（机械电子工程专业论文）网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现.pdf

北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究发试题管理模块的设计与实现 中文摘要 现代远程教育正在世界范围内蓬勃发展，关于这方面的技术、理论上的 研究也不断取得了新的成果，但“如何实现大规模的网上作业和考试? ”是困 扰其发展的关键问题之一，网上作业和考试系统正是为解决这个问题而提出 的。“如何实现各种试题类型的录入? ”及“如何实现有效的自动组卷? ”是 实现大规模的网上作业和考试的重中之重，这就是本论文要解决和研究的问 题。 本论文在对类似考试系统进行广泛调研的基础上，运用面向对象的分 析、设计方法，采用u m l 建模的方法，基于j 2 e e 架构来实现网上作业和考试系 统。本论文在对现有试题类型总结的基础上，首次提出了采用试题类型模版，避 免了试题类型录入的重复：其次，结合现有的技术条件解决了表格、图片、公 式、音频和视频的录入问题：最后，对组卷算法进行了探索和研究，实现了自 动组卷、手动组卷和手工录入三种录入方式的自由结合。 系统具有良好的交互性和灵活的扩展性，且性能稳定，可以很快的录入 各种试题和生成满足条件的试卷，减轻了教师的劳动工作量和实现了数据资源 的共享，可以在今后的远程教育中得以广泛的应用。 关键词：试卷作业网上考试系统远程教育 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 a b s t r a c t t h e p r o g r e s s o fm o d e r nd i s t a n c e l e a r n i n g i s p r o m o t i n g t h e r a p i d d e v e l o p m e n to fi t st e c h n i q u ea n dt h e o r y “h o wt oh a v ea ne x a mw i t hm o r e t h a nt h o u s a n d so fs t u d e n t so nt h en e t ”，h o w e v e r i ss t i l lab i gp r o b l e mu pt o n o w t h es y s t e mo ft e s ta n dh o m e w o r ko nt h en e ti st h es o l u t i o n i nw h i c h ， “h o wt oi n p u ta l lk i n d so fi t e mt ot h ed b ? ”a n d “h o wt og e ta ne f f e c t i v ep a p e r a u t o m a t i c a l l y ? ”a r e t h eb e f f e ri m p o r t a n tq u e s t i o n s 。a n dt h i si st h es t a r to fm y p a p e r a f t e rw i d es u r v e yo fs i m i l a rt e s ts y s t e m ，a n a l y s i sa n d d e s i g ni nt h ew a y o f o b j e c t - o r i e n t e d m o d e li nu m l a n dr e a l i z ei tb a s e do nt h ej 2 e ea r c h i t e c t u r e t h et e s ta n dh o m e w o r k s y s t e mi sd e v e l o p e da sw e l l i nm yp a p e r t h e r ea r e t h r e ei m p o r t a n tp o i n t s f i r s t l y 。i n t r o d u c et h et e m p l e to fi t e m t y p e i n t ot h e s y s t e mt oa v o i dt h er e p e t i t i o n o fi t e m st y p e s e c o n d l y t h ei t e mw i t ht a b l e ， p h o t o g r a p h 。f o r m u l a 。a u d i oa n dv i d e oc a nb ei n p u t t e dt h ed bs i m p l y f i n a l l y ， a u t o p a p e r ，h a n d - p a p e r a n dh a n d - i n p u tc a nb ed o n ea tt h es a m et i m e g o o d e x p a n s i o n m a i n t e n a n c ec a p a b i l i t ya n dp e r f o r m a n c e a r ep o s s e s s e d t h es y s t e mr e d u c e st h ef o a do ft h et e a c h e r