基于校園一卡通平臺(tái)的便攜式課程考試管理系統(tǒng)研究

姜春梅，段渭軍，常華偉，張 慧

（1.西北工業(yè)大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710072；2.西北工業(yè)大學(xué) 軟件與微電子學(xué)院，陜西 西安 710072；3.西北大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，陜西 西安，710069）

基于校園一卡通平臺(tái)的
便攜式課程考試管理系統(tǒng)研究

姜春梅1，段渭軍1，常華偉2，張 慧3

（1.西北工業(yè)大學(xué) 電子信息學(xué)院，陜西 西安 710072；2.西北工業(yè)大學(xué) 軟件與微電子學(xué)院，陜西 西安 710072；3.西北大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，陜西 西安，710069）

數(shù)字化校園是教育信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文在分析考試管理發(fā)展現(xiàn)狀及其信息化需求的基礎(chǔ)上，研究了以校園一卡通平臺(tái)為依托、以PDA為移動(dòng)終端的便攜式課程考試管理系統(tǒng)，提出了該考試管理系統(tǒng)的框架，完成了功能設(shè)計(jì)，并探討了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

教育信息化；校園一卡通平臺(tái)；便攜終端；考試管理

一、引言

數(shù)字化校園是教育信息化的實(shí)體表現(xiàn)，是以校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的信息化手段和工具，將現(xiàn)實(shí)校園的各項(xiàng)資源數(shù)字化，形成的一個(gè)數(shù)字空間，使現(xiàn)實(shí)校園在時(shí)間和空間上延伸。[1]隨著校園網(wǎng)的普及和數(shù)字化校園工程的不斷深入，教務(wù)信息系統(tǒng)、OA系統(tǒng)等均已成功地應(yīng)用于高校教學(xué)管理中，從而使學(xué)校整體管理水平有了質(zhì)的飛躍。但考務(wù)信息化，尤其是考試過程管理信息化已成為高校信息化建設(shè)的難點(diǎn)與重點(diǎn)。以往的考試管理中，落后的紙質(zhì)準(zhǔn)考證驗(yàn)證考生身份的方式、單一的監(jiān)考方式和孤立的考場考務(wù)管理方式，使其難以滿足數(shù)字化校園發(fā)展的需要。考試管理規(guī)范化和信息化程度低，難以跟上高校信息化步伐。因此，研究一種采用先進(jìn)的信息技術(shù)和智能工具、經(jīng)濟(jì)有效的電子化考試管理方法是十分必要的。

校園一卡通平臺(tái)是數(shù)字化校園的重要組成部分，集身份識(shí)別、校園管理等各項(xiàng)校園服務(wù)為一體，為廣大師生員工的教學(xué)、科研、生活提供了極大的方便。[2]平臺(tái)將公共數(shù)據(jù)集中管理、全局共享，與其他校園子系統(tǒng)緊密結(jié)合，架構(gòu)了各種信息化應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用已十分廣泛。[3]智能終端PDA具有體積小、重量輕的便攜性和無線上網(wǎng)特性，且隨著CPU處理速度和內(nèi)存的不斷提升，其信息處理能力不斷增強(qiáng)。同時(shí)3G的推出標(biāo)志著移動(dòng)通信速率和資費(fèi)都進(jìn)入一個(gè)嶄新的歷史時(shí)期。因此開展基于校園一卡通平臺(tái)和PDA的應(yīng)用研究切實(shí)可行。

本研究的目的是基于校園一卡通平臺(tái)與PDA智能設(shè)備，構(gòu)建新型的便攜式課程考試管理系統(tǒng)，為監(jiān)考人員提供便捷可行的電子化考生身份認(rèn)證方式與數(shù)字化考場管理功能，提高考場工作效率和考試管理信息化水平，完善我校數(shù)字化校園環(huán)境。

二、考試管理發(fā)展現(xiàn)狀

目前，絕大多數(shù)學(xué)校仍然以紙質(zhì)準(zhǔn)考證來驗(yàn)證考生身份，這種身份認(rèn)證方式效率較低、精確度不高，替考等違紀(jì)行為時(shí)有發(fā)生；考試過程中的違紀(jì)記錄等考場實(shí)時(shí)信息均以紙質(zhì)資料的形式呈現(xiàn)，且考試結(jié)束后違規(guī)取證困難；監(jiān)考人員管理考場方式單一；考試過程管理與考務(wù)評(píng)估實(shí)時(shí)性差；考場考務(wù)管理孤立，沒有與數(shù)字化校園平臺(tái)融合。

