基于校园一卡通和PDA便携式课程考试管理系统研究

    一、引言

    数字化校园是教育信息化的实体表现，是以校园网络为基础，利用先进的信息化手段和工具，将现实校园的各项资源数字化，形成的一个数字空间，使现实校园在时间和空间上延伸。随着校园网的普及和数字化校园工程的不断深入，教务信息系统、OA系统等均已成功地应用于高校教学管理中，从而使学校整体管理水平有了质的飞跃。但考务信息化，尤其是考试过程管理信息化已成为高校信息化建设的难点与重点。以往的考试管理中，落后的纸质准考证验证考生身份的方式、单一的监考方式和孤立的考场考务管理方式，使其难以满足数字化校园发展的需要。考试管理规范化和信息化程度低，难以跟上高校信息化步伐。因此，研究一种采用先进的信息技术和智能工具、经济有效的电子化考试管理方法是十分必要的。

    校园一卡通平台是数字化校园的重要组成部分，集身份识别、校园管理等各项校园服务为一体，为广大师生员工的教学、科研、生活提供了极大的方便。平台将公共数据集中管理、全局共享，与其他校园子系统紧密结合，架构了各种信息化应用系统，应用已十分广泛。智能终端PDA具有体积小、重量轻的便携性和无线上网特性，且随着CPU处理速度和内存的不断提升，其信息处理能力不断增强。同时3G的推出标志着移动通信速率和资费都进入一个崭新的历史时期。因此开展基于校园一卡通平台和PDA的应用研究切实可行。

    本研究的目的是基于校园一卡通平台与PDA智能设备，构建新型的便携式课程考试管理系统，为监考人员提供便捷可行的电子化考生身份认证方式与数字化考场管理功能，提高考场工作效率和考试管理信息化水平，完善我校数字化校园环境。

    二、考试管理发展现状

    目前，绝大多数学校仍然以纸质准考证来验证考生身份，这种身份认证方式效率较低、精确度不高，替考等违纪行为时有发生；考试过程中的违纪记录等考场实时信息均以纸质资料的形式呈现，且考试结束后违规取证困难；监考人员管理考场方式单一；考试过程管理与考务评估实时性差；考场考务管理孤立，没有与数字化校园平台融合。

    随着生物识别技术的出现，指纹识别作为基于人体生物特征的最成熟的身份识别技术，已被应用到了考试身份认证中，有效地克服了传统身份认证方式效率低、精确度不高等弊端，杜绝了替考违纪行为，提高了考试身份认证的效度和信度。但指纹识别系统的建设需要在考试前对考生的指纹信息逐一进行采集，建立指纹图像数据库，并对指纹图像进行预处理和提取指纹特征，技术含量高，图像本身占用空间大，设备投资也较高，目前在考试身份认证中没有大规模普及。另外，指纹识别系统多是孤立的身份认证系统，没有与数字化校园平台结合。电子化监控标准化考场可对考生在考场的行为全程监控，提供相应的音视频资料，将考场中的实时信息集中存档管理，是考试过程管理的有效手段，但支持此系统正常运行的软硬件要求较高，系统建设的投资大、工程复杂，只有山东等少数省市考点建立；系统产生的信息量也特别大，不利于长期存储和归档。因此，充分利用高新技术和现有数字化条件，开发新型考试管理系统尤为重要。
   
    三、基于校园一卡通平台的便携式课程考试管理系统设计

    1.需求分析

    基于校园一卡通平台的便携式课程考试管理系统旨在对考试过程规范化管理，为监考人员提供数字化管理手段。系统应具备以下功能：提供RFID（射频识制）身份认证机制，以有效防范替考等违纪行为；提供签到管理机制，以记录考场中考生的出入情况；提供违规记录处理机制，准确及时地记录考生的作弊信息，以严肃考风考纪；提供统计同步功能，将考试过程中的必要数据同步到数字化校园平台的教务信息系统中，以保证数据的实时性和有效性，提升考务管理信息化水平。