sa n dr e a l i z e st h es h a r eo ft h e d a t ar e s o u r c e ib e l i e v et h es y s t e mw i l ib ew i d e l yu s e di nt h ef o i i o w i n g d i s t a n c ei e a r n i n g k e yw o r d s ：p a p e r h o m e w o r kt e s ts y s t e md i s t a n c el e a r n i n g 北京邮电大学硕士论文网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 1 1 论文背景 第1 章概述 随着w e b 和i n t e r n e t 的发展，人类社会正走入信息互联的时代。这个时代 的到来，使教育也面临新的机遇和挑战。 在传统教育方式中，以教师为中心，以教材为核心，学生在预定的时间集 中到预定的地点，进行统一的讲解，即“教师一教材一学生”的形式。而现代远 程教育则以学生为核心，不受时间、空间、距离的限制，它包括教育资源、学 生、网络等三部分。 现代远程教育利用的是现代教育手段，通过网络将内容以数据的形式传送 到学生的设备上，这些内容包括视频、音频、图片、文字等。同时，也用上述 形式接受学生的问题，并进行回复。网络在教育资源和学生之间架起沟通的桥 梁，这样学生就可以实时或非实时地接受教育。与传统的广播教学、电视教学 等远距离教学不同，现代远程教育以素质教育和灵活多样的个性化发展为教育 目标，用网络形式进行教学活动。学生能够登陆网络，就可以不受时间、地点 的限制接受教育。现代远程教育将现行的常规教育和传统教育相融合，逐步成 为与信息社会发展相适应的教育形式。 作业与考试管理系统是国家“十五”科技攻关计划一一网络教育关键技术 及示范工程项目组下的其中一个课题，该课题是开发一个与课件联系紧密和基 于w e b 的多媒体作业管理工具和考试管理工具，将支持大规模的在线学习和 考试。 1 2 作业和考试系统的意义 1 2 1 远程教育的出现 1 2 1 1 传统教育 上午八点钟差五分，大部分学生已经坐在了教室里等待着老师来上课a 有 的在看书，预习着老师今天要讲的内容；有的边吃着东西，边跟身边的同学说 笑：有的趴在桌子上睡觉，也许是晚上熬夜赶作业的缘故。上课铃响，老师准 时进入教室，开始讲课。老师在讲台上滔滔不绝的讲着新知识，有的同学双眉 紧皱，也许是听不懂的缘故：有的同学则在下面小声议论这什么，也许他认为 老师讲的知识对他来说太简单的缘故。由于学生的基础知识不同导致了听课时 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 的心态也不相同。并且学生还在断断续续的进入教室这就是我对传统教育 的亲身体会。 传统的教育有着时空的限制，有明确的教育者与受教育者之分，经验( 交流) 的增加也基本上是依靠从那些随时间而凝固的、静态的书本中获得知识。不能 因人而异，使得传统的教育受到了很大的冲击。在未来，任何一个人都可以通 过网络从世界上的任何地方找到与自己志趣相投的人，不分国籍与种族，不分 性别、年龄与受教育程度，任何人都可以请求他人与自己一同分享经验与知 识。在很短的时间内，人们就可以组织起来讨论，然后解散，成为一种即时性 的高效率学术沙龙或教育集体。 终身学习的传统概念是人们首先必须上学，然后工作，接下来是中止工作 继续上学，继续教育与赚钱养家始终是一对矛盾，但这有可能因为网络教育的 成熟而真正成为历史。这时的网络教育应运而生。 1 2 1 2 远程教育 现代远程教育就是利用现代网络手段和信息技术，以多媒体、交互式为特 征，远距离、快速度、高质量地传送教学声像、图文和数据，从而实现教学目 的的一种新型的教学模式它不仅是对传统教学手段的改革，也是对一种全新 教学模式的探索。它突破了传统教学和教育在时间和空间上的限制，是教育发 展过程中一次革命性的飞跃 网络世界中的成年人不仅仅想挣到更多的钱，同时也想不断提高自己，但 前提是可以即时学习，以学习为本使自己和教师能够跨越空间进行实时或非 实时的交互，这是现代远程教育与传统教育方式最显著的区别，也是它的优势所 在。 在高校教育资源相对紧缺的今天，网络大学这一新型教育模式一出现就受 到社会的追捧。学习为本，学习工作两不误。这使得网络教育更加深入人心， 特剐受到两类人士的欢迎。一是高考“落榜生”，另一类则是想继续深造的在职 人员。有高中毕业生，也有大专层次以上的学生；有在学校住读的，也有在家 中自学的：有全脱产学习的，也有边工作边学习的。与传统教育模式不同，网 络大学的教学不仅强调教，更强调学，这是一个跨越时空的开放式教学空间， 学生只要具备主动的学习愿望和基本的上网知识，就可以实现任何时间、任何 地点、从任何章节、学习任何课程而且听的课程全部出自本校教这门课最好 的老师之手，听不懂的还可以反复昕，反复看。 信息通讯技术的快速发展以及计算机技术的日趋成熟，为远程教育带来了 新的机遇，注入了新的活力。在教育领域，以网络教学为代表的远距离教学系 统的兴起，为传统教学模式提供了新的选择。网络教学可以实现教师与学生之 北京邮电大学硕士论文网上作业和考试系统的研究及试韪管理模块的设计与实现 间信息的双向传递，突破传统教学中时间、空间的限制，对于提高学生的自学 能力、创造精神和学习效率都有裨益。传统教育正面临着革命性的变革。 