（教育技术学专业论文）网络考试系统的xml通讯协议设计.pdf

摘要 随着各类学校近年来网络和计算机等教学基础设施的改善，对计算机网络 考试系统的需求不断加大。目前已有的大部分网络考试系统的现场考试模块 采用的都是封闭的、基于文本或者二进制的通讯协议。本文探讨了在网络考试 系统中使用开放标准的x m l 通讯协议的可能性及其带来的好处，并尝试进行 x m l 通讯协议的设计。 作者首先调研和分析了国内外多个计算机网络考试系统，总结和整理m 一 个可以适合目前大多数网络考试系统使用的现场考试模型。接着借鉴了成熟的 x m p p 协议的设计，针对该模型尝试制定了一个用于现场考试的x m l 标准通 讯协议。最后作者使用x m ls c h e m a 定义了在所设计的网络考试系统的x m l 通讯协议中使用到的x m l 元素。 关键词：网络，考试，系统，x m l ，通讯协议 a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to ft e a c h i n gi n f r a s t r u c t u r es u c ha sn e t w o r k sa n dc o m p u t e r si nc h i n a ，t h e r ei sa ni n c r e a s i n gd e m a n df o rn e t w o r k b a s e dt e s t i n gs y s t e m m o s t o fe x i s t i n gn e t w o r k - b a s e dt e s t i n gs y s t e m su s eat e x t b a s e do rb i n a r yc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o li nt h er e a l t i m et e s t i n gp r o c e d u r e t h i st h e s i se x p l o r e st h ep o s s i b i l i t yo fu s i n ga no p e ns t a n d a r dx m lc o m m u n i c a - t i o np r o t o c o li n s t e a do fac l o s e dp r o t o c o li nan e t w o r k - b a s e dt e s t i n gs y s t e ma sw e l l a st h eb e n e f i t si tb r i n g s ，a n dt h e nt r i e st od e f i n ea nx m lc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l e s p e c i a l l yf o rn e t w o r k b a s e dt e s t i n gs y s t e m s t h et h e s i ss t a r t sw i t hi n v e s t i g a t i n ga n da n a l y z i n gs e v e r a le x i s t i n gn e t w o r k b a s e d t e s t i n gs y s t e ma th o m ea n da b r o a d a f t e rt h a tt h ea u t h o rd e v e l o p sam o d e lt h a tc a n m e e tt h ec o m m o nn e e do fn e t w o r k b a s e dt e s t i n gs y s t e mf o rt h er e a l t i m et e s t i n gp r o c e d u r e a n dt h e nt a k i n gx m p p ( e x t e n s i b l em e s s a g i n ga n dp r e s e n c ep r o t o c 0 1 ) a sa r e f e r e n c e ，t h ea u t h o rd e s i g n sa no p e ns t a n d a r dx m lc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la c c o r d i n gt ot h em o d e l f i n a l l y ，t h ea u t h o rd e f i n e st h ex m l v o c a b u l a r i e su s e di nt h ex m l c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb yx m ls c h e m a k e y w o r d s ：n e t