多課程并行考試及題庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱鐵櫻

摘要：計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí)，老式的手工組卷和試題管理模式將逐步被代替，在不斷提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的同時(shí)，使考試更加客觀、更科學(xué)、更公正。該文分析了現(xiàn)階段的考試系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了該系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容和創(chuàng)新。在系統(tǒng)采用的開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)方面進(jìn)行了討論，再?gòu)南到y(tǒng)需求分析、系統(tǒng)總體架構(gòu)和具體實(shí)現(xiàn)等方面入手，詳細(xì)說(shuō)明了多課程并行考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：多課程；并行；系統(tǒng)組卷；題庫(kù)管理

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）14-0075-03

The Design and Implementation of Multi Course Parallel Examination and Examination Question Bank Management System

ZHU Tie-ying

（Computer & electric engineering department，Guangsha College of Applied Construction Technology， Dongyang 322100， China）

Abstract：Questions the traditional management mode and manual mode of test paper will be gradually replaced by computers， which make the teaching test more objective， more scientific， and more just， so as to improve the quality of teaching and the teaching level continuously in the school. The background and significance of this subject are discussed in the paper. First， the problems of the examination system are analyzed at this stage，the paper put forward the main elements and innovation of the system. Second， the development structure， development platform and database technologies of this subject are discusses in this paper. At last， Parallel multi-course test system design and implementation is details Elaborated from Needs analysis， the overall system architecture and realization， system testing， etc.

Key words：multi-course； parallel； system test paper； test bank management

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，并且在高校校園網(wǎng)建設(shè)逐步完善的情況下，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)已成為大學(xué)生必須掌握的技能。高校中，各個(gè)環(huán)節(jié)都已經(jīng)使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，但在考試這個(gè)環(huán)節(jié)中，依然過(guò)分依賴于傳統(tǒng)的考試模式，很少提供在線考試的功能。

已有的在線考試大多采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶端通過(guò)瀏覽器頁(yè)面進(jìn)行考試，這種“瘦客戶端”結(jié)構(gòu)勢(shì)必導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)荷過(guò)重，根本沒(méi)法應(yīng)對(duì)大規(guī)模正規(guī)考試。通過(guò)瀏覽器考試的另一個(gè)問(wèn)題是響應(yīng)遲緩，還易受到木馬病毒的攻擊，難以確保考試的正常進(jìn)行，不具實(shí)用性，考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要考慮數(shù)據(jù)的安全性和程序的可用性?；贑/S的計(jì)算機(jī)模型能夠完善的解決這一問(wèn)題，C/S模型將數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序分離，由服務(wù)器和客戶端來(lái)分別執(zhí)行，體現(xiàn)了“服務(wù)請(qǐng)求/服務(wù)響應(yīng)”的關(guān)系。既合理地利用了服務(wù)器和客戶端的相關(guān)資源，又在一定程度上減少了網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)擔(dān)。

本系統(tǒng)不僅是一個(gè)統(tǒng)一的試題庫(kù)維護(hù)平臺(tái)，同時(shí)還提供考試安排、出卷、組卷、改卷、成績(jī)統(tǒng)計(jì)以及題庫(kù)導(dǎo)出導(dǎo)入等功能。由于采取按課程分設(shè)題庫(kù)，教師不僅可以聯(lián)網(wǎng)在線題庫(kù)管理，還可方便地將自己課程的題庫(kù)帶回家脫機(jī)維護(hù)。采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)題庫(kù)模板，按課程分別建立題庫(kù)，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，有效降低了服務(wù)器負(fù)載及考試的響應(yīng)延時(shí)，使大規(guī)模多課程并行考試成為可能。

1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

本系統(tǒng)采用三層C/S結(jié)構(gòu)，合理地將任務(wù)分配到服務(wù)端和客戶端來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用中間件從邏輯上將應(yīng)用分為業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和表示層。作為構(gòu)造三層結(jié)構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，中間件提供了以下功能：負(fù)責(zé)服務(wù)器與客戶機(jī)、服務(wù)器與服務(wù)器的連接和通信；實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接；提供一個(gè)三層結(jié)構(gòu)應(yīng)用的平臺(tái)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、題庫(kù)分設(shè)、后臺(tái)集中組卷、C/S結(jié)構(gòu)等技術(shù)方案，充分利用負(fù)載平衡，有效地解決了大規(guī)模、多課程并行考試的諸多技術(shù)難題，適用于各類大中專院校及中小學(xué)實(shí)行網(wǎng)上考試及學(xué)生自主在線訓(xùn)練。