1 2 2 远程教育的国内外发展现状 1 2 2 1 国外远程教育现状 美国是世界上高等教育最为发达的国家之一，竞争性和多样化是美国高等 教育的显著特征，而管理体制上的自治和市场经济的背景造就了其高等教育体 系的高度适应性，这些特征也同样体现在美国的远程高等教育上。 在美国，几乎民间大学都建立了校园网，并联上i n t e r n e t ，这些大学和政 府部门、大型组织一道，为中小学的师生提供了许多教学、学习、讨论和交流 的园地，为美国的中小学提供了大量的网络资源。与此同时，美国已经开始把 注意力放到中小学校基础设施的建设上来。美国前总统克林顿于1 9 9 6 年提出了 “教育技术行动”( e d u c a t i o nt e c h n o l o g yi n i t i a t i v e ) 。行动纲领指出：到 2 0 0 0 年，全美国的每间教室和每个图书馆都将联上信息高速公路，让每个孩子 都能在2 l 世纪的技术文化方面受到教育。 该行动提出这次挑战的四大支柱是： 每个学生都能使用到计算机上： 每个教室都联到i n t e r n e t 网上； 能够整合到课程中的优秀教育软件； 鼓励愿意使用和善于使用新技术进行教育的教师。 英国在这方面采取的行动也令人瞩目，从1 9 8 9 年开始，英国在全国范围内 的所有高等学习中实施一项称之为“计算机用于教学创新”( c o m p u t e r s i n t e a c h i n gi n i t i a t i v e ，简称c t i ) 的庞大项目，其目标是要通过计算机、多媒 体与远程通讯技术相结合( 在当前就是通过i n t e r n e t ) ，实现对高等院校所有 学科( 包括文科、理科、医学、环境等各个领域) 从教学模式、教学内容到教 学组织形式的彻底变革。该项目动员全国所有高等院校参与，从一门一门学科 做起，到目前为止，已有2 4 门学科不同程度地实现了这种变革。该项目对传统 教学的影响及其深远意义，目前不难以估计。但是“c t i ”这个新术语及共相关 的大量刊物( 目前已有2 0 多种) 早已越出英伦三岛、在整个欧洲及至全世界范 围日益成为人们关注的焦点，则已是不争的事实。 越来越多的国家已经感觉到网络教育的必要性和可行性a 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 1 2 2 2 国内远程教育现状 1 9 9 6 年9 月教育部批准清华大学、湖南大学、浙江大学、北京邮电大学作 为现代远程教育首批试点高校，开始了我国真正意义上的网络远程教育。到目 前为止，经教育部批准，全国已经有6 7 所高校开办网络教育试点，网络教育在 线学生数逐年增加。预测分析表明，到2 0 0 5 年，中国的网络规模有可能达到世 界首位，信息服务业的增长率年平均超过3 0 ，而教育将成为其中一项重要服 务产业。教育技术作为教育改革的制高点和突破口已成为人们瞩目的焦点。 网上考试系统能够解决考生地理位置分散、出题判卷繁琐、人工批卷有时 出错且耗费时间的问题，能使考生可以方便地进入考试，交卷后即时得到成 绩。使主考方可以高效地编辑考题、选取考卷，不必人工出题和批卷，并可远 程控制考试开始和结束。而且，为每位考生随机出题的功能实现了真正意义上 的公平考试。对于主观题，可以以文档的形式通过提交，但主观题的批卷仍需 人工完成，最后e m a i l 成绩还需通过公共查询界面来查询。但随着国内网上教 育轰轰烈烈的展开，这就使得网上考试这一环节的弊端暴露严重。 众所周知，整个教学过程可以大致分为三个主要环节：教师授课、学生复 习和考试。其中。考试一环有着极为重要的地位，因为它一方面可以起到检查 教学效果的作用，另一方面又可以检查学生对课程的掌握情况，进而为下步 修改教学计划提供依据。所以，抓好考试这一环节，对于提裹教学质量极为重 要。以往，每次考试的出题组卷工作都是由任课教师来完成，这样做存在三个 问题：一是试卷的难易程度是由人为因素决定的；二是由于出题教师的教学经 验和风格的差异，会造成试卷的水平和风格的不同；三是这种由任课教师出题 组卷的方式不适宣于新的学分制教学体制。并且各个高校都有自己的远程教育 平台，没有相同的体系结构，致使网络资源大量浪费，不能使各个高校的教学 优势发挥出来。随着计算机软硬件行业的飞速发展和计算机应用领域的不断拓 宽及学分制的逐步完善，为了提高教学水平，实现教考分开，更加公平、合 理、公正、公开地进行各类考试，更好地选拔突出的人才，研制与开发通用智 能试题管理系统势在必行。这样也可减轻教师的负担，让他们从单调、繁重的 命题工作中解脱出来，将更多的精力投入研究教学方法、提高教学质量及教学 管理水平上。 然而国内的这些平台普遍存在以下两个缺点：一是面向单一的计算机学 科，主要面向全国每年一、两次全国范围的计算机等级、水平考试；二是考试 程序必需在每台考试用机上安装，使每次考试的维护工作量过大( 特别是在装有 “门禁”系统的机房中) 。另外，由于考试程序是在学生考试的电脑上运行，增 加了对考试用机的性能要求，而使学生在使用性能稍差的电脑进行考试时常常 出现“死机”现象。导致学生考试成绩晃常低分。并且各个高校都有自己的远 北京邮电大学硕士论文网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 程教育平台，没有相同的体系结构，致使网络资源大量浪费，不能使各个高校 的教学优势发挥出来。