基于Web的试卷自动生成系统的设计与开发--毕业论文(设计)开题报告

毕业论文（设计）开题报告 基于 Web 的试卷自动生成系统的设计与开发 姓名 院（系） 专业年级 学号 指导教师 职称 起止时间2011.09-2012.05 一、一、 开题依据开题依据 1.1 研究背景研究背景 在当今社会,计算机的应用已经普及到社会的各个部分,它代表着现代的气息,是现代 化的象征之一。学校是科学人才的培养基地，是现代化的领头人，那么计算机的使用更 是普遍的。在教学的各个部分都会逐渐的涉入。 随着国家教育事业的发展，对学生及老师的要求也越来越高，其中对老师的要求之 一就是要能提高学生的学习成绩，而学生的成绩则体现在平时的测验中和升学考试的成 绩中，那么试卷的出题水平就很重要了。但是对于学生的进步和学习能力的提高，作为 老师无法随时都有精力和时间去出适应学生的考卷，以往的人工手动出题方式不仅会导 致教学的个人经验主义，而且使人力与物力过多浪费，教师的工作负担过重，同样对学 生的成绩的提高也有影响，就会影响整个教育机构的运作和控制管理。因此，必须制定 一套合理、有效，规范和实用的试卷自动生成管理系统，对试题资料以及试卷资料进行 集中统一的管理。 随着计算机的广泛应用，越来越多的学校均选用了计算机化的管理模式。以前的试 卷的查询、修改、试题的编写等都是教师用笔起草在纸上，经过商量认为难易度还是比 较适中，才决定输入计算机，经过排版打印。为了更好的利用计算机管理系统，制作一 套试卷自动生成系统，是试题由教师直接输入到数据库，然后建立一个文件夹专门用来 装试卷文档，和相应的答案，这样就使试卷和试题方便管理，易于更新，管理工作将会 更安全，更方便，更实用。 本课题主要研究的是运用可视化程序设计和数据库进行开发的一个基于 web 的试 卷自动生成系统， 系统开发的总的设计目标是实现试卷生成的系统化、规范化和自动化， 实现对试卷试题资料的集中统一的管理。 1.2 研究目的研究目的 （1）构建网络智能型的试卷自动生成系统 构建一个试卷自动生成系统，老师不需要以人工手动的方法去出试卷和批阅试 卷，更不需要具备高超的计算机和网络技术就能把试题输入到系统上，且能为学生提供 一个良好的，方便的考试平台。 （2）提高测验考试的效率 抓好学生对知识的学习效果，抓好学生的考试成绩，这不仅仅是高校需要的，更 是社会。而构建一个试卷自动生成系统将能更好的更直接更快速的看出学生的学习成 果，学生可通过系统反馈的效果进行相关知识的补习，从而提高了学生的学习效率，也 间接的提高了测验考试的效率。 1.3 研究意义研究意义 （1）使教学科学化与具有针对性 本项目已准确、高速、网络化的信息技术为手段，实现了考试的自动化、无纸化 和科学化，系统通过提高测验考试的效率、增强测验考试的反馈效果，使得教与学更有 针对性。 （2）为教育事业提供新的思路 本项目的基本思想是按照 “知识点来构建试卷， 主要思路是依据教学大纲的要求， 以课程的主干内容为主线，先把教学内容细致分解为一个个知识点，然后按大纲对各个 知识点的要求掌握的层次，与题型、题量、难易度及各知识点间的包容性结合起来，作 为本系统构建试题的基本原则，以便计算机自动生成每份试卷、在考查点的分布上具有 较强的科学性，也提供了一种新的思路。 （3）提高学校的教学水平，减轻教师负担，有利于教育事业的发展 本项目可以帮助教师设计试卷，批改试卷，汇总成绩。教师利用这套系统可以方 便地设计出一套符合自己要求的试卷，并且在考试中立即得出成绩，进行分析，学生也 可以在网上答卷，并迅速得到成绩和解析。系统通过提高测验考试的效率、增强测验考 试的反馈效果、揭示学生知识能力的局部缺陷，从而提高了学校的教学水平。教师平时 可以有效地收集试题， 考试设计试卷将变得轻松愉快， 繁琐的评卷工作交给计算机去做， 计算机还能帮助教师分析出教学的薄弱环节， 统计出某个知识点没掌握的学生有哪些等 等，能有效的减轻教师的工作负担。 1.4 国内外研究概况国内外研究概况 在国外，一些标准化考试系统和很多大型公司的认证考试，比如微软公司的 MCSE,MCDBA,MCS 等考试， ORACLE 公司的 java 认证考试， Cisco 公司的 CCNA,CCIE 等认证，IBM 公司的 AIX,DB2，XML 认证考试，还有英语托福，GRE 等考试系统早已 建立并成功运行了几十年，一直都能科学地测试出学生的实际水平。