 e e 技术 3 3 1j 2 e e 基本概念 j 2 e e 是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 的缩写,中文通常把它叫做j a v a2 企 q p 版。j 2 e e 是s u n 公司提出的多层式( m u l t i - t i e r e d ) 、分布式( d i s t r i b u t e d ) 、基于组件 ( c o m p o n e n t b a s e d ) 的企业级应用模型( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o nm o d e l ) 。在这样的一个应 用系统中,可按照功能划分为不同的组件,这些组件又可在不同计算机上,并且处于 相应的层次中。j 2 e e 是一种利用j a v a2 平台来简化企业解决方案的开发、部署和管 理相关的复杂问题的体系结构。j 2 e e 技术的基础就是核心j a v a 平台或j a v a 2 平台 的标准版,j 2 e e 不仅巩固了标准版中的许多优点,例如“编写一次、随处运行”的特 性,方便存取数据库的j d b ca p i 、c o r b a 技术以及能够在i n t e r n e t 应用中保护数据 的安全模式等等,同时还提供了对e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 、j a v as e r v l e t s a p i 、j s p 第三章系统中使用的主要技术 ( j a v as e r v e rp a g e s ) 以及x m l 技术的全面支持。其最终目的就是成为一个能够使企 业开发者大幅缩短投放市场时间的体系结构。 3 3 2j 2 e e 的四层模式 j 2 e e 使用多层的分布式应用模型,应用逻辑按功能划分为组件,各个应用组件根 据他们所在的层分布在不同的机器上。事实上,s u n 设计j 2 e e 的初衷正是为了解决 两层模式( c l i e n t s e r v e r ) 的弊端,在传统模式中,客户端担当了过多的角色而显得臃肿, 在这种模式中,第一次部署的时候比较容易,但难于升级或改进,可伸展性也不理想, 而且经常基于某种专有的协议通常是某种数据库协议。它使得重用业务逻辑和界 面逻辑非常困难。现在j 2 e e 的多层企业级应用模型将两层化模型中的不同层面切分 成许多层。一个多层化应用能够为不同的每种服务提供一个独立的层,以下是j 2 e e 典型的四层结构( 如图3 - 4 所示) : 客户应用程序逻辑数据 ? “。j 。j 蕾t 蜗巍? 1 1 1 嚣“j 甏。泸”“7 叠i 谗h s e r t l e t - ,盟 i 1 。 几可幽,二- 辨 ,谚 j 8 答器j ? 台8 n燕体b m q 叶渗静 弦鬻扣 甘暴雎舞 圆 鹕息序列 国3 - 4j 2 e e 典型的四层结构 客户层组件:j 2 e e 应用程序可以是基于w e b 方式的,也可以是基于传统方式 的。 w e b 层组件:可以是j s p 页面或s e r v l e t s 。 业务逻辑层组件:该层的组件为e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ) ,是j 2 e e 的主要 内容。 圄圈圆 第三章系统中使用的主要技术 企业信息系统层组件:企业信息系统层处理企业信息系统软件包括企业基础 建设系统,例如企业资源计划( e r p ) ,大型机事务处理,数据库系统,和其它 的遗留信息系统。 与组件有关的术语是容器( c o n t a i n e r ) ,不同的组件运行在相应的容器中,一般来 说,j 2 e e 服务器会提供w e b 层和b u s i n e s s 层组件的容器。在客户机上,a p p l e t 运行 在浏览器这个容器中,独立运行程序就无所谓容器概念了,它可以直接在机器上运行。 3 3 3j 2 e e 的优势1 2 1 ( 1 ) 支持异构环境:j 2 e e 能够开发部署在异构环境中的可移植程序。基于j 2 e e 的 应用程序不依赖任何特定操作系统、中问件、硬件。因此设计合理的基于j 2 e e 的程 序只需开发一次就可部署到各种平台。j 2 e e 标准也允许客户订购与j 2 e e 兼容的第三 方的现成的组件,把他们部署到异构环境中,节省了由自己制订整个方案所需的费用。 ( 2 ) 可伸缩性:我们要选择一种服务器端平台,这种平台应能提供极佳的可伸缩性 去满足那些在不同系统环境中运行的各个客户。基于j 2 e e 平台的应用程序可被部署 到各种操作系统上。j 2 e e 提供了更为广泛的负载平衡策略,能消除系统中的瓶颈,实 现可高度伸缩的系统,满足未来远程教育扩展的需要。 ( 3 ) 保留现存的i t 资产:由于基于j 2 e e 平台的产品几乎能够在任何操作系统和硬 件配置上运行,所以用户现有的操作系统和硬件就能被保留使用。 ( 4 ) 高效的开发:j 2 e e 允许公司把一些通用的、很繁琐的服务端任务交给中间件 供应商去完成。这样开发人员可以集中精力在如何创建商业逻辑上,相应地缩短了开 发时间。 ( 5 ) 稳定的可用性:一个好的服务器端平台应该能全天候运转,以满足不同用户的 需要,j 2 e e 部署到可靠的操作环境中,支持长期的可用性。一些j 2 e e 部署在w i n d o w s 环境中,客户也可选择健壮性能更好的操作系统如s u n s o l a r i s 、i b mo s 3 9 0 。最健 壮的操作系统可达到9 9 9 9 9 的可用性或每年只需5 分钟停机时间。 3 3 4s s h 的轻量级j 2 e e 架构1 3 1 目前j 2 e e 较常见的两种架构为:重量级的e j b 和轻量级的s s h ,s s h 为轻量级 j 2 e e 架构s t r u t s ,s p r i n g 和h i b e r n a t e 的简称。业务需要重量级架构提供的企业服务, 但这种架构对于解决日常问题可能过于复杂,s s h 就是作为代替e j b 的一种轻量级 第三章系统中使用的主要技术 架构。 ( 1 ) s t r a t a 简介 s t r u t s 是一个免费的开放源代码的j 2 e ew e b 层的应用架构,它继承了m v c 的各项 特性,包括框架类、帮助类和定制的j s p 标签库,以及所有基于j 2 e em o d e l2 设计模式 的应用技术。我们说s t r u t s 框架是m v c 模式的体现,下面我们就从分别从模型、视 图、控制来看看s t r u t s 的体系结构。图3 5 显示了s t r u t s 框架的体系结构响应客户请求 时候,各个部分工作的原理。 图3 - 5s t r u t s 框架体系结构响应请求的工作原理 从视图角度( v i e w ) s t r u t s 应用中的v i e w 部分是通过j s p 技术实现的。s t r u t s 提供了自定义的标记库 可以使用,通过这些自定义标记可以非常好地和系统的m o d e l 部分交互,通过使用这 些自定义标记创建的j s p 表单,可以实现和m o d e l 部分中的a c t i o n f o r m 的映射,完成 对用户数据的封装,同时这些自定义标记还提供了像模板定制等多种显示功能。 从模型角度( m o d e l ) s t r u t s 为m o d e l 部分提供了a c t i o n 和a c t i o n f o r m 对象:所有的a c t i o n 处理器对 象都是开发者从s t r u t s 的a c t i o n 类派生的予类。a c t i o n 处理器对象封装了具体的处理 逻辑,调用业务逻辑模块,并且把响应提交到合适的v i e w 组件以产生响应。s t r u t s 提 供的a c t i o n f o r m 组件对象,它可以通过定义属性描述客户端表单数据。开发者可以从 它派生子类对象,利用它和s t r u t s 提供的自定义标记库结合| j 以实现对客户端的表单 数据的良好封装和支持,a c t i o n
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