高安全性高智能化醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

張 穩(wěn)，石 平，顧紅培

(衛(wèi)生管理)

高安全性高智能化醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

張 穩(wěn)，石 平，顧紅培

研制基于Java 2平臺企業(yè)版(Java 2 Platform Enterprise Edition，J2EE)的高安全性、高智能化醫(yī)學(xué)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)。系統(tǒng)采用主觀題自動評判技術(shù)、在線考試故障恢復(fù)、“交換卷”技術(shù)及Rijndael加密技術(shù)來保證系統(tǒng)的高安全性與高智能化。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)隨機(jī)出題、在線考試、在線自測、故障恢復(fù)、隨機(jī)試題、題庫智能分析等功能。該考試系統(tǒng)具有高自動化、可靠性、公正性、保密性、高效性及智能分析等特點(diǎn)，可較好地滿足醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)考試要求。

醫(yī)學(xué);信息;J2EE;高安全性;高智能化;網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)

0 引 言

信息與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展、各醫(yī)學(xué)院校校園網(wǎng)的普及、遠(yuǎn)程教育的推廣以及軍隊醫(yī)院“軍衛(wèi)1號”系統(tǒng)的應(yīng)用，為新型醫(yī)學(xué)考試方式——“網(wǎng)絡(luò)考試”提供了條件［1－2］。一個完整的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)應(yīng)擁有豐富的試題、科學(xué)的組卷方法、系統(tǒng)的考試管理，使網(wǎng)絡(luò)考試達(dá)到真實(shí)的考試效果，從而替代傳統(tǒng)的紙面考試形式［3］。

近年來，國內(nèi)外基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的考試系統(tǒng)層出不窮，有效地減輕了繁重的考試、評卷工作。但這些平臺普遍存在以下缺點(diǎn):①許多系統(tǒng)組卷方式較為簡單，試卷不能根據(jù)教師設(shè)定的要求動態(tài)生成，學(xué)生在考試時使用同一套試卷，②過多注重考試管理功能的實(shí)現(xiàn)，而忽略了實(shí)際考試過程中的考務(wù)管理;③大多數(shù)系統(tǒng)只提供客觀題的自動評卷，而對主觀題的自動評卷實(shí)現(xiàn)不合理或根本沒有實(shí)現(xiàn)。針對以上不足，文中提出的基于J2EE架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)(以下簡稱考試系統(tǒng))。除實(shí)現(xiàn)基本考試功能外，還考慮包括:提供座序綁定，“變換卷”及動態(tài)生成試卷3種功能防止舞弊，根據(jù)知識點(diǎn)、難度、題型、題量科學(xué)地生成試卷，實(shí)現(xiàn)主觀題自動評卷，對考試過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，并能對考試過程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行處理等。

1 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

考試系統(tǒng)主要針對教師、學(xué)生、考務(wù)管理員3類用戶。一個良好的考試系統(tǒng)不僅要求具有方便快捷的操作、簡單有效的管理，且應(yīng)具有科學(xué)的試卷組織、高級別的系統(tǒng)安全性以及較強(qiáng)的通用性。按相關(guān)功能把考試系統(tǒng)分為以下幾個功能模塊。

1.1 題庫管理模塊 該模塊主要供教師使用，其功能包括題庫管理、試題管理、試卷生成。題庫從級別上分為公共題庫和個人題庫，其中公共題庫提供給所有教師使用，而個人題庫完全是教師為教學(xué)需要自己編撰的題目，考察角度和方法具有很大的靈活性，但在精確性和嚴(yán)格性方面無法保證。由于個人題庫的存在，教師在組卷時不僅可以選擇公共題庫中的試題，還可加入符合當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容的自擬試題，從而使題庫更好地滿足教師的個性化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)需要。試卷中的試題可以從題庫中逐題添加，也可以設(shè)定題型、難度、知識點(diǎn)、題量后，從題庫中批量添加。對于動態(tài)組卷的試卷，教師只需設(shè)定題型、難度、知識點(diǎn)、題量、分值，系統(tǒng)將在學(xué)生考試時動態(tài)地從題庫中抽取試題進(jìn)行組卷。

