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基于真实环境的计算机应用能力智能考试系统 摘要 随着计算机网络技术的4 i 断成熟，网络化考试系统成为讨算机辅助教学的一个重要 应用，而校园网建设的同渐完善，为考试系统的应用提供了更加有利的平台。作为考试 系统的核心和难点，智能组卷和自动阅卷技术成为了目i j 订研究的一个热点课题。 本文结合山西省高职高专计算机应用能力考试的特点，从用户的实际需求出发，提 出了计算机应用能力考试系统的总体设计方案。对系统中涉及到的智能组卷和自动阅卷 等关键技术进行了详细的阐述，并提出了自己的改进方案。同时对系统的主要功能给出 了详细设计，并阐述了系统开发和实现的过程。最后对本考试系统所作的工作进行了总 结，并对设计更加有效的组卷方式进行了展望。 自动组卷的效率和质量完全取决于试题库设计以及抽题组卷算法的设计。在题库的 设计方面，根据经典测量理论丌发了题库管理系统。自动组卷问题的实质是在一定约束 条件下的多目标参数优化问题，在组卷的算法设计方面，从编码方案、遗传算子设计和 终止条件着手，提出了一种利用改进的遗传算法来实现自动组卷，克服传统遗传算法的 收敛快和早熟等缺陷。 传统的阅卷技术主要针对选择题、判断题、填空题等客观题型进行评阅，本文针对 考试计算机应用能力考试的特点，在对“宏”和v b a 技术进行了深入研究的基础上， 实现对真实环境下的操作题进行自动阅卷。 “基于真实环境的计算机应用能力智能考试系统”是集合了现代教育经典测量理 论、组卷技术、阅卷技术和信息技术手段的智能化考试系统，具有操作简单、稳定可靠 等优点。通过功能测试，已经成功应用于山西省高职高专计算机应用能力考试中，大大 节约了教学成本，提高了教学质量和效率。 关键词：智能组卷、遗传算法、自动阅卷、真实环境 r e a l c o n t e x tb a s e dc o m p u t e ra p p l i c a t i o np r o f i c i e n c yi n t e l l i g e n t e x a m i n a t i o ns y s t e m a u t h o r ：m e nl i y a n s u p e r v i s o r ：y i ns i q i n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , n e t w o r k b a s e de x a m i n a t i o n s y s t e mh a sb e c o m ea ni m p o r t a n ta p p l i c a t i o ni nc o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o nt e a c h i n g a n d a l o n gw i t ht h eg r o w i n go fc a m p u sn e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，am o r e f a v o r a b l ep l a t f o r mi s p r o v i d e df o rt h ee x a m i n a t i o ns y s t e ma p p l i c a t i o n a st h ec o r ea n dd i f f i c u l t yi ne x a m i n a t i o n s y s t e m ，i n t e l l i g e n tt e s tp a p e rc o m p o s i n ga n da u t o m a t i cm a r k i n gt e c h n o l o g yh a sb e c o m ea h o tt o p i co ft h ec u r r e n tr e s e a r c h i nt h i sp a p e lb a s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o m p u t e ra p p l i c a t i o np r o f i c i e n c yt e s to f s h a n x ih i g h e rv o c a t i o n a lc o l l e g e ，a nd e s i g nf o rc o m p u t e ra p p l i c a t i o np r o f i c i e n c y e x a m i n a t i o ns y s t e mi sp r o p o s e do nt h ed e m a n do ft h eu s e r sw h i l ei n t e l l i g e n tt e s tp a p e r c o m p o s i n ga n da u t o m a t i cm a r k i n gt e c h n o l o g i e s a r ed e s c r i b e di nd e t