（计算机应用技术专业论文）题库管理系统及相关组卷算法的设计与实现.pdf

中文摘要 。随着计算机、网络技术的发展和广泛应用，计算机作为一种现代化的辅助设 备，在教学中的作用越来越重要。 本文在分析教学过程的基础上，根据教学工作的需要提出了“题库管理系统” 的详细功能和整体框架。经过对比，确定了实现该系统使用的平台和技术，给出 了系统各个功能模块的功能设计、运行流程图和后台支持数据库设计。“题库管 理系统”采用了客户端浏览器的软件架构，使用w i n d o w s n e t 平台进行开发， 设计了基于系统管理员、教学管理员、部门管理员、教师和学生游客等五种角 色级别的题库系统功能架构。题库系统后台支持数据库采用了系统运行参数与题 库数据使用不同数据库分别存储的方式。在参考借鉴了现有的遗传算法、回溯法 等算法的优点后，为题库系统的笔试试卷管理和考试管理功能设计了基于知识点 关系的组卷算法，并对题目管理过程中的相似题目问题提出了解决方法。组卷算 法结合了随机抽取法和回溯法，使用考试范围、试卷难度、试卷预计答题时问、 题目难度分布等参数作为约束条件，通过逐步调整中间试卷生成最终试卷。借助 题库系统可以达到在同一系统中完成尽量多教学工作的目的，基于教学流程设计 的功能比较完善的“题库管理系统”可以较好地简化工作过程和提高教学工作效 率。+ 关键词：b s 架构 题库管理 角色 组卷算法知识点知识点关系 组卷约束条件 a b s t r a c t w i t ht h ew i d ea p p l i c a t i o no fc o m p u t e r sa n dt h ea d v a n c eo fi n t e r a c tt e c h n o l o g y , c o m p u t e r sa sa na c c e s s o r ye q u i p m e r i th a v ep l a y e da ni n c r e a s i n gi m p o r t a n tr o l ei nt h e t e a c h i n g b a s e do nt h ea n a l y s i so ft e a c h i n gp r o c e s s ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dt h e s p e c i f i cf u n c t i o na n dt h ew h o l ef r a m e w o r ko ft h es y s t e mo fi t e mp o o l ，c o m p o s i n g t e s tp a p e r sa n do n l i n et e s t i n gi nl i g h to ft e a c h i n gt a s k s a f t e rc a r e f u lc o m p a r i s o n st h ep a p e rp r e s e n t st h ep l a t f o r ma n dt e c h n o l o g y a p p l i e di n t h i ss y s t e ma n dp o i n t so u tt h ef u n c t i o n a ld e s i g n ，t h ep r o c e s sf l o wc h a r t a n dt h ed e s i g no fd a t a b a s ei nt h eb a c k g r o u n d t h es y s t e mo fi t e mp o o l ，c o m p o s i n g t e s tp a p e r sa n do n l i n et e s t i n gs y s t e ma d o p t st h es o f t w a r es t r u c t u r eo nt h eb a s i so f c l i e m - s i d e b r o w s e r s ，m o r e o v e r , t h es y s t e mw h i c hi sg r o u n d e do nt h et h ep l a t f o r mo f w i n d o w s n e tf o c u s e so ns o f t w a r e e n g i n e e r i n g ，s oi td e s i g n s f i v ed i f f e r e n t s y s t e m i c f u n c t i o n a lf r a m e w o r k s ，t h a ti s ，s y s t e ma d m i n i s t r a t o r , t e a c h i n ga d m i n i s t r a t o l s e c t i o na d m i n i s t r a t o r , f a c u l t ym e m b e r s ，s t u d e n t s v i s t o r s