基于J2EE架構(gòu)的通用教學(xué)評價系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、基于J2EE架構(gòu)的通用教學(xué)評價系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要基于目前數(shù)字化校園系統(tǒng)中教學(xué)評價模塊的功能單一、模型固定和重復(fù)開發(fā)等問題，作者給出了一個通用的教學(xué)評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能流程、系統(tǒng)的體系構(gòu)造和實現(xiàn)技術(shù)，以及所用到的兩種重要算法：AHP法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)可作為一個模塊直接嵌入不同的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺與數(shù)字化校園系統(tǒng)，具有通用性強(qiáng)、擴(kuò)大性好等優(yōu)勢，能有效的排除模型定制中人為因素的干擾，具有較強(qiáng)的實用和推廣價值。關(guān)鍵詞評價模型struts框架AHP法BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1引言隨著Internet應(yīng)用的普及，網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)日益成為一種重要的教學(xué)手段和教學(xué)場所，作為網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)系統(tǒng)的一個模塊，教學(xué)評價系統(tǒng)承當(dāng)著監(jiān)

2、視教學(xué)效果、使教學(xué)雙方形成有效交互與反響以及對教學(xué)過程的決策取向產(chǎn)生直接參考根據(jù)的重要任務(wù)。但是，目前我國還沒有網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)評價的根本標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)形式和教學(xué)對象的多樣性也導(dǎo)致難以制定一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為理解決上述問題，本文給出了一個通用的教學(xué)評價系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅解決了重復(fù)開發(fā)造成的資源浪費(fèi)，對不同的基于J2EE架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)或者數(shù)字化校園平臺，只須把該系統(tǒng)作為一個模塊嵌入其中，就可輕松實現(xiàn)評價功能，而且針對各種不同的需求，提供評價表單、權(quán)值的定制功能，教學(xué)單位可根據(jù)自己的實際情況選擇使用AHP法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法或常規(guī)法定制合適自己的評價模型。前兩種方法，本系統(tǒng)提供評價模型的生成和檢驗機(jī)制，用以保

3、證所定制的模型符合用戶需求，以最大程度排除人為因素的干擾，是本系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵技術(shù)。2相關(guān)算法介紹2.1AHP法AHP是AnalytiHierarhyPress層次分析法的簡稱，它是一種定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)化、層次化的分析方法，適用于多目的、多準(zhǔn)那么的復(fù)雜評價問題。它能提供一種方法把定性的評價標(biāo)準(zhǔn)定量化，形成對每一評價指標(biāo)的權(quán)值，由于它同時提供一致性檢驗從而可以保證所得權(quán)植的客觀合理性。其主要步驟為：1)建立層次構(gòu)造模型2)構(gòu)造判斷矩陣3)層次單排序及其一致性檢驗4)層次總排序及其一致性檢驗利用AHP法建模的關(guān)鍵在于判斷矩陣的構(gòu)造，這需要在建立層次構(gòu)造之后進(jìn)展兩兩標(biāo)度比擬，這項工作一般要由專

4、家來做。2.2BPNN法即BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，又稱誤差逆?zhèn)鞑W(xué)習(xí)算法，分為三層：輸入層、隱含層和輸出層。在詳細(xì)應(yīng)用該網(wǎng)絡(luò)時分為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)及網(wǎng)絡(luò)工作兩個階段。網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程由正向和反向傳播兩部分組成。在正向傳播過程中，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響到下一層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。假如輸出層不能得到期望輸出，就是實際輸出與期望輸出值之間有誤差，那么轉(zhuǎn)入反向傳播過程中，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經(jīng)元的權(quán)值，逐次向輸入層傳播去進(jìn)展計算，再經(jīng)過正向傳播過程，這兩個過程的反復(fù)運(yùn)用，使得誤差信號最校當(dāng)誤差到達(dá)人們所希望的要求時，網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程就完畢。在網(wǎng)絡(luò)的工作階段，根據(jù)訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值及給定的輸入向量，按照“