a i la n di t so w n i m p r o v e m e n tp r o g r a m sa r ep u tf o r w a r d m e a n w h i l e ，t h ed e t a i l e dd e s i g no f t h em a i nf u n c t i o n s o ft h es y s t e mi sg i v e na n dt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s sa n di m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e ma r e d e s c r i b e d a tl a s t ，t h ew o r kd o n eb yt h ee x a m i n a t i o ns y s t e mi ss u m m a r i z e da n dm o r e e f f e c t i v ea p p r o a c h e sf o rt e s tp a p e rc o m p o s i n ga r ep r o p o s e di nt h ep a p e r t h ee f f i c i e n c ya n dt h eq u a l i t yo fa u t o m a t i ct e s tp a p e rg e n e r a t i o na r ec o m p l e t e l yd e c i d e d b yt h ed e s i g no fi t e mb a n ka n da l g o r i t h mt o e x t r a c te x a m i n a t i o nq u e s t i o n i td e v e l o p s s u b j e c t d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e ma c c o r d i n gs t r i c t l y t ot h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f c l a s s i c a lm e a s u r e m e n tt h e o r yi nt h ed e s i g no ft e s tp a p e r t h ee s s e n c eo fa u t o m a t i ct e s tp a p e r g e n e r a t i o ni sam u l t i o b j e c t i v ec o m p o n e n to p t i m i z a t i o nu n d e rc e r t a i nr e s t r a i n tc o n d i t i o n s ；t h e s y s t e mc a ns e a r c hf o rt h eb e s tw a y sa c c o r d i n gt ot h er e s t r i c t i o nc o n d i t i o n s ，s u c ha sc o d i n g m e t h o d ，d e s i g no fg e n e t i ca n dt e r m i n a t i o nc o n d i t i o n s t h u st h i sp a p e rp r o p o s e sam o r e f a v o r a b l ea l g o r i t h mf o rt h ei m p l e m e n t a t i o no fa u t o m a t i ct e s tp a p e rc o m p o s i n g ，o v e r c o m i n g s o m eo ft h ed e f e c t so ft h et r a d i t i o n a lg e n e t i ca l g o r i t h m t h et r a d i t i o n a lm a r k i n gt e c h n o l o g yi sm a i n l ya p p l i e df o rm u l t i c h o i c ee x e r c i s e s ，t r u eo rf a l s e q u e s t i o n s ，b l a n k f i l l i n gq u e s t i o n s a c c o r d i n g t ot h ef e a t u r e so fc o m p u t e ra p p l i c a t i o n p r o f i c i e n c yt e s t ，t h i sp a p e ra i m sa tt h ea u t o m a t i cm a r k i n go f m a c h i n et e s tu n d e rr e a lc o n t e x t ， o nt