w o r k b a s e d ，t e s t i n g ，s y s t e m ，x m l ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l 表格 3 1 s t r e a m 元素的属性列表 3 2预定义的x m ls t r e a m 错误标记列表 2 6 2 7 插图 1 1t o e f lc b t 考试用户界面 1 2 t o e f li b t 考试用户界而 1 3 全新的g m a t 考试用户界面 1 4 大学英语口语考试系统的网络拓朴结构图 1 5 大学英语口语考试通讯过程示意图 2 1 现场考试模块的实施流程图 2 2 现场考试模块的实施流程图( 续) 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 网络考试系统进行身份认证和考试指令传输的通讯过程示意图 网络考试系统进行考试数据传输的通讯过程示意图 考试服务器和考试客户端建立的x m l 数据流示意图 s t r e a m sn a m e s p a c e 的总体结构示意图 c o m m a n ds t a n z a 的结构示意图 e ds t a n z a 的结构示意图 3 4 5 6 8 均 加 扒 毖 捣 药 弱 钔 第一章绪论 1 1国内外计算机网络考试系统的应用现状及分析 1 1 1计算机网络考试系统概述 随着我国近年来经济的持续高速发展，对教育事业的投入不断加大，各类 学校中的校园网普及率和计算机的生均占有量也在逐年以较高的速度攀升，特 别是在经济较为发达的东部地区。2 0 0 5 年由中央电化教育馆和中国教育技术 协会组织、英特尔( 中国) 公司支持的“中小学教育信息化建设与应用状况的调 查研究课题组” 1 】进行调查的结果表明：城市地区已有8 9 的中小学建设了校 园网，且生机比达到2 0 ：l 的中小学占8 0 。而在普通高等学校中，目前几乎 全部都己建成校园网，根据中国教育和科研计算机网( c e r n e t ) 2 0 0 4 年末的 调查问卷 2 统计结果显示，已建成校园网的高校占9 2 7 ，正在建设的高校占 6 6 ，计划建设的高校占0 6 ，目前平均每所高校提供学生使用的计算机数 量为3 6 6 5 台，综合类大学2 0 0 5 年平均采购计算机数量为2 6 5 4 台。这些数据都 表明了当前要在这些学校推行基于计算机网络的考试系统，所需的网络和计算 机方面的硬件条件已经基本成熟。 汁算机网络考试系统是协助考试组织者和考生利用汁算机及网络技术为介 质来完成整个考试流程的系统，一般应该提供考生管理、考试管理、题库和组 卷系统、现场考试、阅卷系统这些主要功能。 与传统的考试相比，计算机网络考试系统具有很多的优点： 1 计算机网络考试系统一般都配有大规模的试题库系统，跟传统考试相比， 在命题、录入、制卷、装订等准备考试的环节上节约了大量的人力。 2 对标准化试题，计算机网络考试系统可以进行自动阅卷评分并可以立刻按 照教师要求的方式产生出学生成绩统计和排序报表，这大大减少了任课教 师的重复劳动。 3 传统基于纸介质的考试耗费了大量纸张和油墨，而计算机网络考试是完全 无纸化的考试，在节约自然资源方面有明显的优势。 中国科学技术大：学硕= j 学位论文第章绪论 4 全丽数字化的试卷和答卷可以方便的进行归档和查询，使得教师对任意学 生在较长阶段内详细学习成绩变化的观察成为可能，有利于教师积累教学 资源，提高教学质量。 5 数字化的学生信息和学生成绩记录易于与学校中使用的各种信息管理系 统直接挂接起来，而传统考试的考试成绩要靠教学秘书或任课教师手工录 入到信息系统l ：| _ = l ，不但要耗费大量人力，而且不可避免地引入了手工录入 错误的可能性。 由上述的比较可以看出，成熟的计算机网络考试系统相对于传统考试流程 具有相当大的优势，并且非常适应于学校的管理信息化进程，是未来考试形式 的一种发展趋势。 1 1 2国外计算机网络考试系统的应用现状 1 1 2 1t o e f lc b t 考试 国外的计算机网络考试系统的研究和实践进行的相当之早，早在1 9 9 5 年 e t s l 便开始研究基于计算机网络的考试系统。从1 9 9 8 年开始，e t s 基于计算 机网络的t o e f lc b t 2 考试在一些国家开始启用，到2 0 0 0 年8 月大多数国家都 可以进行t o e f lc b t 考试。e t s 的另外几项重要的考试如g r e 3 和g m a t ) 也 使用同一个机考系统。因为e t s 的网络考试系统不对外公开，我们所能了解到 的系统实现细节极其有限，但从e t s 提供考生使用的备考软件p o w e r p r e p ( 见 图1 1 ) 可以看出，该系统是基于m f c2 5 5 开发的1 6 位w i n d o w s 程序。 在实际考试中，考生确认自己的身份信息后，有最多不超过三十分钟的用 于浏览考试指南，熟悉考试系统的时f 司。