为解决当前网络教育混乱的局面，教育部出台要健全中 国的网络教育，并使当前的教学资源得到有效的利用。 1 2 3 远程教育的发展必要性 人类进入2 l 世纪，科学技术日新月异，知识经济初见端倪。各国综合国力 的竞争将主要体现在人才素质的竞争。人才的培养，教育是关键。社会的快速 发展，对人提出更高的要求，使得教育的目标将发生本质性的变化。除了传统 的学校教育外，继续教育和终身教育对于每个人在未来社会中的发展成为一种 必需。这种教育有大众化、终身化的特点，要求大覆盖面、多种方式、全方位 的服务，保证在任何时间、任何地方受教育者都能接受所需的教育。 我国是人口最多的发展中国家，国家大力发展各级各类教育，已经取得了 较大进步，预计今年可以在占人口总数8 5 的地区普及九年义务教育，使青壮 年文盲降至5 以下。但目前中国适龄人口中能够进入各类大专院校( 含成人 教育学院) 学习的仅占同龄人口比例的i o 5 ，和较发达国家相比，特别是其 高等教育人口比例高达5 0 7 0 而言，我国还存在着巨大的差距。另外，由 于中国地域发展的不均衡，目前无法完成普及九年义务教育的人群大多集中在 中西部贫困地区和少数民族聚居地，无论教育的数量还是质量，这些地区均处 于不利地位。特别是在加入w t o 以后，我们面临着诸多问题，例如在新的经济 形势下，与国际接轨的人才资源严重不足：社会消费水平的提高带来的教育成 本不断上升；由于地域经济发展不平衡导致的教育发展不平衡；长期的计划经 济体制导致的教育与生产实际相脱节等等问题。 如何解决社会需求同教育资源相对不足和教学手段落后之间的矛盾，使有 限的教育资源得到合理利用和共享，并提高人才培养的质量将成为今后教育界 的一个重要课题。在这种国情和教育现状下，迫切需要采用一种新的技术手段 来充分利用各种资源，增加教育普及程度，缩小东西部差距，培育创新人才， 从而构建一个终身学习的体系。网络教育为解决上述矛盾提供了最好的解决方 案。 发展网络教育，有利于科教兴国战略的实旖。中国要实现跨越式发展，关 键在人才特别是创新人才的培养。网络教育不仅通过采用先进的信息技术，在 先进教育理论的指导下，利用先进的教育手段来提高教学质量，拓展教育的深 度与广度；同时通过对学生自主学习能力和实践的培养，促进学生创造力和解 决实际问题能力的提高。 发展网络教育，是目前办好大教育的一个重要手段。网络教育是随着现代 信息技术的发展而产生的一种新型教育方式。这种教育方式具有开放式的特 点，为社会每一个成员的学习提供机会和可能。对提高全民素质具有重要意 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 义。 由于我国的网络教育规模要远远超过国外的规模，且相对较为集中，采用 m a i l 、b b s 的方式远不能解决师生交互上的需求，在考试上也要突破一定的规 模，采取不同的形式。所以在w e b 上建立起套支持大规模在线考试和作业管 理工具是很有必要的。 1 3 作业和考试系统的发展前景和趋势 且前国际上网络教育发展的趋势向双模式的方向发展，即采用虚拟校园和 实际学校相结合的方式。从技术上看将以增强网络学习的交互性为主，例如网 络授课、虚拟实验、网络课程制作、教育代理工具。在学习中突出协同学习、 团队学习。在管理上体现出对学生的学习行为管理、智能的网络课程管理等。 各国都在加紧研制新一代远程教学系统，它的目标是提供更好的系统交互能 力、网络服务质量和系统可扩展性。新一代的远程教学系统将在i n t e r n e t 上运 行动态实时多媒体信息，实现虚拟沉浸式交互环境，通过广域网大规模地进行 实时网上授课和优质课程的视频点搔。新一代远程教学系统的网络传输结构将 具有很强的可扩展性和不同系统阃的互操作性。教育信息内容从简单的文件系 统组织向教育信息资源库建设发展，从以课程教学内容向以学科体系为出发点 构建教学内容过渡。学习软件将体现学习者主动学习、个性化学习和探索性学 习的新型教学思想。网络教育软件组件库技术和课件自动生成工具将使得规模 化和产业化制作网络教育软件产品成为可能。教学过程监督、管理、评价和网 络教育系统的组织、实施、安全控制、管理将得到一体化设计和实施。 与传统教育方式一样，作业、考试、练习、测试是教育的重要环节。随着 远程教育的日益成熟和不断扩大规模，如何处理大量学员的作业、测试与考 试，与渐感匮乏的师资力量和管理人员之间的矛盾逐渐扩大。远程教育急需解 决作业、考试、测试的整套解决方案，包括作业、考试、测试的发布、提交、 批改和统计分析等功能。 作业的布置、提交与批改，在学习过程中是非常重要的一环，老师可以通 过它得到教学效果的反馈，既可以了解不同学生的学习情况，以便因材施教， 又可以发现教学过程或课件中存在的问题，并采取措施加以修改、完善。总 之，“作业”是沟通教师的“教”与学生的“学”的重要手段。 考试在教育中所起到的作用，包括测试学生的智力水平、检验知识的掌握 程度，是其他教育形式无法替代的。在远程教育中，远程考试系统也占有同样 重要的作用。由于借助了计算机和国际互联网，使得远程考试在许多方面优越 于传统考试。 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 远程考试的一显著优点是“远程”。通过国际互联网，考试突破了地域和 时间的限制，任何人都可以随时随地开始一场考试，检验自己的知识和水平。 考试管理系统还可以实现多媒体考试和自适应考试，实现考试类型和考试策略 的互补。 