Разработка программного обеспечения для оценки уровня знаний студентов с применением технологии "Клиент-сервер"

Разработка программного обеспечения для оценки уровня знаний студентов с применением технологии "Клиент-сервер"

Дипломная работа

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ «КЛИЕНТ-СЕРВЕР»

Москва 2010

В настоящее время сфера образования стала одним из объектов внедрения вычислительной техники и информационных технологий.

ГОУ СПО «Тульский экономический колледж», является одним из среднеспециальных учебных заведений Тульской области.

В вычислительном центре ГОУ СПО «Тульский экономический колледж» имеются 117 компьютеров класса Pentium III и выше. Все они расположены в 7 учебных лабораториях. Также имеются необходимые периферийные устройства: струйный принтер Hewlett Packard Color Jet 100plus - формат А1, несколько лазерных принтеров; накопители на оптических и гибких дисках, DVD-RW. Все ПК оснащены мультимедийными устройствами (звуковые карты, приводы CD-ROM).

Компьютеры объединены в локальную сеть по средствам топологии «звезда» под управлением ОС Microsoft Windows 98/XP/Server2003.

Согласно требованиям современной педагогики, контроль успеваемости предполагается осуществлять в виде тестирования.

Тестирование можно проводить в виде опросных листов, что требует большой подготовки со стороны преподавателя. Наиболее трудоемким моментом является обработка результатов тестирования.

Темой данного дипломного проекта является «Разработка программного обеспечения для оценки уровня знаний студентов с применением технологии «Клиент-сервер».

Система управления колледжа традиционна для среднеспециального учебного заведения РФ.

Имеются следующие функциональные подсистемы:

Директор;

учебная часть: для организации учебного процесса, создания учебных планов, методических пособий, раздаточных материалов, ведение корреспонденции;

отдел кадров: подготовка письменных документов таких как: приказы, справки, выписки, письма;

вычислительный центр: проведение лабораторных и практических работ по получению первичных навыков работы на компьютере и профессиональных навыков по специальности, выполнение расчетов по практическим работам общеобразовательным и специальным дисциплинам, проверка знаний и умений учащихся (тестирование), проведение внеклассных мероприятий (занятий кружка, олимпиады).

Вычислительная техника в системе управления ГОУ СПО «Тульский экономический колледж» позволяет автоматизировать следующие функции управления:

организация учебного процесса;

ведение бухгалтерского учёта;

ведение документации;

ведение корреспонденции;

учебный процесс.

Семь лабораторий вычислительного центра колледжа имеют по пятнадцать персональных компьютеров от Intel Celeron 533 Mhz до Intel Pentium IV 3000 Mhz каждый из них оснащен системой фильтрации от высокочастотных помех в цепи питания, накопителями FDD, устройствами ввода информации служат: клавиатуры и мыши. Также каждый из компьютеров подключен к сетевому принтеру в лаборатории.

Компьютеры объединены в сеть по средствам топологии «звезда» через коммутаторы (SWICH) фирмы D-Link.

Вычислительный центр обслуживается 4 лаборантами, которые закреплены за определёнными учебными лабораториями ВЦ. Они подчиняются зав. лабораторией и начальнику вычислительного центра.

Назначение программы - проведение централизованных итоговых занятий по разным дисциплинам в виде интерактивного тестирования.

Основными задачами дипломного проекта являются:

- разработка клиентской части системы тестирования

- разработка серверной части системы тестирования

- разработка системы отчетности по результатам тестирования

Функционирование автоматизированной системы тестирования, далее АСТ, начинается с создания для каждой дисциплины отдельной базы данных, содержащей вопросы теста, далее формируется «Тест пакет», содержащий всю информацию необходимую для осуществления тестирования с удаленной станции. В процессе тестирования появление вопросов происходит в случайном порядке. Возможности разработанного сетевого протокола позволяют вести двустороннее общение между преподавателем и студентом. Также программа позволяет осуществлять контроль, за ходом тестирования. Так в любой момент после начала тестирования преподаватель может посмотреть результаты тестирования каждого ученика (количество вопросов, на сколько из них были даны правильные ответы и сколько допущено ошибок), приостановить или прекратить тестирование, а также исключить отдельного ученика из процесса тестирования отключив его от сервера.