t h ep l a t f o r mo ft h et e s t i n g s y s t e me n a b l e st h ed a t a b a s et oa p p l ys y s t e m i c - o p e r a t i o n a lp a r a m e t e r , i na d d i t i o n ，i t a l l o w st h ed a t a b a s et oe m p l o yd i f f e r e n ts t o r i n gm e t h o d s r e f e r r i n gt ot h ea d v a n t a g e s o fg e n e t i ca l g o r i t h ma n db a c k t r a c k i n ga l g o r i t h ma n db a s e do nt h er e l a t i o no f k n o w l e d g ek e yp o i n t s ，t h ep a p e rp r e s e n t st h et e s t - c o m p o s i n ga l g o r i t h mf o rt h e m a n a g e m e n to fp a p e r so fw r i t t e ne x a m i n a t i o n si nt h es y s t e m6 fi t e mp o o la n d a d m i n i s t r a t i v ef u n c t i o no ft e s t i n g i nc o m b i n a t i o nw i t ht h em e t h o do fc h o o s i n ga t r a n d o ma n db a c k t r a c k i n ga l g o r i t h m ，t h et e s t c o m p o s i n ga l g o r i t h mm a k e st h ef i n a lt e s t p a p e rb ym e a n so fc o n s t r a i n i n gt h ep a r a m e t e r so ft h et e s t i n gc a t e g o r y , t h et e s t i n g d i f f i c u l t y , t h et i m ea l l o w e df o rt h et e s t i n ga n dd i s t r i b u t i o n so ft h ed i f f e r e n tt e s t i t e m s w i t ht h eh e l po ft h es y s t e mo fp o o l ，t h ef a c u l t ym e m b e r sm a ya c c o m p l i s ht h e t e a c h i n gt a s k sa sm a n ya sp o s s i b l e a d m i t t e d l y , t h es t a f fm a ys i m p l i f yt h ew o r k i n g p r o c e s sa n de n h a n c ew o r k i n ge f f i c i e n c yi nt h et e a c h i n go nt h eb a s i so ft h ef l a w l e s s s y s t e mo fi t e mp o o l ，c o m p o s i n gt e s tp a p e r sa n do n l i n et e s t i n g k e yw o r d s - b sf r a m e w o r k t h em a n a g e m e n to fi t e mp o o lr o l e s t e s t c o m p o s i n ga l g o r i t h m k n o w l e d g ek e yp o i n t s t h er e l a t i o no fk n o w l e d g ek e y p o i n t s t h ec o n s t r a i n t so f t e s c o m p o s i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：杨斌签字日期：如门年6 月牛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：扬斌 签字日期：劢一年6 月垆日 导师签名： 签字日期： 天津大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 选题背景 1 1 1 问题的提出 第一章引言 随着计算机、网络技术的发展和广泛应用，计算机作为一种现代化的辅助设 备，在教学中的作用越来越重要。