（计算机应用技术专业论文）无纸化考试系统的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 捅斐 随着计算机技术的发展和推广，无纸化考试系统已广泛应用于各种各样的 考试。无纸化考试既能较客观地、公正地反映考生的真实水平，又能节约人力、 物力，提高考试效率。 本文分析了国内外无纸化考试系统的现状和主要问题，基于微软的s q l s e r v e r 和v i s u a lb a s i c6 0 ，设计开发出一套能自动生成试题的通用无纸化 考试系统。本论文着重对以下几方面进行了研究，并取得了一定的成果： 1 通用试题数据库的建设 对各种类型无纸化考试系统的需求进行分析，形成一个无纸化考试系统试 题数据库的基本标准，并依据该标准构建本系统中数据库的一个具体实例，讨 论了对试题数据库进行评价和更新的基本方法。 2 通用考试软件设计与实现 对建立一个适用于各种类型考试和各种类型题库的通用考试系统方法进 行了探讨，并通过本软件的开发建成一个相对通用的考试软件。讨论开发一个 通用无纸化考试软件的技术难点，并对本软件的进一步开发提出一些设想。 3 自动抽题算法研究 讨论目前已实际应用的计算机生成试卷的几种算法，采用基于集合的自动 抽题算法作为本软件的抽题算法，对该算法进行了详细的阐述，设计并实现了 利用该算法抽题的程序，通过实际的应用对该算法的性能进行评价。 4 考试数据传输与加密 对无纸化考试系统中数据的传输方法与加密方法进行讨论分析，设计并实 现了一个对成绩数据进行加密传输的程序。 5 试题评价 设计一套对试题难度及合理度进行评价的算法，利用该算法对本考试系统 的试题数据库中部份试题进行评价。 本论文设计并实现的无纸化考试系统已经交付实际使用，用户反映良好。 关键词：无纸化考试；通用试题数据库；试卷自动抽取；指纹识别； 试题评价 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dt h es p r e a do fc o m p u t e rt e c h n o l o g y c o m p u t e r sa r c g r a d u a l l ya p p l i e di nt h ef i e l do fe x a m i n a t i o ns y s t e m ，n a m e dp a p e r l e s se x a m i n a t i o n p a p e r l e s se x a m i n a t i o ns y s t e mn o to n l yc h e c k st h el e v e lo fo u rl e a r n i n gf a i r l y ， b u t a l s os a v e sm a n p o w e ra n dm a t e r i a lr e s o u r c e sa n di m p r o v e st h ee x a m i n ee f f i c i e n c y i nt h i sp a p e r ，t h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dt h ep r o b l e m so ft h ep a p e r l e s s e x a m i n a t i o ns y s t e mi no u rc o u n t r ya l ea n a l y z e d b a s e do ns q ls e r v e ra n d m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c6 0 ，ap a p e r l e s se x a m i n a t i o ns y s t e mw h i c hc a ng e n e r a t et e s t q u e s t i o na u t o m a t i c a l l yi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h em a i nr e s e a r c hw o r ka n da c h i e v e m e n t so ft h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) c o n s t r u c t i o no fa l la 1 1 p u r p o s ee x a m i n a t i o nq u e s t i o n sd a t a b a s c b a s e do nt h er e q u i r e m e n ta n a l y s i so fa l lk i n d so fp a p e r l e s se x a m i n a t i o ns y s t e m ， w eh a v eg o tas t a n d a r do fp a p e r l e s se x a m i n a t i o nd a t a b a s ea n dp r o d u c e da ne x a m p