摘要：利用面向对象技术分析解决问题的优势，建立起通用网络考试平台系统的对象数据模型，然后采用特定的策略将该对象模型转变为关系数据库结构，实现系统数据结构的设计。
关键词：对象模型；网络考试；数据库；计算机网络
1 引言
随着信息化时代的到来和计算机网络的迅速普及，网络教育得到了迅速发展，这使得传统的考试方式面临着信息化、智能化的挑战和机遇。目前国内外基于计算机的考试系统发展非常迅速，但存在诸多不足。课题组在综合分析了国内外众多计算机考试系统的基础上，设计并实现的“通用网络考试平台”满足以下几方面的需求：对多数学科考试的通用性、基于先进题库理论且有利于移植的试题库、科学高效的组卷策略、基于web的集考试、测验、练习于一体的网络综合平台、智能完善的评判系统、全面而有效的考试评价体系、功能强大的信息反馈机制。该系统设计的主要任务是进行数据库设计、模块设计、系统拓扑设计、算法设计、安全设计等。本系统有别于一般考试平台的地方主要在于：考试评价体系与信息反馈机制两方面。前者可以对考试的结果进行横向与纵向的多角度分析，以此作出教与学的参考评价，后者可以根据应试者的考试情况动态地调整试题库中试题的各种参数，自动适应未来的考试。要把这两个方面集成到该考试系统中去，无形中会加大系统设计与实现的难度，特别是对系统数据库结构的设计难度，这也是很多作者在设计与实现考试系统时回避这两方面需求的原因。本文就该考试系统的数据设计问题的合理而有效解决进行相应的探讨。
2 面向对象数据模型与数据模型的选择
2.1 面向对象数据模型
面向对象数据模型是对系统数据进行分析时，将欲处理的事物、概念分解成独立的、可以区分的对象，再加上对象之间的关系构成的。对象、类及继承性构成了面向对象数据模型结构的基础，其基本含义如下：
(1) 对象是现实世界中个体或事物的抽象表示，是属性和相关操作的封装。
(2) 每个对象都具有由系统提供的唯一的、可识别的值OID(对象识别符)。
(3) 类是具有相同属性和行为的一个或多个对象的描述，用于创建类实例
(4) 类与类之间通过继承而互相联系，通过超类与子类关系还可构成类层次结构。
(5) 完全的数据库模式可包含一个或多个类层次及一个或多个结构关系，就某个模式描述则涉及到某些类的实例变量。
2.2 数据模型的选择
数据库设计涉及需求分析和系统设计两个阶段。基于关系模型的数据管理系统的需求分析工具是用数据流图，而数据库的设计是用实体-关系图(E-R方法)，由于关系数据模型的局限性，无形中加大了“通用网络考试平台”系统数据设计的难度。而基于对象模型的数据在需求分析阶段采用面向对象的分析方法，数据设计也采用基于面向对象技术的对象模型的设计方法，由于面向对象技术分析解决问题与人类习惯的思维方式一致，则可以使需求分析者和数据库设计者对应用理解达成高度一致，同时基于对象模型的数据库模型的结构可通过定义新类而获得动态扩充，具有定义或增加新的数据类型的能力，对象数据模型的数据结构具有很强的开放性与可扩充性。因而对象数据模型能够很好地解决该系统数据较多且关系也较复杂的数据设计问题。同时在分析设计阶段采用面向对象的分析技术，能有效识别出问题域内的对象，以此建立需求分析阶段的对象数据模型，由于对象模型是独立于实现的应用域模型，因而可以通过一定的策略来将面向对象数据模型转化成基于关系模型实现的数据库结构，以此实现系统数据设计的目的。
3 通用网络考试平台系统数据库设计
3.1通用网络考试平台系统数据的特点
本系统题库数据设计全面参照教育部《教育资源规范》（征求意见稿），使系统的题库资源可以和其它系统共享，便于交流，减少不必要的重复劳动，同时其它参数设计科学合理，为组卷、试卷、成绩分析提供处理的基础。本系统包括近200个数据项，在后面的分析设计中一般不显式指出属性名称。
3.2面向对象分析，建立系统对象模型
面向对象需求分析的核心是利用面向对象的概念和方法为软件需求建造模型，包括需求分析和建立模型两个主要的过程，其操作的基础是消息的传递。
面向对象的需求分析的关键是识别出问题域内的对象，并分析它们相互间的关系，最终建立起问题域的简洁、精确、可理解的数据模型。在面向对象观点建立的对象模型、动态模型、功能模型这三种模型中，对象模型是最基本、最重要、最核心的数据模型。对象模型主要由下述五个层次组成：主题层、类-&-对象层、结构层、属性层和服务层，现主要谈谈与本系统数据分析设计密切相关的类-&-对象层和结构层，同时产生系统的对象数据模型。
(1)类-&-对象层。“类-&-对象”是一个专用术语，它的含义是“一个类及属于该类的对象”,是在问题域中有意义的事物的抽象，它们既可能是物理实体，也可能是抽象概念。根据对问题本身的情况，先找出候选的类-&-对象，然后筛选掉冗余、无关、笼统等不正确或不必要的类-&-对象，最终得到系统基本的类-&-对象主要为：用户、命题教师、管理员、考生、课程、组卷参数等对象。
(2)结构层。在面向对象分析和面向对象设计中，结构层表示了问题域中的复杂关系，是对客观世界实体间的关系的抽象。结构与目标系统的任务直接相关，也就是说目标系统的任务决定了系统的结构。类-&-对象间的关系可以概括为归纳关系、组合关系及关联关系。在系统类-&-对象确定之后，先通过描述性的动词或动词词组初步确定它们间的关联或聚集关系，然后删除不正确或不必要的瞬时事件，派生关联等，同时识别类-&-对象间存在的继承关系，则可得到系统所需的对象数据模型，如图1(省略属性)所示：