在教学过程中，考试是一种比较有效的检验教 学效果的手段。考试的形式一般可以分为笔试、口试和实际操作考核等。无论形 式如何，都是由试题构成考试的内容。考试组织工作一般包括维护试题库、编制 试卷、安排考试时间和进行考试等内容，不同的学校可能会有不同的人员或部门 负责这些工作，但一般情况下都是由教师对所教课程的试题库进行维护、在考试 之前参与出卷，换言之就是虽然教师和管理人员可以同时保存题库的不同备份， 但在未进行沟通之前，管理人员无法实时掌握教师对课程试题库的修改；教师编 制试卷的进度情况也不能被教学管理人员所实时掌握。借助于计算机网络技术， 在协同办公的校园网或者办公网中部署统一的题库管理软件系统，教师对试题的 修改可以实时反映到系统中，进而可以由其他工作人员对结果进行查看，同时还 可以将组卷、在线考试等功能也规划到题库管理系统中，以达到在同一系统中完 成尽量多工作的目的。由此可见，基于教学流程设计一套功能比较完善的“题库 管理系统”以较好地解决实时掌握题库状态问题是势在必行的。 1 1 2 课题研究的背景和意义 统一管理、架构灵活、使用简便的“题库管理系统”( 简称题库系统) 可以 依托于校园网或者办公网进行部署，达到有效提高学校教学工作效率的目的。这 里的“统一管理”是指所有课程的题目数据全部划归“题库”系统统一管理，即 允许“题库”系统的服务器( 组) 存储全部的题目数据。“架构灵活”是指“题 库”系统本身功能的使用灵活性比较好，既可以全面部署以管理所有部门的题库 数据，也可以仅仅部署在一个部门中管理这一部门的题库数据或作为单一功能的 组卷、在线考试系统使用。 以所在学院为例：学院自升格为高职学院后，随着学校基础建设的逐步到位， 天津大学硕士学位论文第一章引言 校园网环境也在规划建设中。但从目前情况看，学院的教学管理工作由教务部门 统一进行管理，并没有配置专门的题库管理系统，所有课程的试卷和题目都是以 普通文档的形式进行保存，既不利于使用也不利于维护管理。因此设计这套“题 库管理系统”现阶段可以提高教务部门的管理效率，待校园网建设完工后可以作 为学院校园网办公系统的一个组成部分对全院各部门的题库进行规范化管理，进 一步促进学院信息化建设进程。 1 2 题库系统的使用现状 目前，随着电子题库的应用越来越广泛，很多学校已经建设或正在准备建设 自己的试题库并应用到教学工作中。在建设试题库时可以选择自行开发或者选择 已有的软件产品。在已有的软件产品中多数是使用c + + 、d e l p h i 、a s p a s p n e t 、 j 越，a 等语言基于c s 或b s 架构平台进行开发；在题库的存储技术上也各不相 同，常见的存储方式包括直接使用w o r d 等电子文档将题库分解为试卷库进行存 储、使用超文本的方式进行存储、使用例如a c c e s s 等桌面数据库或者s q l s e r v e r 等大型关系型数据库等。但在目前已经开发出的题库管理软件产品中，多 数功能比较单一，不能适应教学工作全过程的需要，而且一些专用软件需要用户 能够比较熟练使用计算机，限制了教师对电子题库的使用。随着对题库应用的深 入分析，题库软件系统的功能将会朝着更加易用、更加适应教学工作的方向发展， 必然会进一步促进教学工作效率的提高，所以针对目前存在的不足，开发、部署 使用改进的题库系统是势在必行的。 1 3 课题工作及创新点 本课题主要有以下几方面的工作： 1 基于教学工作流程，分析设计适应性较强的管理系统； 2 对支持w e b 开发的编程平台v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 中关于a s p n e t 2 0 的 开发技术进行较为系统的研究； 3 在系统中应用基于角色的用户访问权限控制； 4 设计出基于知识点网络和组卷参数的、性能较为稳定的组卷算法； 5 使用v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 提供的a s p n e t 2 0 编程技术和开发环境实现相 关的系统功能； 天津大学硕士学位论文第一章引言 1 4 论文的组织 全文共分为6 章： 第1 章为引言，讨论了课题的研究背景及其意义，指出了本课题的研究内容 和工作重点，最后介绍了论文的组织。 第2 章，分析对比了可以用于题库系统开发的软件架构和开发技术，最终确 定了用于系统开发的架构、开发平台和后台支持数据库平台。 第3 章，对“题库管理、组卷和考试系统”应具有的功能进行了系统分析， 给出了系统的功能模块图，为系统的设计做了必要的准备。 第4 章，是本课题的第个工作重点，在这一章中详细描述了题库系统基于 角色进行用户权限分配的架构体系，较为完整地分析出了题库系统后台支持数据 库的逻辑关系。 第5 章，根据第4 章提出的题库系统的架构详细描述了各功能模块的运行流 程、实现方法，并给出了各功能的流程图。 第6 章，是本课题的第二个工作重点。在本章中讨论了试卷和题目各自所具 有的属性，以及在组卷过程中能够试卷的哪些属性可以对组卷结果产生影响，并 对这些属性的进行了层次划分；提出了一种基于数据库存贮知识点及其关系网络 的方法；提出了一个基于知识点网络和试卷属性的组卷算法。 