分布式计算机应用水平考试系统的设计与实现.pdf

第 2 4 卷 VO 1 24 第 3 期 NO 3 计算机工程与设计 COM P UTE R ENGD ERI NG AND DES I GN 2 0 0 3 年 3 月 M a r 2 0 0 3 文章编号 1 0 0 0 7 0 2 4 2 0 0 3 0 3 0 0 5 2 0 3 中图分类号 T P 3 9 3 文献标识码 A 分布式计算机应用水平考试系统的设计与实现 吴锦林 吴清锋 1 厦门大学计算机与科学系 福建 厦门 3 6 1 0 0 5 2 哈尔滨理工大学计算机 系 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 8 0 摘 要 传统的基于 集中式 的计算机应用水平考试 系统存在诸多弊端 如过分依赖 中心服务器 造成服务 器的 负载过 大以及 系统的扩展 性和安全 性差 同 时 传 统 的集 中控制模 式使得 系统 的维护 变得 复杂和 困难 介 绍了分布式计算机应用水平考试系统的软件结构 描述 了系统 实现过程 中的主要技术 对基于网络的考试系统 的安全性 主观题 阅卷 系统的 智能化 设计 进行 了详 细论述 关键词 分 布式考试 系统 阅卷 系统 应 用水平 De s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n o f d i s t r i b u t e d s y s t e m o f c o mp u t e r a p p l i c a t i o n a b i l i t y t e s t wu J i n l i n wu Qi n g f e n 1 C o m p u t e r S c i e n c e D e p a r t me n t X i a me n U n i v e r s i t y F u j i a n X i a me n 3 6 1 0 0 5 C h i n a 2 C o m p u t e r S c i e n c e D e p a r t me n t Ha r b i n U niv e rsi ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y He i l o n g j i a n g Harb in 1 5 0 0 8 0 C h i n a Abs t r a c t T r a d i t i o n a l t e s t ing s y s t e ms o f c o mp u t e r a p p l i c a t i o n a b i l i ty t e s t b a s e d o n c e n t r a l i z e d c o n t r o l h a v e s o me s h o r t c o mi n g s Th e h o s t s e r v e r b u r d e n s a l l t h e f u n c t i o n s o f the tes t i n g s y s tem wh i c h c a u s e s the p o o r e x p a n s i b i l i ty a n d s e c u r i ty o f t e s t i ng s y s t e ms An d the t r a d i t i o n a l p a t t e r n ma k e s t h e ma i n ten a n c e o f tes t ing s y s tems d i f fi c u l t an d c o mp l e x T h i s p a p e r intr o d u c e d the s t r u c t u r e o f d i s t r i b u t e d s y s t e m o f c o mp u ter a p pl i c a t i o n a b i l i ty t e s t an d d e s c r i b e d the ma in t e c h n i q u e s in t h e c o u r s e o f r e a l i z a tio n an d a t t h e s a met i me g i v