l e o f p a p e d e s se x a m i n a t i o nd a t a b a s e t h eb a s i cm e t h o r d sf o ra p p r a i s i n ga n da n a l y z i n g t h ee x a m i n a t i o nq u e s t i o n sa r ed i s c u s s e d ( 2 ) d e s i g n a n di m p l e m e n t a t i o no fs o f t w a r ef o ra l l - p u r p o s ee x a m i n a t i o n t h em e t h o r d sf o ra na l lp u r p o s ee x a m i n a t i o ns y s t e ms u i t e df o rf o ra l lk i n do f e x a m sa n da l lk i n do fe x a m i n a t i o nd a t a b a s e sa r ep r o b e di n t o b a s e do nt h i sa na l l p u r p o s ee x a m i n a t i o ns o f t w a r ei sd e v e l o p m e n t e d w eh a v ed i s c u s s e dt h et e c h n o l o g i c d e f f i c u l t y st op r o d u c ea na l lp u r p o s ee x a m i n a t i o ns o f t w a r ea r ed i s c u s s e da n ds o m e i d e a st oi m p r o v et h i ss o f t w a r ea r ep o i n t e do u t ( 3 ) r e s e a r c ho nt h ea l g o r i t h mo ft e s tq u e s t i o n se x t r a c t i n ga u t o m a t i c a l l y s o m ea l g o r i t h m so ft e s tq u e s t i o n se x t r a c t i n ga u t o m a t i c a l l ya r ed i s c u s s e d a n a u t o m a t i ce x t r a c t i n ga l g o r i t h mb a s e do ns e ti su s e di no u rs o f t w a r e t h ea l g o r i t h mi s e x p o u n d e da n di t sp e r f o r m a n c ei se v a l u a t e dt h r o u g hr e a l i s t i ca p p l i c a t i o n ( 4 ) e n c r y p t i o na n dt r a n s m i s s i o no fe x a m i n a t i o nd a t a t h ea l g o r i t h m so ft r a n s m i s s i o na n de n c r y p t i o nf o re x a m i n a t i o nd a t aa r ed i s c u s s e d a n da n a l y z e d b a s e do rt h e s ea l g o r i t h m st h eg r a d ed a t aa r ee n c r y p t e da n d t r a n s m i t t e d ( 5 ) e v a l u a t i o no ft e s tq u e s t i o n s w eh a v ed e s i g n e da na l g o r i t h mo fa n a l y z i n gt h ed e g r e eo fd i f f i c u l t ya n dr a t i o n a l i t y o ft h et e s tq u e s t i o n si sd e s i g n e da n du s e di no u rp a p e r l e s se x a m i n a t i o ns y s t e m t h ep a p e r l e s se x a m ，i n a t i o ns y t e md i s c u s s e di n t h i sp a p e rh a sb e e np r a c t i c a l 西南交通大学硕士研究生学位论文第m 页 a p p l i e di nt ve d u c a t i o na n dg o th i g h l ya p p r a i s eb yt h eu s e r s k e yw o