本系統(tǒng)由考試和管理兩大子系統(tǒng)構(gòu)成?？荚囎酉到y(tǒng)提供判斷、單選、多選、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、論述題以及閱讀理解等常規(guī)考試的各種題型，界面簡(jiǎn)潔，操作方便，而且具備后臺(tái)自動(dòng)提交（每分鐘）答題數(shù)據(jù)、自動(dòng)計(jì)時(shí)、意外中斷恢復(fù)續(xù)考等優(yōu)秀功能。

管理子系統(tǒng)提供考試安排、人工出卷、集中組卷、人工改卷、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、題庫(kù)導(dǎo)出導(dǎo)入等功能，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)題庫(kù)模板，按課程分別建立題庫(kù)，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，有效降低了服務(wù)器負(fù)載及考試的響應(yīng)延時(shí)，使大規(guī)模多課程并行考試成為可能。此外，題庫(kù)分設(shè)還有利于加載和移除，也方便任課教師將題庫(kù)帶回家離線操作，通過(guò)脫機(jī)客戶端軟件，任課教師不用上網(wǎng)也能在家出卷、改卷及題庫(kù)維護(hù)等。本系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的用戶可分為管理員（教師）和學(xué)生兩類，由考試和管理兩大子系統(tǒng)構(gòu)成。

管理員（教師）負(fù)責(zé)統(tǒng)一維護(hù)試題，同時(shí)還可以操作考試安排、人工出卷、集中組卷、人工改卷、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、題庫(kù)導(dǎo)出導(dǎo)入等子模塊。從實(shí)際出發(fā)，本系統(tǒng)提供了多種組卷方式，具有很好的實(shí)用性。在集中組卷部分，如具備足量題庫(kù)，管理員（教師）可選擇隨機(jī)自動(dòng)組卷方式；對(duì)于暫無(wú)足量題庫(kù)或難以確保難度均衡的考試，可選擇人工抽題、混序組卷的方案；對(duì)于高等數(shù)學(xué)一類包含復(fù)雜公式符號(hào)的考試，管理員（教師）可以選擇嵌入式Word文檔出卷考試。

學(xué)生登陸考試子系統(tǒng)后，可以進(jìn)行考試?？荚囶}型提供了判斷、單項(xiàng)選擇、多項(xiàng)選擇、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、論述題以及閱讀理解等常規(guī)考試的各種題型，界面簡(jiǎn)潔，操作方便，為了預(yù)防死機(jī)或停電事故，在考試過(guò)程中具備后臺(tái)自動(dòng)提交（每分鐘）答題數(shù)據(jù)、自動(dòng)計(jì)時(shí)、意外中斷恢復(fù)續(xù)考等優(yōu)秀功能。

3.1 管理子系統(tǒng)

管理子系統(tǒng)包括：題庫(kù)維護(hù)、人工出卷、Word出卷、集中組卷、人工改卷、考試安排、學(xué)生信息、成績(jī)登記等幾大模塊。

1）題庫(kù)維護(hù)：管理員（教師）模塊可對(duì)題庫(kù)中的試題進(jìn)行三種操作：添加題目、刪除題目、修改題目，其中試題類型包括單選題、多選題、判斷題、填空題、名詞解釋題、問(wèn)答題、論述題、閱讀理解題，教師可以對(duì)每種試題設(shè)置題干、答案、分值、插圖等屬性，教師還可以進(jìn)行題庫(kù)的導(dǎo)出，導(dǎo)入和清空等功能設(shè)置。

2）人工出卷：管理員（教師）可以從題庫(kù)中選擇試題，形成試卷。

3）Word出卷：針對(duì)高等數(shù)學(xué)一類包含復(fù)雜公式符號(hào)的課程考試，本系統(tǒng)提供了基于嵌入式Office文檔的考試方案。試卷（可以是AB卷）以O(shè)ffice文檔的方式保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，出卷和考試均可充分利用Office的特殊符號(hào)和公式編輯功能。這種方案還提供紅筆手寫(xiě)改卷評(píng)分、批改痕跡保留等高級(jí)功能。也可以方便地原樣打印試卷存檔。

4）集中組卷：在考試之前給所有學(xué)生組卷，進(jìn)行無(wú)序化處理。

5）人工改卷：可對(duì)填空題、名詞解釋題和問(wèn)答題進(jìn)行人工改卷。

6）考試安排：進(jìn)行安排的相關(guān)安排，如設(shè)置組卷方式（包括人工抽卷、隨機(jī)組卷，Word出卷三種），設(shè)置試卷編號(hào)（即AB卷），考試時(shí)間，考試分鐘，題型和分?jǐn)?shù)。