    2.系统框架

    系统框架如图所示。PDA移动终端和后台服务器端UI界面，用于向用户呈现信息和收集用户输入信息。

    PDA终端：身份认证模块调用读卡器读出的数据，完成考生身份信息在PDAUI上的显示；签到管理模块根据考生刷卡时间，完成考生入场时间和离场时间的收集；违规记录模块完成对输入违规数据的基本处理；通信模块实现PDA移动终端功能模块与后台服务器逻辑处理模块通信，通过调用服务器端相应逻辑功能处理程序结果，完成身份认证、过程管理等功能。

    后台服务器端：通信模块接受PDA端的通信请求，并将相应请求的逻辑处理模块执行结果返回给PDA端；服务器逻辑处理模块完成各自业务操作，提供特定服务，如判定考生身份是否合法等；后台数据库负责存储和管理系统数据。系统通过校园一卡通系统提供的第三方API，定期从一卡通数据中心下载黑白名单文件，同时与数字化校园平台中的教务信息系统数据中心相关信息进行融合，建立系统后台数据库。

    系统有两种运行模式：在线运行模式和离线运行模式。实线框部分为在线运行模式，左侧虚线框内为离线运行模式。在线运行时，PDA以有线网络、WLAN、3G等方式访问考试管理系统后台服务器，实现对数据的提取和应用，完成相应功能。离线运行时，先将相关数据从后台服务器下载到PDA本地数据库，系统运行时，直接在本地数据库上完成身份认证等系统功能。考试结束后，考试管理系统所有PDA终端与后台服务器进行连接，同步数据。后台服务器再将最新数据同步到数字化校园平台。

    3.系统功能设计

    系统功能初步设计如下：

    （1）身份认证：考生在读卡器上刷卡后，系统根据读出的信息在当前考场考生信息中查找。若考生进入正确考场，PDA应用程序界面将显示出考生的姓名、照片、班级、学号、有无作弊历史等信息。监考人员据界面显示信息验证考生身份；若考生刷卡后，在当前考场考生信息中没有此考生相关信息，系统将提示“此考生不属于本考场”等信息，避免考生误入考场。考试结束交卷时，再次刷卡，PDA应用程序界面再次显示考生相关信息，监考人员据此信息核对考生试卷个人信息是否填写正确。
    （2）签到管理：记录考生进入考场时间，交卷离场时间，考试中有无离开考场等信息；统计到场人数，据实际到场人数准确发放相应数目的试卷。
    （3）违规记录：为做到事实清楚、证据确凿、程序规范，需要记录考生考试违纪情况，系统提供以下选项：携带书籍、笔记等相关资料；携带通讯工具、电子用品；考前答题和考试结束后继续答题；考场内喧哗；考试期间交头接耳；替考；抄袭；交换试卷；其他违纪行为等；并提供照片、视频等违纪证据；提供监考人员对其的处罚建议，如轻微处罚、严重处罚、本场考试成绩无效等。
    （4）考场报时：系统提示考试时间，提示拆卷时间、发卷时间、开考时间和考试结束时间。
    （5）黑名单：记录有过考试违纪行为的考生信息；在身份认证时，对于违纪行为特别严重、没有考试资格者，系统发出报警声。
    （6）考试动态：提供考试时间、考试科目、监考人员、考场规则等考场实时考务信息。
    （7）同步统计：统计考试过程中重要的考务信息，如统计没有到达考场参加考试的考生和多次不按时到达考场考试、旷考的考生；统计违规记录，以提供警告和处罚的依据，并与后台服务器数据同步。