r d s ：p a p e r l e s se x a m i n a t i o n ；a l l - p u r p o s et e s tq u e s t i o n sd a t a b a s e ；t e s t p a p e re x t r a c t i n ga u t o m a t i c a l l y ；f i n g e r p r i n ti d e n t i f i c a t i o n ；t e s tq u e s t i o n s e v a l u a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：委多习耀 指导老师戤洱舻泽 指导老师签名：俾斛廿 日期多6 年吁月1 日 日期：姗孑年中月厂日 西南交通大学曲南父遗大罕 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： l 、通用试题数据库的建设 本文讨论了如何建立一个通用的试题数据库，设计了一个通用的数据库实 例，并在实际应用中加以讨论分析。 2 、通用考试客户端程序设计 对通用考试客户端程序的设计进行了讨论，并实现了一个具体的通用考试 程序，在实际应用中进行评价分析改进。 3 、试题难度评价 提出了一套试题难度评价分析的方法，并给出了具体的算法，提出了绝对 难度和相对难度的概念，并在实际应用中进行分析评价。 学位论文作者名：未毛；a 饔 日期：渺6 年午月j 日 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 1 研究背景 成都广播电视大学是一所省级广播电视大学，通过现代远程教育手段从事 成人业余学历教育，笔者是成都广播电视大学一名计算机专业教师。考试工作 一直是电大系统的一项重要工作，为使考试工作效率更高、公正性更高、可靠 性更高，本文作者着手研究开发无纸化考试系统。 本次毕业设计以课程“微机操作初级教程 的考试为实际需求案例，采用 s q ls e r v e r2 0 0 0 开发，以v b 6 0 作为程序设计语言，重点加强软件的安全性 和保密性，使之适应于网络考试，适应于各分校教学点的考试，采用s q l s e r v e r 数据库系统，着重考虑试题数据库的通用性。本次论文设计中，本文作者着重 在以下几方面进行研究： ( 1 ) 题库的通用性及网络试题数据库的建设 在开始本次毕业论文设计之前，原有无纸化考试系统所采用的试题数据库 是针对“微机操作初级教程 一门课程的，本次毕业论文旨在开发设计一个通 用的无纸化考试系统，因此首先要使系统所使用的试题数据库结构具有通用 性，为此我们对原来的试题数据库结构进行了一定的改进，并增加对试题进行 描述的一些字段，如出题人、出题单位、所属知识点、已考考生数、试题难度 等字段。为使试题数据库的能更方便于网络共享，我们讨论了在网络环境下试 题评价及更新的方法。 ( 2 ) 主观试题评阅 主观试题的评阅是无纸化考试系统中比较困难的，如果无纸化考试系统阅 卷子系统采用人工智能的办法对主观试题进行评阅，一方面编程难度较大，另 一方面程序的时间复杂度也较大，同时，不同科目的主观试题评阅方法也应该 不同，这个问题目前也是国内各种无纸化考试系统中普遍遇到的难题。本程序 对主观试题的评卷采用了一个本对折衷的办法，将绝对匹配法与模糊匹配法相 结合，实现对主观试题的评阅。 ( 3 ) 智能组卷 本软件中还着重讨论了如何根据用户的不同需要实现自动组卷的算法，我 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 们根据知识点、难度等参数进行智能组卷，并对设计好的组卷算法程序实例进 行了测试和评价。 ( 4 ) 考试软件实时备份功能 在无纸化考试系统中实时考试的客户端程序中加了实时备份功能，可以将 考生的实时考试数据备份到硬盘中的临时文件中，从而避免考生在考试过程中 出现断电、死机等故障时考试数据丢失，导致考生不得不重新考试的现象。本 软件设计中我们每隔一分钟将考生的考试数据以一个文件的形式存放到硬盘 上，如果出现考试中断的情况，可以由监考老师为考生从备份文件中恢复考试 数据。 仰考生身份识别 本次毕业论文设计中，对考生身份识别方法也进行了一定的探索，本软件 采用了指纹识别与人工识别相结合的办法。先对考生进行指纹数据采样收集并 建立考生指纹数据库，考试时先用指纹识别仪进行考生指纹识别，指纹不能识 别的考生由监考老师人工识别。 ( 6 ) 数据加密 本软件设计中数据加密主要包括两方面，一是考试试题数据库的加密，另 外就是考生成绩文件的加密，这可以使整个无纸化考试系统具有更高的安全 性。 仍考试软件的通用性设计 为使本次毕业设计所开发的软件更具有通用性，我们在设计软件的考试客 户端程序时，使用了一个程序运行参数数据库，考试客户端程序设计的有关参 数直接从参数数据库中获取，而参数数据库可以根据不同用户的需要自行修 改，包括不同题型试题数、考试科目名称、单位名称等数据都是可以灵活变更 的。通过对不同类型考试需要的分析调研，我们在程序设计时，尽量才用一个 具体广泛适用性的考试界面，这些都使本次毕业设计所生成的客户端程序具有 较强的通用性。 1 1 2 研究意义 随着“学习型社会一、“终身教育 时代的降临，各种考试认证应运而来。 