第7 章，是课题工作的总结，回顾了论文的主要内容，阐述了论文工作的特 色和意义，分析了目前存在的不足，提出了进一步的研究方向。 3 天津大学硕士学位论文第二章题库管理系统特性及开发技术选择 第二章题库管理系统特性及开发技术选择 2 1 题库管理系统特性 构想中的“题库管理系统”应该具有如下的特性： 。 使用简便：过于繁杂和混乱的软件功能将会给软件的用户造成使用上的 麻烦，进而造成效率下降的结果，所以题库系统必须具有使用简便的特 点。 架构灵活：是指软件的功能可以根据部署环境的不同而有所增减，既可 以在较大的网络环境中运行全部功能、管理全部的题库数据，又可以在 较小的网络环境中只使用部分功能、管理较少的数据。 2 2 开发架构、技术的选择 2 2 1 开发架构的选择 应用在网络环境中的软件系统，常见的系统架构由客户端服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 架构和浏览器服务器( b r o w s e r s e v e r ) 架构。 1 客户端服务器( c l i e n t s e r v e r ) 架构：通过将任务合理分配到c l i e n t 端和 s e r v e r 端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优势。服务器 通常采用高性能的p c 、工作站或小型机，并采用大型数据库系统，如o r a c l e 、 s y b a s e 或s q ls e r v e r 。客户端需要安装专用的客户端软件。 c s 的优点是能充分发挥客户端p c 的处理能力，很多工作可以在客户端处 理后再提交给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快。 缺点主要有以下两个：一 每个客户端都要安装应用程序，系统扩展维护复杂，代码可重用性差， 当用户数量增多时，性能会明显下降。 客户端需要安装专用的客户端软件。首先涉及到安装的工作量，其次任 何一台电脑出问题，如病毒、硬件损坏，都需要进行安装或维护。系统 软件升级时，每一台客户机需要重新安装，其维护和升级成本非常高。 4 天津大学硕士学位论文第二章题库管理系统特性及开发技术选择 2 浏览器朋艮务器( b r o w s e r s e r v e r ) 架构：是随着i n t e m e t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的结构 1 】。在这种结构下，客户机上只需要安装一个浏 览器( b r o w s e r ) ，浏览器通过w e bs e r v e r 同应用服务器进行交互。用户界面完全 通过w w w 浏览器实现，一部分功能在前端实现，但是主要功能在服务器端实现。 b s 结构，主要利用不断成熟的w w w 浏览器技术，用通用浏览器实现原来需要 复杂专用软件才能实现的强大功能，是一种全新的软件系统构造技术。 b s 的优点有以下几点： 可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的客户端软件。客户端零 维护，系统的扩展非常容易。只要有一台能上网的电脑，再由系统管理 员分配或者自行申请一个用户名和密码就可以使用了。 采用i n t e m e t i n t r a n e t 技术，可以适用于局域网、广域网等多种网络环境 支持更多的客户。可根据访问量动态配置w e b 服务器、应用服务器， 以保证系统性能。 缺点是应用服务器运行数据负荷较重，一旦发牛服务器“崩溃”等问题，后果 不堪设想。需要额外配置备份服务器。 3 确定开发架构：浏览器朋艮务器架构与客户端f l 艮务器架构相比维护工作量 大大减少。客户端l j l 务器架构的每一个客户端都必须安装和配置软件。假如一 个企业共有5 0 个客户站点使用一套客户端服务器架构的软件，则当这套软件进 行了改动后( 比如增加某个功能) ，系统维护员都将服务器更新到最新版本，将 客户端原有的软件卸载，再安装新的版本，然后进行设置，最为可怕的是客户端 的维护工作必须不折不扣的进行5 0 次。如果其中有部分客户端是在另外一个地 方，系统维护员还必须跑到该地方再进行卸载、安装、设置的工作。如果管理员 忘记对某个客户端进行这样的维护，该客户端将会碰到因版本不一致导致无法工 作的问题。而对于浏览器服务器架构，客户端不必安装及维护。如果将前面企 业的客户端服务器架构的软件换成浏览器服务器架构的软件，软件升级后系统 维护员只要将服务器的软件升级到最新版本就行了，其他客户端只要重新登录系 统，使用的就已经是最新版本的软件了。 经过使用上边的案例对比两种架构的优缺点后，考虑到题库系统的应用环境 及其需要具有部署灵活这一特点，决定选择使用浏览器服务器架构。 2 2 2 开发技术的选择 可以用于开发浏览器服务器架构软件的开发工具很多，目前比较流行有微 软公司的w i n d o w s n e t 平台和s u n 公司的j 2 e e 平台两种，两种平台之间既有相 同点又有不同剧2 1 。 