5、形式順傳播方式求得與輸入向量相對應(yīng)的輸出向量的解答。BP網(wǎng)是一種反向傳遞并能修正誤差的多層映射網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)參數(shù)適當(dāng)時，此網(wǎng)絡(luò)可以收斂到較小的均方差，是目前應(yīng)用最廣的網(wǎng)絡(luò)之一。使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)展權(quán)值的定制是基于它具有能任意精度近似線性非線性函數(shù)的特性，把樣本與權(quán)值組的映射關(guān)系看作一個非線性函數(shù)，用BP網(wǎng)絡(luò)去近似這個函數(shù)，只要樣本是合理的，那么得出的權(quán)值也是合理的。根據(jù)R.Heh-Nielsn的論證，一個三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)任意精度、任意連續(xù)函數(shù)的映射，故我們僅取一個隱含層。輸入層和輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)，按實際應(yīng)用需要而定。隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)確實定，跟輸入層和輸出層的神經(jīng)元個數(shù)有關(guān)，但詳細(xì)的定量關(guān)系目前仍

6、無定論。按照hareneN.Tan和GerhardE.ittig(1993)的說法，一般情況下輸入層、單個隱含層和輸出層的神經(jīng)元個數(shù)根本相等或呈金字塔構(gòu)造時，BP模型的運(yùn)行效果較好。因為取節(jié)點(diǎn)太少,網(wǎng)絡(luò)不“強(qiáng)壯，難以到達(dá)目的；取節(jié)點(diǎn)太多，使學(xué)習(xí)時間過長，誤差不一定最校3系統(tǒng)的體系構(gòu)造圖1系統(tǒng)總體構(gòu)造圖如圖1為評價系統(tǒng)的總體構(gòu)造圖，從邏輯上可以把整個系統(tǒng)分成三個大的子系統(tǒng)，模型定制子系統(tǒng)、教務(wù)管理子系統(tǒng)和教學(xué)評價子系統(tǒng)，分別由模型管理員、教務(wù)管理員和評價用戶來操控。每一用戶登錄時，首先查找自身的數(shù)據(jù)庫，假設(shè)數(shù)據(jù)庫中沒有該用戶的身份認(rèn)證信息，將訪問平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，從中獲得用戶的合法身份信息，并將有

7、效用戶存入評價系統(tǒng)自身的數(shù)據(jù)庫，同時，根據(jù)用戶的角色進(jìn)入相應(yīng)的功能頁面。3.1模型定制子系統(tǒng)中評價模型的定制分兩步，第一步要從指標(biāo)庫中選取評價指標(biāo)，對指標(biāo)庫的維護(hù)由模型管理員負(fù)責(zé)，評價指標(biāo)分為兩類，一類是定性描繪指標(biāo)，一類是定量指標(biāo)，定量指標(biāo)須從元數(shù)據(jù)集中選擇指標(biāo)所對應(yīng)的元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)集是可以從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)提取的定量信息的數(shù)據(jù)集合，客觀反映了學(xué)生和老師參與教學(xué)的情況。指標(biāo)選擇完畢，還要定制每一指標(biāo)的權(quán)值，定制權(quán)值的方式有三種：自定義法、BP法和AHP法。自定義法可以對某一模型的指標(biāo)直接輸入權(quán)值，這一方法和目前大部分評價系統(tǒng)的實現(xiàn)功能一樣，當(dāng)評價模型已經(jīng)確定或是有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)時，可選擇這種方式

8、定制權(quán)值。AHP法需要對評價領(lǐng)域較熟悉的專家決定出反映各指標(biāo)的相對重要性的判斷矩陣，在定制過程中，系統(tǒng)提供了一個界面友好的定制模塊，讓用戶可以比擬方便的完成定制操作。假如輸入的判斷矩陣不滿足一致性要求，那就意味著比擬參數(shù)有自相矛盾的地方，系統(tǒng)將會報錯并返回重新輸入?yún)?shù)。AHP的這種驗證機(jī)制能保證用戶最大限度的準(zhǔn)確量化在潛意識中指標(biāo)的重要程度，從而定制出符合要求的評價模型。使用BP法在定制權(quán)值時需要評價樣本的輸入，評價樣本提供了一個模板，它實際是由一些孤立的點(diǎn)來確定一條多維的權(quán)值曲線，權(quán)值曲線的合理與否與樣本的合理性嚴(yán)密相關(guān)。樣本庫由教務(wù)管理員員管理和維護(hù)，可以組織專家制定樣本或是在AHP法運(yùn)行