h eb a s i so faf u r t h e rr e s e a r c ho ft h em i c r oo f f i c ea n dv b at e c h n o l o g y r e a l c o n t e x tb a s e dc o m p u t e ra p p l i c a t i o np r o f i c i e n c ye x a m i n a t i o ns y s t e m ，s e c u r e ， r e a l i a b l ea n de a s yt oo p e r a t e ，i sa ni n t e l l i g e n tt e s ts y s t e mc o m b i n i n gm o d e me d u c a t i o n a l m e a s u r e m e n tt h e o r y , p a p e rc o m p o s i n gt e c h n o l o g y , m a r k i n gt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y t h r o u g hf u n c t i o n a lt e s t i n g , i th a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt o t h ec o m p u t e r a p p l i c a t i o np r o f i c i e n c yt e s to fs h a n x ih i g h e rv o c a t i o n a lc o l l e g e s ，p r o v e dt ob ec o s ts a v i n g a n dq u a l i t ya n de f f i c i e n c yi m p r o v i n g 。 k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tt e s tp a p e rc o m p o s i n g ；g e n e t i ca l g o r i t h m ；a u t o m a t i cm a r k i n g s y s t e m ；r e a l c o n t e x t 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：211 垂耋 日期：2 丑玺塑二! 旦 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括： 学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可 以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学 位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位 论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容( 保密学位论文在解密 后遵守此规定) 。 签 名： 导师签名： 中北火学学位论文 1 1 项目背景和意义 1 绪论 随着大学教学改革进一步的深入和大学本科课程建i 殳的逐步完善，对学生掌握每一 课程内容程度的考试必须规范化、系统化、科学化和现代化。教学管理必须现代化和规 范化。1 9 9 7 年教育部高教司颁发的“加强非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见” ( 简称1 5 5 号文件) ，对促进和规范高校计算机基础教学工作发挥了重要作用。进入2 1 世 纪，计算机基础教学发生了许多变化，例如：( 1 ) 社会信息化不断向纵深发展，各行各 业的信息化进程不断加速。电子商务、电子政务、数字化校园、数字化图书馆等已向我 们走来。( 2 ) 用人单位对大学毕业生的计算机能力要求有增无减，计算机和英语水平成 为衡量大学生业务素质与能力的突出标志，社会的信息化对大学生的信息素质也提出了 更高的要求。( 3 ) 中小学计算机教育丌始步入正轨。教育部已经订制出中小学信息技术 教育舰划和教学大纲，在2 1 世纪的前1 0 年内，要逐步普及中小学的信息技术教育。计 算机基础课程的教学目标是使学生在掌握计算机基本理论知识的同时，培养学生熟练的 实践操作技能。考试标志着一门课程的结束，是衡量一个学生掌握知识的尺度。 在传统考试工作中心儿朝n 1 ，考试长期都是笔试为主。整个过程首先由教师根据考纲编 制考题，然后提交到考试管理者，由考试管理者进行印刷密封，在考试前由专人护送各 考场。由考试管理机构在各考场组织考尘参加考试，考试期间由监考人员负责考场，在 考试结束后由监考员负责收卷，并把考卷上交到考试管理机构，由考试管理机构组织人 员进行考卷审阅和评分统计，然后将统计好的成绩打印成册或每个考生单独打印，由专 人送至各考生所在单位，或者通过邮寄送到考生手中。 