数量众多的标准化考试对于传统考试系统带来巨大的冲击。信息时代要求人们 更快更准更全面地进行各种信息处理，计算机技术作为信息化时代的主要标 识，应用于各种考试系统成为必然趋势。相对于传统考试系统，计算机考试系 统具有很多优势。包括标准化、及时性、保密性、高效率、易管理等特点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 国内外的无纸化考试系统软件发展也十分迅速，如世界范围的“微软计算 机认证考试 ，全国范围的“全国计算机等级考试、“n i t 考试等等。各 个省、部委、大学的计算机无纸化考试系统也如雨后春笋般地涌现出来，在实 际工作中得到大量的使用，取得了明显的效果。有些科研单位和高校率先建成 了计算机题库和相应的计算机考试系统，国家教委高等教育司组织建设的工科 数学题库、工科物理题库已在教学评估中发挥重要作用，利用这些题库和相应 的试卷生成系统，可在瞬间按指定的命题要求自动生成一份高质量的试卷。这 可以把老师从大量重复性出卷、阅卷任务中解脱出来，对提高高校教师的工作 效率、规范考试方法、统一考试标准，真正做到“教考分离有着很重要的意 义。 本文作者所在学校是一所省级广播电视大学，有在校生3 万多名，校本部 有学生3 0 0 0 多名，其他的学生则分布在整个成都包括各区县的几十所分校中， 按每个考生每学期参考五门课程计算，每学期考试门次达到了1 0 多万门次， 考试时间集中在每学期期末的一周之内，时间紧，考试科目多，考试任务极其 繁重。 相对于传统的考试，无纸化考试系统具有很大的优越性，这主要体现在以 下几点。 ( 1 ) 节约人力 采用本次毕业设计所开发的无纸化考试系统的微机操作初级教程一门 课程，共计1 0 0 0 多人次的考试，由于采用无纸化随机自动生成试卷，相邻两 个考生试题完全不同，我们大幅减少了监考人员，同时1 0 0 0 多份的试卷原来 一个人需要阅几天，现在计算机自动阅卷，使工作效率极大提高。 ( 2 ) 节约考试成本 无纸化考试不需要制作试卷，减少了试卷方面的支出，也使我们的考试工 作更加环保。 ( 3 ) 减少了考试出错 传统的考试在阅卷和登分过程中容易因为人的疏忽而出现一些错误，因此 每次考试完毕，有部份考生会因为自己的成绩不够合理而要求查分查卷。采用 无纸化考试后，阅卷和登分采用计算机自动完成，不会出错，因此也避免了考 生查成绩所耽误的人力资源。 ( 4 ) 考试成绩更客观合理 无纸化考试中试题的分布更随机合理，计算机的阅卷可以保证标准的致 性，经我们实际实用后对考生的成绩分析，考生成绩分布比传统的考试更加合 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 理。 同时，作为我们广播电视大学，考生的分布遍布成都市的各区市县，采用 无纸化考试系统，试题更便于传送，同时，采用基于的网络的考试系统更适合 于不同地域上的各分校使用。 目前，我校的开放教育试点中，对学生学习和考试具有更大的灵活性，采 用无纸化考试系统更便于考生在不同时间不同地点参加考试，更适应于开放教 育的自主化学习模式。 本文作者希望通过本次论文的研究实践，能针对以上问题，得出一些基本 的解决方案。 1 2 国内外研究现状 针对无纸化考试系统这个课题，有关的研究工作已做得很多，国内目前在 这方面的研究性文章较多，主要是关于考试系统的构架、智能组卷、身份识别 等方面。 如郭跃周在“基于校园网的计算机考试系统的设计与实现 嘲一文提到了 无纸化考试系统网络体系构建及网络数据传输等问题的解决。刘相滨在“基于 组件的计算机考试系统研究与实现 “1 一文中提出利用组件技术的软件复用、 便于扩展等特性，使系统可以灵活重组，快速建立不同的考试系统，实践表明， 采用基于组件的开发方法可以极大地减少工作量，缩短开发周期。 朱振元在“一种基于集合运算的自动选题算法川5 5 1 一文中提出了一种在多 重约束条件下的自动选题算法，能满足按试题中各种属性的指定比例选取试 题。李展在“计算机考试系统的给题策略与评分算法州刚一文中设计了一种试 题数据的数据结构，并设计了一套给题算法及评分算法。徐一峰在“计算机考 试系统抽题算法的哈希函数描述”悔l 文中研究了如何利用哈希函数来描述回 溯抽题算法。王雍钧在“基于知识点题型分布和分值的智能组卷算法研究 眵1 一文中，论述了由知识点的教学要求利用组卷控制参数知识推出知识点题型分 布和优化调整知识点难度系数的推理机制。在此基础上，较详细地阐述了基于 知识点的智能组卷算法及该算法应用于“全国注册建筑师考试系统 的智能组 卷过程。 尹义龙在“自动指纹识别技术的发展与应用 哺l 文中阐述了自动指纹识 别技术的研究现状和指纹特征定义和提取、指纹比对等主要研究内容，分析了 该技术面临的主要困难：指纹采集、指纹分类和缺乏相应的系统性能评价体系， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 提出了该技术的发展方向为非接触式复皮层指纹采集、兼容主流采集设备的识 别芯片的开发和多种生物识别技术的融合，对该技术的发展进行了预测指纹 识别技术的发展有助于无纸化考试系统中的身份识别问题的解决。 目前，国内对于无纸化考试系统的研究中，从考试系统的各个方面都进行 了不少的探索，比如试题库生成、自动抽题、身份识别、网络考试系统的开发 等。