天津大学硕士学位论文第二章题库管理系统特性及开发技术选择 1 两种平台的相同点： w i n d o w s n e t 框架和j 2 e e 都使用了一种托管的运行时环境，都将源 代码转换为一种中间语言，然后将其编译为本地的可执行代码。两种环 境都提供垃圾收集、动态类加载和异常。 ，n e t 和j 2 e e 都采用基于组件的设计、多形性、继承和接口。两者都 提供基础类库以执行输入输入、x m l 处理、使用连接缓冲访问数据库、 进行文本处理、网页脚本编辑和其他操作。 两者都通过特定厂商的产品提供。j 2 e e 规范本身独立于厂商存在，但 符合规范的实际产品必定实现与规范无关的功能，例如管理或部署功 能。因此，这些必定是特定厂商的产品。例如m i c r o s o f t 的w i n d o w s 和n e t 。 w i n d o w s n e t 框架和基于j 2 e e 的产品都结合并用于第三方产品。例 如在后台数据库领域中，n e t 和基于j 2 e e 的应用程序都可以访问 m i c r o s o f ts q ls e r v e r 、i b md b 2 、o r a c l e 、i n f o r m i x 、s y b a s e 和其他数 据库上存储的数据。此外，n e t 和基于j 2 e e 的系统都可以访问常用 的消息中问件，例如m i c r o s o f tm s m q 或i b mm q s e r i e s 。与此类似， 两者也都可以访问目录系统、第三方开发人员工具、代码版本控制系统、 防火墙等。 2 两种平台的不同点： 在体系上：j 2 e e 为单语言的平台，便于在不同操作系统上使用。这意 味着如果要利用j 2 e e ，项目可以使用多种操作系统，但开发人员可能 必须重新接受j a v a 培训。m i c r o s o f t 将w i n d o w s n e t 框架作为 w i n d o w s 的一部分提供。开发人员可以使用多种语言，无须接受新语言 的培训。而w i n d o w s n e t 框架为w i n d o w s 的一部分。 在应用范围上：n e t 包括代码、产品、工具和架构，用户可通过n e t 充分利用网络中的计算资源，包括台式机、服务器和其他设备。n e t 通 过标准通讯协议( 统称为”x m lw e b 服务”) 连接所有这些设备。( 如 果目标系统符合”x m lw e b 服务”标准，则n e t 应用程序可以连接任 何系统而不受语言或平台的限制，甚至连接到j 2 e e ) 。n e t 模型为大 规模分布式计算模型，具有大量进行通讯和信息交换的节点。j 2 e e 为 面向服务器的模型，不利用网络外围的资源和计算能力。通常，基于 j 2 e e 的产品仅支持服务器端应用程序。j 2 e e 基本上将p c 视为 h t m l 浏览器，并将其他设备视为哑终端。对于”x m lw 曲服务”，最 新的协议标准支持分布式计算；而最新版本的j 2 e e 规范未就”x m l 天津大学硕十学位论文第二章题库管理系统特性及开发技术选择 w e b 服务”进行规定，但基于j 2 e e 的产品可通过插件支持w e b 服务。 但是，采用插件的方式可能有一些缺陷，例如，虽然w e b 服务组件可 以调用部分类型的e j b ，仍不清楚当前的规范是否允许e j b 调用w e b 服务。 在编程模型的一致性上：w i n d o w s n e t 框架为服务器、台式机和其他 设备提供一致的、面向组件的模型。j 2 e e 提供e j b 作为服务器端的组 件模型；提供j a v a b e a n s 用于客户端或本地组件，提供s e r v l e t 用于生 成u i ，并为移动设备提供另一种模型。甚至在e j b 内部也存在至少3 种不同的子模型并分别具有不同的定义。 在易用性上：对于数据库连接池一在w i n d o w s n e t 框架中，可根据 需要自动建立并管理缓冲池。在j 2 e e 模型中，用户必须单独配置并管 理连接池。在w i n d o w s n e t 框架中，数据访问基于d a t a s e t 术语； d a t a s e t 包含可靠的数据源中的部分数据，并由于一个或多个s q l 查 询进行描述。d a t a s e t 中的数据可能保留固定的联系，开发人员可以直 接对数据进行操作，可以实现数据与x m l 之间的相互转换，可以使用 标准的s q l 筛选数据，并进行其他操作。与e j be n t i t yb e a n s 相 比，n e td a t a s e t 模型提供了更丰富、更简便和更常用的数据访问方式。 在部署上：在n e t 中部署应用程序，管理员只需复制文件。在j 2 e e 中，管理员必须将完成编译的文件捆绑到j a r ，转换为w a r ，再转换 为e a r ，然后将所有文件打包并通过特定服务器的”部署工具”运行，然 后复制结果文件。这个包含多个步骤的部署过程意味着典型的编辑编译 调试周期明显加长了。此外，由于动态类加载的需要，更新一个单独的 类通常需要重新肩动基于j 2 e e 的服务器。 