【摘要】數(shù)字化校園環(huán)境下需要提高當(dāng)前考場管理的信息化水平。該文在簡要分析研究可行性基礎(chǔ)上，研究了一種以PDA為智能便攜終端的“掌上”考場管理軟件，并針對PDA軟件開發(fā)中的相關(guān)開發(fā)技術(shù)和關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討與實(shí)現(xiàn)，完成了PDA終端的“掌上”考場管理軟件開發(fā)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化校園;考場管理;校園一卡通;智能終端PDA

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)03—0102—05

前言

數(shù)字化校園建設(shè)的不斷深入使學(xué)校教學(xué)環(huán)境與管理方式發(fā)生了極大的改變?？荚囎鳛樵u價學(xué)校教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的基本依據(jù)之一，是高校教育管理中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。而考場管理是考試能否順利實(shí)施的直接影響因素，其信度和效度的高低決定著考試管理工作的成敗?？紙龉芾碇杏袃纱蠓矫婀ぷ?考生身份認(rèn)證和考場過程管理。目前，許多學(xué)校仍然使用以紙質(zhì)準(zhǔn)考證來核對考生身份信息，以紙質(zhì)資料來呈現(xiàn)考場實(shí)時管理信息，這種考場管理方式難以滿足數(shù)字化校園發(fā)展的需要，弊端已經(jīng)凸顯。雖然部分學(xué)校使用了精確度較高的指紋識別身份認(rèn)證系統(tǒng)[1]和電子監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)化考場系統(tǒng)[2]，但其高昂的成本與復(fù)雜的工序使其難以普及。智能終端PDA(Personal Digital Assistant)由于體積小、功能強(qiáng)、容易攜帶等特點(diǎn)一直倍受青睞，且隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，其存儲能力和CPU處理能力不斷增強(qiáng);而“校園一卡通”作為數(shù)字校園的基礎(chǔ)性工程，集身份識別、電子消費(fèi)、書刊借閱等各項功能為一體[3]，應(yīng)用已十分普遍。因此，使用PDA智能終端設(shè)備，基于數(shù)字校園的一卡通平臺，構(gòu)建一種新型的“掌上”考場管理軟件，切實(shí)可行?！罢粕稀笨紙龉芾碥浖荚跒楸O(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。

一 “掌上”考場管理軟件設(shè)計

1 設(shè)計目的與設(shè)計原則

“掌上”考場管理軟件針對考場管理的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行需求分析和功能設(shè)計，并以實(shí)用、易用為根本設(shè)計原則，力求最大程度滿足考場管理的信息化需求，為監(jiān)考人員提供數(shù)字化管理手段，規(guī)范考試過程。在界面設(shè)計方面，針對PDA屏幕有限的特點(diǎn)，在界面中適當(dāng)放置控件，確保界面簡潔，此外，在程序設(shè)計上，盡量使多數(shù)信息自動顯示或智能關(guān)聯(lián)，以減少用戶用筆手寫輸入帶來的不便。同時，考慮到軟件的后續(xù)研發(fā)工作和不斷出現(xiàn)的新的信息化需求，可擴(kuò)充性和封裝性上做了設(shè)計。

2 軟件運(yùn)行環(huán)境

所有終端(PDA)都需要用到非接觸式讀卡器來完成對校園一卡通的讀取工作。終端通過調(diào)用讀卡器讀出的一卡通卡號，與一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，以驗證考生身份、完成違規(guī)記錄等功能。

PDA有兩種工作方式:一種是通過有線網(wǎng)絡(luò)、WLAN、3G、GRRS等通信方式實(shí)時訪問考場管理系統(tǒng)后臺服務(wù)器;另一種工作方式是事先將相關(guān)數(shù)據(jù)從后臺服務(wù)器下載到PDA本地數(shù)據(jù)庫中，考試時，直接在本地數(shù)據(jù)庫完成身份認(rèn)證等功能。考試結(jié)束后，再將所有PDA終端與后臺服務(wù)器進(jìn)行連接，將PDA本地數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)同步到后臺服務(wù)器。目前，本研究僅針對PDA第二種工作方式進(jìn)行軟件設(shè)計與研發(fā)。