但是对于通用试题库的建设、通用考试系统的建设等问题目前还较少，还 缺乏一种无纸化考试系统开发的统一的标准。 概括起来，目前的计算机无纸化考试系统的建设还存在着一些问题，具体 表现在以下几方面： ( 1 ) 计算机考试软件通用性较差 不同高校、教育机构、软件厂商开发的计算机考试软件都是各自为政，重 复开发，缺少相互的兼容。 ( 2 ) 缺乏计算机考试系统开发的统一标准 还没有相对权威的机构制订一套计算机无纸化考试系统开发的统一标准， 凭借这种标准，程序员可以开发出相互兼容的软件。 ( 3 ) 题库建设缺乏通用性 目前大多数无纸化考试系统的所使用的试题数据库为专用题库，即试题只 针对特定科目和特定考试对象，试题数据库可移植性和通用性较差。 ( 4 ) 远程网络考试系统的建立和使用还有待加强 很多计算机考试系统还处于单机阶段、局域网阶段，远程网络考试系统的 开发和使用还有待加强，远程网络考试系统开发过程中的很多问题还有待去解 决，比如远程身份验证、网络流量、远程考试管理等。 回系统安全性有待提高 现有的一些无纸化考试系统主要目的在于解决考生考试的问题，但在系统 安全性方面缺乏周密的考虑。包括考试系统操作人员权限及不同用户的登录问 题，试题数据传输安全性等问题。 针对上述问题，本文作者进行了一些探索，按照通用性考试软件的思路设 计了本次考试的试题数据库和考试客户端程序。本次论文设计中我们还对于网 络条件下的试题数据库建设做出了一些讨论和分析，在系统安全性设计方面， 参照了用友电算化软件的用户权限设置方式，对软件的用户防问控制进行了设 计，同时在数据传输的安全性上，也做了一定的考虑和研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 3 论文的主要研究工作及内容安排 1 3 1 研究内容及成果 本课题旨在讨论无纸化考试系统的设计与实现，将针对系统构建的各个模 块进行分析讨论，同时对无纸化考试系统中的难点进行的研究和分析。 主要的研究工作及成果包括以下几方面： ( 1 ) 通用考试数据库的建设 建设通用的题库数据库，并使建成的通用数据库具备以下特点：可以针对 不同科目的试题；可以针对不同考试类别的试题：可以在互联网上供多个用户 共享；可以被多个用户评价；可以方便地对试题进行删除和更新。 本次论文设计我们结合实际工作的需要，设计出了一个通用试题数据库的 实例，并将该实例应用于无纸化考试系统中，在几门课程中得到实践。 学生信息数据库的建设也应具备通用性，本次毕业设计根据我们电大学生 的实际情况，设计出了一个学生信息数据库的实例，并将该实例应用于实际的 考生信息管理中。 建设了一个考试信息数据库，并利用该数据库实现对考试现场数据的收集 和管理。 如何实现服务器数据有效的存取控制，如何实现数据在网络中的可靠传 输。 ( 2 ) m ss q l 2 0 0 0 服务器构建 难点在于如何设计m ss q l2 0 0 0 实例，如何设计服务器数据库等。 ( 3 ) 客户端程序设计 难点在于如何进行客户端身份识别，如何设计高效的抽题算法，如何设计 通用的考试界面，向服务器上传或下载数据的通信协议等。 ( 4 ) 服务器端程序的设计 服务器端程序用于监控和接收客户机上发出的数据，并向客户机传递考生 信息数据和试题数据，重点要解决好流量控制，避免系统在多用户登录时出现 死锁等问题。 ( 5 ) 通用考试软件设计与实现 对建立一个适用于各种类型考试和各种类型题库的通用考试系统方法进 行了探讨，并通过本软件的开发建成一个相对通用的考试软件。讨论开发一个 通用无纸化考试软件的技术难点，并对本软件的进一步开发提出一些设想。 ( 6 ) 自动抽题算法研究 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 讨论目前已实际应用的计算机生成试卷的几种算法，采用基于集合的自动 抽题算法作为本软件的抽题算法，对该算法进行了详细的阐述，设计并实现了 利用该算法抽题的程序，通过实际的应用对该算法的性能进行评价。 ( 7 ) 考试数据传输与加密 对无纸化考试系统中数据的传输方法与加密方法进行讨论分析，设计并实 现了一个对成绩数据进行加密传输的程序。 ( 8 ) 试题评价 设计一套对试题难度及合理度进行评价的算法，利用该算法对本考试系统 的试题数据库中部份试题进行评价。 1 3 2 论文设计流程 本论文设计的流程如图1 1 所示，包括5 个部份。 i 资利艾集、需求分析 上 l 数据库设计 工 i 程序设计 上 l 程序测试 上 i 软件应用测评 图1 1 论文设计流程 ( 1 ) 资料搜集、需求分析 搜集国内外在无纸化考试系统的研究和设计方面的文章，同时研究已开发 成功的各种无纸化考试软件的优缺点，形成对本无纸化考试系统软件设计的基 本方案。 一 ( 2 ) 数据库设计 根据无纸化考试系统的基本功能和实际需求设计本软件所需的各种数据 库表。 ( 3 ) 程序设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 设计本软件的模块图和程序流程图，编制各模块的程序。 ( 4 ) 程序测试分析 对软件进行分析测试，消除程序b u g ，进行功能、性能、安全性等检测。 ( 5 ) 软件应用测评 将软件投入到电大学生的实际考试应用之中，从应用过程中收集反馈信 息，并根据这些信息对软件进行适当的修改。 1 3 3 论文的内容安排 本论文共6 章，第一章阐述了本论文研究的背景和意义，对国内外相关方 面的研究进行了分析和调查，对本论文研究的内容进行了概述。第二章介绍了 无纸化考试系统的定义、特点、功能以及业务范围，介绍了本论文的主要任务 和主要问题，绘制了本软件的数据流图，对系统的可行性进行了分析。第三章 详述了系统各模块的功能设计以及数据库设计，分析了系统的安全性措施。第 四章阐述了本论文几个关键技术问题的解决办法，包括通用试题数据库建设、 自动抽题、试题评价、指纹检测等。第五章具体阐述了本系统的设计和实现， 对各模块的具体实现方法及面对的问题进行了分析，对生成的无纸化考试系统 进行了测评。第六章对本论文的成果以及需要改进的地方进行了总结。附录中 还给出了本无纸化考试系统的一些关键程序代码。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 第2 章系统需求分析 2 1 无纸化考试系统简介 无纸化考试系统是指由计算机、考生、考务人员、考试试题、考试信息等 组成的一个用于完成考试任务的系统。无纸化考试系统采用计算机代替人类的 手工出题、发题、身份验证、监考、收卷、阅卷、试卷分析等过程，使考试更 加规范化，降低考试成本，提高考试效率。无纸化考试系统通过计算机信息处 理技术应用于考试从而使得考试在标准化、规范化、高效率方面产生了重大飞 跃，是目前考试系统的一个重要发展方向。 在构建终身教育体系，建设学习型社会的教育方针下，人们的教育事业面 临着新的一轮飞跃。各个高等学校、中等学校、小学以及不同的教育机构之间 的横向交流加大，学生考试测评系统，作为教育培训过程中的一个极为重要的 环节，也面临着提高效率、加强横向交流的问题。信息时代要求本文我们更快 更准更全面地进行各种考试测评，计算机技术作为信息化时代的主要标识，应 用于各种考试系统成为必然趋势。 2 1 1 无纸化考试系统的业务范围 无纸考试系统有着广泛的应用，包括：大、中、小学的各种学历教育课程 考试；学生学习过程中的自我测试；职业技能鉴定证书考试；上岗证书考试； 资格证书考试；各个行业的认证考试；远程教育学生自助式学习中的考试和检 测环节：各企事业单位的内部考试与测评等。 2 1 2 无纸化考试系统的特点 相对于传统考试系统，计算机考试系统具有以下特点： ( 1 ) 标准化 传统的考试系统采用人工出题，人工阅卷，人工总分，人工登分等，很多 过程具有随意性，不能保证整个考试的公平性、一致性。 ( 2 ) 及时性 采用计算机考试系统在制卷、抽题、阅卷、评分、登分及成绩管理等方面 都比传统的考试系统更快更准确。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 3 ) 保密性 相对于手工系统在出题、试卷制作、保管等方面可能出现的问题，通过使 用标准的海量题库系统，采用可靠的数据保存传输方式，计算机考试系统可以 具有更高的保密性。 ( 4 ) 高效率 相对于传统的考试系统，计算机考试系统环节更少，效率更高，能节约人 力、财力、物力。 ( 5 ) 易管理 计算机考试系统中电子档案的建立，将有助于更加方便地管理学生信息、 试题信息以及成绩信息。 2 1 3 无纸化考试系统的功能 通常一个无纸化考试系统具有以下一些功能： ( 1 ) 试题数据库建立与维护 作为一个无纸化考试系统，首先需要建立一个试题数据库。本软件着重在 试题数据库的通用性方面进行考虑。为便于尽快建立考试系统所用的题库，我 们将我校教学处原有的v i s u a lf x o r o6 0 数据库管理系统建立的试题数据库、 m i s c o s o f te x c e l 所建立的试题数据库全部转化为本软件所用的试题数据库。 同时为便于将来的升级和维护，对于数据库采用了通用性设计，在字段设置等 方面考虑了不同科目及不同考试场合的需要。 ( 2 ) 考生信息管理与维护 无纸化考试系统的主要操作对象是参加考试的考生，对于考生信息的录入 及管理是无纸化考试系统必需的功能。本软件为了节约入力物力，引用了我校 原有教务管理系统中的学生信息数据，同时针对本软件的需要对学生数据进行 了适当的维护和改动，这使得本软件考生信息管理功能较为容易地得到实现。 ( 3 ) 自动组卷 无纸化考试系统中，能否自动根据考试的需要抽取一份合适有效的试卷是 很重要的。本软件通过试题的难度、知识点以及各种题型的数量和分值来进行 抽题，采用了基于集合的自动抽题算法，实现了计算机自动抽题功能。 ( 4 ) 考生实时考试 无纸化考试系统中，考生实时考试程序的设计也是十分重要的，实时考试 程序的安全性控制以及是否有具有简单有效的操作界面，是设计时要重点考虑 的。本软件设计了一个无纸化考试实时考试程序，着重在软件的通用性和操作 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 1 页 的简单可靠等方面进行了研究。 ( 5 ) 考试阅卷 无纸化考试系统中，考生完成考试并上传考试数据后，计算机自动阅卷也 是一个需要重点设计的功能。