这说明试卷的自动 生成系统是可能的而且是有效的，但是这些系统所涉及到的具体内容以及其设计思想与 原理几乎都是保密的，因此我们必须依靠自己的努力研制一套符合中国国情的试卷自动 生成系统。现在的考试系统的研究正往如何能开发出自适应、高智能、具有网络负载平 衡能力和高安全性方向发展。试卷的自动生成作为这个系统个基础和关键一环已经越来 越显现出其重要性，因此开发一套使用范围广，受众面大的基于 web 的试卷自动生成系 统是一项很有意义的工作，也是现实迫切的需求。 在国内，已研制成功的计算机考试系统有高等数学试题库系统 MATBAS，南京大学 计算机科学与技术系研制的 PASCAL 题库系统，高教司的重点项目基于知识的成卷系统 使用外壳等系统，但是这些系统大多数没有试卷自动生成功能，考试所需的试题仍需要 人工制定，因此在近十几年又出现了大量针对各种考试的计算机考试系统。计算机考试 系统的发展同时推动了试卷自动生成系统的研究。 主要参考文献主要参考文献： 1吕晓鹏.精通 Flex 3.0基于 ActionScript 3.0 实现M.北京：人民邮电出版社， 2008-6-1 2耿祥义.java 基础教程 M.北京：清华大学出版社，2008-7-1 3孙风栋.java web 开发教程M.北京：清华大学出版社，2009-4-1 4(美)费拉纳提.JavaScript 权威指南(第五版) M.北京：机械工业出版社，2007-8-1 5孙卫琴，李洪成.Tomcat 与 Java Web 开发技术详解M.北京：电子工业出版社，2004 6孙卫琴.Java 面向对象编程M.北京：电子工业出版社，2006 7孙卫琴.精通 Hibernate：Java 对象持久化技术详解M.北京：电子工业出版社 8孙卫琴.精通 Struts：基于 MVC 的 Java Web 设计与开发M.北京：电子工业出版社 二、二、主要研究内容主要研究内容 1、整个系统分为以下几个模块：、整个系统分为以下几个模块： （1） 、系统用户登录模块：当用户系统用户登录到考试系统时，首先要求输入用 户名和密码，按下确定后进行身份验证，如果没有通过身份验证，根据验证结果进行 不同的操作，说明没有通过的原因。没有通的原因可能为，输入的姓名和密码错误， 该用户不存在等； （2） 、身份验证模块：当用户进入考试系统时，系统根据不同的情况返回不同的 值，以判别该用户是老师还是学生； （3） 、题库添加删除修改功能模块：主要完成教师对题库的操作，包含试题的录 入，查看，删除及修改； （4）试卷生成模块：主要根据不同的条件从题库中选出符合要求的试题生成试 卷； （5）用户添加删除修改功能模块：对系统用户登录系统的人员进行统一管理， 并赋予不同的权限； （6）成绩查询模块：当考生系统用户登录后，可根据自己不同试卷进行成绩的 查询； （7）学生答卷模块：学生系统用户登录后，可进行在线考试，考完以后显示评 分结果及正确的答案。 2、系统自动组卷所使用算法：、系统自动组卷所使用算法： 本系统的一个关键的地方就是要建立一个良好的试卷自动生成系统，采用试卷自 动生成系统可以大大减轻教师的负担，而且，更重要的是，试卷自动生成可以很好的 保证试卷的难度和信度，可以提高考试的公平性和公正性。如何能保证生成的试卷能 够最大程度的满足使用者的不同需要，并具有随机性、合理性和科学性等式自动组卷 在实现方面的一个难点。而且，在交互式的 web 环境下人们对试卷生成的速度要求很 高，而一个理论上较完美的算法可能会以牺牲时间作为代价。 目前试卷自动生成算法有以下几种： (1) 随机抽题算法 随机抽题算法根据状态空间的控制指标，由系统随机的自动的向题库抽出一道试题 加入到试卷中，这个过程不断重复，知道试卷生成完毕，或者无法再从试题库中抽 取满足状态空间控制指标的试题为止。 算法的具体实现过程如下： 1）建立连个数组 U(r)和 T(x)，其中 U(r)的值为某种状态 r 的试题在数据库中的试 题库，例如单选题，第二章，难度为 3 的试题数。T(x)为用户要求该状态的试 题数目，T(x)构成的全部状态的集合构成一个线性表 List。 2）如果 T(x)U（r） ，则转向 5） ，否则产生随机数 N，N=int（rand(-1)*U（r） ） ，其 值小于 U(r).