正式开始考试后，考题从服务器的题 库中按一定规则被抽取出来，而且考试是自适应难度的，抽取的考题跟考生之 e t s 全称e d u c a t i o n a lt e s t i n gs e r v i c e ，即美国教育考试服务处。 2t o e f l 全称t e s t o f e n g l i s ha saf o r e i g nl a n g u a g e 是由e t s 举办的一种针对母语非英语的人进行的 英语水平考试。 3g r e 全称g r a d u a t er e c o r de x a m i n a t i o n s 是美国加拿大各个大学研究生院( 除管理类学院，法学院) 要 求申请者所必须具备的一个考试成绩。 4g m a t 全称g e n e r a lm a n a g e m e n ta d m i s s i o nt e s t ，被广泛用来评估申请入学肴是否适合于在商业、经 济和管理等专业的研究生阶段学习。 5m f c 全称m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s e s 是微软提供的用于在c + + 环境下编写w i n d o w s 应用程序的 一个框架和引擎。m f c2 5 是一个极早的一个m f c 版本。 中国科学技术大学硕- i ? ：学位论文 第章绪论 p r e 5 en ly o u rp e r s p e c t i v eof ti h ei s s u eb e l o w u s i n gr e l e v a n lr e a s o n sa n d o re x a m p l e si o s u p p o r ty o u rv l e w s “t h em e d i a ( b o o k s f i l m m u s i c t e l e “s l o n f o re x a m p l e ) l e n c lt oc r e a t er a l h e rt h a nr e f l e c t t h ev 甜u e so la $ o c i e l y “ 爨繇灞辫醛翩赣瓣辅赋强瓣蛰鼹麟鞘霸嘲鬻蛹熊糍婚剿鞘龋麓黪黼黼臻鞴秘群馥期簸颜虹| 豫曲鼢 辨蜘i j 誊 ? “ 鬈： u n d o ，- 卜_ ， 、 ，：， q ，：，_ t ：t：t | 一 l e s t k t j o r i e 习蕊。i ，j t 鬻i - ! 豢岛黑j 岛- 囊j ? t 垮，妻鏊强譬誊、萋赫囊i i丁 图1 ht o e f lc b t 考试用户界面 前的答题情况相关，这样每个人的试卷内容都不是完全相同的。t o e f lc b t 考试的前三个部分分别考察听力、语法和阅读能力，考试形式都是客观的选择 题，第四个部分是写作，在全部考试结束后，考生会马上得到除了写作之外的成 绩6 ，考生可以进一步做出决定是否保留此次考试成绩。目前t o e f lp b t ( 即 t o e f l 传统笔试) 由于特殊原因在亚洲地区依然保留，其它地区早已全面实行 机考。e t s 的该考试系统因为研发时间早，采用较老的w i n d o w s3 1 的图形用 户界面，且只支持6 4 0x4 8 0 的屏幕分辨率。根据e t s 的计划，在2 0 0 6 年5 月份 后t o e f lp b t 和t o e f lc b t 将全面终止，换用全新的t o e f li b t 考试形式。 1 1 2 2t o e f li b t 考试 从2 0 0 5 年9 月开始e t s 在一些考试中心提供一种全新的考试形式一 t o e f li b t ( t o e f li n t e r n e t b a s e dt e s t i n g ) ，考试用户界面可参见图1 2 。这是 一项全新的尝试，考试系统完全基于i n t e r n e t ，应试者通过使用考试中心计算 机上的w e b 浏览器连接到e t s 的中心考试服务器来进行考试。t o e f li b t 相 对以往的机考的最重大的改变是增加了对应试者口语能力的测试，它可以综合 测试应试者是否具备进行有效语言交流需要的四项基本语言能力，即：听、说、 读、写 3 】。t o e f li b t 将成为今后t o e f l 考试的主要形式。考试过程如下：考 6t o e f l c b t 考试结束时写作部分给h ：的是e r a t e r t m 系统l - 1 z i 翊的成绩i ( i i t 式的成绩是山计算机酮翊 和人工评阅结合给出的。 3 中国科学技术大学硕士学位论文第一章绪论 试时考生将戴上耳机，先进行材料阅读和听力测试，接着用话筒又j 相关问题进 行回答，考生的回答经过数码录音，传送到e t s 的在线评分系统，进行人工评 分。口语考试有0 - 4 分5 个档次，根据考生对所给话题的展开程度，口语的流 利程度与发音的清晰程度，以及回答内容与所给话题的切合程度给分。 图1 2 ：t o e f li b t 考试用户界而 1 1 2 3 g m a l t 机考 p e a r s o nv u e 4 1 是p e a r s o n 旗下的一个著名的考试中心。