3 确定开发技术和开发语言：经过对比w i n d o w s n e t 和j 2 e e 两种平台后， 考虑至l j w i n d o w s n e t 平台在易用性、部署上比j 2 e e 平台稍具优势，最终确定使 用n e t 作为开发平台、使用c 拌语言作为开发语言。c 群从c c + + 语言发展而来， 是c + + 的进化产物【3 】，是专为n e t 应用开发的语言，与n e t 框架结合的非常紧密， 在n e t 运行库的支持下c 撑语言具有语法简洁、面向对象设计、与w e b 结合紧密、 灵活性和兼容性等优点。 2 3 后台支持数据库的选择 s q ls e r v e r2 0 0 0 是一种典型的具有客户端服务器体系架构的关系型数据库 天津大学硕士学位论文第二章题库管理系统特性及开发技术选择 管理系统，具有可靠性、可伸缩性、可管理性、可用性等特点，为用户提供了完 整的数据库解决方案【4 】。s q ls e r v e r2 0 0 0 具有比w i n d o w s 更为严密和复杂的安全 模型，可以通过配置达到美国联邦c 2 及安全标准，s q ls e r v e r2 0 0 0 的安全性是 基于用户、角色、权限和对象的，可以通过创建用户和角色然后为其分配适当的 权限的手段保证数据的安全性。s q ls e r v e r2 0 0 0 的可伸缩性体现在它可以适应 各种w i n d o w s 操作系统和多种硬件环境，从掌上电脑的w i n d o w sc e n 大型服务 器集群的w i n d o w s2 0 0 0d a t a c e n t e r ，并且系统性能不会因数据库规模的变化而变 化。s q ls e r v e r2 0 0 0 为数据管理员和开发人员提供了大量易用的操作界面以支 持数据库管理和数据库设计工作，通过使用图形化工具可以使用户对不同级别的 信息进行控制。 由于s o ls e r v e r2 0 0 0 可以满足题库系统对后台支持数据库在性能上和易用 性上的要求，因此现阶段计划选择s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库管理系统作为后台数 据库支持，如果在题库系统部署完成正常运行后对需要软件的运行平台进行升 级，可以考虑后台支持环境更换为s q ls e r v e r2 0 0 5 ，借助s q ls e r v e r2 0 0 5 对s q l s e r v e r2 0 0 0 的向下兼容性达到平滑升级的目的。 天津大学硕士学位论文第三章题库管理系统需求分析 第三章题库管理系统需求分析 3 1 题库管理系统分析的依据 一般情况下，教学工作的流程为：学校下设教学部门和其它职能部门，在教 学部门中又根据专业等情况开设不同的课程，由教师担任教授这些课程和维护所 授课程题库、编制试卷的任务，教师与课程的关系是多对多的关系，即一位教师 可以同时担任多门课程的教学任务，同时一门课程也可以由多位教师同时教授。 学校或部门进行考试的时候，通常由教学管理部门或者各部门的教学管理人员组 织考试，考试所用到的试卷由授课教师进行编制。考生和其他参加考试的人员由 教学管理人员或部门进行管理。考试完成后，教师负责批阅试卷，教学管理人员 或部门负责对考试成绩进行汇总。 以教学工作的流程作为系统需求分析的依据，需要使“题库管理系统”的功 能可以满足教学工作各阶段的要求。其中，对于考试管理功能来讲，需要考虑多 种考试形式所需要的功能，因为无纸化考试等新型的考试形式虽然是一种趋势， 但从目前的计算机应用状况来看，短时间内使用纸制试卷进行考试等传统考试形 式是不会被完全取代的。所以，该系统的功能需求可以作如下划分。 3 2 题库管理系统功能模块划分 “题库管理系统”的功能根据需要分为“用户管理”、“题库管理”、“课程管 理”、“考试管理”、“系统维护、“考生管理”和“信息查询”等七部分，其中“题 库管理、“课程管理”、“考试管理”、“考生管理”和“信息查询”功能对应教学 工作的各个阶段，“用户管理和“系统维护是题库系统本身运行所需要的功 能。题库系统功能划分如图3 - i 所示： 天津大学硕士学位论文第三章题库管理系统需求分析 3 2 1 “用户管理”功能 图3 - 1 系统功能模块划分 用于管理可以登录到题库系统中的账户，包括： 1 管理员信息权限设置：对系统中的各级管理员账户进行管理。 。2 教师管理：、管理各部门的教师账户。 3 变更教师所属部门：当出现教师的人事变动情况时对教师账户进行的管 理操作。 4 用户属性修改：登录到系统中的账户对自己的信息进行修改。 5 登录：通过身份验证的用户可以登录到系统中使用系统提供的功能。 6 注销：退出登录。 3 2 2 “题库管理 功能 用于管理各门课程试题题库的功能，各课程的题库信息是独立存贮、单独管 理的。包括： 1 题目管理：对属于某一门课程的题目进行增加、删除、修改等管理操作。 2 导入导出题目：将某一门课程的题目信息从服务器中备份出来或者将题 目信息成批添加到服务器的功能。 天津大学硕士学位论文第三章题库管理系统需求分析 3 2 3 “课程管理 功能 管理学校各部门开设课程的功能，包括： 1 课程管理：对课程信息进行增加、删除、修改的操作。 