上述繁琐冗长的考试过程，参与人员众多，组织规模浩大，往往会耗去考试管理者 的大量精力、时f h j 牙l j 金钱，并且在此过程中错误不断，工作效率极低。考试专业的不断 更新，考试课程的不断增多，以及考试形式的日益多样化，迅速、快捷、准确地处理大 量考生的考试工作，与渐感匮乏的师资力量和管理人员之j 日j 的矛盾逐渐扩大。现代教育 急需包含试题制作以及试卷发邻、提交、阅卷统计和成绩发放的自动化考试系统是现代 教育中急需的邦分，传统的考试彤式和考试组彩：方式不能满足此要求。如何丌发和设计 一种居于网络环境，且既能进行理论考核，又能进行实际操作考核的计算机无纸化考试 中北大学学位论文 系统，成了丌发远程教学系统的一个异常突出的问题。 在我国，各院校都己经普遍建立起了校园网和内部局域p 6 9 ，充分利用这些资源进行 网上教学和考试，有着广阔的应用自，j 景。纵观国内外远程教育的发展趋势，实现网络化 考试势在必行。c s 模式的考试系统因其可以实现自动抽题、评分、成绩的统计等等， 更有效地实现了考核的目的。 c l i e n t s e r v e r 体系结构对数据库应用技术影响巨大，它带给用户的最大好处就是把 数掘和应用分丌，使数据与应用相对独立。c s 环境考试系统将处理分为客户机部分和 服务器部分。客户机部分负责与考生交互，服务器部分处理试题的生成和收集，考生的 考试请求通过网络传送到服务器，自动生成的试卷由服务器传送到考生客户机，考生的 答题结果再由客户机传送到服务器。这类系统与前一种系统的区别在于，客户端界面由 v b ，d e l p h i 构建，通过a d o ，o d b c 连接数据库。其优点是采用c s 结构，让客户 端完成一些应用功能，从而减少服务器压力和网络访问量。并将其应用于“计算机基础 课程”的考试，使考试过程全部在计算机上实施，这样不但极大地减轻了考试自，后出题 及阅卷的工作量，同时使考试更加标准化和公平化。 计算机应用能力考试系统的推广与应用，为计算机应用基础课程教学方法、教学手 段的改革发挥了很大作用，从一定程度上缓解了教学压力，提高了教学效率h 1 。其优点 在以下几个方面得到体现： 无纸化考试节约资源m 1 ，符合现代社会提倡节约资源的原则。 信息管理高效，包括对考生信息和试题信息的管理既科学又高效，通过将这些信息 输入数据库，能起到一次输入，多次使用的效果。 信息检索高效，如今的信息资源相对以i 玎来说足海量的，在大量的信息中选择合适 的、符合要求的信息需要进行大量的查找工作，如果不借助计算机和网络的工具， 有些工作将无法完成。 试卷生成方便迅速，根据输入的考试难度级别、试卷题型等条件，通过对试题库的 操作，可以自动、智能、迅速地生成符合要求的试卷。 阅卷规范准确快捷，对了：大镶f l 勺客观题，均可以采川计算机阅卷的方式，从而大大 减少了人工劳动，并且提高了准确性，做到了阅卷的公平公f 。 2 中北大学学位论文 考试分析盯1 客观科学，根据考生的考试成绩参考情况和答卷情况数掘库，可以对考 生的考试成绩作科学客观的分析，从而发现教学中的弱点和不足，进而加以改进， 使得教学质景得到有效提高。 1 2 项目来源 课题题目：基于真实环境的计算机应用能力智能考试系统 课题方向：计算机应用 课题来源：山西省高职高专教育教学改革研究课题 1 3 国内外考试系统研发现状 美国在上世纪八十年代就己在教育方面普遍推进信息技术与网络化管理睥3 ；我国的 网络化考试在上世纪九十年代后期进入操作性研究阶段。在我国，自动化系统和管理信 息系统建设已有十多年的历程，到今天，无论从设计思想，还足技术实现方法都发生了 巨大的变化，为完成考试系统提供了充足的条件。 ( 1 ) 计算机改变了纸和笔作答的考试方式 考试使用计算机的尝试是从计算机类考试丌始的，从九十年代丌始，我国的多项全 国性计算机考试丌始使用计算机进行测试。如：1 9 9 1 年开始的计算机软件专业技术水平 考试，1 9 9 4 年起开始的由国家教委考试中心主办、教育部批准的非计算机专业全国计算 机等级考试阳1 等。这些使用计算机的考试旨在普及计算机应用知识和使用能力，在社会 上有广泛影响，虽然它们适用的系统经历了几次升级，考试的内容也随着计算机软硬件 的发展不断更新变化，但基本的考试形式一直延用至今。另外，人事系统为评定职称开 辟的计算机应用水平考试，财务系统推出的会计电算化考试等都足在计算机上进行的。 使用计算机进行考试是教育评价的一次飞跃，在考试中计算机取代了纸和笔，引发了考 试内容、方法和形式的深刻变革。 ( 2 ) 计算机阅卷技术的发展 计算机应用于考试，使得阅卷有r t rf i 匕【l = | 计算机自动完成，于是，自动阅卷技术。0 3 成为研究的雹点。在计算机上晟容易实现的足选择题等客脱题的测试和评阅。可以自动 3 中北大学学位论文 实现立即评阅，立即给出测试结果。这种考试形式不一定局限在计算机类的考试，可以 扩展到任何门类。另外，这种方式也很容易推广到i n t e r n e t 上。 在计算机类考试中的大量蕾观题，也就是操作题。实现自动评阅就不是很容易了。 基本上有两种实现方式，一种是使用真实的软件环境，另一种方式足使用虚拟的或仿真 的软件环境。使用真实的软件环境，一般是让考生在要测试的软件环境中按题目要求操 作，生成规定的文档1 ，自动评阅的方法主要是在结果文档中提取评阅信息。