7）學(xué)生信息：可增加，刪除學(xué)生信息，也可導(dǎo)入dbf和txt格式的學(xué)生信息，并可導(dǎo)出，打印學(xué)生信息。

8）成績(jī)登記：自動(dòng)記錄學(xué)生的考試成績(jī)，在成績(jī)表中輸入平時(shí)成績(jī)，按設(shè)定的平時(shí)成績(jī)占比，可自動(dòng)計(jì)算出總評(píng)成績(jī)來(lái)。成績(jī)表可打印，可保存，可報(bào)送到服務(wù)器上。

3.2 考試子系統(tǒng)

考試子系統(tǒng)提供判斷、單項(xiàng)選擇、多項(xiàng)選擇、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、論述題以及閱讀理解等常規(guī)考試的各種題型，界面簡(jiǎn)潔，操作方便，而且具備后臺(tái)自動(dòng)提交（每分鐘）答題數(shù)據(jù)、自動(dòng)計(jì)時(shí)、意外中斷恢復(fù)續(xù)考等優(yōu)秀功能。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，要保證數(shù)據(jù)正確地分布到數(shù)據(jù)表中。使用正確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的讀取操作，還可以簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的其他內(nèi)容，盡可能減少冗余，重復(fù)數(shù)據(jù)減到最少。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)采用結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的、按課程設(shè)置的多數(shù)據(jù)庫(kù)方案，優(yōu)點(diǎn)是便于任課教師維護(hù)，互不干擾，增強(qiáng)試題庫(kù)和試卷的保密性，以將各題庫(kù)分布在不同的服務(wù)器中以達(dá)到負(fù)載平衡的目的。系統(tǒng)包含7個(gè)數(shù)據(jù)表：學(xué)生信息表student、教師信息表teacher、課程信息表course、學(xué)生成績(jī)表stucourse、試卷信息表test、試題信息表testcon和學(xué)生答題表stutest。其中試題數(shù)據(jù)表主要面向各任課教師和學(xué)生，本數(shù)據(jù)表的試題可以導(dǎo)出，既可以集中在主服務(wù)器上，也可分布于其他院系的獨(dú)立服務(wù)器均衡負(fù)載。

5 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

5.1 系統(tǒng)題型設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的題型包括單選題、多選題、判斷題、填空題、名詞解釋題、問(wèn)答題、論述題、閱讀理解題。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為便于一題多空的閱卷，針對(duì)填空題題型，為盡可能減少表的記錄，提高數(shù)據(jù)處理的效率，采用增加字段數(shù)來(lái)減少記錄數(shù)。具體操作如下：把選擇題和填空題的題目和答案放在同一條記錄內(nèi)，不僅提高了讀取記錄的速度，也方便了教師閱卷和計(jì)算成績(jī)，簡(jiǎn)化了程序處理的算法復(fù)雜性。

為實(shí)現(xiàn)圖形文件存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個(gè)組件將文件上傳至特定的文件夾，同時(shí)將文件名存放在表中。在讀取信息時(shí)，就可通過(guò)文件名到相應(yīng)的文件夾中讀取。

5.2 系統(tǒng)閱卷方案

試卷的閱卷采用人工閱卷與自動(dòng)閱卷相結(jié)合的方式?？陀^題（單選題、多選題、判斷題和閱讀理解題）采取自動(dòng)閱卷方式，通過(guò)SQL語(yǔ)句讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中學(xué)生的答案，根據(jù)試卷題型分值將結(jié)果存放在相應(yīng)表中；主觀題（填空題、簡(jiǎn)答題、名詞解釋題、論述題）采取人工閱卷的方式，由教師手工批改，將得分存放在相應(yīng)表中。自動(dòng)閱卷的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)ODBC的批量更新功能實(shí)現(xiàn)，使用了預(yù)編譯的存儲(chǔ)過(guò)程，再通過(guò)CallableStatement調(diào)用并實(shí)現(xiàn)批處理，提高了自動(dòng)閱卷的靈活性和效率。