隨著生物識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)，指紋識(shí)別作為基于人體生物特征的最成熟的身份識(shí)別技術(shù)，已被應(yīng)用到了考試身份認(rèn)證中，有效地克服了傳統(tǒng)身份認(rèn)證方式效率低、精確度不高等弊端，杜絕了替考違紀(jì)行為，提高了考試身份認(rèn)證的效度和信度。[4][5]但指紋識(shí)別系統(tǒng)的建設(shè)需要在考試前對(duì)考生的指紋信息逐一進(jìn)行采集，建立指紋圖像數(shù)據(jù)庫，并對(duì)指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理和提取指紋特征，技術(shù)含量高，圖像本身占用空間大，設(shè)備投資也較高，目前在考試身份認(rèn)證中沒有大規(guī)模普及。另外，指紋識(shí)別系統(tǒng)多是孤立的身份認(rèn)證系統(tǒng)，沒有與數(shù)字化校園平臺(tái)結(jié)合。電子化監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)化考場可對(duì)考生在考場的行為全程監(jiān)控，提供相應(yīng)的音視頻資料，將考場中的實(shí)時(shí)信息集中存檔管理，是考試過程管理的有效手段，但支持此系統(tǒng)正常運(yùn)行的軟硬件要求較高，系統(tǒng)建設(shè)的投資大、工程復(fù)雜，只有山東等少數(shù)省市考點(diǎn)建立；系統(tǒng)產(chǎn)生的信息量也特別大，不利于長期存儲(chǔ)和歸檔。[6][7][8]因此，充分利用高新技術(shù)和現(xiàn)有數(shù)字化條件，開發(fā)新型考試管理系統(tǒng)尤為重要。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.需求分析

基于校園一卡通平臺(tái)的便攜式課程考試管理系統(tǒng)旨在對(duì)考試過程規(guī)范化管理，為監(jiān)考人員提供數(shù)字化管理手段。系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：提供RFID（射頻識(shí)制）身份認(rèn)證機(jī)制，以有效防范替考等違紀(jì)行為；提供簽到管理機(jī)制，以記錄考場中考生的出入情況；提供違規(guī)記錄處理機(jī)制，準(zhǔn)確及時(shí)地記錄考生的作弊信息，以嚴(yán)肅考風(fēng)考紀(jì)；提供統(tǒng)計(jì)同步功能，將考試過程中的必要數(shù)據(jù)同步到數(shù)字化校園平臺(tái)的教務(wù)信息系統(tǒng)中，以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和有效性，提升考務(wù)管理信息化水平。

2.系統(tǒng)框架

系統(tǒng)框架如圖所示。PDA移動(dòng)終端和后臺(tái)服務(wù)器端UI界面，用于向用戶呈現(xiàn)信息和收集用戶輸入信息。

PDA終端：身份認(rèn)證模塊調(diào)用讀卡器讀出的數(shù)據(jù)，完成考生身份信息在PDA UI上的顯示；簽到管理模塊根據(jù)考生刷卡時(shí)間，完成考生入場時(shí)間和離場時(shí)間的收集；違規(guī)記錄模塊完成對(duì)輸入違規(guī)數(shù)據(jù)的基本處理；通信模塊實(shí)現(xiàn)PDA移動(dòng)終端功能模塊與后臺(tái)服務(wù)器邏輯處理模塊通信，通過調(diào)用服務(wù)器端相應(yīng)邏輯功能處理程序結(jié)果，完成身份認(rèn)證、過程管理等功能。

后臺(tái)服務(wù)器端：通信模塊接受PDA端的通信請(qǐng)求，并將相應(yīng)請(qǐng)求的邏輯處理模塊執(zhí)行結(jié)果返回給PDA端；服務(wù)器邏輯處理模塊完成各自業(yè)務(wù)操作，提供特定服務(wù)，如判定考生身份是否合法等；后臺(tái)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通過校園一卡通系統(tǒng)提供的第三方API，定期從一卡通數(shù)據(jù)中心下載黑白名單文件，同時(shí)與數(shù)字化校園平臺(tái)中的教務(wù)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相關(guān)信息進(jìn)行融合，建立系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式：在線運(yùn)行模式和離線運(yùn)行模式。實(shí)線框部分為在線運(yùn)行模式，左側(cè)虛線框內(nèi)為離線運(yùn)行模式。在線運(yùn)行時(shí)，PDA以有線網(wǎng)絡(luò)、WLAN、3G等方式訪問考試管理系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的提取和應(yīng)用，完成相應(yīng)功能。離線運(yùn)行時(shí)，先將相關(guān)數(shù)據(jù)從后臺(tái)服務(wù)器下載到PDA本地?cái)?shù)據(jù)庫，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，直接在本地?cái)?shù)據(jù)庫上完成身份認(rèn)證等系統(tǒng)功能。考試結(jié)束后，考試管理系統(tǒng)所有PDA終端與后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行連接，同步數(shù)據(jù)。后臺(tái)服務(wù)器再將最新數(shù)據(jù)同步到數(shù)字化校園平臺(tái)。

