（计算机应用技术专业论文）通用试题库管理系统的研究与开发.pdf

摘要 我校绝大多数课程还采用考教统一模式完成教学过程，这种传统的考试模式在教 学到实施考试的过程中带有很大的主观随意性和不规范性。另外随着我校近年来学生 规模的扩大，教学任务日益繁重，教师的工作量相应的不断增加。迫切需要使用计算 机辅助教学系统来打破这种传统教学考试模式，减轻教师的工作负担，提高教学的质 量。因此，本文研究开发了一个通用试题库系统，旨在解决和缓解我校课程教学中现 存的问题，提高教学质量和考试效果，减轻教师工作压力。 本文分析了当前国内外试题库系统的发展和应用，以经典测试理论为指导，结合 我校课程教学考试的实际情况，提出了通用试题库系统的建设方案和软件系统模型， 并完成了通用试题库系统的开发。本系统采用c s 结构，使用v i s u a lb a s i c 6 0 、s q l s e r v e r 2 0 0 0 、v b a 等技术开发完成。文中详细展现了软件的开发过程，包括系统分 析、系统设计、系统实现和系统测试。利用v b a 、o l e 技术，把w o r d 应用程序有 效集成到系统中，解决了图片、公式、特殊字符等非常规内容的输入难题。设计并实 现了一种快速、有效的自动组卷算法。最后提出了继续研究和改进的建议。 本试题库系统能满足我校多专业、多学科的教学考试需求。能高效应用于教学管 理、教学考核过程，有效的考查教学效果，提供考试结果评价，不仅可以减轻教师工 作压力和提高工作效率，而且能够促进教考分离的实现，提高教学考试质量。本文的 研究对我校的课程教学管理具有重要意义。 关键词：测试理论，试题库，c s 结构，自动组卷，v b a a b s t r a c t t h eg r e a tm a j o r i t yo fc u r r i c u l u m si no u rs c h o o ls t i l la d o p tt ot h eu n i f o r mm o d eo ft e s t i n g t ot e a c h i n gt oc o m p l e t et e a c h i n gp r o c e s s t h et r a d i t i o n a le x a m i n a t i o nm o d ei n v o l v e sg r e a t s u b j e c t i v ea n dn o n s t a n d a r di nt h ep r o c e s so ft h et e s t a l o n gw i t ht h ee x t e n s i o no fs t u d e n t s s c a l ei nr e c e n ty e a r si no u rs c h o o l ，t h et e a c h i n gm i s s i o ni si n c r e a s i n g l yh e a v y , a n dt h e t e a c h e r sw o r k l o a di n c r e a s ec o n t i n u o u s l y i ti sr e q u i r e df o ru s i n gt h ec o m p u t e ra s s i s t a n t t e a c h i n gs y s t e mt ob r e a kt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n ge x a m i n a t i o nm o d ea n dl i g h t e nt h et e a c h e r s w o r kb u r d e n ，t or a i s et h eq u a l i t yo ft h et e a c h i n g t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e sa n d d e v e l o p sag e n e r a le x a m q u e s t i o nb a n ks y s t e mt or e s o l v et h ep l o b l e mi nt e a c h i n g i tc a n i n c r e a s et h et e a c h i n gq u a l i t y , t h er e s u l to fe x a m i n a t i o na n dl i g h t e nt h es t r e s so ft h et e a c h e r s t h i sp a p e ra n a l y s e st h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h ee x a l t l q u e s t i o nb a n ks y s t e m i n s i d ea n do u t s i d ec o u n t r yi nt h i sy e a r s