1.2 在線考試模塊 該模塊主要提供學(xué)生使用，其功能包括登陸、考試、計時、查看已評試卷。考生進(jìn)行考試時，系統(tǒng)安裝考生座序分配考生試卷，使得考場中前后、左右相鄰考生的試卷互不相同，減輕考場監(jiān)考人員的監(jiān)考壓力，預(yù)防考試作弊。為避免考試過程中由于系統(tǒng)故障導(dǎo)致考試中斷從而丟失考試信息，系統(tǒng)在學(xué)生每答完一道題后自動保存該題做答。當(dāng)出現(xiàn)意外情況導(dǎo)致考試中斷時，學(xué)生可以在斷點(diǎn)處繼續(xù)答題，從而最大限度地保護(hù)已有的考試數(shù)據(jù)，確?？荚?yán)^續(xù)正常進(jìn)行。

1.3 教師評卷模塊 該模塊主要供教師使用，其功能包括自動評卷、人工評卷、統(tǒng)計分?jǐn)?shù)。選擇題、判斷題、排序題、連線題、填空題由系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行自動評卷;簡答題自動評卷以基于知識點(diǎn)的帶權(quán)匹配技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

1.4 考務(wù)管理模塊 該模塊主要供考務(wù)管理員使用，其功能包括人員管理、考試監(jiān)控、資源管理?？紕?wù)管理員可以管理教師、學(xué)生的人員信息及動態(tài)監(jiān)控考試，并可對考試中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行處理。當(dāng)出現(xiàn)機(jī)器故障時，考務(wù)管理員可以更新學(xué)生的座序綁定，允許學(xué)生重新登錄，保證學(xué)生可以從斷點(diǎn)處繼續(xù)進(jìn)行考試。

2 系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)方案 為使考試系統(tǒng)具備更高的穩(wěn)定性與可靠性，在客戶端或服務(wù)端任何一方出現(xiàn)問題的情況下，最大限度地保護(hù)已有的考試數(shù)據(jù)，確?？荚?yán)^續(xù)正常進(jìn)行［4］。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練平臺的要求，考試系統(tǒng)選用核對Oracle 10g數(shù)據(jù)庫，基于Sun公司推出的J2EE平臺，提供系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)展性，加強(qiáng)系統(tǒng)的可移植性和可維護(hù)性。J2EE目前已得到廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢主要是為搭建具有可伸縮性、靈活性、易維護(hù)性的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供了良好的機(jī)制，包括大量用來訪問限制企業(yè)信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序編程接口(application programming interface，API)。同時，J2EE平臺支持一個簡化的基于組件的開發(fā)模塊，可以通過多種途徑增強(qiáng)應(yīng)用程序開發(fā)的能力，簡化結(jié)構(gòu)和開發(fā)過程。

2.2 關(guān)鍵技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本考試功能，教師可以動態(tài)、科學(xué)地生成試卷，考生可以在線考試。但網(wǎng)絡(luò)考試要完全替代傳統(tǒng)的紙面考試，需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)智能化和數(shù)據(jù)安全性［5］。因此，該系統(tǒng)在設(shè)計時，除強(qiáng)化了對主觀題的自動評判，還對數(shù)據(jù)的安全性進(jìn)行了考慮。

