基于生物特征識別的大學數學智能在線學習與測評系統

陸小軍 唐青松

摘要：大學數學課程是高等學校的一門重要的數學基礎課，在培養學生的數學基礎和邏輯能力上起著至關重要的作用。各高等院校對大學數學的教學都很重視。本文探討了在全球興起MOOCs大潮下大學數學課程改革的必要性，分析了大學數學智能在線學習與測評系統在學習和測評中的優勢，并提出了嵌入生物特征識別的大學數學智能學習與測評系統的設計構想，實現隨時隨地學習，創建一個自由交流與學習的平臺，且能保障考試的嚴肅性和公平性。

關鍵詞：大學數學、生物特征、在線學習與測評、MOOCs

中圖分類號 ： G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（A）-0000-00

1、大學數學在線學習的必要性

近幾年來，大規模在線開放課程給全球大學的傳統教育帶來了前所未有的挑戰和機遇[1]，對大學數學基礎教育課程也是如此。如何應對MOOCs帶來的挑戰，并借助于MOOCs促進我國高等教育的改革，特別是基礎數學課程改革的問題就擺在我們面前。

學習的主體是學生，教師的任務是激起學生學習的自覺性、主動性，將要我學轉變成我要學。因此教師的課堂教學就不僅僅是傳授知識，更重要的是引領學習，激活學生，激發靈感。而大學課程在知識內容設計上存在著許多的矛盾[2]。專業性和綜合性的矛盾。學生由自己主攻的學術方向，學要學習大量的專業知識，但是大學課程之間又是密切相關、緊密聯系的，有需要學生學習大量的綜合性知識；規定性和選擇性的矛盾。大學課程中既存在著必修課，滿足自己專業方向的知識學習，又存在著選修課，滿足社會對不同類型人才的需求，這是矛盾的；學術性和實踐性的矛盾。大學是一個研究學術的地方，對于大學學術性是不可缺少的。但是同時，實踐是大學課程的活力所在，大學課程中缺乏不了必要的實踐。這些矛盾是課程改革中所面對的問題，是不可避免的。如何把握這些矛盾之間的平衡性，將決定課程改革的成功與否。

2、在線學習與評測系統

網絡化教育代表了教育改革的一個重要發展方向，已經稱為教育的一個特征。很多文獻在研究在線學習或測評系統[1-4]。

國外考試，比如我們最熟悉的托福考試，早就實現了計算機化的考試，提高了效率，同時保證了不同批次考試的難度基本一致，保證了考試的公平性。與國外相比，我國計算機化考試起步較晚，在全國的高校教學管理中，在線考試系統的普及率還是比較低的，大多采用傳統的考試方式。除了某些全國性質的考試在慢慢推行機考外，大部分高校都采用的是傳統的考試方式。國家英語四六級考試，在試行機考方式，離全部實行機試還有段距離；還有注冊會計師考試在不久之前開始全部實行在線考試，使考試作弊的情況很大程度上的得到改善，同時也提高了試卷的管理水平。雖然推行速度還比較慢，但這無法阻擋在線考試是未來發展的大趨勢，也將加快高校的信息化水平建設。隨著信息技術的普及，各高校和相關部門都在加大技術和資金的投入，加大對計算機考試方面的研究和實行，越來越多的計算機考試系統將會被廣泛應用到各類考試中。相信在不久的未來，計算機考試將會普及到各個需要它的各個領域，帶給人們更大的便捷和公平。

3、在線學習與測評系統的優勢

在線學習系統可以讓我們不論在何時何地都可以通過網絡聽課、學習、測試，解決了老師資源和學習資源的地區不平衡問題，解決了偏遠地區教學資源匱乏問題。而計算機考試不僅可以將前期的工作極大的簡化，同時在保密性和準確性上也有著傳統考試無法比擬的優勢。同時計算機還可以實現同類題目，不同參數，幾乎可以杜絕抄襲現象的發生。此外，通過計算機網絡還可以組織實施大規模異地實時考試。在此新的計算機考試系統方式下，周期短，效率高，可以節省大量人力、物力、時間，在教學管理、教學手段上都得到較大的改善，在教學效果和效率上都得到較大提高。

4、智能在線學習與測評系統設計

計算機C/S與B/S模式的考試系統應運而生了。目前流行的網絡考試系統主要有兩種，一是基于局域網的C/S模式的考試系統，一種是基于WEB的B/S模式的考試系統。上世紀八十年代以后，C/S模式逐漸普及，此類型考試系統目前已經出現成熟典型的代表；本世紀初，B/S模式應時而生，目前其考試系統還在研發階段，有待繼續研究以供廣泛使用[3-4]。

考試系統C/S模式的優點為系統安全穩定、處理量大，技術相對成熟。其缺點有題庫存放在服務器上，題庫的添、刪等更新操作需要專業技術人員在該地計算機實施，封閉性較突出，不利于各類教師適時參與題庫建設，易造成題庫建設的滯后，影響考試效果，而且系統升級十分麻煩，一旦升級將造成物力財力的大浪費；考試只能在局域網范圍內進行，所需考試人員較為集中，管理和維護工作量大[3]。

而基于B/S模式的考試系統是近幾年伴隨Internet迅速發展起來的一種技術，與上述基于C/S模式的兩層結構體系相比，B/S模式采用了三層體系結構，即客戶機層、功能層和數據庫服務器層。客戶機上只需安裝瀏覽器（Browser），功能應用安裝在功能層所在的計算機上，試題存放在數據庫服務器上。該模式的優點是安裝簡便，安全可靠，便于維護、易于升級便于擴充應用，適用范圍廣，不僅可用于校內，也可對外使用，是目前比較有發展前途的考試方式[6]。