考場管理后臺服務(wù)系統(tǒng)通過校園一卡通系統(tǒng)代理服務(wù)器，定期從一卡通數(shù)據(jù)中心下載黑白名單文件，同時與后臺中的考務(wù)信息進(jìn)行融合，提供應(yīng)用數(shù)據(jù)。

軟件運(yùn)行環(huán)境如圖1所示:

3 PDA終端功能設(shè)計

PDA軟件功能模型如圖2所示。主要具備以下功能:針對考前入場核對考生身份環(huán)節(jié)，提供RFID身份認(rèn)證功能，以有效防范替考等違紀(jì)行為;同時提供簽到功能，以記錄考生入場和交卷時間;考試進(jìn)行中，針對學(xué)生考試作弊，提供違規(guī)記錄管理功能，準(zhǔn)確及時地記錄考生的作弊信息;提供考中出入記錄管理功能，以準(zhǔn)確記錄考試中學(xué)生的出入情況;提供統(tǒng)計功能，對考生的缺考、遲到、作弊、考中出入情況進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計;考后數(shù)據(jù)同步功能，實(shí)現(xiàn)考試結(jié)束后將考試過程中的必要數(shù)據(jù)同步到數(shù)字化校園平臺中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時性和有效性。另外，針對離線運(yùn)行模式，提供考前數(shù)據(jù)同步功能，在考試前將本場必要信息同步到PDA終端中。

二 PDA操作系統(tǒng)及其開發(fā)技術(shù)

操作系統(tǒng)與為其服務(wù)的底層硬件設(shè)備共同構(gòu)成了操作平臺，不同的操作平臺支持不同類型的應(yīng)用程序，因而不同平臺下的應(yīng)用程序開發(fā)方法相差明顯。

1 PDA操作系統(tǒng)

目前最受歡迎的掌上電腦操作系統(tǒng)平臺分別有Palm OS和Windows Mobile系列。Palm OS是一套專為掌上電腦編寫的操作系統(tǒng)，起步較早，有獨(dú)立的Palm掌上電腦經(jīng)驗，但操作比較困難，新手難于上手。Windows Mobile是微軟為智能移動終端設(shè)備推出的開放操作系統(tǒng)，基于掌上型電腦類電子設(shè)備操作系統(tǒng)Windows CE核心改良而成，與其它移動設(shè)備操作系統(tǒng)相比，Windows Mobile內(nèi)置軟件功能豐富;與電腦同步便捷;并且用戶界面和風(fēng)格更接近桌面Windows系統(tǒng)，開發(fā)較為方便，更符合學(xué)校用戶實(shí)際。因此，“掌上”考場管理系統(tǒng)采用Windows Mobile系列操作系統(tǒng)開發(fā)。

2 PDA移動應(yīng)用級開發(fā)相關(guān)技術(shù)

Windows Mobile平臺開發(fā)主要包含兩方面:平臺級開發(fā)和應(yīng)用級開發(fā)。平臺級開發(fā)是指開發(fā)人員，特別是手機(jī)設(shè)備商，按照自己的需求來構(gòu)建或者定制全新的個性化的操作系統(tǒng);應(yīng)用級開發(fā)注重的是如何構(gòu)建能夠運(yùn)行在Windows Mobile設(shè)備上的應(yīng)用程序。本研究為面向用戶的應(yīng)用開發(fā)，因此，只關(guān)注應(yīng)用級開發(fā)的相關(guān)技術(shù)。微軟為移動設(shè)備應(yīng)用級開發(fā)提供了大量便捷的開發(fā)套件支持。

(1) NET CF

.NET Compact Framework是.NET Framework的精簡版(簡稱.NET CF)，專門為小內(nèi)存的移動設(shè)備而設(shè)計。.NET CF的類庫大部分都是.NET Framework類庫的子集，但另外還增加了一些專門為在資源有限的移動設(shè)備上運(yùn)行而設(shè)計的專有類。與.NET框架類似，.NET CF也有兩個主要組件:公共語言運(yùn)行庫(CLR)和.NET Framework精簡版類庫。

(2) Windows Mobile SDK

不同的Windows Mobile家族有不同的開發(fā)包支持，如SDK for Pocket PC與SDK for Smartphone。SDK一般包括相關(guān)的類庫文件、開發(fā)文檔和模擬器。其中Windows Mobile SDK中所包含的模擬器均為英文環(huán)境，若想使用簡體中文模擬器，還需在微軟官方網(wǎng)站單獨(dú)下載。