在g m a c 7 与e t s 2 0 0 5 年末中止g m a t 考试的合作后，p e a r s o nv u e 负责研发新的g m a t 考试 系统，我们依然只能通过备考软件g m a t p r e p ( 见图1 3 ) 来了解这个系统。通 过分析知道这是个基于j a v a 的c l i e n t s e r s e r ( 以下简称c s ) 架构的计算机网络 考试系统，采用自行设计的一套相当完善的引擎 a t h e n at e s td r i v e r ”来解析 自定义的加密过的试卷格式，支持试卷的流式传输，并可以对整个考试有完整 的日志记录。该系统与g m a t 之前采用e t s 的机考系统相比，无论是界面交互 还是软件设计上都有了巨大的进步，是目前权威计算机网络考试系统中的佼佼 者。考试的过程如下，考试前首先由考生确认自己的身份信息，然后填写希望 发送本次g m a t 成绩报告的学校列表，最后进入考试指南环节。正式进入考试 后，每次进入一个部分的考试时( 作文、数学、语文) ，都会有6 0 秒的关于该部 7g m a c 全称g r a d u a t e m a n a g e m e n ta d m i s s i o nc o u n c i l ，以举办g m a t 考试闻名。 4 中国科学技术大学硕= = i ：学位论文第章绪论 分的说明，可跳过。完成全部考试的三个部分后，考生必须先完成g m a c 的调 查。完成调查后，将会有一个询问考生是否确定保留本次考试成绩的界面，如 果确定的话，将直接显示考生本次考试的成绩报告。 图1 3 ：全新的g m a t 考试用户界丽 1 1 2 4e t s 的建筑师资格证书考试系统 国外的计算机网络考试系统并不仅仅局限于标准化考试，我们也能发现针 对特定考试需求的相当复杂的考试系统，如r o b e r tc m a r t i n 在( ( a g i l es o f t w a r e d e v e l o p m e n t p r i n c i p l e s ，p a t t e r n s ，a n dp r a c t i c e s ) ) 书【5 什i 介绍的o b j e c tm e n t o r 公司他所领导的小组于1 9 9 3 1 9 9 7 年为e t s 开发的建筑师资格证书考试系统。 考试系统的答题方式是应试者通过考试程序提供的一个图形界面来绘制出解决 方案，譬如系统提供一个待设计的建筑，包括需求和约束，要求应试者使用提供 的答题程序去摆放房间、门、窗、走廊、楼梯及电梯的位置。该系统真正复杂的 地方在于需要根据针对该问题的一组考察点自动进行评分。考察点包括像下面 这样的一些东西： 每个空间都有入口吗? 每个空间都有合适的纵横比吗? 从餐厅可以容易的到达厨房吗? 5 中国科学技术大学硕：l 学位论文第章绪论 建筑以及房间的朝向正确吗? 从主管的办公室可以看到山的全景吗? r o b e r tc m a r t i n 和他的小组采用b o r l a n dc + + 设计了一个灵活的面向对象框 架，最终很好的完成了这一项目。 1 1 3国内计算机网络考试系统的应用现状 在国内，针对各个行业，各个学科的计算机网络考试系统也有不少，如机动 车交规理论考试系统，全国计算机等级考试上机考试系统，还有各种英语能力 测试系统等。 以作者曾经参与开发的大学英语口语考试系统【6 】为例，该系统主要针对大 学全年级范围内的大规模的英语口语考试。考试系统总体的网络拓扑结构图可 以参见图1 4 。 图1 4 ：大学英语口语考试系统的网络拓朴结构图 大学英语口语考试系统主要包括设置维护、试卷管理、考务管理、现场考 试和阅卷评分五个子系统，各子系统功能设计如下： 6 中国科学技术大学硕= 卜学位论文第章绪论 设置维护子系统用于对数据库服务器和文件服务器进行管理和维护。包括系统 数据字典维护，学生信息导入，试题库导入与更新，服务器数据备份与还 原等。 试卷管理子系统用于维护试题库和试卷库，为某一次考试指定考试用卷。包括 试题管理、试卷牛成及试卷分配等。试卷牛成提供三种策略：从试卷库中 选择现有试卷、交互组卷和自动组卷，方便教师选用。 考务管理子系统用于对教师、学生、教学班和考试进行管理。包括教师和学生 信息管理与更新，英语教学班的维护，考试及阅卷安排，考生成绩查询统 计等。 现场考试子系统实现运行在校园网络的现场口语考试，支持大规模的批量考 试，包括教师监考和学生考试两个客户端。教师监考端监控现场考生考试 状态，控制考场指令的下达，如试卷分发、开始考试和答卷回收等。学生 考试端用于学生在监考教师的指令控制下，采用人机交互的方式同步进行 口语考试。 团卷评分子系统教师通过在线或离线两种模式对考生答卷进行评阅，可根据试 卷的评分标准要求自动计算并记录考生成绩。 目前大部分通讯系统中的协议没计都采用二进制形式的协议( 比如腾讯公 司的q q 8 ) 或者采用纯文本指令加空格加参数加换行符形式的协议( 比如微软 公司的m s nm e s s e n g e r 9 ) 。