2 授课管理：对由哪些教师教授哪些课程的信息进行管理。 3 2 4 “考试管理 功能 管理由学校或各部门组织进行的考试的功能，其中考试内容信息需要由教学 管理人员和教师共同确定。具体功能包括： 1 考试管理：这里主要是指对计算机上机考试进行管理，即根据学校的计 算机设备情况将可以进行计算机上机考试的课程安排在计算机教室进行考试，包 括考试情况的添加、删除和修改等。 2 考试后期处理：对考场情况进行统计处理、判卷等功能。 。 3 统计考试成绩：对已经完成后期处理的考试进行成绩统计等操作的功能。 4 笔试试卷管理：为不能进行上机考试的课程生成考试试卷，包括试卷的 添加、删除、修改等功能。 5 在线考试：学生登录到系统中进行上机考试的功能。 3 2 5 “系统维护 功能 依据学校的情况对系统运行的环境等信息进行设置调整和对题库数据进行 备份还原的功能，包括： 1 备份还原数据：对各部门的题库信息进行备份或者还原。 一 2 维护考场信息：对学校中可以用于进行上机考试的计算机教室的所在地 点、计算机数量等信息进行管理。 3 维护专业信息：管理学校中各部门开始的专业情况。 4 部门管理：根据学校的部门情况管理部门信息。 3 2 6 考生管理 对学校各部门的考生情况进行添加、删除、修改信息等管理操作。 天津大学硕士学位论文第三章题库管理系统需求分析 3 2 7 信息查询 提供简单的信息查询功能，使用户可以查看部门信息、考试信息、考试成 绩以及各部门的教师信息、课程信息、授课信息情况。 3 3 题库系统对安全性的需求 1 题库系统本身的安全：为了保障题库系统本身的安全，首先在编写代码 的时候尽量使用安全性好的代码，例如在用户登录系统的时候使用存储过程判断 用户身份是否合法的方法避免出现s q l 注入漏洞【5 】【6 】，连接后台数据库的账户和 密码不出现在可能被非法下载的文件( 如a s p x 文件) 中以防止暴露s q ls e r v e r 服务器的安全信息等。为防止低权限用户利用浏览器的历史纪录功能对系统进行 越权访问，在每个功能页面中都需要加入判断用户是否已经登录和判别用户角色 身份的功能。 2 题库系统数据的安全：为保障题库数据的安全，系统需要提供备份和还 原数据的功能以及必要时将题库数据从服务器下载下来保存到其它计算机或者 存储介质的功能。并且，题库系统的用户信息、试题信息等数据全部存储在服务 器中，虽然服务器的安全性一般比较高，但为了避免出现因服务器软硬件故障造 成题库数据丢失的情况，题库系统需要提供给用户相应的功能将数据库信息的备 份保存到异地的功能。 3 服务器的安全：为题库系统提供支持的服务器包括提供前台网页浏览支 持的w e b 服务器和提供后台数据支持的s q ls e r v e r 服务器。为保障题库系统的 正常运行，提供服务的服务器必须能够正常、稳定地运行。 ，服务器的安全包括：硬件系统安全和软件系统安全。硬件系统安全包括服务 器的供电安全、服务器本身的硬件可以正常工作、使用r a i d 技术进行容错等。 软件系统安全包括正确进行系统安全权限的设置和安装安全补丁防范网络攻击、 安装防病毒软件防范病毒破坏【7 】等。关于服务器安全设置的相关资料很多，这里 不做详细说明。 天津大学硕士学位论文第四章题库管理系统结构设计 第四章题库管理系统结构设计 4 1 基于角色的架构设计 实际教学工作中，教师和教学管理人员各负其责。在题库系统中，能够登录 到系统之中执行系统提供功能的账户，其实际身份可能是教师也可能是管理人 员，因此题库系统需要根据账户实际身份的不同赋予这些不同角色的账户不同的 功能权限，使之达到同样的各负其责的效果。同时，用户使用某一级别的账户进 行登录就会获得这一角色级别账户所具有的权限，角色级别越高获得的权限越 多，低权限账户不能越权使用题库系统功能。 4 1 1 用户角色的划分 i 根据实际教学工作情况和系统功能的需要，将可以使用题库系统的用户分为 五种角色级别的账户：系统管理员( 0 级) 、教学管理员( 1 级) 、部门管理员( 2 级) 、教师账户( 3 级) 、( 4 级) ，五种角色级别( 0 级 4 级) 所具有的执行 题库系统功能的权限从高向低排列，系统管理员( 0 级) 权限最高、游客学生( 4 级) 权限最低，并且除游客学生角色级别之外的其他四种角色级别需要通过登 录的过程验证其账户身份的合法性之后才能够使用题库系统的功能。 1 系统管理员：属于系统管理员角色级别的账户在题库系统中具有最高权 限的账户。系统管理员负责题库系统整体运行环境的维护和管理，可以执行系统 提供的全部功能，包括：根据学校的实际情况管理部门信息、考生信息、考场( 可 用于上机考试的计算机教师) 信息和专业信息；管理各部门的题库信息；管理各 部门的管理员账户、教师账户；管理各部门的课程信息和授课情况；对各部门的 数据进行备份和还原；安排组织考试和管理各部门的笔试试卷等。 2 教学管理员：是可以根据学校的实际情况设置的一种角色级别，如果学 校中有统一的教学管理部门，可以为该部门的人员分配教学管理员角色的账户； 如果没有统一的教学管理部门则教学管理员角色的账户可以空缺，以所在学院为 例：学院设置教务处专门负责管理教学工作，因此需要给教务处工作人员分配这 一级别的账户。 