a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lc i r c u m s t a n c eo fc u r r i c u l u m t e a c h i n gi no u rs c h o o le x a m i n a t i o n ，c r e a t e st h e s o l u t i o no fg e n e r a le x a m - q u e s t i o nb a n k s y s t e ma n dt h em o d e lo ft h es o r w a r e ，a n dc o m p l e t e st h ed e v e l o p m e n tj o bi nt h ed i r e c t i o no f t h ec l a s s i ct e s tt h e o r i e s t h ee x a m - q u e s t i o nb a n ks y s t e ma d o p t sc ss t r u c t u r e ，a n du s e st h e t e c h n i q u eo fv i s u a lb a s i c 6 0 ，t h es q ls e r v e r 2 0 0 0 ，v b ae t c t h ep r o c e s so fs o f t w a r e d e v e l o p m e n ti sp a r t i c u l a r l yd e s c r i b e di nt h ep a p e r , i n c l u d i n gs y s t e ma n a l y s i s ，s y s t e md e s i g n ， s y s t e mr e a l i z a t i o n a n ds y s t e mt e s t i tr e s o l v e st h ed i f f i c u l tp r o b l e mo fi n p u t t i n g u n c o n v e n t i o n a l i t yt e x t ss u c ha sp i c t u r e ，f o r m u l aa n ds p e c i a lc h a r a c t e rl i s te t c b yu s i n gt h e t e c h n i q u e so fv b a ，o l et oi n t e g r a t et h ew o r da p p l i c a t i o nt ot h es y s t e m d e s i g n sa n d i m p l e m e n t sak i n do fa l g o r i t h mo fa u t o g e n e r a t i n gt e s tp a p e rw i t hh i g he x p e d i t i o u s n e s sa n d e f f i c i e n c y a tl a s ts o m es u g g e s t i o n sa r eg i v e nf o rk e e p i n gr e s e a r c ha n di m p r o v e t h en e e d o ft h ee x a m i n a t i o nc a nb es a t i s f i e dw i t ht h i se x a m q u e s t i o nb a n ks y s t e m i tc a n b eu s e di nt h em a n a g e m e n to ft e a c h i n ga n dt h ea c c e s s i n go ft e a c h i n g ，c a ne f f e c t i v e l y e x a m i n e st h et e a c h i n ge f f e c t sa n dp r o v i d e se v a l u a t i o no ft h et e s tr e s u l t s i tc a nn o to n l y l i g h t e nt h et e a c h e r sw o r kb u r d e na n di m p r o v et h ew o r ke f f i c i e n c y ，b u ta l s oc a nf a c i l i t a t et h e s e p a r a t i o nb e t w e e nt e a c h i n ga n dt e s t i n gt oi m p r o v i n gt h eq u a l i t yo ft e a c h i n ga n dt e s t i n g t h e r e s e a r c ho ft h ep a p e ri si m p o r t a n tt ot h em a n a g e m e n to fc u r r i c u l u mt e a c h i n gi no u rs c h 0 0 1 k e y w o r d ：t e s tt h e o r i e s ，e x a m q u e s t i o nb a n k ，c ss t r u c t u r e ，a u t o g e n e r a t i n gt e s tp a p e r , v b a i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： y 。