使用虚拟 或仿真的软件环境，往往倾向于捕获被测试者的操作，或是将捕获外部事件和提取结果 中的评l 蒯信息二者结合起来进行综合评价。因此，信息提取和事件捕获是自动化评阅的 核心和关键。 实现操作题自动评阅的最大的问题就是要针对每一道测试题编制一段评阅程序，工 作量大、成本高。这些方法多数是针对文档类的测试使用的，对于其它科目其它类的主 观性的测试实施的难度就更大了 ( 3 ) 网络考试是考试技术的又一次飞跃 随着网络技术、w e b 技术、网络数据库技术和人工智能技术的发展，将互联网作为 一个大考场进行网络上的考试己成为可能。在学校进行的传统考试方式或者利用单机进 行的考试也许会长期存在，但配合终身教育的社会认证性的考试是一定会走向互联网的 不容置疑，对于终身教育来说，在互联网上的远程教育方式是最有前途的，是大势所趋。 在学习社会，考试是一种服务，只有网络才能使社会上的每个成员随时享受到这个时代 最先进的服务。用户只要通过浏览器连到网络上，便可方便地参加测试、提交试题，得 到学习指导1 目前基于网络的考试面向的主要是社会上的培训认证考试和远程教育的考试。一个 成功的基于w e b 的考试，需要一个好的网络环境，一个好的考试平台和一个好的题库。 但一个真讵的智能化的基于w e b 的考试系统的实现是一个复杂的过程，考试平台和题库 的研究要依靠软件，f 发专家、被测学科专家和精通考试理论和命题的专家三者的合作。 ( 4 ) 网上考试系统的几种类型 众所周知，考试需要监考，那么随时随地可以进入的网络考试又如何实施呢? 按照目 前的情况，针对嘲络考试的鲫l 织状况将其分为三种类型、u 3 ： 完全丌放型：这种类型适合自我认定性质的考试，刚于对所学矢识进行检验的自 4 中北大学学位论文 我考核。它完全可以在互联网上公丌进行，可在任何网络环境中进行，不需要监考，任 何时i 日j 、地点随时考试。往往考试结果立即可知，非常方便，一般是不收取费用的。如 网上公j 1 ：的一些小型知识问答。 半丌放型：这种类型适片 于社会一上认证性质的考试。它需要被试者个人申请， 并按要求在指定的考点上网参加考试。这些考点是由所认定的考试机构专门开设的，有 专人监考，一般是随机服务方式，随到随考，考完立即知晓成绩，一般是要收取一定考 试费用的。如微软的各种认证考试。 组织型：这种类型适用于单位、学校及社会认证性质的考试。通过集体申请，在 认定的考试机构专门丌设的大型考点上网参加考试，也有专人监考，要定时定点，收不 收费用由机构自定，如学校机房针对在校学生的网上考试。 以上这三种类型的网络考试都仅仅需要浏览器就可以了，无须安装考试系统和题 库，所有信息和考试结果都在服务器上，彻底改变了在单机上安装考试系统，考试结果 存于软盘中提交的方式。所以比不联网的上机考试在技术上和效率上又进了一步。 ( 5 ) 基于w e b 的远程考试的一些进展情况 北京师范大学的何克抗和余胜泉研究丌发成功基于w e b 的通用题库系统，它的特点 一是集中管理，由统一权威机构进行维护、管理，而不是通过任课教师的自主修订：二 是丌放使用，通过网络来征集试题和组织测试。 全美测评软件系统( 北京) 有限公司( 简称a t a ) 是一家提供考试技术服务和考试内 容服务的专业公司，为社会提供多种内容的考试和培训服务。a t a 人针对中小学信息技 术课程量身订制了校园智能化测评平台- - e 考通。它支持广域网和局域网操作。在该系 统下，学生可进行网上的互动练习、课外作业和提问：教师可进行网上指导、网上批改 作业。 加拿大字源集圳独资的北京奥兹教育网络系统有限公司是领先的教育培训服务与 远程教育解决方案提供商，该公司开发了一个良好的综合应用平台一紫品远程教育。它 提供了系列丰富面向职业成艮的培训教程，还与图际证书和幽内权威机构合作对学生 进行考评。1 。 基于互联纠的远程教育形式已经出现了不少，但其中涉及的网络考试、网上考评还 是比较简单，一般足事先同定好几套试题，类型也多是选择性的客脱题。 5 中北大学学位论文 1 4 本文的主要工作 论文作者参与完成了山西省高职高专考试系统的丌发工作，包括系统的需求分析， 系统设计及部分实现工作，并对系统涉及的主要技术进行了相应的分析。在项目实施过 程中对遗传算法应用、自动阅卷技术以及考生综合能力和教学效果评价方法进行了相应 探索。 ( 1 ) 本文结合计算机应用能力考试的特点，从用户的实际需求出发，提出了计算 机应用能力考试系统的总体设计方案。对系统的主要功能给出了详细设计，并对系统数 据库进行了总体分析和设计。 ( 2 ) 对遗传算法进行了深入研究，并在其基础上将其应用到智能组卷中。遗传算 法是一种并行的、能够有效优化的算法，其实质就是一种把自然界有机体的优胜劣汰的 自然选择、适者生存的进化机制与同一群体中个体与个体问的随机信息交换机制相结合 的搜索算法。在组卷模块中本文探索实践了该算法在实际应用中产生的诸多问题，并以 试题类型、试题数量、知识点、难度系数、曝光度等为约束条件，从编码方案、遗传算 子设计和终止条件着手，提出了一种改进的遗传算法末实现自动组卷，克服传统遗传算 法的收敛早熟等缺陷。 ( 3 ) 自动阅卷中所用到的主要技术是v b a ，即v i s u a lb a s i cf o r a p p l i c a t i o n s ，是 m i c r o s o f t 丌发的可以一种通用的自动化语言。