大学英语1 2 1 语考试系统的现场考试模块的通讯协议 设计方面类似后者，通过在t c p 协议基础上的纯文本命令加换行符的自定义指 令方式进行通讯，同时在考试开始前试卷以二进制数据形式传输到考生计算机 上，考试结束后考生答卷再以二进制数据形式收集回教师监考机上。整个考试 过程的通讯可参见图1 5 。此通讯协议设计能基本上满足现场考试中的通讯需 求，不足之处是对协议进行扩展需要同时对考试客户端和监考机做比较大的改 动，且试卷和答卷的传输不能在考试过程中进行，需要占用考前和考后的n , - l - f 司， 而这一部分时间通过改进协议的设计是完全有可能节约出来的。 8 q q 采用的通讯卧议并末公开不过可以通过数据包分析的方式获知其大概的通讯方式。 9m s n m e s s e n g e r 即将改名为w i n d o w sl i v em e s s e n g e r m i c r o s o f t1 9 9 9 年公布了m s nm e s s e n g e r 的协 改即m s nm e s s e n g e rs e r v i c e1 0p r o t o c o l 。 7 中国科学技术大学硕：j ：j 学位论文第一章绪论 - 1连接的建受：卜叶 7 r 舔；+ _ 1学生髓求卜一 s ：- i 敞 一舯端分发港醚：j s 端卜- 叶 ，磐 ? j i i i生 蛾 卜一试新卜一一 。苟 ：蕾b 端一考试卜_ 叶端 卜一 从s 端f o 输铃卷到“1 ：r i i ：j 卜一 图1 5 ：大学英语口语考试通讯过程示意图 不过总体上看来，目前国内的多数网络考试系统的成熟程度和使用的广泛 程度都不如国外的同类型系统，且应用范围基本上局限于标准化考试。 1 2问题的提出 由上面所描述的各种国内外的计算机考试系统看来，尽管实现方案不同， 各系统之间还是存在相当程度的相似性。就功能而言，系统一般都可以划分为 试题库、考务管理、评分、现场考试这几个主要模块。开发此类系统时，都会遇 到一些共同的问题，有没有可能通过研究此类系统的解决方案，减少再次开发 此类系统的工作呢? 仔细分析过这些系统的需求后，可以特别注意到： 在发置维护和试题库方面，由于对运行平台和系统性能的要求不同，对数 据库系统的选择可能不同。并且由于具体考试内容的差异，绢卷方案的差 异，数据库设计可能差别很大。 在考务管理方面，由于各个考试中心的组织结构，考生在系统中的注册方 式，对考生管理方式不同，也可能存在很大的差异。 在评分方面，对于不同类型的考试，评分的方式可能采用完全自动评分的 方式，或者自动评分配合人工评分的方式。并且由于具体考试内容的差 异，所给出分数的形式也可能差异也很大。 而唯独在现场考试方面，尽管试卷的具体内容有可能干差万别，对整个考试 过程的控制方式基本上是一致的，基本上有考生身份验证m 峰考试指南m 睁开始考 8 中国科学技术大学硕二卜学位论文 第章绪论 试m 睁取得试题m 岭提交答案m 一结束考试这一系列环节。实践表明，这部分恰恰是一 个计算机网络考试中最重要和最容易出故障的部分，也是开发这类系统的技术 难点所在。 通过深入研究上述几种考试系统的现场考试模块，作者发现尽管c s 架构 在部署方面存在诸多不便，但由于现场考试系统对于安全性、可控性的特殊需 求，大部分的系统都采用了c s 架构，通过定义自己独特的通讯协议，建立t c p s o c k e t 来传输指令和数据。这些通讯协议的逻辑含义，采用的逻辑流程往往大 同小异。如果采用一致的通讯协议，这些系统的现场考试模块之间应该存在很 大的重用及互操作的可能性。另外一个存在的问题是大部分系统采用的客户服 务器之间的s o c k e t 连接方式在遇到防火墙时将遇到很多障碍，很有可能导致通 讯失败，因此限制了系统在更大范围内使用的可能性。 看到近年来x m l 标准在各行业内的成功应用，特别是目睹了以g t a l k l 0 为 代表的采用x m l 标准的x m p p 协议在即时通讯领域内的巨大成功，很容易联 想到如果在网络考试系统的客户机和服务器之间采用类似开放标准的x m l 通 讯协议，将基本上能解决上述这些问题，而且带来以下优点： 1 客户机和服务器之间耦合度大大降低，可以用完全不同的工具独立开发考 试系统。例如，遵照协议标准用j a v a 语言实现的服务器可以跟f l a s h 实现 的客户机或者d e l p h i 实现的客户机配合使用，以适合不同应用环境的需 求。进一步我们还有可能实现具有良好的互操作性的考试服务器和基本上 通用于各考试系统的客户端。 2 开放标准的协议提供了开发出各种语言的针对此协议的公共程序类库的 可能性，大大减少今后采用相同技术开发此类系统的工作量。 3 利用x m lo v e rh 1 v r p ，可以穿透大部分防火墙，解决目前s o c k e t 程序的 遇到的防火墙障碍。 4 系统调试简单直接，通过直接阅读程序内置的调试器或者外部的数据包记 录器中记录下来接收和发送的x m l 内容即可发现通讯部分的程序设计问 题。 o 由g o o g l e 推出的即时通讯软件，h t t p ：w w w g o o g l e c o r n t a l k 9 中国科学技术大学硕二l 学位论文第章绪论 5 协议具有很强的可扩展性。