3 年夕月吖e l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 易鸣绣厕为 彭多复 沙。譬年，月矽e l 舻年己月弓e l 长安大学硕+ 学位论文 1 1概述 第一章引言 随着计算机技术的飞速发展，现代教育思想和教学手段的不断变革，越来越多的 计算机技术被使用到教学中，并形成了丰富多样的计算机辅助教学系统。试题库系统 就是为了考试能够适应标准化、科学化的需要发展而来的。作为计算机辅助教学的重 要的工具和平台，试题库系统逐步得到了广泛重视和使用。 试题库是“按照一定的教育测量理论，在计算机系统中实现的某个学科题目的集 合 ，是严格遵循教育测量理论，在精确的数学模型基础上建立起来教育测量工具【l j 。 利用试题库系统进行计算机抽取试题、自动组卷是人工命题的一种发展与革新， 是计算机科学、教育测量理论科学相结合的产物。通过积累逐步形成有效的试题库， 利用计算机自动生成试卷，能使得试题和试卷的管理变得高效而便捷，对于提高教学 效率，有效利用资源和使试卷管理逐步走向正规化、自动化都将起到十分重要的作用 2 1 。也为保证试题质量、保持稳定的考试水平、实现教学目的提供了重要的支持。同 时试题库系统也是实现教考分离的重要途径之一，是“教 与“学 效果最有效的评 价手段之一【3 】【4 1 。 1 2 国内外研究现状 二十世纪六十年代以后，由于计算机技术的迅速发展，为高质量、大容量、高智 能化题库的产生提供了必要条件。八十年代以来，以美国为代表的发达国家不断增加 教育资金的投入，加大力度进行改革和尝试，其中，试题库建设无疑是改革中的一个 重要环节。当前，不少发达国家的专业考试机构都已经建立起了大规模的试题库，例 如：有美国的t o e f l 、g r e 、g m a t ；英国计算机学会b c s 和i d p m 分别组织了计算机考 试，并普及到英联邦国家；日本于1 9 6 9 年开始设立“信息技术人员考试”，成为仅次 于高考的第二大考试；还有新加坡的化学标准化考试题库等。 在国内，八十年代初期，随着标准化考试在我国的实施与推广，试题库建设也被 提上了教学改革的日程。很多大学以及考试机构都在酝酿或开始建设题库，并取得了 可喜的进步。重点是在一些科研单位和高校进行，并且所开发的系统安全性和规范性 都很差，没有设立专项资金进行系统的资助和研究。进入九十年代后，由国家教委考 第一章引言 试管理中心牵头，率先在我国召开了第一次教育考试理论研讨会。在总结了各地试题 库建设的经验和不足的前提下，提出探索性的建立符合我国教育考试实际情况的试题 库理论和方法。在这以后的十多年时间里，试题库的理论和技术研究得到了更快更全 面的发展，在试题库的框架结构、模型建立和组卷算法上都获得了很大的进展。国内 目前已经有很多建成并投入应用的试题库系统，除了各高校自己开发研制的各种专业 考试题库外，还有相当一部分是由计算机公司开发的试题库系统。 试题库的发展趋势是【5 】： 1 、专业化、个性化：专题性的试题库系统是为了专门测试某一专业、某一主题和 某一地区的考试而建立，非常实用。 2 、智能化：智能化就是自动成卷、智能的查询和统计分析。利用人工智能中合理 的知识库和高效的知识推理模型来完成组卷、查询和统计分析的一种手段。 3 、简单化：试题库系统体现人的思维和思想，用户只要登入系统，便可轻松使用， 无需复杂的配置、安装和管理，大大降低了对试题库系统使用者的技术要求。 4 、网络化：与基于网络的远程教学平台进行集成，实施远程自适应测试。 5 、加强统计与分析功能：提供更加丰富的教学测量指标分析。 1 3 课题研究的背景和意义以及内容 1 3 1 课题研究的背景和意义 我校绝大多数课程还采用考教统一模式完成教学过程，从课堂教学到课后辅导， 从试卷命题到试卷评阅，甚至试卷分析，几乎都是由一两个教师一包到底。这种模式 从形式上看，容易实现教学与考试目标一致、标准一致、内容一致。但是，这种传统 的考试模式在教学到实施考试的过程中带有很大的主观随意性和不规范性。另外随着 近年来学生的规模扩大，教学任务日益繁重，教师的工作量相应的不断增大，迫切需 要使用计算机辅助教学系统来减轻教师的工作负担，提高教学的质量。实践证明，利 用计算机辅助教学，建立完善的试题库建设系统，可以很好的实现教考分离，提高教 学质量和考试效果。 目前，市场上已有多种试题库管理系统，但这些系统均不能应用到我校各门课程 的试题库建设当中来，原因如下： 1 、多数系统是面向中学或职业技术学校而设计的； 2 长安大学硕士学位论文 2 、系统功能不能完全满足我校试题库建设需要； 3 、不便于系统维护与升级； 4 、不能适应我校教学工作的长远发展； 5 、不便于掌握系统核心技术； 因此，必须立足我校雄厚的师资、科研力量，制定科学的试题库建立、使用、维 护制度，研制适应我校教学和考试管理特色的试题库系统。 