基于生物特征识别的大学数学智能在线学习与测评系统

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　　摘要：大学数学课程是高等学校的一门重要的数学基础课，在培养学生的数学基础和逻辑能力上起着至关重要的作用。各高等院校对大学数学的教学都很重视。本文探讨了在全球兴起MOOCs大潮下大学数学课程改革的必要性，分析了大学数学智能在线学习与测评系统在学习和测评中的优势，并提出了嵌入生物特征识别的大学数学智能学习与测评系统的设计构想，实现随时随地学习，创建一个自由交流与学习的平台，且能保障考试的严肃性和公平性。
　　关键词：大学数学、生物特征、在线学习与测评、MOOCs
　　中图分类号 ： G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（A）-0000-00
　　1、大学数学在线学习的必要性
　　近几年来，大规模在线开放课程给全球大学的传统教育带来了前所未有的挑战和机遇[1]，对大学数学基础教育课程也是如此。如何应对MOOCs带来的挑战，并借助于MOOCs促进我国高等教育的改革，特别是基础数学课程改革的问题就摆在我们面前。
　　学习的主体是学生，教师的任务是激起学生学习的自觉性、主动性，将要我学转变成我要学。因此教师的课堂教学就不仅仅是传授知识，更重要的是引领学习，激活学生，激发灵感。而大学课程在知识内容设计上存在着许多的矛盾[2]。专业性和综合性的矛盾。学生由自己主攻的学术方向，学要学习大量的专业知识，但是大学课程之间又是密切相关、紧密联系的，有需要学生学习大量的综合性知识；规定性和选择性的矛盾。大学课程中既存在着必修课，满足自己专业方向的知识学习，又存在着选修课，满足社会对不同类型人才的需求，这是矛盾的；学术性和实践性的矛盾。大学是一个研究学术的地方，对于大学学术性是不可缺少的。但是同时，实践是大学课程的活力所在，大学课程中缺乏不了必要的实践。这些矛盾是课程改革中所面对的问题，是不可避免的。如何把握这些矛盾之间的平衡性，将决定课程改革的成功与否。
　　2、在线学习与评测系统
　　网络化教育代表了教育改革的一个重要发展方向，已经称为教育的一个特征。很多文献在研究在线学习或测评系统[1-4]。
　　国外考试，比如我们最熟悉的托福考试，早就实现了计算机化的考试，提高了效率，同时保证了不同批次考试的难度基本一致，保证了考试的公平性。与国外相比，我国计算机化考试起步较晚，在全国的高校教学管理中，在线考试系统的普及率还是比较低的，大多采用传统的考试方式。除了某些全国性质的考试在慢慢推行机考外，大部分高校都采用的是传统的考试方式。国家英语四六级考试，在试行机考方式，离全部实行机试还有段距离；还有注册会计师考试在不久之前开始全部实行在线考试，使考试作弊的情况很大程度上的得到改善，同时也提高了试卷的管理水平。虽然推行速度还比较慢，但这无法阻挡在线考试是未来发展的大趋势，也将加快高校的信息化水平建设。随着信息技术的普及，各高校和相关部门都在加大技术和资金的投入，加大对计算机考试方面的研究和实行，越来越多的计算机考试系统将会被广泛应用到各类考试中。相信在不久的未来，计算机考试将会普及到各个需要它的各个领域，带给人们更大的便捷和公平。
　　3、在线学习与测评系统的优势
　　在线学习系统可以让我们不论在何时何地都可以通过网络听课、学习、测试，解决了老师资源和学习资源的地区不平衡问题，解决了偏远地区教学资源匮乏问题。而计算机考试不仅可以将前期的工作极大的简化，同时在保密性和准确性上也有着传统考试无法比拟的优势。同时计算机还可以实现同类题目，不同参数，几乎可以杜绝抄袭现象的发生。此外，通过计算机网络还可以组织实施大规模异地实时考试。在此新的计算机考试系统方式下，周期短，效率高，可以节省大量人力、物力、时间，在教学管理、教学手段上都得到较大的改善，在教学效果和效率上都得到较大提高。
　　4、智能在线学习与测评系统设计
　　计算机C/S与B/S模式的考试系统应运而生了。目前流行的网络考试系统主要有两种，一是基于局域网的C/S模式的考试系统，一种是基于WEB的B/S模式的考试系统。上世纪八十年代以后，C/S模式逐渐普及，此类型考试系统目前已经出现成熟典型的代表；本世纪初，B/S模式应时而生，目前其考试系统还在研发阶段，有待继续研究以供广泛使用[3-4]。
　　考试系统C/S模式的优点为系统安全稳定、处理量大，技术相对成熟。其缺点有题库存放在服务器上，题库的添、删等更新操作需要专业技术人员在该地计算机实施，封闭性较突出，不利于各类教师适时参与题库建设，易造成题库建设的滞后，影响考试效果，而且系统升级十分麻烦，一旦升级将造成物力财力的大浪费；考试只能在局域网范围内进行，所需考试人员较为集中，管理和维护工作量大[3]。
　　而基于B/S模式的考试系统是近几年伴随Internet迅速发展起来的一种技术，与上述基于C/S模式的两层结构体系相比，B/S模式采用了三层体系结构，即客户机层、功能层和数据库服务器层。客户机上只需安装浏览器（Browser），功能应用安装在功能层所在的计算机上，试题存放在数据库服务器上。该模式的优点是安装简便，安全可靠，便于维护、易于升级便于扩充应用，适用范围广，不仅可用于校内，也可对外使用，是目前比较有发展前途的考试方式[6]。