9、一段時間后由教務(wù)人員從產(chǎn)生的評價實例中提取樣本來組成樣本庫。BP法通過誤差反傳的方法來不斷調(diào)整預(yù)設(shè)的權(quán)值，當(dāng)誤差小于某一預(yù)設(shè)的值時完成權(quán)值訓(xùn)練，否那么繼續(xù)調(diào)整下去。由此可見，BP法自身也具有檢驗機(jī)制，這樣得出的權(quán)值能最大限度滿足用戶的需求。通過定制不同的評價模型，系統(tǒng)可以對教學(xué)的各個方面進(jìn)展評價。模型管理員負(fù)責(zé)模型的管理維護(hù)工作，可以對模型進(jìn)展編輯和刪除操作，還可以通過提供樣本對已經(jīng)定制完成的某模型進(jìn)展模型檢驗，以此來對模型的可用性進(jìn)展評估。評估算法主要采用取所有樣本的實際評價結(jié)果和理想值之間的均方誤差，將該誤差值與某一上限值做比擬，并在該模型做上標(biāo)記，并附上誤差值，以供教務(wù)管理員選定評價模型

10、時參考。3.2教務(wù)管理子系統(tǒng)由教務(wù)管理員施行，主要完成評價模型的選擇、翻開或關(guān)閉模型以及樣本庫的管理以及其它管理功能。評價模型定制完成之后，由教務(wù)管理員來控制系統(tǒng)的評價流程，教務(wù)管理員選擇一個或多個評價模型使其生效并進(jìn)入實際運(yùn)行，參評者就可以對相應(yīng)模型進(jìn)展評價。教務(wù)管理員還可以將評價開關(guān)關(guān)閉，使評價暫停。此時假設(shè)參評者訪問評價頁面，系統(tǒng)會告知評價功能由管理員關(guān)閉，暫停評價。關(guān)閉評價并不影響正常的閱讀等其它操作的進(jìn)展。在樣本庫管理中，可添加和刪除樣本，或者從以往的評價結(jié)果信息中提取出一些評價結(jié)果作為樣本存入樣本庫，以備BP法定制權(quán)值和模型檢驗時使用。教務(wù)管理員還可以閱讀全部的評價信息，系統(tǒng)對評價

11、結(jié)果采用橫向比擬、縱向比擬、表、圖等多樣化顯示，方便快速直觀的對評價結(jié)果做出判斷。3.3教學(xué)評價子系統(tǒng)該子系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心，主要完成對評價對象的評價功能。參評者登錄之后，系統(tǒng)根據(jù)參評者的評價權(quán)限列出其可參評的有效評價工程，參評者可以從其中選擇一個進(jìn)展評價，評價時，每一項評價指標(biāo)的評價得分都要輸入相應(yīng)的評價模型進(jìn)展運(yùn)算。其中，定性描繪指標(biāo)得分通過參評者提交得到，而定量指標(biāo)得分那么由評價系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)自動提齲所得到的評價得分存入?yún)⒃u者的評價記錄，每隔一定時間，系統(tǒng)將從評價記錄中讀取這些信息，產(chǎn)生最終的評價結(jié)果。評價可以重復(fù)進(jìn)展，此時舊的評價信息將被交換，被評價者可以實時閱讀評價結(jié)果，以到達(dá)對教

12、學(xué)的實時反響作用。4實現(xiàn)技術(shù)4.1基于struts的框架構(gòu)造圖2系統(tǒng)的框架構(gòu)造設(shè)計本系統(tǒng)采用基于struts的V編程設(shè)計思路，將用戶顯示界面、流程控制和業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)展別離。其框架構(gòu)造圖見圖2，在客戶端，用戶提交需求，數(shù)據(jù)信息以request或FrBean兩種方式提交到eb效勞器，在eb效勞器中，StrutsAtin完成主要的數(shù)據(jù)封裝和流程轉(zhuǎn)發(fā)工作，AtinServlet起著控制器的作用，控制邏輯利用Struts-nfig.xl文件來配置。在模型層，EJB那么處理業(yè)務(wù)邏輯，定制模型所涉及到的算法都在EJB中完成，之后通過DA訪問數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)的存齲4.2與教學(xué)平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步設(shè)計由于該評價系統(tǒng)定