本课题是通用试题库管理系统的研究与开发项目课题。希望通过本课题的研 究，能为今后的研究提供一些有价值的参考资料，同时为试题库系统的建设和发展作 出有意义的贡献。 1 3 2 课题研究的内容 本课题研究的主要内容有以下几个方面： 1 、试题库系统及试卷自动生成系统的软件架构研究。 2 、对常用自动组卷算法进行研究。 3 、试卷质量及题量评判标准研究。 4 、支持公式、图片、特殊符号输入的图形化试题编辑界面的设计与实现。 5 、通过对国内外试题库系统的调查和研究，结合我校课程教学的实际情况，提出 通用试题库系统的建设方案。 6 、使用现有的软件技术完成通用试题库系统的开发。 1 4 本文的主要内容安排 第一章主要介绍了试题库系统的发展、国内外研究现状，以及本课题研究的背景、 意义以及研究的内容。 第二章通过对试题库建设的相关理论的研究，确定了开发试题库系统的理论基础。 第三章分析了系统需求、系统体系结构和系统开发使用的技术。 第四章为系统总体设计部分。包括系统功能模块的划分设计、三层开发模式的设 计以及数据库设计。 第五章对试题库系统中核心算法即自动组卷算法进行了详细的阐述，并展示了设 计和实现过程。鉴于本章内容的重要性和独立性，单独作为一章来讲述。 第六章展示了系统的功能模块的详细设计与实现过程，说明了设计和实现方法。 第一章引言 第七章通过测试结果对系统进行评价，并提出改进的建议。 最后是结论，对全文进行总结和展望。 4 长安人学硕士学位论文 第二章试题库建设的相关理论 2 1 试题库建设的指导理论 要构建试题库系统就有必要了解相关的教育测试理论，它们是试题库具备科学性 的理论依据。教育测量理论不仅为试题库的项目统计量提供计算方法，也为试题库中 题目属性项目的建设提供依据，同时为测验的有效性、可靠性分析与评价提供方法和 标准。下面介绍两种最为常见和被广泛使用的测试理论。 2 1 1 经典测试理论【6 】【7 】 经典测试理论( c t t ： c l a s s i c a lt e s tt h e o r y ，) ，也称真分数理论。是最早实现数 学形式化的测量理论。经典理论体系完整，在试题库建设中被广泛使用。 所谓真分数是指被测者在所测特质( 如能力、知识、个性等) 上的真实值。而我 们通过一定测量工具( 如测验量表和测量仪器) 进行测量，在测量工具上直接获得的 值( 读数) ，叫观测值或观察分数。由于有测量误差存在，所以，观察值并不等于所测 特质的真实值，换句话说，观察分数中包含有真分数和误差分数。而要获得对真实分 数的值，就必须将测量的误差从观察分数中分离出来。为了解决这一问题，真分数理 论提出了三个假设：其一，真分数具有不变性。这一假设其实质是指真分数所指代的 被测者的某种特质，必须具有某种程度的稳定性，至少在所讨论的问题范围内，或者 说在一个特定的时间内，个体具有的特质为一个常数，保持恒定。其二，误差是完全 随机的。这一假设有两个方面的含义。一是测量误差的平均数为零的正态随机变量。 在多次测量中，误差有正有负。如果测量误差为正值，观测分数就会高于其实际的分 数( 真分数) ；如果测量误差为负值，则观测分数就会低于其实际的分数，即观察分数 会出现上下波动的现象。但是，只要重复测量次数足够多，这种正负偏差会两相抵消， 测量误差的平均数恰好为零。用数学式表达为：e ( e ) = o 。二是测量误差分数与所测的 特质即真分数之间相互独立。不仅如此，测量误差之间，测量误差与所测特质外其它 变量间，也相互独立的。其三，观测分数是真分数与误差分数的和。即x = t + e 。 在上述三个基本假设的基础上，真分数理论作出了如下两个重要推论：第一，真 分数等于实得分数的平均数( t = e ( x ) ) ；第二，在一组测量分数中，实得分数的方差 等于真分数的方差与误差分数的方差之和。即( s x 2 = s t 2 + s e 2 ) 。经典测量理论在真 第二章试题库建设的相关理论 分数理论假设的基石上构建起了它的理论大厦，主要包括信度、效度、项目分析、常 模、标准化等基本概念。 经典测试理论有着比较明显的优点。经过近百年的发展，它具有系统的理论与方 法体系。它建立在弱假设条件之上，使应用具有广泛性，它的题目和测验的统计分析 方法比较简单，容易被广大工作者接受和掌握。建立了一系列题目分析的公式，如表 示难度的p 值，表示区分度的题目与测试相关系数，估计分数真值的标准误差及由此 推算出来的信度公式等。经典测试理论对建立试卷、考分转换与等值均有一套较为完 整的方法。由于经典测试理论具有以上的优越性，使得它的应用十分普遍。目前，很 多试题库系统都采用经典测试理论为指导。 但是，经典测试理论也有许多不足之处，主要表现在测试参数过分依赖具体样本； 测试结果的可比性差。题目的参数和所得的结果直接受制于具体测试和被测情况，被 测试水平和测试题目参数之间没有明确的关系，不同测试间所得分数可比性差：不能 适应各种被测试的具体情况，缺乏个性。如考生分数和题目难度有着密切关系，即题 目难度是相对于考生而言的。 