对于客观试题，计算机阅卷功能实现起来相对较 为容易，而对于主观试题，计算机阅卷的程序设计较为困难，本软件设计时采 用了关键字匹配法来设计相应的程序。 ( 6 ) 考生成绩管理 考生成绩管理部份也是无纸化考试系统不可缺少的一个部份，其功能应该 包括考生成绩维护、打印、分析等。本软件将考场编排的有关模块与成绩管理 模块对接，有利于考生成绩的打印，同时设计了考生成绩分析程序，并与试题 管理模块对接，有利于对试题的评价和分析，有利于试题的更新。 2 2 系统解决的主要问题 2 2 1 系统的主要任务 ( 1 ) 考生信息管理 实现考生数据的录入与维护，考场的合理编排，考生考试考点考号的智能 编排，准考证打印，考场编排结果输出等。 ( 2 ) 试题数据管理 建立一个通用试题数据库的实例，并能对试题的难度与效率进行评价与分 析，分析并研究如何建设网络试题数据库。 ( 3 ) 考生考试 建成一个通用的无纸化考试客户端实例，并对通用无纸化考试系统设计的 难点和重点进行分析与探讨。 ( 4 ) 考生成绩管理 实现无纸化考试系统的自动阅卷功能，实现考生成绩数据的加密传送功 能。 2 2 2 系统解决的主要问题 ( 1 ) 学生身份识别 目前的无纸化考试系统多采用凭考生准考证、身份证，靠监考老师人工识 别的方式核对考生身份，这样做既浪费人力，又不能真正杜绝代考行为。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 利用现在最新的自动指纹识别技术，提前采集考生指纹数据，建立考生指 纹数据库，在考试时现场扫描获取考生指纹数据，采用验证模式对考生身份进 行识别，利用这种方式可以准确而又快捷地识别考生身份，有效地发现替考行 为。 自动指纹识别系统哺1 的工作模式可以分为两类：验证模式( v e r i f i c a t i o n ) 和辨识模式( i d e n t i f i c a t i o n ) 验证模式又称一对一比对( o n e - t o - o n e m a t c h i n g ) ，比对原理为：指纹预先登记到样本数据库并设定一个标识码比 对时，录入指纹并输入标识码，系统根据标识码从数据库中提取指纹样本与录 入指纹进行比对辨识模式又称一对多比对( o n e - t o - m a n ym a t c h i n g ) ，是把 录入指纹与样本数据库中的所有指纹逐一进行对比，直至找到相匹配的指纹或 搜索完整的样本数据库后给出无对应指纹的结论。 一般来讲，自动指纹识别算法体系大致由指纹增强、指纹分类、特征提取 和指纹比对四个部分组成对于质量好的指纹图像，增强技术并不是必须的 对于工作在验证模式下的自动指纹识别系统，也不需要进行指纹分类特征提 取和指纹比对则是自动指纹识别系统不可或缺的组成部分，是核心内容。 ( 2 ) 高效的抽题算法 计算机辅助考试系统的抽题算法问题是一个被探讨了很长时间的问题自 动组卷的效率与质量基本取决于抽题算法质量的优劣如何设计一个算法从题 库中既快又好地抽出一组最佳解( 如果存在最佳解) 或是抽出一组非常接近最 佳解的试题，涉及到一个全局寻优和收敛速度快慢的问题，很多学者对其进行 了研究，比如用遗传算法的全局寻优来寻找最佳解；基于学生模型b o s m 的智 能组卷算法；基于自适应的智能组卷方案研究：回溯法自动组卷，也即有条 件的深度优先算法等本论文准备用哈希函数来实现回溯抽题算法拍1 一个好的计算机考试系统在抽题时要保证以下几点： 随机产生试卷； 完善的难度机制； “知识点尽可能大覆盖机制； 海量题库； 物理相邻机考试内容控制机制 从现在已经有的各种智能组卷算法看来，组卷问题实质上是一个多重约束 目标的优化求解，同时又是一个n p 难解问题。目前没有一种现成的方法可用来 确定一般的非线性规则的全局最大值，传统优化方法工作范围是局部性的，依 赖于导数的存在，而对于不连续的大范围多峰性或者带噪声的搜索空间缺乏足 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 够的鲁棒性。回溯法组卷算法，也就是回溯试探法回溯试探法是对随机选取 法的改进，它将随机选取法产生的第一状态类型记录下来，当搜索失败时释放 上次记录的状态，然后再依据一定的策略变换出一种新的状态进行试探，通过 不断回溯试探直至试卷生成或不能生成试卷退回出发点为止。笔者用h a s h 函数 为模型描述组卷中的回溯问题。 ( 3 ) 通用数据库设计 本文作者在对很多无纸化考试软件的考察和试用过程中，发现这些软件之 所以不能应用于其它场合，一个很重要的原因就是其试题数据库系统不是通用 的。因此，这本软件中本文作者尝试着建设通用的试题数据，避免重复建设， 提高工作效率。另外，通用的试题数据库将助于对知识考核评价的横向可比性， 使考试成绩数据更专业可靠，便于不同教育机构或组织之间的横向交流。 ( 4 ) 通用的客户端应用程序 有了通用的试题数据库，本文作者将在这些试题数据库的基础上设计通用 的考试客户端应用程序，根据本文作者对各种无纸化考察软件的调查分析，目 前真正通用的无纸化考试软件还较少，因此设计这种通用的考试客户端程序也 有着较大的意义。通用的客户端考试软件的重点是试卷的各参数应该是可变 的，本文作者把它称为可变考试数据，这是本软件的一大亮点。