2.2.1 基于知識點(diǎn)的主觀題自動評判技術(shù) 主觀題與客觀題的最大區(qū)別在于并不要求標(biāo)準(zhǔn)答案是唯一、完全匹配。主觀題自動評判技術(shù)將知識點(diǎn)的表述方式歸納為解釋型、集合型、判斷型，將知識點(diǎn)的關(guān)鍵詞切分為等價類、相似類、反義類，并為關(guān)鍵詞定義了并列、順序、依賴、互斥4種邏輯關(guān)系及權(quán)值分配。在進(jìn)行自動評判時，首先搜索試題答案，完成詞語切分、知識點(diǎn)定位，然后分析知識點(diǎn)的表述是否正確，查找關(guān)鍵詞，按關(guān)鍵詞準(zhǔn)確度和邏輯關(guān)系計算知識點(diǎn)權(quán)值。最后，按試題分值和知識點(diǎn)的權(quán)值計算分?jǐn)?shù)。系統(tǒng)采用了具有自動學(xué)習(xí)功能的關(guān)鍵詞庫(即如果定義的關(guān)鍵詞在關(guān)鍵詞庫中不存在，則將該詞添加到關(guān)鍵詞庫中)，使得某一課程或?qū)W科知識點(diǎn)的關(guān)鍵詞更加全面，評判過程更加靈活，評判結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2.2.2 “變換卷”技術(shù) 所謂“變換卷”方法是指將題庫中抽取或由專家命制的基準(zhǔn)卷，按規(guī)則隨機(jī)打亂其題目和選項(xiàng)順序，生成若干用于考試的等量同質(zhì)的變換卷，并將變換卷和考場考生座序結(jié)合進(jìn)行分配的方法。其關(guān)鍵技術(shù)是變換卷的生成和變換卷的分配［6］。

變換卷生成的過程稱之為試卷變換。試卷變換的目的是為降低考生通過不良途徑獲利的可能性。因此，試卷變換一般需要遵循以下3項(xiàng)基本原則:①變換卷的題序和選項(xiàng)順序排列均具有隨機(jī)性。使得各變換卷在相同題號下，不同變換卷之間對應(yīng)的題目及選項(xiàng)順序可能不同。這是試卷變換最基本的要求。②各變換卷在相同題號下，所對應(yīng)的正確答案選項(xiàng)不同。從而使得考生之間抄襲填涂信息點(diǎn)獲利的可能性大大減少。③各變換卷中正確答案的選項(xiàng)數(shù)目和位置分布大體均勻，使得考生猜中答案的概率基本均等。

變換卷生成后，必須和考場考生座序結(jié)合起來進(jìn)行分配，以達(dá)到預(yù)期的目的。變換卷的分配需滿足如下要求:①考場中前后、左右相鄰考生的試卷互不相同;②考生不能推測出其周圍考生的變換卷類型。

2.2.3 Rijndael加密算法 數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)作為信息數(shù)據(jù)的存儲地和處理訪問地，應(yīng)具有對信息數(shù)據(jù)的安全存儲和安全訪問提供服務(wù)的功能，并具有安全防范的能力。根據(jù)AES加密算法原理，基于J2EE平臺編寫程序，實(shí)現(xiàn)對考試系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的加密。

隨著對稱密碼的發(fā)展，數(shù)據(jù)加密算法(data encryption standard，DES)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)算法由于密鑰長度較小(56位)，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)今分布式開放網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)加密安全性的要求。故1997年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院公開征集新的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，即AES。經(jīng)過3輪的篩選，比利時Daeman和Rijmen提交的Rijndael算法被提議為AES的最終算法。此算法將成為美國新的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)而被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域中。盡管人們對AES還有不同的看法，但總體上AES作為新一代的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)匯聚了強(qiáng)安全性、高性能、高效率、易用和靈活等優(yōu)點(diǎn)。AES設(shè)計有3個密鑰長度分別為128、192、256位。相對而言，AES的128密鑰比DES的56密鑰強(qiáng)1021倍。AES算法主要包括輪變化、圈數(shù)和密鑰擴(kuò)展3個方面。