Выходной информацией АСТ является отчет успеваемости.

Периодичность применения автоматизированной системы зависит от плана преподавателя по проведению тестирования.

Для комфортной работы с программой необходим компьютер ниже перечисленной конфигурации:

сетевая плата от 10 Мб/с и выше;

процессор тактовой частотой не ниже 300 Мгц;

оперативная память не менее 64 Мб;

объем жесткого диска не менее 1 Гб;

монитор 15 дюймов;

разрешение монитора 1024x768 при 16 битной цветовой палитре;

Система представляет собой совокупность двух подпрограмм осуществляющих проведения тестирования в рамках любой сети поддерживающей протокол TCP-IP.

Подпрограмма «Тест-Сервер» позволяет осуществлять управление над ходом тестирования студентов, она объединяет в себе возможности сетевого сервера, приложения и СУБД тестирования.

Подпрограмма «Тест-Клиент» позволяет осуществлять тестирование конкретного ученика, рабочая станция которого подключена к «Тест-Серверу» по заранее спроектированной схеме, способной динамически изменяться в ходе тестирования в соответствии с требованиями преподавателя.

Общая схема взаимодействия серверной и клиентской части системы приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Общая схема взаимодействия серверной и клиентской части системы

Общая схема взаимодействия отдельный частей системы приведена на рисунке 2.

Входной информацией является: Список вопросов, образующих билет и критерий оценки. Совокупность этих данных образуют промежуточное звено процесса тестирования - База Теста. Для обеспечения возможности сетевого тестирования необходима еще одна деталь - IP адрес станции, с которой будет осуществляться управление ходом тестирования, то есть станции, которая будет обозначена как ведущая и где будет развернут Тест-Сервер. Ввод информации необходимой для формирования Базы Теста осуществляется в главной форме подпрограммы Тест-Сервер на вкладке База вопросов.

База Теста представляет собой каталог, имеющий имя преподавателя по чьему предмету осуществляется тестирование. В данном каталоге располагаются файлы настроек для данной базы теста, а именно - файл QuestKey.ini - содержит номера правильных ответов для каждого вопроса; файл WorkSet.ini - содержит служебную информацию для данной базы теста, такую как: количество вопросов в тесте, ограничение времени для прохождения теста, формат изображений файлов вопросов теста. Основной каталог базы теста содержит N (зависящее от количества вопросов в тесте) дочерних каталогов имеющих системное имя в виде чисел от 1 до N, в которых содержатся изображения вопроса и вариантов ответов. Количество изображений может быть переменным (для осуществления случайного выбора вопроса теста), но должно быть не менее 1.

Рис. 3 Формирование базы теста

Каждое изображение вопросов и вариантов ответов должно иметь системное имя в виде сквозной нумерации от 1 до номера последнего вопроса. (например если всего 100 файлов вопросов, нумерация должна быть от 1 до 100). Все изображения должны иметь одинаковый формат, например, если некоторое количество файлов сделаны в формате JPEG Image file, то и все последующие должны быть в этом формате.

Структура каталогов базы теста приведена на рисунке 4.

Для клиентской части системы единственным файлом настроек является файл ip.dat, который содержит IP-адрес сервера тестирования

Рис. 4 Структура каталога базы теста

Основным элементом выходной информации является отчет успеваемости, имеющем следующие поля:

Ф.И.О. студента;

группа;

общее количество вопросов;

количество правильных ответов;

количество не правильных ответов;

оценка;

время прохождения теста.

Предварительный просмотр отчета можно произвести из формы Отчет успеваемости, а также сохранить в файл и вывести на печать.

Основные работы по созданию системы классификации и кодирования технико-экономической информации выполняет Госстандарт.

Классификаторы по их применению делятся на категории:

- общегосударственные;

- отраслевые;

- классификаторы предприятия.