13、位于可嵌入不同的教學(xué)平臺，對于各種教學(xué)平臺，其數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造設(shè)計也有著較大差異，因此，如何解決與不同平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步，是解決通用性的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用在XL根底上開展起來的eb效勞ebServie技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)間的功能控制和信息交互與共享。eb效勞使用基于XL的消息處理作為根本的數(shù)據(jù)通訊方式，消除使用不同組件模型、操作系統(tǒng)和編程語言的系統(tǒng)之間存在的差異，使異類系統(tǒng)可以作為計算網(wǎng)絡(luò)的一部分協(xié)同運(yùn)行。開發(fā)人員可以使用像過去創(chuàng)立分布式應(yīng)用程序時使用組件的方式，創(chuàng)立由各種來源的eb效勞組合在一起的應(yīng)用程序。由于eb效勞是建立在一些通用協(xié)議的根底上，如HTTP、SAP、XL、SDL、UDDI等，這些

14、協(xié)議在涉及到操作系統(tǒng)、對象模型和編程語言的選擇時，沒有任何傾向，因此eb效勞將會有很強(qiáng)的生命力。兩個應(yīng)用程序通過eb效勞進(jìn)展遠(yuǎn)程通信時，所需的標(biāo)準(zhǔn)核心構(gòu)件如圖3所示：圖3ebServie的核心構(gòu)件塊使用ebServi方式進(jìn)展數(shù)據(jù)共享，對使用本評價系統(tǒng)的教學(xué)平臺而言，只須在原系統(tǒng)的根底上開發(fā)一個訪問其數(shù)據(jù)庫的模塊，并將其部署到ApaheSAP上(可選擇使用其他的效勞器)，訪問數(shù)據(jù)的接口方法由本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)確定，而由教學(xué)平臺端實現(xiàn)。當(dāng)評價系統(tǒng)需要訪問平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息時，調(diào)用SAP客戶端代碼，把懇求發(fā)送至效勞器，調(diào)用相應(yīng)的效勞接口方法，結(jié)果返回和參數(shù)傳遞都是通過RP來完成。ebServie基

15、于XL文檔進(jìn)展效勞描繪，效勞懇求和反響結(jié)果，可以在Internet上通過HTTP協(xié)議進(jìn)展傳遞，很容易的被訪問和返回結(jié)果。同時，由于ebServie的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都是3的開放協(xié)議，與平臺和操作系統(tǒng)無關(guān)，不同的平臺和操作系統(tǒng)上的ebServie的實如今很大程度上可以做到互操作，這就使異構(gòu)平臺上應(yīng)用的集成變得很容易。4.3評價的有效性解決方案除常規(guī)法外，另外兩種定制權(quán)值方法即AHP法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法自身都具有有效性驗證機(jī)制。對AHP法，用戶在建立各指標(biāo)的兩兩標(biāo)度比擬矩陣后，評價系統(tǒng)將對矩陣的一致性進(jìn)展判斷，假設(shè)誤差(一般采用均方誤差)大于設(shè)定的某個最小值，將會報錯，那就意味著輸入?yún)?shù)不符合一致性標(biāo)準(zhǔn)，系

16、統(tǒng)將提示用戶重新定制，直到所定制的模型能真正反映用戶的需求，這在一定程度上防止了定制的隨意性。其次，BP法本身有一個逐漸收斂的學(xué)習(xí)過程，在評價樣本具有足夠可信度的情況下，評價權(quán)值將無限接近樣本所反映的理想模型(需要有足夠多的樣本)，收斂的時間正常是與樣本的數(shù)量成正比，用戶可在運(yùn)行速度和準(zhǔn)確性之間求得折衷。本評價系統(tǒng)把評價成績和訪問量、登錄次數(shù)、考試成績這樣一些硬性指標(biāo)掛鉤，對評價對象的評價角度從多個方面來考慮，教學(xué)單位在定制評價模型時可選擇使用，從而給被評價對象一個盡可能公正的評價。5結(jié)論本文大概介紹了系統(tǒng)的設(shè)計思路、體系構(gòu)造以及所用到的主要的實現(xiàn)技術(shù)和算法根據(jù)。對于詳細(xì)的細(xì)節(jié)，由于篇幅所限，沒有涉及。從用戶需求角度講，該系統(tǒng)通用性、可維護(hù)性強(qiáng)，可防止相當(dāng)大一部分重復(fù)開發(fā)工作，并且，由于引進(jìn)兩種算法使評價結(jié)果的有效性和合理性得到更大的保證，具有較大的實用和推廣價值。參考文獻(xiàn)：1)盧宗華.AHP矩陣一致性判別和元素修正方法及其應(yīng)用J.山東科技大學(xué)學(xué)報第三期,2000-092)焦李成.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,19963)Heht-NielsenR.TheryftheBakPrpagatinNeuralNetrkA.In:Pr