AES是分組密鑰，算法輸入128位數(shù)據(jù)，密鑰長度也是128位。用Nr表示對1個數(shù)據(jù)分組加密的輪數(shù)(加密輪數(shù)與密鑰長度的關(guān)系)。每1輪都需要1個與輸入分組具有相同長度的擴(kuò)展密鑰Expandedkey(i)的參與。由于外部輸入的加密密鑰K長度有限，所以在算法中要用一個密鑰擴(kuò)展程序把外部密鑰K擴(kuò)展成更長的比特串，以生成各輪的加密和解密密鑰。

2.2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 明確題庫的存儲格式對整個系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。考試系統(tǒng)包含單項(xiàng)選擇題、多項(xiàng)選擇題、填空題、判斷題、簡答題和組合題6種類型試題，各種試題類型的構(gòu)造方式不同，例如選擇題由題目和選項(xiàng)組成，而簡答題則只有題目。為便于不同類型試題的存儲，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，系統(tǒng)使用了主-輔(prime-sub)的見表方式，試題主表中存儲試題的公告信息(如知識點(diǎn)、難度等)，其試題答案和選項(xiàng)則存入試題子表(sub)里。其他輔助性的表還包括答卷表(準(zhǔn)考證號、大體內(nèi)容)，考場表(考生ID、IP地址、準(zhǔn)考證號)，資源表(用戶ID、資源名、權(quán)限)和成績表(試卷號、課程號、學(xué)生ID、成績)。

3 結(jié) 語

目前，該平臺已實(shí)現(xiàn)安全、公正和高效地面向醫(yī)學(xué)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)考試，解決了自動生成試卷、在線考試和評卷等一系列考試過程。但網(wǎng)絡(luò)考試完全替代傳統(tǒng)的紙面考試還需要進(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)行完善，尤其是主觀題的自動評判技術(shù)涉及到人工智能、模式識別和自然語言理解等方面需要得到進(jìn)一步解決。

［1］ 汪惠霞，胡 敏，于京杰.醫(yī)院無線接入的信息安全分析［J］.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2011，24(8):859-861.

［2］ 汪惠霞，王慧琳，李風(fēng)華.住院患者護(hù)理信息系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報，2011，24(1):72-74.

［3］ 陳 鵬，趙成知.臨床醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的研發(fā)及運(yùn)行思考［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2007，4(1):157-158.

［4］ 王 曄，李 甜.網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)教學(xué)及指導(dǎo)系統(tǒng)的組建［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28(8):40-41.

［5］ 賴永凱.網(wǎng)絡(luò)考試分析系統(tǒng)設(shè)計研究［J］.電腦知識與技術(shù)，2006，3(1):92-93.

［6］ 肖國亮，曹 佳.“變換卷”方法預(yù)防考試作弊之研究［J］.中國考試(研究版)，2005，1(1):27-28.

A high-security and high-intelligence network examination system:Development and implementation

ZHANG Wen1，SHI Ping1，GU Hong-pei2
(1.Training Center for Medical Professionals，Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command，PLA，Nanjing210002，Jiangsu，China;2.Outpatient Department Hospital of Unit73061，Xuzhou221008，Jiangsu，China)

We developed a highly secure and highly intelligent medical network examination system based on J2EE，using automatic evaluation technique，online test fault recovery，the exchange volume technique and AES encryption to achieve high security and high intelligence.With this system，we realized random production of test samples，online examination，online self-testing，fault recovery，random questions，and question bank intelligent analysis.The examination system，characterized by high automation，reliability，fairness，security，high efficiency and intelligent analysis，can satisfactorily meet the requirements of medical network examinations.

Medicine;Information;J2EE;High security;High intelligence;Network examination system

R197.324

A

1008-8199(2012)02-0192-03

南京軍區(qū)醫(yī)藥衛(wèi)生科研基金(09MA091)

210002南京，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院干部訓(xùn)練中心(張 穩(wěn)、石 平);221008徐州，73061部隊門診部(顧紅培)

石 平，E－mail:spnz@163.com

2011-12-31;

2012-01-20)

(責(zé)任編輯:聞 浩;英文編輯:羅永合)