利用x m l 强大的描述性和通过名字空间进行 扩展的能力，可以容易的扩充协议中所支持的信息结构。当不理解此扩充 标记的程序收到这类消息后可以简单丢弃不理解的部分，并不会影响其他 的功能。 同时采用x m l 作为通讯协议也有其弱点，主要表现在： 1 x m l 对信息的描述比较冗余，在网络上占用的带宽要比二进制形式的忉、 议要大很多。 2 在解析效率方面，x m l 的通讯协议不如二进制形式的协议效率高。 对于这些不足之处，可以通过对x m l 数据流进行压缩和使用轻量级的 x m l 解析引擎等手段进行改善。关于如何克服x m l 作为通讯协议的不足之处， 可以在j a b b e r 领域内找到很多关于x m p p 协议实现的最佳实践作为参考。 1 3 研究内容与目标 本文集中关注计算机网络考试系统的现场考试模块，尝试制定了一个开放 标准的x m l 通讯协议。具体研究内容如下： 1 通过对国内外多个计算机网络考试系统进行分析，建立一个比较通用的计 算机网络考试系统现场考试模块的模型。 2 具体设计计算机网络考试系统使用的x m l 通讯协议的细节。 3 使用x m ls c h e m a 定义在所设计的x m l 通讯协议中使用到的x m l 元 素。 具体x m l 通讯协议的设计目标如下： 开放性协议是完全公开的，而且易于理解。允许各种不同语言的实现。 安全性使用t l s ( t r a n s p o r tl a y e rs e c u r i t y ) 建立用于信息传输的安全通讯信 道，使用s a s l ( s i m p l ea u t h e n t i c a t i o na n ds e c u r i t yl a y e r ) 进行考生身份验 证，从而保证考试系统的安全性。 h t t p ：w w w j a b b e r o r g 1 0 中国科学技术大学硕j 。卜学位论义第章绪论 可扩展性通过扩展x m l 的名字空间，可以很容易的在标准协议基础上进行扩 展需要的功能。 可实现性协议是可实现的，众多j a b b e r 领域内的实践间接证实了这一点。 1 4 研究意义 作者希望通过对几个国内外知名的计算机刚络考试系统需求的分析，总结 出一个可以适用于多种考试方式的考试系统的现场考试模型，在此基础上制定 出一个符合模型要求的、且具有一定可扩展性的计算机网络考试标准x m l 通 讯协议。通过使用该考试系统模型和相应的通讯协议，达到在今后开发类似的 系统时，提高开发质量，降低开发难度和开发成本的目的。同时，如果今后能提 供较为完善的考试客户端和考试服务器使用的公基类库的话，将会大大降低建 立各学科的考试系统的门槛，推动计算机网络考试替代传统考试的进程。 第二章网络考试系统现场考试模块的通用模型 2 1 网络考试系统现场考试模块的需求分析 通过对上一章所列举的国内外多个计算机网络考试系统的调研和分析，可 以总结出网络考试系统现场考试模块的实施一般可分为以下顺序的三个阶段： 身份验证阶段，考前准备阶段，正式考试阶段。 卜面分别就这三个阶段说明系 统的需求。 2 1 1身份验证阶段 大部分的考试系统在进行正式考试时都需要验证考生的身份，考生输入自 己在考试系统中的唯4 身份标识和口令后，服务器到考生信息数据库中验证并 返回验证结果，若验证通过可以进一步获得详细的考生身份信息，如姓名、出 生日期、照片等，供考生确认：若验证失败则提示考生输入错误，并提供考生重 新输入的机会。 一般来说，网络考试系统对安全性要求比较i 奇，基本要求是用户口令不可 以明码形式在网上传送，以防止口令被恶意的s i n f f e r 程序截取。 另外大部分考试系统都需要提供一种模拟考试模式，一方而供学生熟悉考 试系统的使用，另一方面可以作为一种教学过程中使用的常规训练手段。在这 种模式下，学生不需要进行身份验证，考试过程中的考试数据和考试成绩也不 需要记录，一般来说模拟考试模式的考试进度主要由学生自主摔制。 2 1 2 考前准备阶段 2 1 2 1 考试说明和考生指南 大部分的考试系统都需要向考生提供一个交互界面，向考生讲解考试系统 的使用方式，考试过程中的注意事项等。某些考试系统可能需要用户在准备阶 段调节一些系统的设置，如口语考试系统的录音和放音的音量调节。这些设置 动作必须十分简单，用户需要很少或者基本上不需要训练即能完成。 中国科学技术大学硕二i - 学位论文第二章网络考试系统现场考试模块的通用模型 2 1 2 2 监考员提示指令 大多数进度统一的考试系统在考前准备阶段都需要种能够让监考员透过 系统直接和考生沟通的方式，沟通方式可能是文本或者是语音，比如监考员用 醒目的弹出对话框提示考生考试将在短时间内开始，请考生做好考试准备。监 考员提示指令只在本阶段内有效。 2 1 3 正式考试阶段 2 1 3 1进度控制方式 网络考试系统的考试进度控制方式总的来说分为两种，考生自主控制进度 的考试，如t o f e l 和g r e 考试，和统一进度控制的考试，如口语考试系统。