v b a 定义了一组m i c r o s o f to f f i c e 对象模 型。v b a 将m i c r o s o f to f f i c e 中的每一个应用程序都看成一个对象。每个应用程序都由 各自的a p p l i c a t i o n 对象代表。通过这些对象定义的属性和方法，就能够获取到o f f i c e 文档的结构特性。 ( 4 ) 设计并实现了系统的结构和系统功能，阐述了系统丌发和实现的过程。 1 5 论文的组织结构 第l 章绪论部分提出课题的背景、意义以及课题的来源，综述目前因内外在线考试 信息系统的研究现状，制定课题的研究内容及预期达到的目标。 第2 章分析系统的需求和功能，确定系统总体功能结构模式，详细阐述系统各功能 模块，设计数捌庠的概念结构和逻辑结构，最终完成数掘库的设计。 6 中北大学学位论文 第3 章对智能组卷算法做了详细的介绍和分析，并就目前流行算法的优缺点进行了 比较，在此基础上提出本文所采用的技术特点。 第4 章详细介绍了基于真实环境的操作题的自动阅卷所依据的理论基础，以及自动 阅卷功能的具体实现方法。 第5 章具体分析了各功能模的实现方法、所使用的技术，并洋细介绍系统各功能模 块的实现结果，展示主要模块的界面。 第6 章对论文进行总结，提出论文的不足和下一步需要完善的目标。 7 中北大学学位论文 2 1 可行性分析 2 r b cie s 总体设计 r b c i e s ( 即 r e a l c o n t e x tb a s e d c o m p u t e ra p p l i c a t i o np r o f i c i e n c yi n t e l l i g e n t e x a m i n a t i o ns y s t e m ) 。目的在社会的各行各业流行着各种各样的考试系统和试题库，但 经调查发现，成熟、通用、可靠、方便的题库管理与在线考试系统不是很多，尽管利用 局域网或校园网资源编制的网络通用题库管理与考试系统也不在少数，但是大多都缺乏 对考试的系统分析与评价，并且存在适应性不强，资源重复建设等诸多问题，因此，研 究和开发一种成熟、稳定、可靠的在线考试系统具有挑战性、实用性和现实意义。 2 1 1 需求分析 随着各级各类学校招生规模的不断扩大，教师资源的短缺己成为一个普遍而严重的 问题。教师的缺乏使得他们的劳动强度直线上升。为了减轻广大教师的劳动强度、工作 负担，提高工作效率和教学质量，培养更多对社会有用的人才，各级各类学校都急需能 自动出题、考试和改卷的题库管理与在线考试系统，以满足教考分离和平时随意的学生 测验、模拟训练等工作：从而使考试更趋于公证、客观，更加激发学生的学习兴趣。 本系统有着实际的丌发背景，是为山西省高职高专开发的有关计算机应用能力的在 线考试系统。为本省计算机应用能力考试提供一个良好的学习平台。 2 1 2 应用分析 随着w i n d o w s 操作系统的普及，使得计算机操作和软件的应用变得越来越方便， 操作更加简单化。在题库管理与在线考试系统中，多个应用软件的混合调用可使题库管 理与在线考试的操作实现更加方便、高效。 2 1 3 考试系统设计目标 陔考试系统设计的主要f 1 的足在局域网上对计算机应月】能力这f j 课程的题库进行 管理和在线考试，所以要实现以下几个目标： 8 中北大学学位论文 ( 1 ) 稳定性：基于考试这项业务的特殊性，考试系统需要非常稳定，要慎重的选择技 术成熟的系统平台。 ( 2 ) 实用性：考试系统町以在局域网或i n t e m e t 删中使用，也可以单机使用。在局域 网中使用时，多个考生可对同一科目的试题同时操作。在试题的录入环节，管理员可以 从文件中导入试题，加快试题的编辑录入。在试题的管理中，管理员可以将试题按需要 导出生成文件，以便于修改、保存或与其他应用系统交换数掘。 ( 3 ) 完整性：考试系统要实现试题的编辑录入、试卷的自动生成、网络在线考试、网 络在线评阅卷和成绩查阅等功能。 ( 4 ) 易用性：对使用考试系统束进行题库管理和在线考试系统的考生，不管其熟悉不 熟悉计算机的操作，都能在短时间内方便、快捷的使用该系统，以及按要求进行网上在 线考试。设计时尽量使用目前较为通用的操作方法。 ( 5 ) 高效率：客观题采用计算机自动阅卷方式，使教师可以在很短的时间内完成试卷 的批阅工作。 2 2 系统总体设计 本考试系统主要包括的内容有：“考务管理程序子系统”、“考场管理程序子系统”、 “考试程序子系统”三大模块。“考务管理程序子系统”是提供给系统的管理教师进行 操作的，在这里，管理教师可以进行题库管理、考生信息管理、试卷管理、历史数据分 析等操作；“考场管理程序子系统”中可以选择参加考试的考生，发丌考指令，并对考 场进行监控；在“考试程序子系统”中，考生可以进行登录、参加考试、查询成绩、修 改个人信息等操作。 根据考试的需求，本系统需要完成的功能模块包括： 参加考试：在考生登录系统后，可以查询到需要参加的考试项目，选择参加考试后 即进入考试中。考试的题目按格式列出，并且提示考试的时f n j 。完成答卷后，考生可以 提交答卷，如果考试时m 到，试卷会自动进行提交。 