    四、系统实现关键技术研究

    移动终端操作系统为微软Windows Mobile 5.0，数据库为SQL Server 2005CE；后台使用Windows Sever 2003操作系统、IIS服务器、SQL Sever 2005数据库、移动终端和后台集成开发环境均使用Visual Studio 2005；开发语言为C#。目前仅针对系统离线运行模式进行开发，在线运行模式是本研究的后续研发工作。离线运行模式开发中需要解决的关键问题主要有：PDA本地数据库的设计与优化、读卡实现及PDA移动终端与后台服务器间的数据同步。

    1.PDA本地数据库的设计与优化

    PDA终端存储空间相对有限，但又必须存储系统离线运行时的必要数据，所以使用微软专为移动设备推出的轻型关系数据库产品SQL Server CE作为存储工具。仔细分析校园一卡通系统和教务信息系统数据，只取与考试相关的重要信息，并按3NF规范化标准设计数据库结构，目的是节省存储空间，消除存储异常，使数据冗余尽量小，便于插入、删除和更新，提高对关系的操作效率，同时满足应用需求。本地采用数据库主要有考生信息库和考务信息库。考生库保存姓名、照片、学号、违规历史等考生基本信息；考务信息库拟保存考试安排、考场分布、考场出入等考场考务相关信息。

    2.读卡实现

    本校校园一卡通是MIFARE 1 S50射频卡，其内具有微处理器，内置大规模集成电路和天线，工作频率为13.56MHz。采用SDiD 1020射频读写器来完成读卡工作。

    （1）SDiD1020读写器及其工作原理：SDiD读写器是产业界第一个RFID读写安全数码卡，基于标准SDIO接口，专为具备SD卡插槽的个人数位处理PDA、智能手机等手持设备而设计，为便携终端提供RFID读/写能力。当卡片进入读卡器工作区域内时，读写器射频模块向卡片发射一组固定频率的电磁波，与卡片内部的一个同样频率的LC串联谐振电路发生共振，从而使卡片内部电容充电，通过卡内单向导通的电子泵，将电荷向另一个电容存储，当积累电荷达到一定量时，即可以提供射频卡工作电路电压，发送数据信息。读卡器感应接收射频卡的应答信息，将对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带射频卡上其他相关信息传输到主机以供处理。[9][10]

    （2）卡片数据读取：SDiD读写器可读取两种协议标准的射频卡：15693标准和14443A标准。SDiD API中的WDIUtility：：Change-Protocol（）函数可以完成协议标准的转换工作。SDiD API针对不同的射频卡提供了不同开发包，实现对射频卡的读写。但目前系统仅需读卡数据，故只需其Read系列函数的支持。此外，每种射频卡的Card Memory Model因卡而异，且有严格的数据加密格式，为保证卡的安全性，加密格式均不对外开放，因此很难正确读取卡内数据。但每张卡出厂时都有唯一的生产序列号标识，研究通过调用SDiD1020API中的Mifare1KCard标准包完成对一卡通序列号的读取。

    3.PDA移动终端与后台服务器间的数据同步

    离线运行时，实现PDA移动终端数据与后台数据间的同步，是完善考试管理系统必不可少的环节。由于移动终端和后台服务器端均使用SQL Server数据库，可以使用SQLServer2005CE内置的合并复制（Replication）和远程数据访问（RDA）技术实现二者数据同步。与合并复制相比，RDA是一种比较简单的同步方法，但RDA有很多局限，如所支持的表、列的数目有限制、不直接支持双向数据同步，也没有完善的冲突检测和解决的机制。[11]据系统需要，采用合并复制方法实现数据同步，所有类均位于名字空间System.Data.SqlServerCe下，主要涉及SqlCeReplication类的使用。

    五、总结

    校园一卡通管理已成为校园管理的重要手段。为满足学校考试管理信息化需求，本文以现有校园一卡通平台为依托，构建了有效实用的考试管理系统，对于提升考务管理水平，提高教学质量有积极意义。随着我校信息化进程的不断推进，该系统将在学习和考试管理过程中起到一定的积极作用。（西北工业大学电子信息学院 姜春梅《中国教育信息化》2010年第3期）