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1.3 解析器的设计及其功能

1.3.1 解析器的设计

考虑到对不同层次的学生由于教学要求不同，同一个实验中关注的知识点也将会不同，因此这要求同一实验必须同时包含多个不同考题，考题和实验应该相对独立。为此我们对同一个实验提供同样的实验参数和实验状态集合，不同的实验考试题目只需要通过统一的形式访问实验，选取知识点对应的实验参数、实验状态即可。基于以上思想，本文在通过仿真实验实现实验考试的基础上设计考题解析器，将实验考题和大学物理仿真实验两者连接起来。解析器负责将形式化考试题解析成考试题-知识点-实验参数、实验状态的逻辑关系，并通过实验得到对应的实验参数、实验状态和实验结果。考虑到实验考题的灵活性、多样性和可扩展性，本文采用面向服务的体系结构(SOA)的中间组件模型，通过使用基于XML的语言来描述接口，即对不同试题所考察的知识点使用基于XML的形式化方案描述，通过SOA模型组件，调用大学物理仿真实验，并把在实验过程中产生的实验参数、实验状态和实验结果，以XML的形式写入和读出。这样不仅能够实现试题的任意扩充性，也保证了大学物理仿真实验高度的独立性。它们的结构关系如图3所示。

基于以上思想，本文在对解析器进行设计时，采用内外两层结构。外层解析器用于解析XML当中实验考试题目相关配置文件所属实验种类，并把解析而来的实验题目编号作为下一层解析器进行解析的标示符，以任务分发器的形式进行分发;内层解析器根据传递而来的编号标示符，把此XML配置文件交与所属的实验解析器进行解析，通过解析器统一接口加载到大学物理仿真实验系统中去;然后解析器对大学物理仿真实验考试过程产生XML形式的实验参数、实验状态和实验结果进行解析读取评判，以达到对实验操作考试自动阅卷的目的。

1.3.2 解析器的功能

根据以上设计，解析器有以下两大功能：

(1)实验参数的读取，初始化考试实验。在考试系统中，为了对一个操作性考题进行考试，需要在考试开始之前，把针对此考试操作题相关的实验仪器进行初始化，这个初始化可以分成两种情况：a.把实验当前的有关仪器进行归零处理。由于在真实的实验中，考虑到仪器的安

全因素，需要将仪器开关等关系到仪器运行是否安全的重要部件处于一种关闭的初始状态，因此在虚拟仪器实验开始之前也要将仪器置于关闭状态。在实验进行过程中，学生需根据实验要求自行判断是否要打开或关闭相关仪器。这也是对学生操作进行评分的一个重要的依据。b.把与此操作题相关的仪器参数进行加载。在实验考试中，由于每个操作题都有它的特点，因而每个操作题所涉及到的实验仪器要进行相关属性的设置，以便为下一步的实验考试做准备。这个阶段通过把相关的实验参数即仪器类中的属性进行改变，满足了不同试题多样性的需要。

总之，在实验考试开始之前，解析器需要把相关的XML形式的实验参数和实验状态进行解析，然后把解析出来的实验参数加载到考试实验仪器类相关属性中去。

(2)实验考试结束后，解析器把实验过程中产生的实验参数和实验状态的真实值和标准值以形式化的方式写入到XML数据文件中。然后在考试评阅阶段，对此XML数据文件中的实验参数、实验状态和评分规则等信息进行解析，然后阅卷程序根据解析而来的数据对学生的操作实验进行评分。

2 基于XML实验阅卷系统在大学物理仿真实验中的实现

本节以油滴法测电子电荷实验的考试为例，实现了XML自动阅卷系统的设计思想与设计方案。

2.1 油滴法测电子电荷的物理原理

密立根油滴实验测定电子电荷的基本设计思想是使带电油滴在测量范围内处于受力平衡的状态。通过在实验过程中调节平衡电压的数值和调节显微镜观察窗中的油滴是否处在最清晰的位置等因素来控制油滴的运动，然后读取实验过程中的平衡电压的数值，油滴下落时间等，计算油滴的带电量，再根据油滴所带电量是元电荷的整数倍的原理，测量电子电荷的数值。

按油滴作匀速运动或静止两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分为动态测量法和平衡测量法，它们的公式分别是：

其中，

，C是仪器常数，U是两极板电压，tf是油滴匀速下落的时间，tr是油滴匀速上升的时间，p是标准大气压强，b是修正常数，q是油滴所带电量，η是空气粘滞系数，s是油滴匀速下降的距离，ρ1是油滴的密度，ρ2是空气的密度，d是平行板距离。

2.2 基于XML知识点的形式化描述

根据上述油滴实验的原理，结合虚拟仪器类中视场中油滴的清晰程度由Properties_Microscope_Whirl属性值所表示，因此采取EATI思想，对视场中油滴清晰程度知识点描述如下：

关键词： 系统 方案设计 阅卷 考试 XML 技术 基于