3.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能初步設(shè)計(jì)如下：

（1）身份認(rèn)證：考生在讀卡器上刷卡后，系統(tǒng)根據(jù)讀出的信息在當(dāng)前考場考生信息中查找。若考生進(jìn)入正確考場，PDA應(yīng)用程序界面將顯示出考生的姓名、照片、班級(jí)、學(xué)號(hào)、有無作弊歷史等信息。監(jiān)考人員據(jù)界面顯示信息驗(yàn)證考生身份；若考生刷卡后，在當(dāng)前考場考生信息中沒有此考生相關(guān)信息，系統(tǒng)將提示 “此考生不屬于本考場”等信息，避免考生誤入考場?？荚嚱Y(jié)束交卷時(shí)，再次刷卡，PDA應(yīng)用程序界面再次顯示考生相關(guān)信息，監(jiān)考人員據(jù)此信息核對(duì)考生試卷個(gè)人信息是否填寫正確。

（2）簽到管理：記錄考生進(jìn)入考場時(shí)間，交卷離場時(shí)間，考試中有無離開考場等信息；統(tǒng)計(jì)到場人數(shù)，據(jù)實(shí)際到場人數(shù)準(zhǔn)確發(fā)放相應(yīng)數(shù)目的試卷。

（3）違規(guī)記錄：為做到事實(shí)清楚、證據(jù)確鑿、程序規(guī)范，需要記錄考生考試違紀(jì)情況，系統(tǒng)提供以下選項(xiàng)：攜帶書籍、筆記等相關(guān)資料；攜帶通訊工具、電子用品；考前答題和考試結(jié)束后繼續(xù)答題；考場內(nèi)喧嘩；考試期間交頭接耳；替考；抄襲；交換試卷；其他違紀(jì)行為等；并提供照片、視頻等違紀(jì)證據(jù)；提供監(jiān)考人員對(duì)其的處罰建議，如輕微處罰、嚴(yán)重處罰、本場考試成績無效等。

（4）考場報(bào)時(shí)：系統(tǒng)提示考試時(shí)間，提示拆卷時(shí)間、發(fā)卷時(shí)間、開考時(shí)間和考試結(jié)束時(shí)間。

（5）黑名單：記錄有過考試違紀(jì)行為的考生信息；在身份認(rèn)證時(shí)，對(duì)于違紀(jì)行為特別嚴(yán)重、沒有考試資格者，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警聲。

（6）考試動(dòng)態(tài)：提供考試時(shí)間、考試科目、監(jiān)考人員、考場規(guī)則等考場實(shí)時(shí)考務(wù)信息。

（7）同步統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)考試過程中重要的考務(wù)信息，如統(tǒng)計(jì)沒有到達(dá)考場參加考試的考生和多次不按時(shí)到達(dá)考場考試、曠考的考生；統(tǒng)計(jì)違規(guī)記錄，以提供警告和處罰的依據(jù)，并與后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)同步。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

移動(dòng)終端操作系統(tǒng)為微軟Windows Mobile 5.0，數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2005 CE；后臺(tái)使用Windows Sever 2003操作系統(tǒng)、IIS服務(wù)器、SQL Sever 2005數(shù)據(jù)庫、移動(dòng)終端和后臺(tái)集成開發(fā)環(huán)境均使用Visual Studio 2005；開發(fā)語言為C#。目前僅針對(duì)系統(tǒng)離線運(yùn)行模式進(jìn)行開發(fā)，在線運(yùn)行模式是本研究的后續(xù)研發(fā)工作。離線運(yùn)行模式開發(fā)中需要解決的關(guān)鍵問題主要有：PDA本地?cái)?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、讀卡實(shí)現(xiàn)及PDA移動(dòng)終端與后臺(tái)服務(wù)器間的數(shù)據(jù)同步。