现代网络教育必定会发展成为社会化的大教育，是在多个教学单位间相互 配合，资源共享，强强联合，相互协作的教育：是面向全社会的教育。 1 4 论文研究内容 试题、试卷设计是考试工作的重要环节。目前社会上有众多的考试系统， 并且在各个学校中得到广泛的应用，但许多考试系统中的出卷子系统中抽卷部 分有许多不如入意的缝方：在抽卷的过程中设置参数过多；抽卷过程中人机交 互不太友好，不利于普通用户的使用；抽出的试卷与教师所期甚远，总 之，建立一个良好的抽卷模型对于考试系统来说是非常重要的。为此许多大专 院校开发多门课程的试题库，并有部分已商品化为考教分离打下了基础。但 从已商品化的试题库看，其试题管理系统多为封闭式结构，所收入的备考题虽 经认真筛选，系统不提供试题设计功能。致使其内容不能根据教学内容的需要 更新，试题库管理系统的通用性差，虽有少数系统提供试题设计功能，但仅能 处理文字信息，雨工科试题中一般都含有特殊符号及图形。 为克服上述缺点，本项目主要针对工科试题( 当然也适合于部分文科试 题) 、试卷设计，在试题的录入，题库、卷库的设计和构建方面进行了改进： 为使试题通用，根据远程教育的有关试题的标准，在试题的参数设置方面进行 了深入细致的研究和设计；在试卷的组建策略上也进行了大胆的探索，以提商 系统的开放性和通用性。 7 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 第2 章作业和考试管理工具简介 2 1 项目简介 作业和考试管理工具是国家“十五”科技攻关中的一个子课题。 2 1 1 项目目标 “作业和考试管理工具”是教育部准备健全网络教育的其中一个课题，目 标是开发一个与远程教育多媒体课件联系紧密，基于w e b 的多媒体作业管理 工具和考试管理工具，提供灵活的教师管理功能和学生访问功能，支持大规模 的在线学习和考试。课题研发结束后，其功能和管理程度总体上达到国内领先 水平，部分功能达到国际先进水平。 2 1 2 项目的可行性 我国的网络教育已经呈现出并行式迅速发展的格局。但与国外相比，还存 在很大的差距和缺陷。主要差距在于：我国目前的网络教育站点之间还处于各 自为战、“跑马圈地”阶段，许多高校忙于划分网络教育的“势力范围”、忙 于立项目，或者干脆把设立网路教育学院作为现代大学的一个门面或标志；在 教学管理上各自为政，各自发展自己的模式，这种发展状况必然造成许多重复 建设、孤立系统，最终造成网络教育资源的巨大浪费。而纵观国外网络教育体 系中的网络教学管理系统，已经呈现出纵向、横向网状互联、协作的态势和发 展趋势。各个网络教育系统之间建立了课程共享、互认学分、互通学籍等若干 方面的协作联盟关系。典型的例子是美国国家技术大学，将全美四十多所著名 高校的资源联络到一起，各校之间学分互相承认，课程共享，学校通过卫星电 视将内容直播到互联网上。 总的看来，随着网络教育的迅猛发展，各网络教育学校的管理系统不再是 一个个孤立的系统，而是相互问需要复杂协同工作的管理系统，跨校选课、互 相承认学分、互通学籍等对网络教学管理系统提出了分布式处理的要求。网络 教育需要纵向、横向广泛互联的强大需求迫切需要开发新型的强强联合的“协 作型”网络教学管理系统作为其支撑平台。 2 2 项目的开发流程 软件的开发过程有面向过程和面向对象两种方法。面向过程的程序设计思 想以功能为划分模块的依据，这为早期的程序设计提供了许多便利。 北京郎电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 面向对象方法是建立在任何事务都可以用对象来表示的基础上，在系统分 析和设计时围绕客观世界的对象或用户对客观世界的映像来组织，由于将数据 和对数据的行为操作结合为一个集成的对象对待，系统的修改只需改变和增删 一些操作即可，其基本的对象结构并不发生变化，且面向对象分析法中的对象 是客观世界对象的直接映像，因此分析设计的系统更易理解，面向对象方法使 模块化，信息隐藏与抽象这三种软件工程的思想更加深层渗透，面向对象方法 中的类、继承、封装和多态性等特点均适应现代软件工程的特点。 面向对象设计强调直接针对问题域中客观存在的各项事物设立模型中的对 象，用对象的属性和服务分别描述事物的静态特征及行为。模型中的对象就是 问题域中的对象，而且对象及其服务的命名都强调与客观事物一致。同时模型 中保留了问题域中事物之间关系的原貌，包括：把具有相同属性和相同服务的对 象归结为类，用一般一一特殊结构描述一般类与特殊类之间的关系( 即继承关 系) ，用整体一一部分结构描述事物间的组成关系，用实例连接和消息连接表示 事物之间的静态联系和动态联系可以看出，无论是对问题域中的单个事物，还 是对各个事物之间的关系，模型都保留了它们的原貌，没有加以转换、扭曲，也 没有打破原有的界限而重新组合，因此。模型能够很好地映射问题域。 总之，面向过程方法重于功能，重予怎么实施，面向对象方法重于对象， 重于实艟什么。对绝大多数问题来说，面向对象方法比面向过程方法优秀，但 这并不意味可以完全抛弃面向过程方法只需面向对象方法即可，对一个系统的 完整描述应当在系统的结构化和过程性方法综合考虑，片面强调一面而忽视另 一面往往难将系统全面、方便地分析清楚。 统一软件开发过程是面向对象思想的开发过程，是软件开发过程进化的必 然结果，近年来为大中型的项目开发所采用。 2 2 1 统一软件开发过程 软件开发过程是一个将用户需求转化为软件系统所需要的一系列活动的集 合( 如图2 1 所示) 。