读取 N 记录，比对该记录作选取标志，抽取下一道题目时，有选取 标志的记录将不再被选取。 3）若 T(x)！=0，则 T(x)=T(x)-1，重复 2） ； 4）若 List 表未满，则转向 1） ，否则组卷成功； 5）算法结束 这种算法使用广泛、简单易行，对于单道题的抽取速度很快，但是对于整份试 卷生成却需要耗费很多时间，而且在组卷条件较复杂的情况下常常会出现组卷 失败。此算法适用于小型题库系统和生成试卷约束条件较少的场合。 (2) 回溯试探算法 回溯试探算法是对随机算法的改进，它将随机抽取产生一个状态类型记录下来， 当搜索失败是就会释放上次记录的状态类型，然后再依据一定的规律变换出一种新的 状态进行试探，通过不断地回溯试探知道试题生成完毕或回到出发点为止。 回溯算法在理论上可以遍历每一种状态组成，但是当试题库中试题很多时这种状 态的组成就会很复杂，而且该方法在空间复杂度和程序设计方面都很复杂，所选的试 题没有随机性，组卷效率低。 (3) 基于专家系统的生成算法 专家系统是一种能够依靠大量的专门知识解决特定领域中复杂问题的计算机 智能软件系统。专家系统的特点之一即是能够进行符号操作，用符号来表示知识， 它把问题概念表示成符号集合。在试卷自动生成系统中的专家系统需要构建一个知 识库用来存放诸如不同的科目、不同的考试性质和时间等组卷知识信息，此外，还 要构建一个推理机制来根据一定的推理策略从知识库中选取相关知识，对用户提供 的信息进行推理，自导得出相应的结论为止。生成试卷时，用户输入组卷参数，使 用推理机制进行推理匹配，从组卷知识库中获得试卷模型，并按产生的随机数在同 一类试题中选择试题，最后输出组卷结果。 这种试卷生成算法需要建立一个庞大的知识库，同时推理机制的设计和实现和 很复杂，难以满足试卷快速生成的要求。 (4)启发式搜索法 随机化启发式搜索法是建立在人工智能和一定的概率模型基础上的一种有效 算法。在搜索的前几步中采用随机抽题法，当搜索进入死结点时，采用以下的方法 作启发后再进行搜索：首先将造成死结点的状态类型记录下来，然后回溯走过的路 径，将与该状态有关（指某分量相同）的元素全部释放，将剩下的无法元素重新构 成一条路径，然后根据启发函数的最小值确定下一个结点启发函数定义为新元素状 态类型与记录死结点元素状态分量相同的个数。 启发式搜索法的组卷成功率高，能够满足较复杂的试卷自动生成的要求，但是其程 序设计复杂，试卷生成速度慢。 (5)遗传算法 遗传算法是一种模拟自然界的遗传和进化而形成的一种自适应的启发式的蒙特卡 反演算发，它能有指导性的进行随机化的搜索，使用与解决复杂目标的非线性问题。 遗传算法处理的是基因型个体，一定数量的个体组成群体，群体中的数目为群体规模。 遗传算法中通常具有一个目标函数与生存环境相对应，由这个目标函数来确定各个个 体的适应度。在遗传算法中需要进行数据转换操作，一个是表现型到基因型的转换， 把问题空间的参数转换成遗传空间中的基因型个体；另一个是基因型到表现型的转换， 它将执行相反的操作。Goldgerg 总结了一套基本遗传算法，这套算法只使用算子、交 叉算子和变异算子等三种基本遗传算子，遗传过程简单，这个算法也为其他的遗传算 法提供了一个基本的框架。但遗传算法也有一些不足的地方，如其采用二进制编码， 代码冗长，而且二进制编码不能有效的拓展搜索空间，其次，基本遗传算法在搜索后 期会出现效率低和形成未成熟收敛的情况。 本系统采用的算法： 本系统目前是一个在学校范围内使用的小型系统，在对试卷生成模块的设计与实 现时考虑到：环境因素，该系统目前的使用范围限于学校，因此题库不会很大，所以 没有必要采用很复杂的算法来实现。所以本系统将采用的是随机抽题算法，但也会结 合其他算法一起使用完成本次的课题。 3组卷的方式组卷的方式 试卷的自动生成有两种方式：其一是按预定要求全自动生成方式，即只需给出必 要的组卷要求信息，如试卷所含试题类型，确认无误后，即可自动生成试卷。其二是 按预定要求在人工控制下自动生成试卷，在有些情况下需先由人工确定某些必选题， 再给出组卷必要的信息，确认无误后，可自动生成试卷，试卷中包含所确定的必选题， 不足的题目由计算机随机选择补充。 4.