e s ad i s c u s s i o n a b o u t t h e s e c u r i t yo f the c o mp u t e rt e s t ing s y s tem b a s e do nn e t wo r kan dtheintel l i g e n td e s i g no f mar k i n g s y s t e m o f t h e s u b j e c t i v i ty e x a n l q u e s t i o n s Ke y wo r d s d i s t r i b u ted t e s t ing s y s tem mark i n g s y s t e m a p p l i c a t i o n a b i l i ty 1 引 言 如何 准确 高效 客观 地 评定 学 生 的实 际计 算机 应用 水平 已成 为高校 教 学 改革 的一 项重 要 内容 传 统 的计 算 机 应用 水 平 考 试在 内容 和 形 式方 法 上存 在 一 些 弊端 表 现在 不 能准 确地 评 价一 个 学生 的 实 际计 算 机 应 用 水平 计 算机 应 用 水平 考 试 不 等 同于 文科 的考 试 它是 对 学生 掌握 计算机 实 际操 作 能力 的 综合 测试 传 统 的考 试偏 重 了笔 试 使得 某些 学 生甚 至把 实 际的操 作过 程 当作是 公式 概念 来 背诵和 记忆 需要投 入 大量 的 人力 物 力 和 财力 传 统 的纸 上考 试从 备题 进 行考 试 到 阅卷 等 一系 列过 程都 需要 大量 的相 关人 员 参加 造成 了资源 的 巨大 浪 费 而在 另 一方 面 现 在 教育 考 试理 论 的 日趋 成 熟 计 算机 网络技 术 的突 飞猛 进 使 网上考 试 成为 可 能 在 网络 上 实施 无纸化 考 试必 将代 替传 统 的考 试方 式 本 文将 论 述一 个 基于 WE B的具有 分 布 式结 构 的计算 机应 用 水 平考 试 系统 的设 计 与实 现 2 系 统 的 结 构 考 试系 统采 用 了B S 结构 B S 结构 是一 种 以WE B 技 术 为 基础 的新 型 的计 算模 型 它 相对 传 统 简 单 的 C S 结构 具有 以下优 点 简化 了客 户 端 B S 结构 只 要 求 在 客 户端 安 装 浏 览器 即可 无 须 开发 额 外 的软 件 简化 了系统 的 开发和 维 护 在 B S 结 构 中 所 有 重 要 的操 作都 在 WE B服 务器 上 实现 在 开发 维护 和 收稿 日期 2 0 0 2 0 4 0 2 作者简介 吴锦林 1 9 4 6 男 福建省人 副教授 主要从事计算机网络和数据库技术等方面的研究 吴清锋 硕士研究生 主要研究方向 是计算机 网络和 MI S等 一 5 2一 l 一 一 维普资讯 系 统变 迁上 有 巨大优 势 能极大 地 减轻 开发 人 员和 管 理 人 员 的工作 量 用户 操 作使 用简 单 本 身考 试 的 进 行过 程也 是 对计 算机 实际 操作 的 一个测 试 适 用 于 网上信 息 的发 布 传 统 的考试 在 阅卷 老师 批 改完试 卷 后 还 需要 把学 生的 成绩 单汇 总上 交 登 记入册 再 公 布 这 无疑 平 添 了教 师 的工作 量 基 于 B S的 网上 考 试 系统在 集 成 了阅卷 系统 的基 础 上 直接 把 学生 的 成 绩保 存在 数 据库 中 可 在各 个学 生 管理 系统 中方 便 地 传 递 或 发布 计 算 机应 用 水 平考 试 系 统是 一 个 具 有 3层 结 构 的 网上 考 试系 统 其 结 构如 图 1所示 厂 1 二 二 一 端 I耋 里 墨 兰 J l 璺 堡 塞 L 里 里 墨 墨 J l 组 卷 f J 试 卷 题 库 1 f 管 理 f I 管 理 兰 兰 l i 竺 苎 茎 苎 0 皇 兰 l i 璺 J 中 间 层 1 ww w服务器 l 1 w w w服务 器 l 下 广 广 查 fi 苎 坚 1 i 苎 Il 兰 l i 苎 兰 客 户 端 I 丝 墨 I I 丝 兰 I l 型 些 兰 I j 一 一 考生 监考老师 管理员 图 1 分布式考试系统软件结构示意图 1 系 统 的客户端 负责接 收用 户请 求 显 示完成 结 果 具体 又可 分 为学生 子端 教师 子端 和管 