Общегосударственные - утверждаются ГОСТами и РОСТами и обязательны к применению во всех отраслях государства.

Отраслевые - разрабатываются для специфических видов информации, циркулирующей внутри отрасли и утверждаются министерствами и ведомствами. Обязательны к применению только в данной отрасли.

Классификаторы предприятия - аналогичны отраслевым, создаются и обязательны к применению на отдельных предприятиях.

В подсистеме «Учебная часть» используются следующие классификаторы:

Отраслевой классификатор для кодирования кода группы:

ХХХX - XХ

код названия специальности

код года поступления

код (флаг) некоммерческой группы

код текущего курса обучения

код (флаг) базы поступления

Пример: 0414-ФК - База 11 классов, четвертый курс, некоммерческая группа, последняя цифра года поступления, код специальности.

Постоянное развитие компьютерной инфраструктуры, усложнение компьютерных систем, создание сетей, увеличение объема хранимой и передаваемой информации порождает ряд серьезных проблем, связанных с целостностью и сохранностью данных. Для обеспечения сохранности информации выделяют следующий комплекс мер:

дублирование информации в виде резервных копий на том или ином носителе;

защита от случайного удаления файлов;

защита от несанкционированного доступа;

защита от компьютерных вирусов;

архивные копии;

программный «уход» за жесткими дисками.

Для зашиты от несанкционированного доступа применяют различные методы защиты: процедурные, аппаратные, программные или комбинированные.

Процедурные методы обеспечивают доступ к данным только тем пользователям, которые имеют соответствующее разрешение.

Программные методы защиты очень разнообразны:

использование ключевых меток на машинном носителе;

использование серийных номеров программ;

использование специального кода на инсталляционных дискетах.

Комбинированные методы защиты объединяют различные методы: процедурные и программные, аппаратные и программные и т.д.

Резервное копирование - это постоянное создание резервных копий рабочей информации. Существует много программ предназначенных для создания резервных копий. Из них наиболее часто используются Norton Backup и другие программы Backup из разных программных пакетов или Утилит, а также программа-архиватор WinRAR.

Так в программе «Оценка уровня знаний студентов с применением технологии «клиент-сервер» из пункта главного меню Файл \ Резервное сохранение можно создать резервную копию базы теста. Кроме этого дистрибутив программы, созданный с помощью специальной надстройки «InstallerXP», имеет несколько резервных копий на жестком диске рабочего места и на оптических дисках при главном компьютере ВЦ.

Чтобы информация, записанная на CD и RW дисках, сохранилась дольше, необходимо соблюдать определенные правила и требования: диски следует хранить в специальных коробках, упаковках или футлярах, предназначенных для этого, во избежание попадания пыли, физических повреждений, солнечных лучей.

Кроме создания резервных копий, для предотвращения потери информации на жестком или гибком диске, следует проводить обслуживание дисков: проводить полную проверку, то есть проверять на наличие физических ошибок, проверять структуру файлов и каталогов; если возникают ошибки, то исправлять их; производить дефрагментацию; удалять ненужную информацию. Обслуживание необходимо проводить регулярно. Для этого можно использовать следующие программные средства (утилиты) как Norton Disk Doctor (проверка жесткого диска), Norton Speed Disk (дефрагментация диска) из пакета Norton Utilities, Fix-It Utilities или Scandisk, который содержится в самой ОС Windows.

Часто информация теряется или повреждается в результате действий компьютерных вирусов.

Компьютерный вирус - это фрагмент программного кода, который размножается, копируя себя в тело других программ, при этом замедляется работа компьютера или полностью (либо частично) разрушается файловая система. Для того чтобы вирус не поразил компьютер необходимо: ограничить к нему доступ посторонних лиц, использующих различные носители информации; проверять на наличие вируса, если же он обнаруживается, то необходимо использовать антивирусные программы (Norton Antivirus, Antiviral Toolkit Pro, Dr. Web и др.). Антивирусные программы - это программы, написанные специально для выявления и уничтожения вирусов.