题库的设计题库的设计 系统从设计理念上坚持采用树状管理结构，在系统结构中用“科目” 、 “课程” 、 “章 节” 、 “知识点”来组织整个系统；每道题目都由“科目” 、 “课程” 、 “章节” 、 “题型” 、 “知识点” 、 “难度”这六个参数组成，再而演变出试卷和成绩。故系统对小学、初中、 中专、高中、大专、大学、单位自办学校和教师个人都适用。本系统利用计算机强大 的数据处理功能，由计算机逐步代替传统的人工出卷，并且规范试卷的自动生成程序。 技术路线：技术路线： 本系统是基于 Java EE 的构建， 采用当前比较流行的网络编程技术 Java,Struts,Spring,Tomcat,Hibernate 等技术来实现项目。作为一项当前流行的面向对象 的网络编程技术，它们具有适时性好，保密性高等特点，这些可以充分保证基于 Web 的试卷自动生成系统的稳定性，可靠性与安全性的原则。 除此之外，面向对象的技术具有随需应变的特点，能够适应当前需求变化快的需 要，因此构建好的试卷自动生成系统可以不需修改或只进行很小的改动就能满足各行 业的特殊需求，同时，基于 MVC 的设计模式也使得系统以后的升级很方便。 拟解决主要问题拟解决主要问题为为 (1)数据库的设计问题，如字段的设置，字段类型，长度和关联等； (2)各种情况的设计实现问题。 (3)技术运用问题，如 hibernate 的运用问题，中文乱码问题等等； 项目创新之处：项目创新之处： (1)运用 J2EE 技术构建项目管理系统体系结构与各功能模块 (2)运用 B/S 技术构建平台资源组织模式，为用户提供方便快捷的服务。 (3)本次项目中，在持久层的技术上我采用了三大框架中的 hibernate 来实现。 (4)在考试部分，让客观题在数据库中随即抽出，保证了试卷的灵活性，并加入考 试在线时间限制技术，真正意义上体现了考试所具有的时间性。 预期研究成果：预期研究成果： 预期研究成果有基于Web试卷自动生成系统的设计与开发论文一篇， 基于Web 试卷自动生成系统的设计与开发方案书 ，基于Web试卷自动生成系统的设计与开发需 求分析报告 ， 基于Web试卷自动生成系统的设计与开发详细设计各一篇，基于Web 试卷自动生成系统的设计与开发产品一套。 三、研究方案（研究方法三、研究方案（研究方法、研究工作的总体安排和进度，理论分析、计算、实验方法、研究工作的总体安排和进度，理论分析、计算、实验方法 和步骤及其可和步骤及其可行性，可能遇到的问题及解决办法）行性，可能遇到的问题及解决办法） 3.13.1 任务环节及理论分析任务环节及理论分析 任务一： 通过调研获取资料，详细了解试卷自动生成系统的需求分析，分析系统的可 行性分析，准备好实现系统所需要的理论知识。步骤如下： 1.找指导老师、学院院长与相关教师分析理解试卷自动生成系统的整个需求。 2.通过与指导老师的交流，确定课程的必需信息，然后根据拟定的方案收集各门 课程信息资料。 3.通过互联网，获取 J2EE,Mysql 等技术文档和参看资料 4. 通过与导师讨论，确定课题的主要内容以及实现方法 5. 通过与导师讨论，确定“基于 Web 的试卷自动生成系统的设计与开发”应当 实现的功能及相关的概要设计，设计细节问题。 任务二： 参考上一阶段收集的资料，确定使用开发技术，设计系统的概要框架，开发 出整个系统的框架。 1. 在阅读文献的基础上，了解目前国内实现本系统所采用的开发技术。然后对 采用不同技术实现的方案进行比较，结合实际情况找出既适合自己开发又方便用户使 用的方案基于 Web 的试卷自动生成系统的设计与开发，进行开发，在理论资料准 备充分的条件下，分析系统各个功能模块。 2. 借助互联网，了解国内外试卷自动生成系统所具备的功能和特点，结合本院 的特点初步定出本系统应实现的功能模块。 任务三： 在概要框架的基础上，详细设计系统模块的功能，定义好接口，完善薄弱技 术，并实现该系统的全部功能。 1. 要实现本系统必须掌握网页制作、脚本开发语言 javaScript、使用 Struts2， Hibernate，Spring ，JQuery ，Ajax 等应用技术。 2. 定义实现模块功能的接口，并实现所有接口，编码。 任务四： 进行系统的测试，完善系统 进行多方面的测试，依照软件工程的相关流程，进行系统测试，并在发现问题之 后对出现问题的模块进行完善，其中最主要的包括代码的检查与功能漏洞的检查。 任务五： 根据系统的设计思路与已实现的系统