(3) 集成開發(fā)環(huán)境IDE與開發(fā)語言

Microsoft Visual Studio是一個基本完整的開發(fā)工具集，它包括了軟件整個生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代碼管控工具、集成調(diào)試器等[4]。并且有專門針對智能設(shè)備開發(fā)的項目類型，可以輕松地創(chuàng)建高效的智能設(shè)備應(yīng)用程序，還可將應(yīng)用程序自動部署到模擬器或移動設(shè)備上，是開發(fā).NET CF應(yīng)用程序的最佳IDE。此環(huán)境中可使用C#或Visual Basic.NET來創(chuàng)建基于.NET CF的移動應(yīng)用程序. C#是Microsoft專門針對.NET而引入的一種新的編程語言，簡單易用，功能強(qiáng)大，為.NET移動應(yīng)用開發(fā)中使用最多的一種語言，也是本系統(tǒng)開發(fā)使用的首選語言。

(4) SQL Server CE

SQL Server Compact Edition(簡稱SQL Server CE)是微軟推出的緊湊的關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，占用的磁盤空間只有3到5兆[5]，很適合嵌入到移動應(yīng)用程序和桌面應(yīng)用程序中。且能與Visual Studio 2005或其更高版完全集成。

研究采用的移動終端操作系統(tǒng)為微軟Windows Mobile 6.0，數(shù)據(jù)庫為SQL Server CE;系統(tǒng)后臺使用IIS服務(wù)器，SQL Sever 2005數(shù)據(jù)庫，Windows Sever 2003操作系統(tǒng)，移動終端和后臺集成開發(fā)環(huán)境使用Visual Studio2005，開發(fā)語言使用C#。

三 PDA客戶端開發(fā)中的關(guān)鍵問題及其解決方案

目前只僅針對離線運(yùn)行模式下PDA終端進(jìn)行開發(fā)，需要解決的關(guān)鍵問題主要有:多窗體間的導(dǎo)航關(guān)系、數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實(shí)現(xiàn)、讀卡流程實(shí)現(xiàn)、圖像信息與視頻信息的存儲等。

1 多窗體間的導(dǎo)航關(guān)系

與設(shè)計Web應(yīng)用類似，當(dāng)設(shè)計多窗體的移動設(shè)備應(yīng)用程序時，確定窗體的先后調(diào)用順序，設(shè)計窗體間的導(dǎo)航關(guān)系是一個非常重要的環(huán)節(jié)。圖3為本軟件的窗體導(dǎo)航圖。其中起點(diǎn)為主窗體，箭頭所指方向為被調(diào)用窗體。

.NET CF中有兩種方式可以完成窗體間的調(diào)用，Show方法和ShowDialog方法。前者將調(diào)用的窗體作為普通的窗體顯示出來，而ShowDialog方法則將調(diào)用的窗體作為模式對話框進(jìn)行顯示。二者的區(qū)別在于，對Show方法的調(diào)用立即返回，主窗體將繼續(xù)執(zhí)行Show方法調(diào)用后面的代碼;而對ShowDialog方法的調(diào)用將被阻塞，直到調(diào)用窗體被關(guān)閉為止[6]。本研究根據(jù)考場管理的實(shí)際情況，分別采用了兩種方法。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)運(yùn)行的堅實(shí)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計是對項目整體規(guī)劃的一個體現(xiàn)，其設(shè)計合理與否在很大程度上影響到系統(tǒng)運(yùn)行的效率和程序?qū)崿F(xiàn)，尤其是PDA終端存儲空間相對有限。因此在設(shè)計過程中嚴(yán)格遵守關(guān)系數(shù)據(jù)庫3NF規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。經(jīng)詳細(xì)分析，PDA端數(shù)據(jù)庫共用七個數(shù)據(jù)表，如表1所示。

3 讀卡實(shí)現(xiàn)