1.PDA本地?cái)?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

PDA終端存儲(chǔ)空間相對(duì)有限，但又必須存儲(chǔ)系統(tǒng)離線運(yùn)行時(shí)的必要數(shù)據(jù)，所以使用微軟專為移動(dòng)設(shè)備推出的輕型關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品SQL Server CE作為存儲(chǔ)工具。仔細(xì)分析校園一卡通系統(tǒng)和教務(wù)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，只取與考試相關(guān)的重要信息，并按3NF規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，目的是節(jié)省存儲(chǔ)空間，消除存儲(chǔ)異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量小，便于插入、刪除和更新，提高對(duì)關(guān)系的操作效率，同時(shí)滿足應(yīng)用需求。本地采用數(shù)據(jù)庫主要有考生信息庫和考務(wù)信息庫?？忌鷰毂４嫘彰?、照片、學(xué)號(hào)、違規(guī)歷史等考生基本信息；考務(wù)信息庫擬保存考試安排、考場分布、考場出入等考場考務(wù)相關(guān)信息。

2.讀卡實(shí)現(xiàn)

本校校園一卡通是MIFARE 1 S50射頻卡，其內(nèi)具有微處理器，內(nèi)置大規(guī)模集成電路和天線，工作頻率為13.56MHz。采用SDiD 1020射頻讀寫器來完成讀卡工作。

（1）S DiD 1020讀寫器及其工作原理

SDiD讀寫器是產(chǎn)業(yè)界第一個(gè)RFID讀寫安全數(shù)碼卡，基于標(biāo)準(zhǔn)SDIO接口，專為具備SD卡插槽的個(gè)人數(shù)位處理PDA、智能手機(jī)等手持設(shè)備而設(shè)計(jì)，為便攜終端提供RFID讀/寫能力。當(dāng)卡片進(jìn)入讀卡器工作區(qū)域內(nèi)時(shí)，讀寫器射頻模塊向卡片發(fā)射一組固定頻率的電磁波，與卡片內(nèi)部的一個(gè)同樣頻率的LC串聯(lián)諧振電路發(fā)生共振，從而使卡片內(nèi)部電容充電，通過卡內(nèi)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電荷向另一個(gè)電容存儲(chǔ)，當(dāng)積累電荷達(dá)到一定量時(shí)，即可以提供射頻卡工作電路電壓，發(fā)送數(shù)據(jù)信息。讀卡器感應(yīng)接收射頻卡的應(yīng)答信息，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶射頻卡上其他相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供處理。[9][10]

（2）卡片數(shù)據(jù)讀取

SDiD讀寫器可讀取兩種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡：15693標(biāo)準(zhǔn)和14443A標(biāo)準(zhǔn)。SDiD API中的WDIUtility::Change-Protocol（）函數(shù)可以完成協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換工作。SDiD API針對(duì)不同的射頻卡提供了不同開發(fā)包，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻卡的讀寫。但目前系統(tǒng)僅需讀卡數(shù)據(jù)，故只需其Read系列函數(shù)的支持。此外，每種射頻卡的Card Memory Model因卡而異，且有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)加密格式，為保證卡的安全性，加密格式均不對(duì)外開放，因此很難正確讀取卡內(nèi)數(shù)據(jù)。但每張卡出廠時(shí)都有唯一的生產(chǎn)序列號(hào)標(biāo)識(shí)，研究通過調(diào)用SDiD 1020 API中的Mifare1KCard標(biāo)準(zhǔn)包完成對(duì)一卡通序列號(hào)的讀取。

3.PDA移動(dòng)終端與后臺(tái)服務(wù)器間的數(shù)據(jù)同步

離線運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)PDA移動(dòng)終端數(shù)據(jù)與后臺(tái)數(shù)據(jù)間的同步，是完善考試管理系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。由于移動(dòng)終端和后臺(tái)服務(wù)器端均使用SQL Server數(shù)據(jù)庫，可以使用SQL Server 2005 CE內(nèi)置的合并復(fù)制（Replication）和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問（RDA）技術(shù)實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)同步。與合并復(fù)制相比，RDA是一種比較簡單的同步方法，但RDA有很多局限，如所支持的表、列的數(shù)目有限制、不直接支持雙向數(shù)據(jù)同步，也沒有完善的沖突檢測(cè)和解決的機(jī)制。[11]據(jù)系統(tǒng)需要，采用合并復(fù)制方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，所有類均位于名字空間System.Data.SqlServerCe下，主要涉及SqlCeReplication類的使用。

五、總結(jié)

校園一卡通管理已成為校園管理的重要手段。為滿足學(xué)?？荚嚬芾硇畔⒒枨?，本文以現(xiàn)有校園一卡通平臺(tái)為依托，構(gòu)建了有效實(shí)用的考試管理系統(tǒng)，對(duì)于提升考務(wù)管理水平，提高教學(xué)質(zhì)量有積極意義。隨著我校信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，該系統(tǒng)將在學(xué)習(xí)和考試管理過程中起到一定的積極作用。☉

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（編輯：楊馥紅）

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1673-8454（2010）05-0063-03