Еще один метод защиты программ от заражения вирусами - архивация данных.

Если наличие вируса очевидно (замедление работы жесткого диска, уменьшение скорости вычислительного процесса, появление несоответствующих данной задаче сообщений или картинок, внезапная потеря данных), то следует запустить антивирусную программу. Если она нашла вирус и излечила компьютер от него, то потеря информации будет минимальной или вообще ее может не быть. Если же не удалось вовремя излечить систему от вируса и после его действий почти вся информация была потеряна, то целесообразно произвести форматирование жесткого диска, чтобы полностью избавиться от файлов, зараженных вирусом. Затем загрузить систему с системной дискеты или компакт диска и перенести на жесткий диск информацию резервных копий.

Иногда требуется восстановить случайно уничтоженный файл. Для этого можно использовать программу UnErase из программного пакета Norton Utilities либо OnTrack Easy Recovery.

Формирование базы теста осуществляется каждой дисциплины, ответственность за выполнение подготовки входной информация возлагается на преподавателя. По окончании подготовки оперативной информации необходимо ввести информацию в базу теста и сохранить готовую базу в автономный каталог с названием дисциплины и именем преподавателя.

С целью поддержания баз тестов в актуальном состоянии необходимо организовывать периодическое редактирование вопросов тестов в соответствии с требованиями учебного плана, ответственность за выполнение этой работы также возлагается на преподавателя.

Информация хранится в каталоге Questions, далее каталог «База Теста» и IP-адрес в файле IP.dat соответственно.

В каталоге База Теста содержатся вопросы теста варианты ответов на каждый вопрос, номер правильного ответа и порядковый номер вопроса. В форме осуществляющей ввод и редактирование информации Базы Теста предусмотрены активные кнопки и сопроводительные сообщения, которые позволяют улучшить эргономичность и избавиться от дополнительных элементов интерфейса. Для повышения производительности выбор верного ответа на вопрос осуществляется визуально, т.е. щелчком мыши на правильном ответе. В таблице IP-адрес содержится постоянная информация необходимая для осуществления сетевого подключения и функционирования всей сетевой подсистемы программы.

Массивы выходной информации после решения задачи сохраняются в файл. При необходимости сохранения информации, делается поименованная копия этой информации на любом доступном носителе. Срок хранения выходной информации определяется преподавателем.

Для связи выходной информации с другими задачами используется метод DDE - Dynamic Data Exchange, те обнуление, не требующихся для дальнейшего функционирования системы или принятия управленческого решения, данных и освобождение, таким образом, ресурсов происходит автоматически.

Для разработки автоматизированной системы была выбрана платформа WINTEL под управлением операционной системы Windows XP SP2.

В качестве среды программирования для решения поставленной задачи была выбрана Borland Delphi 6.0 Enterprise.

Delphi - инструмент для создания приложений и систем, функционирующих на платформе Windows. В основе нее лежит объектно-ориентированный язык высокого уровня Object Pascal, разработанный профессором Высшего технического училища (г. Цюрих, Швейцария) Никлаусом Виртом.

Основными принципами ООП:

- инкапсуляция представляет собой объединение данных и обрабатывающих их методов (подпрограмм) внутри класса. Это означает, что в классе инкапсулируются (объединяются и помещаются внутри класса) поля, свойства и методы. При этом класс приобретает определенную функциональность;

- наследование заключается в порождении новых объектов-потомков от существующих объектов родителей, при этом потомок берет от родителя все его поля, свойства и методы. В дальнейшем наследуемые поля, свойства и методы можно использовать в неизменном виде или переопределять (модифицировать). В новый объект добавляются новые элементы, определяющие его особенность и функциональность. Удалить какие-либо элементы родителя в потомке нельзя. В свою очередь, от нового объекта можно породить следующий объект, в результате образуется дерево объектов, или иерархия классов. В начале этого дерева находится базовый класс TObject, который реализует элементы, наиболее общие для всех объектов, например, действия по созданию и удалению объектов. Чем дальше тот или иной объект находится в дереве от базового класса, тем он более специфичен.