(1)卡內(nèi)數(shù)據(jù)讀取

我校一卡通是MIFARE 1 S50標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡，可采用SDiD 1020射頻讀寫器來完成對一卡通的讀取工作。SDiD讀寫器是產(chǎn)業(yè)界第一個RFID讀寫安全數(shù)碼卡，基于標(biāo)準(zhǔn)SDIO接口，專為具備SD卡插槽的個人數(shù)位處理PDA、智能手機(jī)等手持設(shè)備而設(shè)計，為便攜終端提供RFID讀/寫能力，工作原理如同一般射頻卡及射頻讀卡器的工作原理[7][8]。由于射頻卡的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，加密格式均不對外開放，因此很難正確讀取卡內(nèi)數(shù)據(jù)。但每張卡出場時都由唯一的生產(chǎn)序列號標(biāo)識，研究通過調(diào)用SDiD 1020 API中的Mifare1KCard標(biāo)準(zhǔn)包完成對本校一卡通序列號的讀取，以供程序調(diào)用。校園一卡通序列號讀取流程詳見圖4。

(2) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化

讀取出的一卡通卡號與我校校園一卡通中心數(shù)據(jù)庫存儲的一卡通卡號并不一致。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，由于CPU設(shè)計和存儲器設(shè)計的差異，對于同一個數(shù)據(jù)可能被存儲為高位在前或低位在前的不同數(shù)據(jù)，如4字節(jié)數(shù)據(jù)0xBCB40404，有可能被存儲為0x0404 B4BC。實(shí)踐證明，將讀出的數(shù)據(jù)做高低位轉(zhuǎn)化，即可與一卡通中心的卡號數(shù)據(jù)完全匹配。

4 窗體數(shù)據(jù)自動填充

讓數(shù)據(jù)自動填充、智能關(guān)聯(lián)的目的是盡量避免用戶輸入，以減少用戶用筆手寫輸入帶來的不便，滿足軟件易用、實(shí)用原則。實(shí)現(xiàn)窗體數(shù)據(jù)自動填充，主要使用了窗體間數(shù)據(jù)傳遞方法和.NET CF 的數(shù)據(jù)庫訪問對象DataSet、TableAdapter、BindingSource。

窗體間傳遞數(shù)據(jù)主要有三種方式:通過構(gòu)造器傳遞、通過事件傳遞和通過屬性傳遞。使用構(gòu)造器可以由主窗體向新窗體傳遞初始值，但在使用時很受限制，很難完成復(fù)雜的工作;通過事件傳遞數(shù)據(jù)，需要向窗體添加事件，定義事件參數(shù)類型和事件處理器委托，添加相應(yīng)的事件處理方法，是一種比較復(fù)雜的方法，使用時常與其它方法結(jié)合;通過屬性傳遞數(shù)據(jù)，是在窗體里添加一個或多個屬性，通過屬性賦值和讀取屬性值來完成數(shù)據(jù)的傳遞，是窗體數(shù)據(jù)傳遞使用最廣泛的方法，也是本研究實(shí)現(xiàn)窗體數(shù)據(jù)自動填充顯示的方法之一。

在.NET CF中，DataSet對象是應(yīng)用程序在內(nèi)存中存儲數(shù)據(jù)的對象，是移動數(shù)據(jù)庫和用戶控件間的橋梁;TableAdapter的作用是連接數(shù)據(jù)庫、執(zhí)行SQL查詢、并通過Fill方法，將查詢結(jié)果填充到DataSet中;同時，若DataSet中的數(shù)據(jù)有修改，TableAdapter的Update方法會將修改后的結(jié)果保存到移動數(shù)據(jù)庫中;使用BindingSource對象，將DataSet綁定到用戶控件上，同時通過提供多種屬性和方法已供使用。本研究中的窗體數(shù)據(jù)自動填充主要使用這套機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

5 圖像信息與視頻信息的存儲

本系統(tǒng)中的很多功能模塊如考生身份認(rèn)證、考中離場返回、交卷信息確認(rèn)都需要用通過刷卡顯示學(xué)生的照片。在違規(guī)記錄管理模塊中，有違規(guī)證據(jù)記錄一欄，如果有證據(jù)存在，還要上傳照片證據(jù)或是視頻證據(jù)。所以對于照片和視頻存儲也是本軟件開發(fā)中必須解決的問題。共有兩種存儲方案:一種是將照片信息或視頻信息通過Filestream類轉(zhuǎn)化為流的形式存入數(shù)據(jù)庫，當(dāng)從數(shù)據(jù)庫中讀取該信息時，將流讀出，再由Bitmap類轉(zhuǎn)化為圖片;第二種方案是將照片和視頻直接存放在文件夾里，通過SQL語句在數(shù)據(jù)庫里存路徑?？紤]到考試前后終端與后臺數(shù)據(jù)庫同步工作的需要，和學(xué)生的照片信息相對較小(一般不超過10K)，在開發(fā)中采用第一種方式存儲照片。而視頻流一般會比較大，在進(jìn)行流轉(zhuǎn)化的時候速度慢，在開發(fā)中采用第二種方式。