　　智能在线学习与测试系统可分为学生、老师、管理员等不同角色登陆。学生登陆主要包括用户信息修改模块、学习模块、测试模块、核对答案模块、试卷还原模块、查看成绩模块等。教师和管理员登录包括班级成绩查看模块、学生试卷还原模块、学生成绩分析模块、学生管理模块等。管理员还具有管理教师信息等其他功能。
　　5、接入生物特征识别认证平台
　　最大限度地减少人工干预，智能在线学习与测评系统可以接入生物特征识别平台。生物特征识别在公安刑侦、金融、人口管理、边检、教育、医疗、社保等领域有广泛的应用。我们的大学数学智能在线学习与测评系统接入北京天诚盛业科技有限公司的生物特征识别认证平台。SmartBIOS认证平台基于SOA架构，支持C/S和B/S两种应用模式。主要包括：系统管理、生物特征认证、生物特征数据库、认证接口组件等组成部分，是一个建立在开放式软硬件基础上的、相对独立的开发运行平台。认证平台具有扩展性、部署灵活等特点，对外提供生物识别认证接口及管理接口，支持多种计算机网络应用系统的接入，可为用户提供集中、统一的生物特征身份认证服务[5]。通过综合性的生物识别认证平台实现全方位的监控，包括登录、人员跟踪、行为分析等。平台生物特征数据库保存了平台的管理信息、用户信息、生物特征数据及系统日志等数据；系统终端、移动终端、管理终端等利用生物特征识别设备获取用户生物特征，通过接口调用完成向认证平台进行生特征注册及认证的过程。除了前期准备需要人员干预，学习和测试过程中，学生能够自主选择自己合适的时间，随时登录系统学习或测试。 　　接入生物特征识别系统的注册流程有如下几步：首先，获取学生的用户ID，以身份证号或学生证号为例，通过证件阅读器读取身份证号或学号等相关信息；将学生用户ID等信息通过用户查询接口发送到认证平台，查询用户状态，用户是否存在、生物特征是否已注册完成等，并将查询结果和系统中生物特征采集的系统参数返回；如果学生的生物特征已经注册完成，则进行相关提示，程序结束；如果生物特征注册尚未完成，那么继续下一步操作；录入生物特征注册所需信息，例如：左眼、右眼，调用获取生物特征注册模板接口，通过系统参数控制设备采集生物特征图像，获取生物特征图像及特征等数据；将学生用户ID、生物特征图像及特征等数据形成通信数据包并加密，调用生物特征注册接口，发送到认证平台；认证平台接收通信数据包，经过解密解析等处理，将数据保存到数据库及磁盘文件，并将处理结果返回前端，本次注册过程完成；其他操作重复以上过程。生物特征识别的认证过程如下：首先，获取学生的用户ID，将学生用户ID等信息通过用户查询接口发送到认证平台，查询用户状态，根据所选择的认证方式，调用对应的获取验证特征接口，通过系统参数控制设备采集虹膜图像或人脸图像；将学生用户ID、生物特征图像等数据形成通信数据包并加密，调用特征验证请求接口，发送到认证平台；认证平台接收通信数据包，经过解密解析，找到ID对应用户，根据认证请求类型进行一对一的生物特征比对，并保存认证日志、按照规则更新注册图像及模板；最后，认证平台将认证处理结果返回前端，本次认证过程结束；登录考试系统成功后，就跳转到考试界面，考试过程中可以抓拍学生照片等生物特征信息，进行实时认证。这可以让我们在无需监考的情况下考试，避免了极少部分学生投机取巧心理，阻止发生违纪的替考或助考行为，保证了考试的严肃性和公平性。
　　总之，智能在线学习与测评系统，可以将考试过程变为学习过程，通过平时在线学习激发学生的学习热情和主动性，增强学习的自觉性。将考试作为一个给学生发挥空间的平台，一个让学生展现才能的机会，一个让学生充满竞争性和创造性的学习过程。系统将老师从出题、判卷等繁琐的重复劳动中解放出来，从而将更多的精力放在如何引导学生、借助系统分析学生对知识的掌握的情况，调整教学进度和难易。合理使用智能在线学习与测评系统对教学参与各方都不无裨益。
　　参考文献
　　[1]方文波，马俊.基于线性代数智能在线测试系统的考试改革及实践[J]，中国大学教育，2008，（2），42-44.
　　[2]曹辉.当前我国大学课程改革状况及其趋势分析[J]，教育探索，2009，（9）：30-32.
　　[3]陈怀琛，高淑萍，杨威.科学计算能力的培养与线性代数改革[J]，高等数学研究，2009，12（3）：23-25.
　　[4]陈新文。在线学习系统的研究与设计[J]，鄂州大学学报，2011，18（02）：5-8.
　　[5]http：//www.techshino.com/.
　　[6]黄建勋.利用校园网组建网络考试系统的研究[J]，中国教育技术装备，2005，（2）：4-5.
　　[7]肖自红，张祖平。基于。NET的试题库与在线考试系统研究[J]，计算机与数字工程，2008，3：137-138.
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