智能在線學習與測試系統可分為學生、老師、管理員等不同角色登陸。學生登陸主要包括用戶信息修改模塊、學習模塊、測試模塊、核對答案模塊、試卷還原模塊、查看成績模塊等。教師和管理員登錄包括班級成績查看模塊、學生試卷還原模塊、學生成績分析模塊、學生管理模塊等。管理員還具有管理教師信息等其他功能。

5、接入生物特征識別認證平臺

最大限度地減少人工干預，智能在線學習與測評系統可以接入生物特征識別平臺。生物特征識別在公安刑偵、金融、人口管理、邊檢、教育、醫療、社保等領域有廣泛的應用。我們的大學數學智能在線學習與測評系統接入北京天誠盛業科技有限公司的生物特征識別認證平臺。SmartBIOS認證平臺基于SOA架構，支持C/S和B/S兩種應用模式。主要包括：系統管理、生物特征認證、生物特征數據庫、認證接口組件等組成部分，是一個建立在開放式軟硬件基礎上的、相對獨立的開發運行平臺。認證平臺具有擴展性、部署靈活等特點，對外提供生物識別認證接口及管理接口，支持多種計算機網絡應用系統的接入，可為用戶提供集中、統一的生物特征身份認證服務[5]。通過綜合性的生物識別認證平臺實現全方位的監控，包括登錄、人員跟蹤、行為分析等。平臺生物特征數據庫保存了平臺的管理信息、用戶信息、生物特征數據及系統日志等數據；系統終端、移動終端、管理終端等利用生物特征識別設備獲取用戶生物特征，通過接口調用完成向認證平臺進行生特征注冊及認證的過程。除了前期準備需要人員干預，學習和測試過程中，學生能夠自主選擇自己合適的時間，隨時登錄系統學習或測試。

接入生物特征識別系統的注冊流程有如下幾步：首先，獲取學生的用戶ID，以身份證號或學生證號為例，通過證件閱讀器讀取身份證號或學號等相關信息；將學生用戶ID等信息通過用戶查詢接口發送到認證平臺，查詢用戶狀態，用戶是否存在、生物特征是否已注冊完成等，并將查詢結果和系統中生物特征采集的系統參數返回；如果學生的生物特征已經注冊完成，則進行相關提示，程序結束；如果生物特征注冊尚未完成，那么繼續下一步操作；錄入生物特征注冊所需信息，例如：左眼、右眼，調用獲取生物特征注冊模板接口，通過系統參數控制設備采集生物特征圖像，獲取生物特征圖像及特征等數據；將學生用戶ID、生物特征圖像及特征等數據形成通信數據包并加密，調用生物特征注冊接口，發送到認證平臺；認證平臺接收通信數據包，經過解密解析等處理，將數據保存到數據庫及磁盤文件，并將處理結果返回前端，本次注冊過程完成；其他操作重復以上過程。生物特征識別的認證過程如下：首先，獲取學生的用戶ID，將學生用戶ID等信息通過用戶查詢接口發送到認證平臺，查詢用戶狀態，根據所選擇的認證方式，調用對應的獲取驗證特征接口，通過系統參數控制設備采集虹膜圖像或人臉圖像；將學生用戶ID、生物特征圖像等數據形成通信數據包并加密，調用特征驗證請求接口，發送到認證平臺；認證平臺接收通信數據包，經過解密解析，找到ID對應用戶，根據認證請求類型進行一對一的生物特征比對，并保存認證日志、按照規則更新注冊圖像及模板；最后，認證平臺將認證處理結果返回前端，本次認證過程結束；登錄考試系統成功后，就跳轉到考試界面，考試過程中可以抓拍學生照片等生物特征信息，進行實時認證。這可以讓我們在無需監考的情況下考試，避免了極少部分學生投機取巧心理，阻止發生違紀的替考或助考行為，保證了考試的嚴肅性和公平性。

總之，智能在線學習與測評系統，可以將考試過程變為學習過程，通過平時在線學習激發學生的學習熱情和主動性，增強學習的自覺性。將考試作為一個給學生發揮空間的平臺，一個讓學生展現才能的機會，一個讓學生充滿競爭性和創造性的學習過程。系統將老師從出題、判卷等繁瑣的重復勞動中解放出來，從而將更多的精力放在如何引導學生、借助系統分析學生對知識的掌握的情況，調整教學進度和難易。合理使用智能在線學習與測評系統對教學參與各方都不無裨益。

參考文獻

[1]方文波，馬俊.基于線性代數智能在線測試系統的考試改革及實踐[J]，中國大學教育，2008，（2），42-44.

[2]曹輝.當前我國大學課程改革狀況及其趨勢分析[J]，教育探索，2009，（9）：30-32.

[3]陳懷琛，高淑萍，楊威.科學計算能力的培養與線性代數改革[J]，高等數學研究，2009，12（3）：23-25.

[4]陳新文。在線學習系統的研究與設計[J]，鄂州大學學報，2011，18（02）：5-8.

[5]http：//www.techshino.com/.

[6]黃建勛.利用校園網組建網絡考試系統的研究[J]，中國教育技術裝備，2005，（2）：4-5.

[7]肖自紅，張祖平。基于。NET的試題庫與在線考試系統研究[J]，計算機與數字工程，2008，3：137-138.