- полиморфизм заключается в том, что методы различных объектов могут иметь одинаковые имена, но различное содержание. Это достигается переопределением родительского метода в классе-потомке. В результате родитель и потомок ведут себя по-разному. При этом обращение к одноименным методам различных объектов выполняется аналогично.

Следование стандартам индустрии и открытость к взаимодействию с любыми частными решениями гарантирует успех проектов, разрабатываемых с использованием Delphi.

Delphi устанавливает стандарт для сред разработки приложений Windows. Delphi обеспечивает набор возможностей специально ориентированных на многократное использование компонентов. Многие аспекты работы Delphi можно настраивать. Созданные полезные объекты - компоненты и шаблоны приложений и форм будут доступны для будущих разработок.

Delphi является первой системой RAD, в которой удачно соединились средства визуального проектирования и оптимизирующий компилятор, чего, к сожалению, нельзя сказать о других системах RAD. Delphi является единственным полноценным средством промышленной разработки систем клиент-сервер, на которой основывается и данная автоматизированная система контроля знаний.

В состав Delphi входит обширная библиотека компонентов, с помощью которой можно избежать ручного написания программ. С другой стороны, в любой момент можно прибегнуть к низкоуровневым ассемблерным процедурам. Можно создавать приложения в визуальном режиме. Работая в Delphi, можно с помощью нажатия одной клавиши создать исполняемый файл в формате EXE, однако, при необходимости, можно компилировать и файлы DLL, драйверов устройств, а также консольных приложений.

Существует множество достоинств, благодаря которым можно выделить Delphi из ряда других средств разработки:

- обширная библиотека классов;

- быстрый оптимизирующий компилятор, генерирующий машинный код;

- встроенный отладчик, равных которому нет;

- простой в освоении механизм доступа к базам данных;

- мощная и удобная в работе среда разработки.

- возможности Delphi, которые делают ее такой гибкой:

- прямой доступ к программному интерфейсу Windows;

- встроенный ассемблер и поддержка программирования в машинных кодах;

- возможность создания пользовательских компонентов VCL и ActiveX;

- поддержка формата DLL и других выполняемых файлов Windows;

- возможность многоуровневой разработки приложений;

- полная объективная ориентированность - в программах можно создавать объекты, берущие начало как от библиотечных классов, так и от созданных программистом.

Delphi предоставляет прямой доступ ко многим типам локальных и удаленных серверов баз данных. Также предоставляет множество различных типов для хранения целых, вещественных (с плавающей запятой), логических (boolean), символьных (char), строковых значений, а также указателей. Помимо этого имеются типы, определяемые пользователем: множества (sets), записи (records) и объектные переменные. Поскольку имеется столько разнообразных типов, понимание чужого программного кода может быть затруднено, если будут встречаться маловразумительные имена переменных.

Часто для обеспечения взаимодействия различных приложений или частей одного приложения организуется обмен данными. Для этого предоставляются следующие средства:

- использование буфера обмена;

- динамический обмен данными.

Буфер обмена представляет собой область оперативной памяти и специальных функций, которые используются для временного хранения файла. Буфер обмена является общим для всех программ, любое приложение может помещать в него информацию и считывать его оттуда. Буфер обмена способен хранить данные самых разных типов и содержит сведения об их формате. Буфер обмена обеспечивает простейший статический способ обмена данных между приложениями. Данные в общей области обмена обновляются и являются динамическими. Однако термин статический понимается в том смысле, что каждый раз, когда приложение или пользователь хочет получить новые данные из буфера обмена или поместить их туда, они должны выполнять для этого соответствующие операции.

Для выполнения операций обмена данными через буфер в Delphi предназначен специальный класс TClipBoard.

С помощью свойств и методов объекта Clipboard при работе с буфером обмена можно выполнить стандартные операции, например, очистить буфер или проанализировать тип хранимых данных. Для доступа к объекту буфера обмена в разделе Uses модуля, в котором выполняются операции с объектом буфера, указывается модуль Clipboard.