然丽，统一过程不仅仅是一个简单的过程，两是一个通 用的过程框架，可用以各种不同类型的软件系统、各种不同的应用领域、各种 不同类型的组织、各种不同的功能级别以及各种不同的项目规模。 9 ! ! 塞塑皇盔堂堕主蛤文网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 分析 设计 实现 测试 用例模型 分析模型 嚣口 设计模型实施模型 实现模型 测试模型 图2 1 统一过程是从需求到测试的一系列工作流 首先开发人员捕获客户需求作为用例模型中的用例，然后分析并设计系统 来满足这些用例，这样便首先创建了一个分析模型，然后是设计模型和实施模 型；进而在实现模型中实现该系统，实现模型中包括所有的代码，即构件。最 后，开发人员准备一个测试模型来验证系统是否能够提供用例中描述的功能。 统一过程的突出特点可以由以下三个关键词来体现一一用例驱动、以架构 为中心、迭代和增量的，这是统一过程特有的。 2 2 i 1 统一过程是用倒驱动的 软件系统是为了服务于它的用户而出现的。因此，为了构造一个成功的软 件系统，必须了解其预期的用户所希望和需要的是什么 用户( u s e r ) 这个术语所指的不仅仅是人，也可以是其他系统。从这个 意义来说，术语用户代表了与所开发的系统进行交互的某个人或某件事( 例 如，被提及的系统之外的另一个系统) 。 用例是能够向用户提供有价值结果的系统中的一种功能。用例获取的是功 能需求。所有的用例合在一起构成用例模型，它描述了系统的全部功能。该模 型代替了传统的系统功能说明。用例不只是一种确定系统需求的工具，它们还 可以驱动系统设计、实现和测试的进行，也就是说，用例可以驱动开发过程。 1 0 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 基于用例模型，开发人员可以创建一系列实现这些用例的设计和实现模型。开 发人员可以审查每个后续建立的模型是否与用例模型一致。测试人员测试实现 以确保实现模型的构件正确实现了用例。因此，用例不仅启动了开发过程，而 且使其结合为一体。用例驱动( u s e c a s ed r i y e n ) 表明开发过程是沿着一个 流一系列从用例得到的工作流前进的。用例被确定，用例被设计，最后用 例又成为测试人员构造测试用例的基础。 虽然用例确实可以驱动过程，但我们不能孤立地选择用例，它们与系统构 架是协调发展的。也就是说，用例驱动系统构架，系统构架反过来影响用例的 选择。因此，系统构架和用例会随着生命周期的延续而逐渐完善。 2 2 1 2 统一过程是以架构为中心的 软件系统的构架从不同角度描述了即将构造的系统。软件构架概念包含了 系统中最重要的静态和动态特征。构架是根据企业的需要逐渐发展起来的，受 到用户和其他项目相关人员需求的影响，并在用例中得到反映。构架刻画了系 统的整体设计，它去掉了细节部分，突出了系统的重要特征。 用例和构架是如何相关的呢? 用例和构架是一个“鸡与蛋”的问题。一方 面，用例在实现时必须适合于构架：另一方面，构架必须预留空间以实现现在 或将来所有需要的用例。事实上，构架和用例必须并行进化。 2 2 1 3 统一过程是迭代和增量的过程 开发一个商用软件产品是一项艰巨的任务，可能会持续几个月甚至一年以 上。将这项工作划分为较小的部分或袖珍项目是切实可行的。每个袖珍项目都 是一次能够产生一个增量的迭代过程。迭代是指工作流中的步骤，而增量是指 产品中增加的部分。为了获得最佳的效果，迭代过程是受控的；也就是说，它 们必须按照计划好的步骤有选择地执行。这就是称它们为袖珍项目的原因。 用例驱动、以构架为中心以及迭代和增量开发的概念是同等重要的。构架 提供了一种结构来指导迭代过程中的工作，而用例则确定了目标并驱动每次迭 代的工作。 2 3 作业和考试管理工具功能划分 “作业和考试管理工具”这个项目的开发是严格遵守这个统一软件开发过 程进行的，下面详细说明这个项目的开发过程： 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 2 3 1 前期调研 在世界范围内，网络时代信息化社会的到来正一步步推动着学校教育改革， 校园的围墙逐渐消失，学生在网络上的虚拟学校中学习和考试的新型教育模式已 悄然兴起。国外网上教育的考试技术，尤其是美国、加拿大、英国、澳大利亚等 国已发展的相当成熟，安全控制技术，自适应考试技术，客观题的自动出题、 自动批改技术已广泛应用于各种考试之中。 与西方发达国家相比，国内的网络技术应用工作开展得相对较晚。1 9 9 5 年底 我国首条覆盖全国的计算机互联网络c e r n e t 才正式建成和投入使用。受技术条 件的限制，国内在c e r n e t 建成后才开始进行网络远程教学的研究工作，网上考试 技术从1 9 9 6 年才开始涉及。目前国内清华大学、北京大学、上海交通大学等十 几所高校已陆续提供了自己的网上远程教育资源仅有个别高校的远程教育网 点加入了测试、管理的模块( 如清华、北大、上海交大等) 。此外还有一些企 业、公司也在进行网上考试系统的研究开发工作，也颇有成果，如汇杰在线科 技有限公司的汇杰网络考试系统，清华泰豪的科教2 0 0 0 网络考试系统，东北师 大的东师理想网络考试系统等，前两者适应于基础教育，后者适应于职业教 育，针对与高等教育的综合性的网上考试系统目前尚未有见，并且其在功能和 技术上都有不尽人意的地方。 作业和考试管理系统的特色在于：远程作业功能、协作作业功能、自适应 考试功能、答卷和作业的智能批改功能、学生的作业样本的智能选取功能、相 同、近似作业自动判别功能、对教学元素和题目的质量反馈功能等。 