隨著計算機網絡技術和數據庫技術的飛速發(fā)展，高校的信息化建設進程日益深入，其中數字化校園建設成為其核心內容?？v觀全國各高校的數字化校園建設，大多以建設數字化網絡環(huán)境、數字化教學資源、數字化教學與學習環(huán)境、數字化管理手段和工作環(huán)境；實現數字化科研和管理；創(chuàng)建數字化生活空間；實現教育的信息化和現代化等為最終目標[1]。為推動數字化校園建設進程，創(chuàng)建數字化教學環(huán)境，開發(fā)出適用于多學科的計算機在線考試軟件系統(tǒng)。通過此軟件可以實現多學科網上在線考試，既能把教師從繁重的批閱試卷、復核試卷、試卷分析等工作中解放出來，又免去了印制紙質試卷、按考場分發(fā)試卷、紙質試卷保存等很多繁重工作，而且提高了試卷的保密性。
1 C/S模式的多層結構
C/S模式是一種普遍應用的網絡計算模式。傳統(tǒng)的C/S模式是兩層結構，在這種模式下，網絡中的計算機分為兩個有機部分：客戶機和服務器。服務器只負責各種數據的處理和維護，為各個客戶機應用程序管理數據；客戶機包含文檔處理軟件、決策支持工具、數據查詢等應用邏輯程序，通過網絡使用SQL語言發(fā)送、請求和分析從服務器接收數據。這是一種“胖客戶機(Fat Client)”、“瘦服務器(Thin Server)”的網絡結構模式。隨著C/S結構應用范圍的不斷擴大和計算機網絡技術的發(fā)展，這種結構的缺陷日益明顯，如系統(tǒng)的可靠性有所降低、缺乏靈活性、資源浪費嚴重、維護費用較高等[2]。
為解決這一問題，網絡計算模式逐漸從兩層擴展到N層，形成多層結構。在多層結構中把業(yè)務邏輯獨立出來，使得應用系統(tǒng)的開發(fā)模式變?yōu)橄旅嫘问剑?br />
(1)客戶端。只注重人機界面的設計，不必關心業(yè)務邏輯和數據庫的訪問，使開發(fā)大大簡化，并且使得原兩層結構的胖客戶機變成瘦客戶機。
(2)中間業(yè)務邏輯層。提供客戶端程序調用的業(yè)務邏輯規(guī)則，以完成其業(yè)務操作。當業(yè)務邏輯改變時，客戶端不必改變。
(3)數據庫服務層。提供對數據庫進行各種操作的方法，由中間業(yè)務邏輯層調用完成業(yè)務邏輯。
可以看出，在多層結構中，層次劃分不是物理上的劃分，而是結構邏輯上的劃分，即按應用目標劃分。如果客戶端要求響應速度很快，業(yè)務組件的體積較小，業(yè)務組件可以放在客戶端；如果業(yè)務組件包含大量對數據庫的操作，可以配置在數據庫服務器上，以減少網絡負載，提高運算速度；如果業(yè)務組件可供大多數客戶機程序訪問,則可以使用業(yè)務組件構成一個應用服務器，供大家訪問。由于多層結構的運行機制，使得多層結構具備以下優(yōu)點[3]。
(1)可伸縮性好?？砂磻靡蟛渴疬壿媽哟?，適應于本地網和廣域網。
(2)網絡效率高。通過合理布局，因網絡傳輸的數據量大大減少，網絡效率得到提高。
(3)可管理性強。客戶端基本實現“零維護”，主要管理工作集中在應用邏輯層，業(yè)務邏輯的修改對客戶端沒有影響。
(4)可重用性好。按可提供的服務構筑應用，每種服務可以被不同的應用再次使用。由于系統(tǒng)采用面向對象的組件構成，進一步增加了可重用性。
2 系統(tǒng)需求分析
數字化教學環(huán)境是學校數據化校園建設的重要組成部分。而數字化教學環(huán)境以建立網上教務管理系統(tǒng)、網上考試系統(tǒng)、網上答疑系統(tǒng)和網上討論系統(tǒng)等為主要內容。目前，已實現網上教務管理、網上答疑和網上討論目標。為實現網上考試目標，探索開發(fā)適用于多學科的計算機在線考試軟件系統(tǒng)成為關鍵。要開發(fā)出適用于多學科的平臺型計算機在線考試系統(tǒng)，首先對試題內容、試題形式、評分標準、試題數量、試卷分析等問題要進行周密的考慮，據此設計出一種能夠適用于多學科的平臺型試卷模板，在網絡環(huán)境正常運行的前提下，實現網上在線考試。通過該考試系統(tǒng)，完成自動抽取試卷、自動批閱試卷、自動回收成績、自動分析試卷、打印成績單等功能。針對軟件系統(tǒng)的功能和性能等實際需求，設計服務器開發(fā)環(huán)境采用安全性較高穩(wěn)定性較好的數據服務器SQL Server 2000，采用Windows 2003 Server 作為服務器操作系統(tǒng)，C/S結構前端采用Borland Delphi 7作為開發(fā)工具[4]。
3 系統(tǒng)功能設計
在需求分析的基礎上，確定計算機在線考試軟件系統(tǒng)包括服務器管理、學生管理、考試管理、題庫管理、自動閱卷、試卷分析和系統(tǒng)維護等功能，其軟件結構圖如圖1所示。
4 系統(tǒng)實現
由于軟件系統(tǒng)中的服務器要同時與大量的考試終端發(fā)生信息交互，為了避免由于服務器處理負荷過重而引起的系統(tǒng)崩潰，同時要保證整個系統(tǒng)在網絡環(huán)境中的安全性，設計采用C/S模式多層網絡計算模式。通過將任務合理分配到客戶端和服務器端，再充分利用兩端的硬件環(huán)境優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的整體數據處理效率并實現考試終端和管理中心的雙向通信。軟件系統(tǒng)客戶端運行時的主界面如圖2所示。
4.1 中間業(yè)務邏輯層設計
中間層服務器是系統(tǒng)設計的關鍵，在中間層上設計了大量的遠程方法供客戶端調用，這種方式稱為“瘦客戶機，胖服務器”模式。使用該模式，當客戶功能有所變動時，只需更改中間層上的方法，而不用重新分發(fā)客戶端。在Delphi7中使用DataSetProvider控件提供RPC服務，對于客戶端的每一個操作，都可以通過在中間層服務器中設計相應的方法實現[5]。在中間層設計的兩個主要方法如下：
