一、引言

        數(shù)字化校園是教育信息化的實體表現(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)實校園的各項資源數(shù)字化，形成的一個數(shù)字空間，使現(xiàn)實校園在時間和空間上延伸。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)的難點與重點。以往的考試管理中，落后的紙質(zhì)準(zhǔn)考證驗證考生身份的方式、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?？荚嚬芾硪?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。

        校園一卡通平臺是數(shù)字化校園的重要組成部分，集身份識別、校園管理等各項校園服務(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。平臺將公共數(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。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3G的推出標(biāo)志著移動通信速率和資費都進(jìn)入一個嶄新的歷史時期。因此開展基于校園一卡通平臺和PDA的應(yīng)用研究切實可行。

        本研究的目的是基于校園一卡通平臺與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)行為時有發(fā)生；考試過程中的違紀(jì)記錄等考場實時信息均以紙質(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)評估實時性差；考場考務(wù)管理孤立，沒有與數(shù)字化校園平臺融合。

        隨著生物識別技術(shù)的出現(xiàn)，指紋識別作為基于人體生物特征的最成熟的身份識別技術(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。但指紋識別系統(tǒng)的建設(shè)需要在考試前對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)字化校園平臺結(jié)合。電子化監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)化考場可對考生在考場的行為全程監(jiān)控，提供相應(yīng)的音視頻資料，將考場中的實時信息集中存檔管理，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)省市考點建立；系統(tǒng)產(chǎn)生的信息量也特別大，不利于長期存儲和歸檔。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、基于校園一卡通平臺的便攜式課程考試管理系統(tǒng)設(shè)計

        1.需求分析

        基于校園一卡通平臺的便攜式課程考試管理系統(tǒng)旨在對考試過程規(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)字化校園平臺的教務(wù)信息系統(tǒng)中，以保證數(shù)據(jù)的實時性和有效性，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移動終端和后臺服務(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PDAUI上的顯示；簽到管理模塊根據(jù)考生刷卡時間，完成考生入場時間和離場時間的收集；違規(guī)記錄模塊完成對輸入違規(guī)數(shù)據(jù)的基本處理；通信模塊實現(xiàn)PDA移動終端功能模塊與后臺服務(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。

        后臺服務(wù)器端：通信模塊接受PDA端的通信請求，并將相應(yīng)請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；后臺數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲和管理系統(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，同時與數(shù)字化校園平臺中的教務(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)后臺數(shù)據(jù)庫。

        系統(tǒng)有兩種運行模式：在線運行模式和離線運行模式。實線框部分為在線運行模式，左側(cè)虛線框內(nèi)為離線運行模式。在線運行時，PDA以有線網(wǎng)絡(luò)、WLAN、3G等方式訪問考試管理系統(tǒng)后臺服務(wù)器，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的提取和應(yīng)用，完成相應(yīng)功能。離線運行時，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，系統(tǒng)運行時，直接在本地數(shù)據(jù)庫上完成身份認(rèn)證等系統(tǒng)功能?？荚嚱Y(jié)束后，考試管理系統(tǒng)所有PDA終端與后臺服務(wù)器進(jìn)行連接，同步數(shù)據(jù)。后臺服務(wù)器再將最新數(shù)據(jù)同步到數(shù)字化校園平臺。

        3.系統(tǒng)功能設(shè)計

        系統(tǒng)功能初步設(shè)計如下：

        （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、學(xué)號、有無作弊歷史等信息。監(jiān)考人員據(jù)界面顯示信息驗證考生身份；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，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)此信息核對考生試卷個人信息是否填寫正確。
        （2）簽到管理：記錄考生進(jìn)入考場時間，交卷離場時間，考試中有無離開考場等信息；統(tǒng)計到場人數(shù)，據(jù)實際到場人數(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：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）考場報時：系統(tǒng)提示考試時間，提示拆卷時間、發(fā)卷時間、開考時間和考試結(jié)束時間。
        （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，對于違紀(jì)行為特別嚴(yán)重、沒有考試資格者，系統(tǒng)發(fā)出報警聲。
        （6）考試動態(tài)：提供考試時間、考試科目、監(jiān)考人員、考場規(guī)則等考場實時考務(wù)信息。
        （7）同步統(tǒng)計：統(tǒng)計考試過程中重要的考務(wù)信息，如統(tǒng)計沒有到達(dá)考場參加考試的考生和多次不按時到達(dá)考場考試、曠考的考生；統(tǒng)計違規(guī)記錄，以提供警告和處罰的依據(jù)，并與后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)同步。

        四、系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

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

        1.PDA本地數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與優(yōu)化

        PDA終端存儲空間相對有限，但又必須存儲系統(tǒng)離線運行時的必要數(shù)據(jù)，所以使用微軟專為移動設(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)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，目的是節(jié)省存儲空間，消除存儲異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量小，便于插入、刪除和更新，提高對關(guān)系的操作效率，同時滿足應(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。考生庫保存姓名、照片、學(xué)號、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）SDiD1020讀寫器及其工作原理：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。當(dāng)卡片進(jìn)入讀卡器工作區(qū)域內(nèi)時，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?，將電荷向另一個電容存儲，當(dāng)積累電荷達(dá)到一定量時，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，將對象標(biāo)識信息進(jìn)行解碼，將對象標(biāo)識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針對不同的射頻卡提供了不同開發(fā)包，實現(xiàn)對射頻卡的讀寫。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)。但每張卡出廠時都有唯一的生產(chǎn)序列號標(biāo)識，研究通過調(diào)用SDiD1020API中的Mifare1KCard標(biāo)準(zhǔn)包完成對一卡通序列號的讀取。

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

        離線運行時，實現(xiàn)PDA移動終端數(shù)據(jù)與后臺數(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)。由于移動終端和后臺服務(wù)器端均使用SQL Server數(shù)據(jù)庫，可以使用SQLServer2005CE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)有校園一卡通平臺為依托，構(gòu)建了有效實用的考試管理系統(tǒng)，對于提升考務(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。