考生成绩查咖：考生琶录后，可以查询以往考试的信息。通过这个功能，考生可以 查洵考试的成绩及考试试题的标准答案。 9 中北大学学位论文 考生信息管理：考生登录后，可以对自身的相关信息进行修改，主要是一些联络方 式方面的信息，其他的信息由管理敦师进行控制。此外，考生可以对登录的密码进行修 改，如果遗忘了密码，可以向管理教师申请恢复原始密码。 管理教师信息管理：管王哩教师登录后，可以对考生的信息进行维护，包括添加考生 信息、修改考尘信息、查询考生考试的历史成绩、恢复考生原始密码。 题库管理：管理教师登录后对题库进行维护，可以进行题目的查询、添加，修改和 删除操作。 试卷管理：从题库中抽取题目，形成试卷。试卷形成后，在未进行开考操作以前可 以进行修改操作。 考卷的分发：对己生成的试卷对考生进行分配，确定哪些考生进行考试。确定考生 之后执行开考操作，此时相关的考生就可以进行登录参加考试了。 考务管理：对在线考试的考生的考试进行监控，从监控台上可以看到当前考生的状 态，以达到监考的目的。 试卷评分：对考试完毕的考生的考卷进行评分操作。客观题在考卷提交时，己经由 系统给出分数，这罩主要是进行操作题目的评分。 考试分析：对结束的考试进行统计分析。列出参加此次考试的考生的考试详细信息， 并统计出各个分数段的人数。提供给系统的管理者作决策支持。 系统结构图如下图所示： 图2 1系统总体结构图 10 中北大学学位论文 图2 2考务管理程序的土要功能模块 图2 3考场管理样序的主要功能模块 图2 4 考试程序的t 要功能模块 中北大学学位沦文 2 3 数据库的设计 数掘库( d a t a b a s e ) ，是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，是用于查 询的大量数据的存储区域。使用数据库可以带来许多的好处：如减少了数据的冗余度， 从而大大地节省了数据的存储空f u j ，实现数据资源的允分共享等等。此外，数据库技术 还为用户提供了非常简便的使用手段，使用户易于编写有关数据库应用程序。特别是近 年来推出的计算机关系数据库管理系统，操作直观，使用灵活，编程方便，功能强大， 环境适应广泛，数据处理能力极强i m 】。 数据库的设计是指对一个给定的应用环境，构造数据库模式，建立数据库及 应用系统，满足各种用户需求。作为信息资源的丌发、管理和服务的一种有效的手段， 数据库技术的应用已经越来越广泛，从小型的单项事务处理系统到大型的信息系统大都 用先进的数据库技术末保持系统数据的安全性、完整性和共享性【l5 1 。对一个实际的系统 来说，数据库的设计在遵循数据库理论的同时，必须能用丌发工具来实现用户在各个方 面提出的功能要求。 考试系统有大量的数掘需要永久的存储，如题库试题，定义好的试卷，考生的信息， 考生的成绩等。系统选用关系数据库管理系统作为它的数据管理系统，原因如下：考试 系统需要永久存储的信息量很大，数据操纵密集。关系数据库管理系统很适合保存和管 理大量的各类实体问的关系信息，而且提供了丰富的数据定义和数据操纵语言，极大方 便了数据的存储、检索、管理和维护，而且对数据共享、完整性的维护、故障恢复和事 务处理等功能也提供了强有力的支持。而文件系统并不具备这些优点，它比较适合处理 复杂数据类型如音频、图像等【1 引。另外，从非技术角度讲，关系数据库管理系统较面向 对象数据管理系统成熟。本次设计中，选择了s q ls e r v e r 作为后台数据库工具，因为它 功能远比其它数掘库强大，并提供了许多标准的关系数据库管理功能的支持。 下面用e r 方法对数据库进行设计。分为三部分：概念设计、逻辑设计和物理设计。 2 3 1 概要设计 在系统的数据库设计中，先要埘系统分析得至0 的数掘字典c j 的数据存储进行分析， 分析各数据存储之f h j 的火系，然后4 能得到系统的关系模式。可以采用e r 图的方法来 12 中北大学学位论文 进行数据结构的分析，e r 设计方法是一种通过e r 图来描述现实世界信息结构的d b 设计方法。e r 图由实体、属性、联系三部分组成。e r 图的符号况明，如图2 5 所示。 图2 5e r 图例 下面是本系统涉及到的主要e r 图： 图2 6 考生e r 图 网2 7 试题库e r 图 13 中北大学学位论文 图2 8 系统管理员e r 图 2 3 2 逻辑结构设计 图2 9 考生成绩管理e r 图 e r 图向关系模型的转化要解决的问题是如何将实体和实体j 日j 的联系转换为关系模 式，如何确定这些关系横式的属性和码。 对于实体蚓的联系，我们分不同的情况讨论： 1 ) 若实体间的联系是1 ：l ，可以在腑个实体转换成的两个关系中任意一个关系 的属性中加入另一一个关系的码。 2 ) 若实体问的联系足1 ：n ，则在n 端实体转换成的关系中加入1 端实体转换成 14 中北人学学位论文 的关系码。 3 ) 若实体f b j 的联系是n ：m ，则将联系转换为关系，关系的属性为诸个实体的码加上联 系具有的属性，而关系的码则为诸实体的码的组合。 