(1)function ExeClientSql(const MySql: WideString): WordBool; safecall;
//執(zhí)行SQL的更新、插入、刪除等操作，返回是否成功;
(2)function GetClientData(const MySql: WideString): OleVariant; safecall;
//執(zhí)行SQL的查詢操作，返回查詢結果。
4.2 軟件系統(tǒng)的主要技術特點
(1)考試時由考生隨機抽題組卷，同時確保相鄰考生抽取不同的試題。實現該功能的存儲過程如下：
CREATE PROCEDURE cp_Paper_Sel
@tblDL char(20),
@MyPrior int,
@MyNext int,
@MyKM char(30)
AS
exec(′select top 1 套題編號,套題名稱 from tblcrecord where 套題編號 not in
(select 套題編號 from ′+@tblDL+′ where IP序號=′+@MyPrior+′or IP序號=′+@MyNext+′) and 科目名稱=‘’‘+@MyKM+’‘’and 是否抽取=′′是′′ order by newid()′)
GO
(2)IP安全技術:考試系統(tǒng)中將考試IP限定在某一區(qū)域內，如192.168.36.1到192.168.36.200，可以防止在考場外進行替考，同時在考試時通過“禁止未登錄考生參加考試”功能，在考生登錄之后進一步避免了場外替考現象的發(fā)生。此外，將考生考號和考生機器IP地址進行綁定，考生在考試過程中，只能在一臺計算機上答題，以防止考生之間相互換題等作弊行為。當考生登錄到考試系統(tǒng)以后，將考生機器IP地址寫入考生信息表以及登錄IP表，防止一個考號在兩臺機器上登錄。
//檢查是否同一IP登錄
with cds2 do
begin
Close ;
SQL.Clear ;
SQL.Add(′exec sp_Query_All:fldName,:tblName′);;
Params.ParamByName(′fldname′).Value :=′*′;
Params.ParamByName(′tblName′).Value:=
dm.tblDL+′ where登錄IP='''+dm.MyIP+''';
try
Open;
if recordcount<>0 then
begin
sMessageDlg(′警告′,′無效的考試請求！′,
mtWarning ,[mbOK],0);
exit;
end ;
except
raise ;
end;
(3)考試時間限制：考生第一次取題開始計時，到規(guī)定的時間結束，考生只有在該時間內可以取題，其他時間都不能取題，計時由服務器完成，同時，若考試過程中由于意外情況導致考試終止時，監(jiān)考老師可以通過輸入二次答題密碼的方式讓考生繼續(xù)答題，從而實現考生考試時間的公平性，又加強了試題的安全性。
(4)大量應用存儲過程，保障系統(tǒng)的快速反應和高效運行。例如，將考生抽取的試題加入到考試數據庫中的存儲過程：
CREATE PROCEDURE cp_Paper_Add
@tblKS char(20),
@MyNo char(10),
@Mynum char(20),
@Mytbl char(10)
AS
exec(′insert into′+@tblKS+′ (學生學號,套題編號,試題序號,試題內容,試題答案,試題分數,是否答題,套題名稱,考試科目,試題類型,學生分數,類別序號) select '''+@MyNo+''','''+@Mynum+''',試題序號,試題內容,試題答案,試題分數,′′否′′,套題名稱,科目名稱,試題類型,0,類別序號 from ′+@Mytbl+′ where 套題編號='''+@mynum+''')
GO
(5)數據加密功能。軟件系統(tǒng)中使用了關鍵數據加密和數據庫動態(tài)加密兩種技術。對于考試系統(tǒng)中的重要數據使用關鍵數據加密技術，如試題庫中的試題采用加密的方式存儲，用戶登錄時的密碼加密后保存到數據庫中,以免被他人獲取并泄漏。而用戶每次登錄數據庫時,系統(tǒng)都會自動修改數據庫密碼并進行加密存儲，這樣使得數據庫密碼具有不確定性，大大增加了數據庫的安全性，實現數據庫動態(tài)加密[6]。
(6)試題錄入功能獨立于主系統(tǒng)。將試題錄入功能與主系統(tǒng)分開，既保障了系統(tǒng)的安全性，又方便教師進行試題錄入。通過設置登錄賬號和錄入科目，限制教師只能在指定時間內根據指定的驗證碼錄入指定科目試題，增加了題庫的安全性。
采用C/S模式多層結構開發(fā)數據庫應用系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的C/S模式結構有著無法比擬的優(yōu)勢。該軟件系統(tǒng)主要采用了多層結構使得業(yè)務邏輯從客戶端分離出來，在最為關鍵的中間層上，設計了大量的遠程方法供客戶端調用，從而形成“瘦客戶機，胖服務器”模式，不但很好地實現了軟件系統(tǒng)的各項功能，而且簡化了程序設計，大大減少了網絡流量，從而提高軟件系統(tǒng)的運行效率、可維護性和整體性能。
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