属于教学管理员角色的账户在题库系统中是一类比较特殊的账户，由于他们 天津大学硕士学位论文第四章题库管理系统结构设计 只负责教学管理工作，所以只能执行系统提供的与教学管理相关的功能，包括： 管理考场信息、考生信息；安排组织考试和进行笔试试卷管理；统计考试结果； 当部门间发生教师的人事变更时，更新各部门的教师情况等。 3 部门管理员：顾名思义，是题库系统中一个部门的管理员，既要维护管 理本部门的相关信息，在学校没有统一的教学管理部门的情况下又要承担本部门 教学管理员的工作。在题库系统中，属于部门管理员角色级别的账户只负责维护 本部门的题库信息；只负责管理本部门的教师账户；只管理本部门的课程信息和 授课情况；只能对本部门的数据进行备份和还原；安排组织本部门的考试和管理 本部门的笔试试卷等。部门管理员账户由系统管理员创建。 4 教师：教师账户由系统管理员或者所属部门管理员创建。在不同部门的 数据库之中可能同时为一位教师保留教师账户，原因是该教师可能同时担任多个 部门的授课任务。教师角色作为题库系统中权限较低的角色级别，只能够根据授 课情况管理自己所教授课程的题库信息；管理自己所授课程的笔试试卷；在考试 完成后批改自己所授课程的试卷。 5 游客学生：是题库系统权限最低的一种角色级别，只能使用信息查询功 能查看考试信息、课程信息、教师信息、授课情况等，需要进行考试的学生选择 运行“在线考试”功能登录以后角色变为学生进行在线考试。 6 题库系统的角色功能架构：依据用户角色的划分，题库系统的角色功能 架构做设计如下：不同角色具有不同的权限，体现在高角色级别账户在有权执行 更多的功能和管理更多的数据，低角色级别的账户有权执行的功能和管理的数据 相对较少。具体架构如图4 1 所示： 。 数据存储权限用户角色功能执行权限 系 统 全 部 数 据 系统管理员 口蒙相h 至垂 - - 帚叮! 兰之芑，千掣吊 关数据l i 昙冀翥茹h 亟据库全部数据i l 口所授课程相 关数据 口考试信息及 可查看的信息 教师 游客学生 教学管理功能：管理考场信息、 考生信息、组织考试、笔试试卷管 理和统计考试结果。 所属部门管理功能：管理所属 部门的教师、课程、授课信息，备 份部门数据。 授课相关功能：管理所授课程 的题目、题型、知识点等数据。 游客功能：查看考试、课程、 教师等信息和进行在线考试。 图4 - i 基于角色的架构 系 统 全 部 功 能 天津大学硕士学位论文 第四章题库管理系统结构设计 4 1 2 各角色级别的权限分配 五种角色级别各自具有高低不等的权限，用户在使用题库系统时经过登录过 程通过身份验证后，用户的角色级别将由游客学生转换为登录账户所对应的角 色级别，由系统根据登录账户的角色级别显示除对应的功能菜单。各角色级别可 以使用的系统功能见表4 。1 所示： 表4 - 1 系统功能列表及角色权限分配( 1 一允许使用，0 一不允许使用) 系统 教学 部门 游客 功能分类功能名称教师 管理员管理员管理员学生 管理员信息权限设置 1oooo 教师管理 l0 loo ( 一)变更教师所属部门 ll00o 用户管理 用户属性修改 11l1o 登录ll111 注销 11l l1 ( 二) 题目管理 l0l1o 题库管理 导出题目 1l1l0 ( 三)课程管理 1 o 1 l0 课稃管理授课管理 iol0o 考试管理 11l00 ( 四) 在线考试 0000l 考试后期处理 1 1 1 l0 考试管理 统计考试成绩 l1llo 笔试试卷管理 1lllo 数据备份恢复 1 0 l 00 ( 五)维护考场信息 11oo0 系统维护 维护专业信息 lo1oo 部门管理 1 oo0o ( 六) 考生管理 1100 0 考生管理 临时考生管理 l1o00 查看部门信息 l ll1l 查看教师信息 l1ll l ( 七)查看课程信息 11ll1 信息查询 查看授课信息 ll1ll 查看考试信息 l1ll l 查询考试成绩 oo001 天津大学硕士学位论文第四章题库管理系统结构设计 4 2 题库管理系统后台数据库设计 “题库管理系统”的运行依赖于后台数据库的支持，用户通过系统提供的操 作选项调用数据库功能实现对题目数据等数据的管理，因此合理规划设计题库系 统的后台数据库十分重要。 题库系统后台支持数据库的设计原则是存储系统运行环境参数的数据库与 存放各部门题库的数据库独立存在、互不干扰，同时各数据库内部数据表之间的 关系满足数据库关系第三范式( 3 n f ) 或第四范式( b c n f ) 【8 1 ，符合关系数据 库的设计规范，所以为了使数据便于管理将题库系统的数据库分为三类：系统数 据库、部门数据库、模版数据库，每种数据库都满足关系型数据库的设计原则和 一定的数据逻辑依赖关系。 4 2 1 系统数据库 用于存放题库系统运行所需要的信息和根据学校实际情况设置的部门、考生 等信息。数据表及其功能如下： 1 用户表：该表只存放系统、教学、部门管理员的信息，包括账户名、密 码、管理员的真实姓名、性别、所属部门代码和角色级别。 2 部门信息表：根据实际情况存放学校所有部门的信息，包撬部门代码、 部门名称、部门数据库的名称。 3 考生表：存放全校的学生信息，包括学生的学号、姓名、性别、所属专 业、年级、班级和