考试管理中所涉及的主要实体集及其属性如f ： 考生 准考证号，登录密码，真实姓名，年级，班级，邮箱，审核标识 试题 试题编号，试题内容，试题所属章节，试题类型，试题答案，试题选择项，难度 级别，试题标识，课程编号，试题附图 管理员 管理员账号，登录密码，管理员类型，邮箱，权限 试卷库 试卷编号，所属课程编号，试卷名称，考试总时间，起始时i 日j ，结束时问，起 始章节，结束章节，启用标识) 考生成绩 考生准考证号，课程编号，试卷编号，考试标识，开始考试时间，结束考试 用时，批改标识，成绩 考试试题编号 试卷编号，试题编号，标准答案，课程编号，试题类型，所属章节 2 3 3 物理结构设计 设计原则如下： ( 1 ) 进行规范化设计，尽量地减少数据的冗余和重复 合理的数据库表的设计应该是在满足需求的前提下，使数据的重复量最小，就尽量 按照关系数据库系统理论方法去设计一个数据库，减少数据的冗余【1 7 】。 ( 2 ) 结构设计与操作设计相结合 在设计数据库结构时，有时为了编程实现的简捷和思路的清晰，往往故意增加一些 冗余数据。这虽然有悖于传统的关系数据库理论，但是考虑到选择机器型号和档次等因 素，如果增加的冗余不会明显增加存储空i u d t j 降低处理效率，并且对编程实现有很大的 帮助，往往可以采用这种方法【1 8 】。 ( 3 ) 数据结构具有相对稳定性 数据结构相对稳定，可以作为新、旧系统转换的依据。尢论采用何种方法或手段去 处理h 常事务，都应该能完成梢应的功能，决不会凶为采用了计算机而丢失了必要的功 15 中北大学学位论文 能，或彻底改变了原有的工作流程和模式。计算机系统的建成是建立在原系统充分调研 的基础上的，它既不能脱离原系统的大框架，也不足简单的重复和替代。所以数据库表 结构设计应保证数掘的相对稳定，这样爿能考虑在新的数据结构下的业务处理方式1 9 l 。 此处着重讨论如何进行规范化设计，关系范式规范化过程如下： 消去蘑复项消除部分函数依赖消除传递函数依赖 非规范化关系 - 1 n f 一一p2 n f - 3 n f 基于以上三条设计原则，在网上考试系统数据库中建立了2 0 个数据表。主要表格 的设计结如下： 1 ) 考生信息表：包括准考证号、考生姓名、密码、班级等信息。 表2 1 考牛信息表 字段名字段说明数据类型字段长度是否空值 是否主键 u s e ri d 准考证号 c h a r 1 0 否 是 p a ss w o r d 密码 c h a r8 是 否 s1 3 0 学号 c h a r1o 日 否疋 sn a m e 学生姓名 c h a r1 0 是否 s c h 0 0 1n a m e所在学校 c h a r2 0 是否 i d c a r d身份证号c h a r 2 0 是 否 e m a i l 电子邮件 c h a r 2 0 是 否 2 ) 试题库信息表：包括试题i d 、试题内容、试题类型、标准答案、试题难度、使 用次数、曝光时间等信息。以操作题为例，如表2 2 表2 2 试题库信息表 字段名字段说明数扼类型字段长度允许空值是否主键 s tc a r d 试题编号 c h a r2否 足 k n o wn u m 知识，_ 编号 i1 3 t2 是 否 s 一t y p e 试题类型 c h a r1 0 是否 m a c r o 宏编号 c h a r6 否否 l e v e l试题难度ln t4是否 d is t i n g u i s h区分度1 3 v a r c h a r2 是 否 d e g r e e曝光时j 训 d a t o t i m e8 足 否 0 1 1 1 0r g e 使川次数 l l f l y i n t2 足 否 16 中北大学学位论文 3 ) 试卷题型配置袁：包括课程编号、试卷编号、试题类型、试题数量、试题分值 等信息。 表2 3 试卷题瑶! 配置表 字段名字段说明数掘类型字段长度允许空值是否主键 是否k n o wf l u m知谚 点编号 1n t2 j 1 3 f 0n u m 试卷编号 1n t4否足 i n f o 试卷名称 n v a r c h a rl o 日 否 疋 s t ty p e 试题类型 c h a r1 0 是 否 s tn u m 试题数量 jn t4 是否 s tw l u e试题分值 i n t4 是否 t e s t ti m e s 考试总时间 i n t 4 是否 i s o p e n启用标志 i n t4 是 7 f = l j 5 ) 考生成绩信息表：包括准考证号、课程编号、成绩、试卷编号等信息。 表2 4 考生成绩信息表 允许空 字段名字段说明数据类型字段长度值是否主键 u s e ri d 准考证号 c h a r1 0 否是 sn a m e 学生姓名 c h a rl0 足否 i d c a r d身份证号 i 1 3 t2 0 e t 否疋 s c o r e 考试成绩 i n t 2 是否 i n f on u m 试卷编号 in t4否 日 疋 sn o 学号 i n t1 0 目 否 疋 2 4 系统主要技术分析 目前，国内外针对计算机考试系统的研究有很多，这类考试系统的难点在于智能组 卷和自动阅卷的算法和技术问题。本文针对难点问题存在的不足进行了研究和探索。 2 4 1 几种组卷算法的比较 在限制条件和状态窄问的限制下，随机选取法有时能够取出一组令用户满意的试 题。只不过山于它睁f j t j t 选取试题的范【嗣太大，无法确定目d ，j - 条件f 叨# 些区域能抽