5.3 系統(tǒng)意外中斷恢復(fù)續(xù)考方案

由于停電、死機(jī)等客觀原因計(jì)算機(jī)重啟，導(dǎo)致學(xué)生考試時(shí)試題和答案丟失，以致考試無(wú)法順利進(jìn)行這種情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了考試恢復(fù)功能，可以恢復(fù)學(xué)生答題信息和考試時(shí)間。具體方法是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定時(shí)器，每隔一段時(shí)間（如3min或5min）將學(xué)生的答題信息和考試時(shí)間自動(dòng)更新一次，保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，在計(jì)算機(jī)重啟后，可以重新登錄系統(tǒng)，讀取學(xué)生前面保存的信息，繼續(xù)考試。

5.4 系統(tǒng)組卷問(wèn)題解決方案及算法設(shè)計(jì)

1）組卷問(wèn)題解決方案

本系統(tǒng)采用多種組卷方案，包括隨機(jī)組卷，人工抽題、混序組卷，Word出卷，后臺(tái)集中等方式。其中隨機(jī)組卷是根據(jù)題目的考試策略，系統(tǒng)后臺(tái)隨機(jī)抽取題目生成試卷；Word出卷是針對(duì)高等數(shù)學(xué)一類包含復(fù)雜公式符號(hào)的課程考試，還提供紅筆手寫(xiě)改卷評(píng)分、批改痕跡保留等功能，也可方便地打印試卷存檔。為保證考試的公平性，在題目?jī)?nèi)容一致的情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了人工抽題和混序組卷方式，人工將題目順序打亂，防止作弊的現(xiàn)象。

現(xiàn)有的很多考試系統(tǒng)多采用考前動(dòng)態(tài)組卷方案，對(duì)于大規(guī)模考試勢(shì)必導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)訪問(wèn)和復(fù)雜的組卷運(yùn)算，這容易引起服務(wù)器瞬間超負(fù)荷，甚至影響考試的正常進(jìn)行。為此，本系統(tǒng)創(chuàng)新性的采用了后臺(tái)集中組卷的方式進(jìn)行組卷，系統(tǒng)根據(jù)試卷的組卷方案（即Word出卷，隨機(jī)組卷，人工抽題、混序組卷）和組卷策略在后臺(tái)給每位學(xué)生抽取題目組織試卷。具體而言，組卷方案若為Word出卷，系統(tǒng)便將指定的題目信息添加至學(xué)生的試卷表中；若為隨機(jī)組卷，系統(tǒng)根據(jù)抽題方案在題庫(kù)中抽取試題隨機(jī)分配，并將試題信息添加至學(xué)生的試卷表中，抽題方案的依據(jù)為題目類型、難易程度、知識(shí)點(diǎn)等；若為人工抽題、混序組卷，系統(tǒng)按題型將題目隨機(jī)生成一個(gè)考試序列號(hào)分配給學(xué)生，以保證每一學(xué)生的考試題序不同。

2）組卷問(wèn)題算法設(shè)計(jì)

如果采用二進(jìn)制編碼的遺傳算法，還要考慮初始群體的設(shè)定中群體個(gè)體數(shù)目，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生編碼搜索空間過(guò)大和編碼過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，而且種群數(shù)目N影響遺傳算法的有效性。N太大，會(huì)增加計(jì)算量。N太小，遺傳算法會(huì)找不出問(wèn)題的解。針對(duì)這情況，本系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，初始種群根據(jù)題型、總分等產(chǎn)生，并不是隨機(jī)生成，既加快了遺傳算法的收斂又減少了迭代次數(shù)。

針對(duì)每種題型，在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)試題庫(kù)建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表，在確定編碼方案時(shí)，采用分組實(shí)數(shù)編碼。在實(shí)數(shù)編碼中，直接用實(shí)數(shù)表示，再對(duì)每種題型采用編碼策略進(jìn)行處理，控制了編碼搜索空間過(guò)大和編碼過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，提高了求解速度。遺傳算法流程圖如圖3所示 。

6 結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)完善的系統(tǒng)可以在用戶使用后及時(shí)檢驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)自己的不足，提高學(xué)習(xí)效率。本文詳細(xì)論述了多課程并行考試及題庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了考試安排、各種組卷方法、試題管理和自動(dòng)閱卷等功能，只要形成一套成熟的題庫(kù)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無(wú)紙化考試。系統(tǒng)具有合理的組卷策略，具備一定的實(shí)用性，界面友好，實(shí)現(xiàn)了教考分離，提高了教學(xué)效果。使用本系統(tǒng)，教師只需設(shè)計(jì)題目、維護(hù)題庫(kù)，不再需要出卷，閱卷及組織考試，從很大程度上減輕了教師的負(fù)擔(dān)，并且保證了考試的客觀性和公平性。

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