2 1 2 项目反应理论 项目反应理论( i r t ：i t e mr e s p o n s et h e o r y ) ，也称潜在特质理论或潜在特质模型， 是一种现代测量理论，是一种旨在估算稳定的项目参数理论。这种理论认为项目的难 度与测试对象人数及答对有关。其意义在于可以指导项目筛选和测验编制。项目反应 理论假设被试有一种“潜在特质，潜在特质是在观察分析测验反应基础上提出的一种 统计构想，在测验中，潜在特质一般是指潜在的能力，并经常用测验总分作为这种潜 力的估算。项目反应理论认为被试在测验项目的反应和成绩与他们的潜在特质有特殊 的关系。通过项目反应理论建立的项目参数具有恒久性的特点，意味着不同测量量表 的分数可以统一。项目反应理论通过项目反应曲线综合各种项目分析的资料，使我们 综合直观地看出项目难度、鉴别度等项目分析的特征，从而起到指导项目筛选和编制 测验比较分数等作用。 2 2 试题库的技术指标 以上两种题库理论都可以为试题库的建立提供整套完整的试题分析指标体系和评 价标准。系统要求入库的每一道试题除试题内容本身以外，还要带有多种定性与定量 6 长安大学硕士学位论文 的指标，如：知识点、分值、题型、考察能力、难度、效度、区分度等，以便对组成 的试卷、考试成绩进行定性或定量的分析。 本系统以经典测试理论为指导，选取了该理论中相应指标及其计算方法。下面分 别讨论关键的技术指标。 1 、试题难度 试题难度的确定是计算机试题库质量最重要的基础之一，在整个指标体系中占有 突出的地位，直接决定着题库生成试卷的质量【引。 试题难度指标可以使用很多方法来计算。比如，q = s t ，其中的q 指难度系数， s 为该试题在测试中所有测试者得分的平均分值，t 为该试题的总分值，那么平均得 分越高，说明该试题越容易答对，所以，该难度系数越大，难度越低。再比如：q = 1 一m ，其中q 同样为难度系数，r 为答对该试题的测试者的人数，t 表示测试的总 人数，很明显，答对的人越多，说明该试题越容易答对，所以，该难度系数越小，难 度越低。 从上面举例的难度系数的计算方法可以看出，这两种方法都是依据测试者的测试 结果来确定的。那么被测试的群体水平的差异将会影响难度系数的可靠程度。而且同 样的测试者多次的测试也很难得到相同或者相近的难度系数。从中可以看出上述两种 方法的计算有一定的局限性。因此在难度系数的计算时，应该从多方面考虑。比如试 题考察的知识点、试题解答的步骤、试题解答包含的技巧等等因素。 2 、试题的区分度 试题的区分度是衡量某试题对于不同水平应考者的鉴别能力程度的指标，是区别 被试能力的量度，常记为d 【9 1 。区分度高的题目能有效的区分水平不同的学生，区分 度低的题目则不能有效地区分水平不同的学生。测量专家把试题的区分度称为测验是 否具有效度的指示器，并作为评价项目质量、筛选项目的主要指标与依据。 计算区分度的方法目前比较多采用的“两端分组法 ，将试题x 所有测试者得分 按顺序排列，然后将这些分数分为三组：( 1 ) 从最高分开始的总人数的2 7 分为一组， 称为高分组；( 2 ) 从最低分开始的总人数的2 7 分为一组，称为低分组；( 3 ) 余下的 4 6 为一组。然后计算高分组中试题x 的得分率，用符号p h 表示；计算低分组中试 题x 的得分率，用符号p l 表示。那么区分度的计算公式为： 7 第二章试题库建设的相关理论 d - - p h - - p l 区分度的取值介于+ 1 到1 之间，区分度的值为正值叫积极区分，若取值为负值则 叫消极区分。具有良好区分度的测验，应该是实际水平高的学生得高分，实际水平低的学 生得低分。 3 、试题的信度 信度是“测量所得分数的准确度 和“测量所得分数的准确的重现的程度”。信度 描述了测试结果的可靠程度。信度系数p 越大，则测验信度越高，反之，测验信度低。 4 、试题的效度 效度指试题对测试目标实现的有效程度。效度的评价必须建立在测试的结果之上。 脱离了测试结果，试题本身也谈不上效度。也就是说，试题针对不同的测试目标具有 不同的效度。因此，效度的很大程度上评定依赖于测试目标和专家的认知水平。 试题的难度和区分度有密切的关系。调整试题难度是提高试题区分度的重要方法。 通常，试题具有中等程度的难度( o 3 - - 0 6 ) ，试题的区分度较大【l o 】。 信度是随着区分度的提高而提高的，而且信度提高的速度比区分度提高的速度要 快。因此，要想达到理想的信度，提高试题的区分度是一个好方法【1 1 】。 2 3 试题属性 l 、试题类型 试题库设计应当多种题型，例如选择题、填空题、判断题、计算题等等。这是为 了全面的考察考生的各种能力。因此，在试题库的设计中应当包含试题类型这个指标， 而且考虑到通用试题库的扩展性，试题类型应该能满足自定义的需求。 2 、试题的分值 每一试题都有一定的分数值，相同类型和难度的题目分数应该相同。 3 、试题内容 试题的题干部分，可以包括图、表、公式以及特殊符号等内容。 4 、试题答案 试题的答案部分，同样可以包括图、表、公式以及特殊符号等内容。 5 、曝光时间 8 长安大学硕士学位论文 记录试题上次组卷使用的日期，该指标可以对试题的使用时间的筛选提供条件。 比如：某试题曝光时间为2 0 0 7 年1 2 月2 9 日，如果筛选条件为2 0 0 8 年1 月1 日以前 的试题不参与组卷，那么该试题就被自动组卷系统过滤掉，实现了试题在指定时间阶 段内不重复考察的目的。 