2 3 2 功能划分 本系统分解为相关联的两大部分：作业管理部分和考试管理部分。两部分 相对独立但又联系紧密，双方共享多媒体题库，作业生成系统和试卷生成系统 在多媒体愿库管理系统基础上，参考学习情况管理系统的数据，生成作业和试 题，然后交付作业管理系统和考试管理系统组织考试和作业，由智能批改系统 批改答卷和作业，批改结果交学习情况管理系统处理、保存。 具体可分解为以下的9 个子系统： 1 用户管理系统 2 题库管理系统 3 试卷生成系统 4 作业生成系统 5 考试管理系统 6 作业管理系统 7 智能批改系统 8 学习情况管理系统 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 9 自适应考试系统 各部分之间关系如下图所示 图2 2 作业和考试管理工具的功能划分 2 3 3 试题管理模块 本论文涉及到的部分为：题库管理部分和试卷生成部分，这两部分合称为 “试题管理”模块。关于“试题管理”模块的具体实现目标是： 提供专用的针对作业和考试的多媒体编辑环境 提供一个基于我国教育技术规范的，标准化多媒体题库管理系统 提供基于标准结构题库并且和其它教育资源库联系紧密的试卷自动生成 工具和作业自动生成工具 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 2 4 项目开发的技术路线和总体技术方案 为了便于用户使用，提高系统的开放性和可扩展性，加强系统的可移植性 及可维护性，扩大网络教学管理的应用范围，建设一个适应各类网络教育学院 典型功能的网络教学管理系统，同时也为了整个“十五”网络教育关键技术及 示范工程的集成创造便利的条件，作业和考试管理工具采用基于w e b 的j 2 e e 三 层c l s 应用开发模式。 图2 3 用j 2 e e 标准构建的三层c l s 基于j 2 e e 标准构建的三层c s 模型如图2 3 所示。目前，业界有两种提供 三层c s 架构的主流方案，一种是s u n 提出的j 2 e e 标准，另外一种是微软提出 的n e t 平台。这两种方法都各有千秋，性能难分伯仲。结合网络教学管理系统 的要求，考察现有基础和网络系统资源情况，综合考虑与项目其他课题系统的 交互等因素，我们决定选择s u n 的j 2 e e 标准来规范开发平台。 北京邮也丈学颤： 论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理摸块盎各设计与实现 第3 章作业和考试管理工具涉及到的技术 3 1u m l 简介 3 1 1 标准建模语言u m l 概述 面向对象的分析与设计( o o a & d ) 方法的发展在8 0 年代末至9 0 年代中出现了 一个高潮，u m l 是这个高潮的产物。它不仅统一了b o o c h 、r u m b a u g h 和 j a c o b s o n 的表示方法，而且对其作了避一步的发展，并最终统为大众所接受 的标准建模语言。 3 1 1 1 标准建模语言u m l 的出现 公认的面向对象建模语言出现于7 0 年代中期。9 0 年代中，批叛方法出现 了，其中最引人注目的是b o o c h1 9 9 3 、0 0 s e 和0 m t 一2 等。 1 9 9 4 年l o 月，g r a d yb o o c h 瓤j i mr u m b a u g h 开始致力于将b o o c h 93 和 o m t - 2 统一起来，并于1 9 9 5 年l o 月发布了第一个公开版本，称之为统一方法 u mo 8 ( u n i t i e dm e t h o d ) 。1 9 9 5 年秋。0 0 s e 的创始人i v a rj a c o b s o n 加盟到 这一工作，经过b o o c h 、r u m b a u g h 和j a c o b s e n 三人的共同努力于1 9 9 6 年6 月和1 0 月分别发布了两个新的版本，即u m l0 9 和u m l0 9 1 ，并将u h i 重新命 名为u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) 。1 9 9 6 年，一些机构将u m l 作为其商业 策略已日趋明显。u m l 的开发者得到了来自公众的正面反应，并倡议成立了u m l 成员协会，以完善、加强和促进u m l 的定义工作。当时的成员有d e c 、h p 、i l o g i x 、 i t e l l i c o r p 、 i b m 、i c o n c o m p u t i n g 、眦is y s t e m h o u s e 、 m i c r o s o f t 、o r a c l e 、r a t i o n a ls o f t w a r e 、t i 以及u n i s y s 。这一机构对u m l 1 0 ( 1 9 9 7 年1 月) 及u m l1 1 ( 1 9 9 7 年1 1 月1 7 日) 的定义和发布起了重要的促 进作用。 u m l 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它溶入 了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象 的分析与设计，还支持从孵求分析开始的软件开发的全过程。 