不 管是采用哪一种进度控制方式的考试系统，基本上都限定了完成本次考试考生 最多可用的时间，部分考试系统还限制了考生不能跳跃式的回答问题，不能对 前面已回答问题的答案进行检查和修改，如g r e 和g m a t 考试系统。 2 1 3 2 考试开始指令 根据考试进度控制方式的不同，考试开始指令可能由服务器或者考试客户 端主动发出。 2 1 3 3 试题产生方式 网络考试系统的试题产生方式根据不同的需要一般有如下几种： 预先选定的固定试卷，如口语考试系统，试卷一般由教师在考试前手工或 者自动从题库系统中生成。 随机试题，如机动车交规理论考试系统，试题是由考试系统从题库中按照 一定随机规则抽取组成。 自适应难度( c o m p u t e r a d a p t i v et e s t i n g ) 试题 7 】，如g r e 和g m a t 考试系 统，在考生答题时，计算机每屏幕只显示一道题，试题来自一个很大的以 类型和难易程度分类的题库，一般第一题难度为中等，以后出现的题目， 其难易程度将根据每个考生对前个问题的回答结果来决定。所以考试系 统要求考生在进入下一题之前必须给出本题的答案，并且不能事先浏览下 一道题，也不能返回检查或更改前而的答案。 1 3 中国科学技术大学硕- i ：学位论文第二章网络考试系统现场考试模块的通用模型 2 1 3 4 答案提交方式 考试系统的答案提交方式一般也分为两种，对于自适应难度的考试需要采 用逐题提交答案的方式，如g r e 和g m a t 考试系统，对可以让考生前后浏览试 题，修改答案的考试一般采用一次性提交所有的答案，如机动车交规理论考试 系统。 2 1 3 5 试题格式 各个考试系统一般都采用不同的试题库系统，所采用的试题组织形式，可 能具有的试题元素类型，如文字、图片、音频、视频也往往不同，因此用于描述 试题信息的格式很可能完全不同，试题的大小也可能存在很大的差异。 2 1 3 6 从题库选取试题的基本单位 从题库中选取试题时必须按逻辑上完整的一组试题( 可能包括一道或者多 道试题) 为基本单位进行，本文中统使用i s s u e 来对这个基本单位进行描述， 例如阅读理解中针对同一篇文章的几个相关问题在选取过程中就是一个i s s u e ， 不能从这个i s s u e 中单独抽出一个问题来用于考试。一个i s s u e 中可能包括一个 问题或者几个逻辑相关问题，可以拥有在整个i s s u e 中有效的公共信启、。 2 1 3 7 考试结束提示 当考试全部结束后，考试系统将提示考生考试结束，可以离开考场，根据情 况，有部分系统还可以给出考生本次考试的部分或全部成绩报告。 2 _ 2网络考试系统现场考试模块的模型设计 为了满足上述网络考试系统现场考试模块的需求，作者设计了如下的网络 考试系统现场考试模块模型，模型主要分两部分：现场考试模块通讯过程中的 信息结构模型和现场考试模块的实施流程模型，分别叙述如下： 2 2 1现场考试模块通讯过程中的信息结构模型 现场考试模块通讯过程中所使用的信息结构模型被归纳为i q ( i n f o q u e r y ) 、 c o m m a n d 、e d ( e x a md a t a ) 三类，其中每利t 信息结构模型都被设计成可扩展的， 分别说明如下： 1 4 中国科学技术大学硕士学位论文第二章网络考试系统现场考试模块的通用模型 2 2 1 1 i q 一考试过程中a , j n 息设置和信息查询 考试过程中通常需要进行一些信息设置和信息查询，比如考生详细信息 的查询，本次考试所采用的考试进度控制方式的查询等。通讯协议中借鉴了 x m p p 中定义的类似h t t p 的请求响应模型的i q 信息结构来满足这种需要。 例如对信息查询而言，通讯的一方发送一个带有唯一i d 属性的g e t 类型的i q 信息结构，然后通过检查接收到的i q 信息结构中的i d 属性来找n g - j 方对该次 查询的响应信息。 通讯协议中的i q 信息结构通过支持任意名字空间的子元素被设计成具有 很大的可扩展性，i q 信息结构的定义中只包括了最基本的信息，如i d 和t y p e 属 性。对于信息设置和查询的内容则通过定义相应的名字空间来支持，通讯协议 中使用到的基本的信息设置和查询的内容定义在x t p ：i q 这个名字空问中。 对于不同的考试系统往往具有一些特殊需求，例如，口语考试在考试准备 阶段需要了解考生试音的进度，以便监考员决定什么时候下达统一开始考试的 指令，因此考试客户端需要一种向服务器报告试音状态的指令。另外还可能需 要考生在考前准备或者考试过程向监考员请求帮助指令等。由于i q 信息结构 设计时具有的扩展能力，这些特殊的需求可以通过引入用户自定义的名字空间 得到满足。 2 2 1 2 c o m m a n d 一考试过程中的考试指令 对于考试通讯过程中双方发送的考试指令，通讯协议中定义了一种南接推 送指令信息的c o m m a n d 信息结构来满足。c o m m a n d 信息结构与i q 信息结构 的最大区别在于它不具有i d 属性，指令的接收方不必要对接收到的c o m m a n d 信息结构做回复。