6 、知识点 试题所属的大纲知识点。知识点和知识单元的选取应该严格遵循现行的某课程科 目教学大纲的要求。 2 3 本章小结 本章介绍了两种使用广泛的测试理论以及它们的优缺点。选取经典测试理论作为 本系统建设的指导理论。对试题库系统中的试题技术指标和它们之间的关系进行了研 究，参考经典测试理论的计算方法，确立了本系统中使用的试题技术指标和试题属性。 9 第三章系统分析 3 1 系统需求分析 3 1 1 业务流程 第三章系统分析 我校目前课程考试的过程为：考前教师或教研室命题并出卷，试卷分为a 、b 卷， 试卷结构和难度相同，并给出答案和评分标准。报请教务处审批。教务处审批通过后 选用其中一套试卷作为考试试卷，剩余一套试卷作为重修考试试卷。考试结束后，教 师按照班级将考试分数进行统计，计算平均分、标准差和学生成绩分布情况。并且根 据考试结果对试卷进行分析，填写试卷分析表，然后提交给教务处。 可以看出，在该过程中命题教师承担了较为繁重的工作。每学期的考试都要重新 出卷，以免与往年重复，而且考试后的统计和计算的工作量大。另外不同的命题教师 会产生试卷考察能力、难度以及评分标准等属性的差异，无法保证试卷的科学性、合 理性和公平性。利用试题库系统自动生成试卷以及考试后的试卷分析统计表，可以大 大减轻教师的工作压力，同时提高试卷质量和试卷评价的准确性。 另外我校专业、学科较多，各课程试题的类型和内容差异较大，并且各课程试题 数量较少较分散，因此系统总体上要求通用性高，并且针对小题量试题库要求组卷成 功率高。通过对我校目前考试状况的分析和对相关部门的调研，本系统的业务流程图 设计如图3 1 所示。 图3 1 系统业务流程图 l o 长安大学硕士学位论文 3 1 2 主要功能 1 、试题库的维护 包括试题的录入、修改、删除、查看等功能。试题的录入应该方便、快捷，符合 大多数人的使用和操作习惯，并且能够输入文本、图片、公式、特殊字符等内容，可 以满足我校绝大多数课程的要求。对于修改、删除、查看可以进行方便的操作。 2 、自定义设置 试题的技术指标，如知识单元、知识点、试题类型、试卷难度等指标应该可以支 持用户自定义，使之具有更好的通用性。 3 、组卷功能 要求实现系统自动组卷、人工组卷、混合组卷三种组卷模式，提供灵活的试卷生 成途径。要能够方便的设定组卷条件。自动组卷速度要快，成功率要高，并且自动生 成的试卷要具备较高的合理性和实用性。 4 、试卷输出 w o r d 文档是教师常用的文档处理工具。因此，生成的试卷可以导出为w o r d 文档，方便试卷的打印和保存。导出的文档要符合我校试卷的格式要求，减少人工排 版的工作量。 5 、试卷分析 试卷经过测试后，能够将测试的结果输入系统，自动统计考生人数，计算平均成 绩、标准差、分数分布情况，并根据试卷内容统计试卷试题能力比例、难度比例、题 型比例等数据，最终生成试卷分析表。该表既可以作为试卷评价的一个参考，同时可 以将生成结果以指定的格式保存为w o r d 文档，作为申报教务处的试卷总结报表。 6 、用户管理 系统的功能使用要区分用户权限，根据用户的角色确定该用户可以使用的功能。 具体分为超级用户、管理员、普通用户。 3 1 3 性能需求 对于软件系统尤其是试题库系统，不仅要求功能的实现，同时要具备良好的性能。 本系统的性能目标有以下几个： 1 、系统软件易于部署安装。系统最终打包的软件应该符合常见应用软件的安装标 准，使普通用户都可以轻松安装。对于采用的数据库软件，应该附加安装说明。 1 l 第三章系统分析 2 、应具有良好的可操作性。良好的可操作性包括系统总览界面、方便快捷的导航 功能、直观的功能快捷按钮、符合普通用户的操作流程、通俗易懂的系统提示等功能。 3 、应具有较高的安全性。 4 、应具有较好的兼容性。在常见的各种操作系统下，以及不同的操作系统配置、 软件的安装情况下，都能够正常的运行。 5 、稳定性高。能够应对各种异常情况，例如断电、死机或其他未知异常情况。 3 1 4 关键技术 基于系统功能和系统性能的分析，要重点解决以下几个技术问题： 1 、如何实现图片、公式、特殊字符等非常规文本的输入。即系统采用或者开发什 么类型的文字编辑器的问题。 2 、自动组卷算法的设计和实现。也就是采取什么组卷策略、使用什么核心算法的 问题。 3 、怎样实现w o r d 文档的导出。 3 2 系统体系结构分析 软件体系结构( s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ) 代表软件系统的看得见的特征。体系结构 是对系统或软件的构造方式的描述。它描述了软件系统的基本组织情况，软件系统的 组件、组件相互之间的关系、相对于环境的关系以及如何指导系统设计和发展的原则 等问题。软件体系结构的研究目的是提高软件设计的质量，生产出高质量、满足用户 需求的软件系统【1 2 1 。 系统的功能、性能等要求将决定使用什么类型的软件体系结构。c s 和b s 是当 前流行并且技术成熟的软件体系结构。接下来，通过对c s 和b s 体系结构的研究分 析，比较两者各自的优缺点，并说明为本系统选择何种体系结构以及理由。 