设计时本文作 者采用了一个数据库来保存考试的各种参数，包括考试单位、考试科目、各种 题型题目个数，各种题型分值，考试难度，知识点分布等信息，不同的考试可 以通过修改这些信息从而使得考试软件适用于不同单位、不同科目、不同考试 的需要。 ! ( 5 ) 考试数据的加密与上传 考生考完试，交卷后，本文作者将考试成绩数据动态加密后再通过网络上 传到服务器，这样更能有效地保证考试数据的安全性 ( 6 ) 实时各份功能 在抽题完成后，由于本文作者的软件设计时是将题目数据放在内存变量 中，考生考试时中途死机或断电都会导致考生考试数据完全丢失，考生必须重 新抽题，重新开始考试。为此，本次软件设计时本文作者加入了实时备份功能， 每隔一分钟将内存中的考试数据( 包括题目信息和答题信息) 存入一指定文件 中，若考试异常中止时可通过该文件恢复到考试中的备份点上去。 ( 7 ) 访问控制 本次无纸化考试软件设计中，我们采用t c p i p 协议来实现数据传输，同 时为保证数据传输和访问过程中的安全性，我们通过两方面来实现。在考生信 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 息管理模块、试题数据管理模块以及成绩管理模块中，我们采用设置不同用户、 不同管理权限的方式来保证系统的安全性，在试题数据及成绩数据传输过程 中，我们采用了对数据动态加密的方式来保证数据的安全性。 在无纸化考试系统的数据管理过程中，我们主要设置了五种类型的操作 员，不同的操作员具有不同的职责和权限： a d m i n ：系统管理员，具有考试系统的所有管理权限。 o p e r a t o r ：操作员，具有考试系统的数据备份、恢复、索引等权限。 s t u - m a n a g e r ：考生信息管理员，具有对学生信息数据管理的权限。 t e s t - m a n a g e r ：试题管理员，具有对学生试题数据管理的权限。 s c o r e - m a n a g e r ：成绩管理员，具有对学生成绩数据管理的权限。 2 3 系统功能需求分析 根据广播电视大学开放教育及成人大专学生考试的需要，本文作者对无纸 化考试软件的功能进行了分析和设计，系统功能如图2 1 所示。 图2 1 无纸化考试系统功能图 系统管理模块主要供系统管理员及操作员对应对无纸化考试系统的设置 和维护工作，我们通过一个考试信息数据库记录当前考试系统的各种初始设置 参数，比如考试科目、考试单位、各种题型数目及分值、考试时间等，系统管 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 理员和系统操作员可对这些数据根据不同需要进行设置或修改。该模块还可进 行系统的索引、备份以及恢复等工作。 安全管理模块主要由系统管理员使用，通过该模块可建立不同类型的用 户，如系统操作员、试题管理员、考生管理员、成绩管理员等，可以为每个用 户设置不同的初始口令。该模块还设计的对考试软件的加密、锁定以及解密、 开锁等功能。 考生管理模块中实现考生信息的输入或导入以及修改维护，由于电大学生 的信息在我校教务管理系统中已相当完善，本模块特别设计了一个考生信息数 据库文件导入功能，可将学校教务管理系统中的数据导入到本考试系统。考生 管理模块还包括考场编排、准考证和签到单打印等功能。 试题管理模块包括试题的录入和修改，试题数据文件导入等功能，同时该 模块还重点设计了试题评价与分析功能，可实现试题数据库的自动更新。 实时考试管理模块主要用来完成考生考试的客户端和服务器部份，客户端 需完成考生登录、抽题、考试界面、考试成绩传输等功能。服务器部份用于提 供考生信息数据、试题数据，并能接收成绩数据。 考生成绩管理需完成考生成绩数据的处理，成绩信息的管理，成绩的输出 等功能。 2 4 系统数据流图 2 4 1 顶层数据流图 = 考生成绩文件 一 图2 2 无纸化考试系统的项层数据流图 如图2 2 所示，该系统有两种用户，软件操作员用户通过用户名和口令进 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 入考试系统，通过相应的权限进行操作；考生用户通过准考证和指纹验证进入 考试系统，参加考试。考试系统生成考生成绩数据文件。 2 4 21 层数据流图 系统管理员 用户名口令 用户名口令 聂函孤 考生管理员 试题管理员 ；一墨篓篁堡 1 蓉统管理数据l 系绞管理数冕i 系统管理数据 渤g 渤臼翩( 用尸名口令 用户名口令 考生数量 用p 名口令 鬲鬲神 图2 3l 层数据流图 准考证船皱 考生考试数罨 成绩管理 l 考一 二= 二二考生成绩文件 如图2 3 所示，无纸化考试系统包括六个模块，系统管理模块用于系统管 理员对整个无纸化考试系统进行管理维护；安全管理员模块用于对整个系统进 行安全性维护；考生管理模块用于考生信息的管理和维护，并完成考场编排， 向实时考试系统提供考生数据信息；试题管理模块用于建立和维护考生试题数 据，向实时考试系统提供试题数据；实时考试系统用于考生登录并完成考试， 向成绩管理系统提供考生考试数据；成绩管理系统用于考生成绩的管理、分析、 打印输出等，生成考生成绩文件。 2 4 32 层数据流图 ( 1 ) 系统管理 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 7 页 = 系统信息文件 = 更新后的