3.3数据库的设计—对象数据模型向数据库结构的转换
将面向对象技术应用到软件工程的各个阶段，其实质就是寻找对象及各对象间的相互作用的关系。在需求分析阶段，面向对象分析是对真实世界对象建模，其根本出发点是站在应用的角度对问题域进行刻画和描述，这样有利于问题的理解。需求分析阶段的结果是：问题陈述+对象模型+动态模型+功能模型。设计阶段是对原对象模型进一步描述，此阶段可用面向对象方法实现数据的设计。基于面向对象技术的数据设计中的对象数据模型与数据库管理系统中的外模式和概念模式相对应，因而可引入外对象模型和概念对象模型。不同权限用户所看到的外对象模型不同，但概念对象模型在全局上是一致。对象数据模型与数据库管理系统中的表之间有着直接的映射关系。将对象模型映射为表，可用以下策略来实现：
3.3.1将单个对象映射成表
将单个对象映射成表的策略为：对象名映射为表名，对象的属性映射成表的属性，同时注意隐含属性必须在表中显示地给出，如将图1中“课程”对象映射成表后主要结构为：课程(课程ID，课程名称，任课教师，开课班级等)。在创建表时需指出表中的主键或外键的属性以及其取值范围等选项。
3.3.2将对象间的二元关联映射成表
将对象间的二元关系映射为表采取两种基本策略：
(1) 如二元关系是多对多的关系，则必须将该关联映射到一个单独的表(称之为异质表)中，异质表的属性由两个对象的主关键字、关联属性和其它属性构成。如图1中考生与试题之间的考试关系为多对多的关系，考生和试题采用单个对象映射成表的方法，而其关联属性“考试”则必须映射成一个异质表即答卷表(考生ID，试卷ID，答卷)，这里“考生ID”，“试卷ID”分别是“考生”表和“试卷”表的主关键字，“答卷”是关联“考试”的属性，其主键是(考生ID，试卷ID)。
(2)如是一对多的二元关联，则一方种方法为该关联创建一个异质表，该方法同多对多关联。另一种方法是在关联的多端设外键，则不需要映射异质表。
3.3.3将对象间聚集关系映射成表
对象间的聚集关系(部分-整体关系)，可以看成是关联关系的特例，如图1中试题库对象与单选题、多选题、填空题、简答题等对象间的关系是聚集关系，此时有多种映射成表的方法，其中一种方法是在试题库表中包含试题的类型，即得试题表(试题类型ID，试题编号，课程名ID，知识点ID，试题内容，认知分类，难度系数，区分度，暴光时间，命题人，命题时间，审查人，审查时间，修改意见，选用次数，备选答案1，备选答案2，备选答案3，备选答案4，参考答案，精彩评注等)。
3.3.4将对象间继承关系映射成表
继承关系的本质是子类中包含了父类的所有属性，因而可以采用将父类的所有属性复制到子类的方法来实现将子类映射成表，如图1中的考生、命题教师、管理员与用户之间的关系为继承关系，则将考生、命题教师、管理员对象映射成表时可将用户对象的所有属性分别复制到考生、命题教师及管理员对象所对应的表中。注意这种方法需满足第三范式。
3.3.4将对象间的三元关联映射成表
将三元关系映射成表的方法与二元关联类似，只是构造的异质表中的关键字为关联的三个对象的主关键字，该关联映射表的方法与二元关联类似，除了将三个对象映射成表之外，还需将关联映射成一个异质表，只不过三元关联所映射的异质表含三个关键字。如图1中管理员、组卷参数、试题库之间的三元关联组卷，除了需将管理员、组卷参数、试题库分别映射成表之外，还需将三元关联组卷映射成异质表(管理员ID、组卷参数ID、试题库ID，试卷)。
在对面向对象数据模型向数据库结构转化后，完成了系统数据的设计工作，最终得到通用网络考试平台应创建的数据表有：用户信息表、课程知识点表、试题库表、组卷参数表、试卷表、答卷表、成绩表，同时各数据表间的关系仍能够在对象模型中反映出来，且很容易通过表间的关联来反映与实现。
4 结束语
基于对象模型来设计通用网络考试平台的数据库，由于采用面向对象的分析技术，使系统分析人员能够对网络考试平台系统进行自然分解，确定需要使用的对象和类并逐步建立起适当的类等级，最终建立起系统的对象模型，然后再将对象模型转化为技术成熟的关系数据库结构来实现，为系统后期的顺利开发实现奠定了良好的基础。这一集题库管理、组卷、考试、测验、练习、分析、评卷、评价与信息反馈于一体的网络综合考试平台系统已经通过市教委专家组的验收并在我院投入使用，同时也正在各区县教育系统大力推广。当然系统设计与实现方面肯定还有一些值得改进与商榷的地方，只望能得到广大同仁的批评与指正。
参考文献:
[1] 邵维忠,杨芙清.面向对象的系统设计[M].北京:清华大学出版社,2003.
[2] 施伯乐,顾宁,孙未未等译.数据库处理－基础、设计与实现[M].北京:电子工业出版社,2003.
[3] Andrew Haigh著,贾爱霞等译.面向对象的分析与设计[M].北京:机械工业出版社,2003
[4] 王学荣,曾晓勤. 面向对象数据库到面向关系数据库的转换[J].计算机应用与软件2003(9):19~25.
#If you have any other info about this subject , Please add it free.# |