3 2 1c s 结构及其优缺点 c s 是c l i e n t s e r v e r 的简称，也叫客户端j t 艮务器结构。它出现在二十世纪八十年 代。发展到现在，c s 体系结构成为软件开发构架的主流体系之一，技术已经非常成 熟。c s 体系结构的硬件主要是由客户机、服务器和网络连接结构所组成的。它能够 充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理的分配到c l i e n t 和s e r v e r 两端，从而大大 1 2 长安大学硕士学位论文 降低了系统的通讯开销。客户机主要是指个人用的p c 机，有时候工作站也可用作客 户机，它主要是根据运行程序的用途来判定的。客户机主要运行c l i e n t 应用程序，从 而用来发出事物请求，显示事物响应等客户服务，并且在客户机上也可以进行程序开 发。服务器是一种高性能计算机，它主要运行s e r v e r 服务器程序。服务器的构成与p c 机基本相似，只是在处理能力上服务器要求更稳定、更可靠和更安全，并且要具有可 扩展性、可管理性等性能。可以说服务器是一个对数据管理的集中，它可以实现与多 个c l i e n t 之间的通信与连接。网络连接主要是指通过网络把客户机和服务器连接起来， 目前常见的局域网拓扑结构有四种类型：星型结构、环型结构、总线型结构、星型和 总线型结合的复合型结构。所实现网络连接的硬件主要由网线、网卡、m o d e m 等组成 的，在选用网络硬件配置的时候，应该根据所连接的c l i e n t 来判定，由于c l i e n t 的多 少直接影响访问s e r v e r 服务器的速度。所以，客户多的话，可以选用硬件性能较好的 设备，从而提高网络运行的速度【1 3 】。 典型的c s 系统的工作模式如图3 2 所示。 客户端服务器端 图3 2c s 系统的工作模式 图3 1 中客户端事务处理主要负责和服务器端的数据交换，逻辑处理部分则实现具体 的业务操作。服务器端的事务处理则负责和客户端的数据交换、业务逻辑处理、和数 据库的交互等功能。这是一个典型的c s 结构的框图，在实际的应用中，经常把服务 器端事务处理部分单独提出，部署到另外一台或者多台服务器上，数据库则单独使用 一台或多台服务器，例如基于c s 结构的分布式系统。 c s 结构的最大优点是能充分发挥客户端pc 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，这样对于应用服务器来说，运行负荷减轻不少。同时由于 客户端的处理能力，服务器的响应速度较快。另外一个优点就是数据的储存管理功能 较为透明。相关的表现形式、业务逻辑与数据库管理的分离，使得数据的存储管理相 对独立。前台客户端无需了解服务器端的细节，只需做好自己的工作就可以了。 1 3 第三章系统分析 c s 结构的缺点表现为应用范围窄。一般使用于局域网，要构建分布式系统比较 困难。其次，客户端需要安装软件，因此，系统的安装和以后的维护将会是一个不小 的工作量。最后，c s 结构的软件系统对客户端操作系统有一定的局限性，很难实现 支持大部分的操作系统。比如使用微软的开发工具开发的系统一般只能适用于 w i n d o w s 系列操作系统，对于l i n u x 、u n i x 操作系统一般不支持。 3 2 2b s 结构及其优缺点 b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器服务器) ，简称b s 。b s 模式是在c s 模式发展到一定 阶段的产物，是w e b 兴起后的一种网络结构模式，w e b 浏览器是客户端最主要的应 用软件。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化 了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装一个浏览器( b r o w s e r ) ，如n e t s c a p e n a v i g a t o r 或i n t e m e te x p l o r e r ，服务器安装o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 或s q ls e r v e r 等数据库。浏览器通过w e bs e r v e r 同数据库进行数据交互。b s 系统的工作模式如图 3 3 所示。 服务器数据库 图3 3b s 系统的工作模式 b s 结构的最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软 件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易。b s 结构的使用越来越多，特别是由需求推动了a j a x 技术的发展，它的程序也能在客户 端电脑上进行部分处理，从而大大的减轻了服务器的负担；并增加了交互性，能进行 局部实时刷新。其优点主要是【1 4 】： 1 、用户的操作使用简单。