四 PDA終端成果展示

PDA端課程考場管理軟件部分運(yùn)行結(jié)果如下圖展示。

說明:截圖(1)為監(jiān)考教師的登錄界面截圖，其中的監(jiān)考時間、監(jiān)考科目等信息填寫時，教師只需要在其后對應(yīng)的下拉列表框中選擇即可，無需自己手動輸入。但教師簽名文本框，必須由教師本人手動填寫，以保證系統(tǒng)信息的有效性和安全性;監(jiān)考教師信息填寫正確后，即可進(jìn)入系統(tǒng)功能主界面，如截圖(2)所示;截圖(3)為核對考生身份時的考生身份認(rèn)證截圖。其中“溫馨提示”文本框用于顯示SDiD 1020讀寫器的狀態(tài)信息，如果讀卡器未插入PDA，此文本框會提示“請插入SDiD射頻讀卡器”;然后只要考生的一卡通在該讀寫器可識別的范圍內(nèi)，PDA界面上就會顯示學(xué)號、姓名、照片等考生相應(yīng)的身份信息，監(jiān)考教師可據(jù)此核對考生身份。

說明:截圖(4)顯示了對于違規(guī)情況的記錄界面，對于學(xué)號、姓名等學(xué)生基本信息，同樣可以刷卡顯示;教師也可以輸入學(xué)號后，點(diǎn)擊“操作”功能菜單的“據(jù)學(xué)號查找”顯示學(xué)生的姓名等基本信息;違規(guī)表現(xiàn)和處罰建議在其后下拉列表框中選擇即可;照片證據(jù)和視頻證據(jù)用于將教師拍下的學(xué)生作弊照片和錄下的視頻上傳到PDA本地數(shù)據(jù)庫里。同樣，在這個界面里，教師需要手動填寫的也只有一欄，即教師密碼。截圖(5)(6)分別為“考中離場記錄”截圖和“交卷確認(rèn)”對應(yīng)的截圖。其中教師簽名一欄需要教師手動填寫。

說明:截圖(7)為“考場情況統(tǒng)計”的主界面，點(diǎn)擊“詳情查看”按鈕會顯示對應(yīng)的詳細(xì)信息，遲到考生統(tǒng)計的詳細(xì)信息如截圖(8)顯示;違紀(jì)情況統(tǒng)計的詳細(xì)信息如截圖(9)顯示，其它統(tǒng)計界面與此類似。

五 小結(jié)

在分析考場管理信息化需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計并開發(fā)了有效實(shí)用的“掌上”考場管理軟件，對于提升考務(wù)管理水平，提高教學(xué)質(zhì)量都有積極意義。本文僅針對PDA終端軟件的開發(fā)進(jìn)行闡述，在后續(xù)研發(fā)工作中還將對后臺支撐部分的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行深入研究。

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The Design and Realization of Portable Examination Software

GONG Fu-he1 JIANG Chun-mei2 YAO Hong-jing3

(1.Department of Finance and Accounting， Northwestern Polytechnical University， xi’an，Shaanxi 710072， China; 2.Department of Electronics and Information， Northwestern Polytechnical University， xi’an，Shaanxi 710072， China; 3. Xi’an Modern Educational Information and Technology Center， Xi’an，Shaanxi 710000，China)

Abstract: Under the environment of digital campus， the informational level of examination management is needed to be improved. After analyzing the feasibility， based on packaged campus card and smart device PDA， the portable examination Software is initially constructed. And aimed in the PDA terminal， the critical technology and key issues in the software development are discussed and realized. At last the software of examination management on PDA terminal is completed.

Keywords: Digital Campus; Examination Management; Packaged Campus Card; Intelligent Terminal

編輯:山石