В Delphi создана поддержка технологии DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными).

Динамический обмен данными (Dynamic Data Exchange - DDE) представляет собой технологию, которая связана с передачей данными между приложениями, работающими под управлением операционной системы Windows. С помощью технологии DDE два приложения могут динамически взаимодействовать и обмениваться текстовыми данными во время их выполнения. При этом изменения в одном приложении немедленно отражаются во втором приложении. Кроме того, с помощью технологии DDE можно из одного приложения управлять другим приложением, например, Microsoft Word или Excel.

При динамическом обмене два приложения соблюдают соглашение об обмене и устанавливают между собой непосредственную связь на время передачи данных. При этом программа, запрашивающая данные, становится клиентом, а программа, служащая источником данных, является сервером. В зависимости от направления передачи данных одно и то же приложение может одновременно быть и клиентом и сервером. Организация динамического обмена данными включает в себя два следующих этапа:

· установка связи между клиентом и сервером. Ее можно устанавливать при разработке и при выполнении приложения;

· передача текстовых данных, при этом возможны следующие действия:

- получение данных от сервера;

- передача данных на сервер;

- посылка серверу команд.

Delphi позволяет создавать оба типа приложений - сервера и клиента, при этом каждое из них создается отдельно. Для создания приложений, участвующих в динамическом обмене данными, существуют соответствующие компоненты. Для совместной отладки двух приложений можно сначала создавать сервер, а затем - клиент.

В качестве дополнительных средств, применяемых при реализации проекта можно отметить такие как Macromedia Flash MX - c помощью этого средства были созданы элементы анимации для некоторых процессов, растровый графический редактор Adobe Photoshop CS2 - его возможности помогли реализовать в проекте все неподвижные графические элементы.

Все данные приложения использовались в режиме TRIAL 30-дневной тестовой версии.

Аппаратная часть разработки проекта с учетом инструментальных средств предусматривает использование ПК следующей конфигурации:

- процессор тактовой частотой не ниже 700 Мгц;

- объем оперативной памяти не менее 128 Мб;

- диагональ монитора 15 и более дюймов;

- объем видеопамяти от 32 Мб;

- разрешение монитора 1024x768 при 16 битной палитре;

- объем жесткого диска не менее 2,1 Гб (1,5 Гб. - ОС Windows + 600 Mb - Borland Delphi 6.0).

Автоматизированной системы контроля знаний на основе архитектуры клиент-сервер работает в сетевом режиме. Для эксплуатации программы необходимы следующие программные средства:

Серверная часть:

операционная система Windows 98 SE /Me/XP/2000/2003;

пакет программ Microsoft Office XP (и последующие версии) для вывода отчетности.

присутствие следующих компонентов операционной системы:

сетевая плата либо контроллер удаленного доступа;

протокол TCP/IP;

Клиентская часть:

операционная система Windows 98 SE /Me/XP/2000/2003;

присутствие следующих компонентов операционной системы:

сетевая плата либо контроллер удаленного доступа;

протокол TCP/IP;

Основные характеристики ОС Windows XP:

- многозадачность (одновременно может работать несколько приложений);

- работа с сетью ОС (на уровне ядра системы организован клиент / сервер сети);

- изоляция процессов (если во время работы какое-либо приложение совершило сбой, и в результате было закрыто аварийно, то это не сказывается на работе других приложений и процессов системы);

- поддержка огромного количества оборудования (в том числе, устаревшего и современного) всех известных производителей;

- широкие возможности настройки многих узлов системы (графических, интерфейсных, сетевых и т.д.);

- обширная справочная система по многим узлам операционной системы.

Использование Автоматизированной системы контроля знаний предусматривает следующие требования к аппаратным средствам:

сетевая плата от 10 Мб/с;

сетевая среда (физический уровень);

процессор тактовой частотой не ниже 500 Мгц;

оперативная память не менее 64 Мб;

объем жесткого диска не менее 2 Гб;

монитор 15 дюймов;

разрешение монитора 1024x768 при 16 битной палитре;