c o m m a n d 信息结构中也通过支持任意名字空间的子元素而具 有很大的扩展性，在实现协议的过程中，如果需要增加对特殊的考试指令的支 持的话，可以通过引入用户自定义的名字空间来实现。 2 2 1 3 e d 一考试试卷和答卷的组织形式 考虑到不同考试系统对进度控制有几种不同的需求，考试数据的组织被设 计成依靠p a p e r 、s e c t i o n 、i s s u e 、i t e m 四个层次来进行，分别描述如下： p a p e r 用于描述一份试卷的整体信息，如试卷的标题，关于试卷的描述信息等， 在一场考试中只能有一份p a p e r 。 15 中国科学技术大学硕士学位沦文第二章网络考试系统现场考试模块的通用模型 s e c t i o n 必须拥有能否在s e c t i o n 内由自由导航的标志位，可以拥有s e c t i o n 的 答题说明d i r e c t i o n ，可以拥有完成本部分的最长时间的属性，当时间用尽 时，自动提交己完成试题的答案，并切换到下一个s e c t i o n 。s e c t i o n 中可 以包括一到多个i s s u e 。考试客户端至少要接收到一个完整的s e c t i o n 后 才可以开始考试，s e c t i o n 是考试客户端展示试题和提交答案的基本单位。 对于自适应难度的考试来浇，每一个s e c t i o n 应该仅包括一个i s s u e ，以便 逐题提交答案，服务器根据用户的回答情况再产生下一个s e c t i o n 。另一 方面，如果要提供考生自由导航，修改对问题的回答的机会的话，需要将 允许自由导航范围内的所有问题放在一个s e c t i o n 中，并设置s e c t i o n 的自 由导航的标志位为真。例如使用此模型处理机动车交规考试系统时就需要 把所有的试题放在一个可以自由导航的s e c t i o n 中。 i s s u e 包括了一个或者多个在逻辑上不可分割的试题，比如阅读理解题型的 几个相关问题，可以拥有在整个i s s u e 范围内有效的试题相关的描述信 息。i s s u e 是组卷过程中的基本单位。 i t e m 是组成i s s u e 的单个试题，考生所有的回答都是针对每一个i t e r n 给出，i t e m 也是答卷统计分析的最小单位。i t e m 中的b o d y 子元素可以是以b a s e 6 4 编 码的任意类型的试题数据。 在考试试卷和答卷的组织模型的设计过程中，作者并没有强制采用i m s g l o b a l l 的q t i ( q u e s t i o n & t e s ti n t e r o p e r a b i l i t y ) 规范 8 】，这枷范中非常详细 的规定了每一种题型应该采用的x m l 描述方式。虽然采用统一的x m l 形式来 描述模型中的i t e m 这一想法非常有诱惑力，但由于目前大部分的题库系统都是 采用自定义的试题格式，需要非常大的代价才能改造成符合q t i 规范的形式， 强制使用该规范会导致该考试试卷和答卷的组织形式难于应用到现有的考试系 统中，因此作者最终决定只是统一采用一个b a s e 6 4 编码的b o d y 子元素来描述 试题信息，而具体的试题格式由实现该协议的考试系统根据各自的题库情况自 行定义和解析。采用符合q t i 规范的方式对i t e m 进行描述作为此考试试卷和答 卷的组织形式的最佳实践被建议，并不强制使用。 i m sg l o b a l 是国际著名的学习标准制定组织，网址h t t p ：w w w i m s g l o b a l o r g 。 1 6 中国科学技术大学硕士学位论文第二章网络考试系统现场考试模块的通用模型 2 2 2 现场考试模块的实施流程模型 整个现场考试模块基本上按身份验证m 睁考前准备m 正式考试这样的流程实 施的，实施的步骤简要叙述如下： 在正式考试中，首先考生输入自己在系统中的唯一i d 和口令，进行身份验 证。在通过身份验证后，考生即进入考前准备阶段，考生可以阅读考试说明，如 需要的话调节系统设置。与此同时，服务器开始将个或者多个s e c t i o n 传输到 考试客户端，具体传输的s e c t i o n 数量和考试采用的模式有关。对于自适应难度 的考试，服务器先传输一个或者少数几个s e c t i o n ，而对于其他模式的考试，服 务器将采用持续传输考试过程中所有需要的s e c t i o n 的策略。考虑到对自适应难 度考试的支持，试题的传输被设计成完全由服务器控制，考生客户端只能被动 的接收试题信息。 在考生完成考前准备后，即可进入正式考试阶段，开始考试的方式如下： 对自主进度控制的考试来说，在己接收到s e c t i o n 队列中至少有一个可用 s e c t i o n 存在的前提下，考试客户端发出要求开始考试的指令，服务器回应 一个同意考试客户端开始考试的指令，考试客户端从队列中取出第一个 s e c t i o n ，解析并呈现给考生，同时开始计时。 对统一进度控制的考试来说，服务器发出一个要求客户端准备好开始考试 的指令，考试客户端在已接收到s e c t i o n 队列中至少有一个可用s