b s 只须安装一个提供友好界面的通用浏览器，如i n t e r n e t e x p l o r e r 等，不需要对客户进行额外培训； 1 4 长安人学硕士学位论文 2 、b s 结构具有可伸缩性，在网络环境允许的条件下，可以尽可能多地增加浏览 器和服务器，不受原有网络资源的影响； 3 、易于开发、安装和维护。b s 结构只需对服务器端的应用平台进行开发和集成， 减少了开发、安装和维护费用。 b s 结构也有其缺点。由于b s 架构管理软件只安装在服务器端( s e r v e r ) 上，网 络管理人员只需要管理服务器就行了，用户界面主要事务逻辑在服务器( s e r v e r ) 端 完全通过w w w 浏览器实现，极少部分事务逻辑在前端( b r o w s e r ) 实现，所有的客 户端只有浏览器，网络管理人员只需要做硬件维护。但是，应用服务器运行数据负荷 较重，一旦发生服务器“崩溃 等问题，后果不堪设想。因此，许多单位都备有数据 库存储服务器，以防万一。另外，b s 结构部署在广域网上，直接面对网上所有的其 他用户，因此对于安全性的要求更高。换言之，潜在的安全性威胁更大。 3 2 3c s 结构与b s 结构的区别 b s 结构是随着i n t e r n e t 技术的兴起，对g s 结构的一种变化或者改进的结构。其本质 是c s 结构的一个特例。 l 、使用的协议范围不同。b s 结构体系使用h t t p 协议进行通信。c s 结构则可 以t c p 口、h t t p 、u d p 等等协议，甚至是自定义的协议。 2 、对安全要求不同。c s 一般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很 强。一般高度机密的信息系统采用c s 结构适宜，可以通过b s 发布部分可公开信息。 b s 对安全的控制能力相对弱，面向是不可知的用户群。 3 、对程序架构不同。c s 程序可以更加注重流程，可以对权限多层次校验，对系 统运行速度可以较少考虑。b s 对安全以及访问速度的多重的考虑，建立在需要更加 优化的基础之上。比c s 有更高的要求，b s 结构的程序架构是发展的趋势，从m s 的n e t 系列的b i z t a l k2 0 0 0e x c h a n g e2 0 0 0 等，全面支持网络的构件搭建的系统。s u n 和m m 推的j a v a b e a n 构件技术等，使b s 更加成熟。 4 、软件重用不同。c s 构件的重用性不如在b s 要求下的构件的重用性好。 ( 1 ) c s 模式下的构件往往需要针对不同的操作系统进行编写，不同的软件运行 环境需要不同的构件。例如基于c o m + 技术的构件无法适用在l i n u x 操作系统。b s 模式下通常使用跨平台的运行环境，基于这种环境下的构件则适应性强。例如j a v a 的 e j b 组件开发。 第三章系统分析 ( 2 ) 构件部署和更新复杂度不同。c s 模式下构件的部署和更新通常需要通过系 统注册来完成。例如w i n d o w s 下的d 1 1 组件，更新时需要结束进程，更新后重启进程。 b s 模式下组件通常能够“即插即用，实现直接c o p y 部署。例如d o t n e t 环境下的d u 组件和j a v a 环境下的e j b 等。 5 、系统维护不同。系统维护是软件生存周期中，开销大，相当重要。c s 程序由 于整体性，必须整体考察，处理出现的问题以及系统升级难。b s 构件组成方面构件 个别的更换，实现系统的无缝升级。系统维护开销减到最小，用户从网上自己下载安 装就可以实现升级。 6 、对操作系统平台的依赖性不同。采用c s 架构的系统客户端和服务器通常使用 相同的操作系统平台，因为对于不同的操作系统之间通信需要实现统一的通信标准， 这将会增加开发的工作量和成本。b s 则无此限制，只要客户端有浏览器，服务器端 安装在何种操作系统均可，与操作系统平台关系最小。 3 2 3 选择何种体系结构 通过对c s 结构和b s 结构体系的研究，可以得出两种体系结构各自的优势和劣 势。尽管在目前的软件系统的开发中，b s 体系结构被使用的越来越多，领域越来越 广泛，但本系统决定采用c s 结构体系来构建。原因如下： 1 、本系统是针对我校学科建设的应用软件系统，面对的用户是系级单位或者教研 室，系统的工作环境主要在局域网内。适用于c s 体系结构。 2 、采用c s 结构体系，可以有效的保证系统的安全性，避免了使用b s 结构带来 的局域网外部潜在的安全隐患。当然b s 结构也可以通过网络设置，比如端口屏蔽等 功能来限定使用范围，但部署和操作的方便性显然不如c s 结构。 3 、如果对于试题、试卷的编辑和显示采用特定的编辑器的话，客户端很有可能无 法支持该编辑器，那么必须在客户端安装编辑器控件。当然，在b s 结构下可以通过 网页来下载，但客户端仍然存在安装的程序，其本质行为还是c s 模式。那假设我们 使用w o r d 来作为编辑器，尽管w o r d 的通用性和使用广泛程度毋庸置疑，但无法 保证客户端一定支持，而且w o r d 也有版本兼容的问题。因此，从编辑器的支持角 度来看，采用c s 结构保证了一步到位。 4 、采用c s 体系结构的软件运行速度优于b s 结构。由于c s 结构客户端参与计 算和处理的原