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 町 钾，1 1 7 9 ，叠布 z l 公掘 蠡拳，l 口 粼娜 i m k i ，l 鼍 u m l l o u m b 瞳噙札9 l 萁倒麟强嗲砰r 、o m - t l o o 瓿 图3 1u m l 的发展历程 面向对象技术和u m l 的发展过程可用上图来表示，标准建模语言的出现是 其重要成果。在美围，截止1 9 9 6 年1 0 月，u m l 获得了工业界、科技界和应用 界的广泛支持，已有7 0 0 多个公司表示支持采用u m l 作为建模语言。1 9 9 6 年 底，u m l 已稳占面向对象技术市场的8 5 ，成为可视化建模语言事实上的工业标 准。i 9 9 7 年1 1 月1 7 目，o m g 采纳u m l1 1 作为基于面向对象技术的标准建模 语言。u m l 代表了面向对象方法的软件开发技术的发展方向，具有巨大的市场 前景，也具有重大的经济价值和国防价值。 3 11 2 标准建模语言u m l 的内容 作为一种建模语言，u m l 的定义包括u p a l 语义和u m l 表示法两个部分。 ( 1 ) u 札语义描述基于u m l 的精确元模型定义。元模型为u l 的所有元素 在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者能在语义上 取得一致，消除了因人而异的最佳表达方法所造成的影响。此外u m l 还支持对 元模型的扩展定义。 ( 2 ) u h l 表示法定义u m l 符号的表示法为开发者或开发工具使用这些图 形符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应 用级的模型，在语义上它是u m l 元模型的实例。 标准建模语言u m l 的重要内容可以由下列五类图( 共9 种图形) 来定义： 第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。 第二类是静态图，包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的 静态结构。不仅定义系统中的类，表示类之间的联系如关联、依赖、聚合等， 也包括类的内部结构( 类的属性和操作) 。对象图是类图的实例，几乎使用与类 北京邮电大学硕士论文 网上作业和考试系统的研究及试题管理模块的设计与实现 图完全相同的标识。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而不是 实际的类。包由包或类组成，表示包与包之间的关系。包图用于描述系统的分 层结构。 第三类是行为图，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中 状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件。通常状 态图是对类图的补充。在实用上并不需要为所有的类画状态图。而活动图描述 满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系，有利于识别并行活动。 第四类是交互图，描述对象间的交互关系。其中顺序图显示对象之间的 动态合作关系，它强调对象之间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互： 合作图描述对象间的协作关系，合作图跟顺序图相似，显示对象间的动态合作 关系。如果强调时间和顺序则使用顺序图；如果强调上下级关系则选择合作 图。这两种图合称为交互图。 第五类是实现图。其中构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的 依赖关系。 3 1 1 3 标准建模语言嘲l 的应用领域 u m l 的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，具有很宽的应用 领域。其中最常用的是建立软件系统的模型，但它同样可以用于描述非软件领 域的系统如机械系统、企业机构或业务过程，以及处理复杂数据的信息系统、 具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之u m l 是一个通用的标准建模语 言，可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。 此外u m l 适用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同 阶段。在需求分析阶段，可以用用例来捕获用户需求。通过用例建模描述对系 统感兴趣的外部角色及其对系统( 用例) 的功能要求。分析阶段主要关心问题域 中的主要概念( 如抽象、类和对象等) 和机制需要识别这些类以及它们相互间的 关系，并用u m l 类图来描述。为实现用例，类之间需要协作这可以用u m l 动态 模型来描述。在分析阶段，只对问题域的对象( 现实世界的概念) 建模而不考虑 定义软件系统中技术细节的类( 如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题 的类) 。这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为构造阶