理员 子端 学生 子端 针对 参 加考 试 的学 生 学 生可 完 成注 册 进 行 测试 查询 考试 成绩 与教师 进行 有关 交 流等 操作 教师 子端 面 向教师 主 要功 能有 增删试 题 库 批 阅学 生试 卷 回答 学 生提 出的 问题等 管理 员子 端 用来 管 理 整个 考试 系统 功 能有 系统 中用 户 的管 理 包括 用 户 的增删 授权 试题 库 的系 统 维护 等 2 中间层 的 www 服 务器 一 方面 隔离 了客户 端 和服 务器 端 提 高 了系统 的安全 性 另 一方 面 可使 用 成熟 的A S P 技 术 向用户 提供 灵 活 友 好 的界 面输 出 3 服 务端又 可分 为两个 子层 业务逻 辑 子层和 数 据 库 服务 层 所有 的 管理信 息 学 生教 师 的个 人档 案 信 息 试 题信 息 成 绩信 息 等都 存储 在 数据 库服 务器 内 这些 信 息是 一致 的和 易访 问的 数据 库 服 务器 是 整 个 考试 系统 的核 心 业 务逻 辑层 中的功 能服 务器 如 考 试 服务 器 上载 服 务器 和 管理 服 务器 等 均可 采 用 分 布 式结 构 可 为 考试 系统 提供 高 效 稳 定 的服 务 3系 统 设 计 中 的 关 键 技 术 分 析 3 1 系统 的安全性设计 为 了保证 考试 的权 威 性和 公平 性 必 须采 取一 定 的措 施 来 防止 学 生 作 弊和 试 题 泄 露事 件 的发 生 同 时由于 网络 的 开放性 这就 对 网络考 试 系统 的 安全性 提 出 了更高 的要 求 鉴 于 考 试 的应 用 场 景 如 图 2所 示 特 在考 生 的计 算机 与考 试服 务器 之 间添 加考 试 网 关 该 网关 可加 载 在 如 图 1 所 示 的 3 层 结构 的 中间层 中 的 wWw 服 务 器上 图 2 考 场拓 扑 结构 图 考 试 网关 负 责传 递 和 监 控 考 生 和考 试 服 务 器 间 的信 息 同时 系统 的 一系列 安 全防 范措 施 也应用 在考 试 网关上 按 照 国际标 准 化 组织 I S O定义 的网络 安全 体系 结构 考 试 网关 还应 包 括如 下 功 能 1 身份 认 证 身份 认证 是通 过 实 施主 机和 用 户 双层 认 证 来 实 现 所 谓 主 机 认 证就 是通 过 在 考 试 网 关上 限定 可 访 问考 试服 务器 的源主 机 地 址 范 围 然 后对 发 出考试 请 求 的源 主 机 的 地 址 进 行审 核 确 定 该主 机是 否 有权进 行 考试 只 有审 核通 过 的主机 接 下 来才 能 实施 用 户认 证 否则 拒绝 其 考试 申请 呼叫 由于 T C P I P 协议 在制 定 设计 时并 没有 过 多地考 虑 网络 安全 问题 使其 存 在着 许 多 的安全 隐患 如考 生可 以在 一定 范围 内直 接 修改 主机 的 地 址 冒充 某 个可 信 的 I P地 址 进行 作弊 所 以在进 行完 主机 认证 之后 还 要 实 施用 户认 证 考 试 网关 使 用 用户 名 口令 的方 法 来验 证 用户 的合法 身 份 由于 学 生的 学 号具 有唯 一 性和 易识 别性 等 优 点 可把 学 生 的学 号 设 定 为用户 名 口令 是 由考试 网关密码 生 成程 序 随机 生 成 的 并 以暗文 的形 式保 存 在 学生 入考 场之 前 监 考 老师 在确 认学 生 身份 之后 把 密码 以明文 的形式 分 发 到 学生手 中 考 生在 通 过身 份 认证 后 屏 幕 上将 显 示 考 生 的档 案 信 息 这 可供 监考 老 师 再一 次进 行验 证 2 数 据加 密 考试 是一 件 非常严肃 的事情 为 了 保证 考试 的公 平性 决 不允 许发 生 试题 泄 露事 件 因 此在 服 务 器 端 存放 的试 题 除 了利用 数据 库 本 身 的 安 全机 制进 行 保 护外 还必 须 再增 加 一道 加 密 防范 这 里 的所 说 的试题 包 括 了文 本和 相 应 的 图片 表格 公 式等 试 题 一 旦 出好 由出题 者 自己生成 一 密钥 称 为K p 采用 对称 加 密算 法 如 D E S R C 4 I D E A等 将 生 成 的试题 加 密 再 上载 保 存在 试题 库 中 此 密钥 一 直 由 出题者 掌 握 如 此 除 了出题者 之 外 其 他人 都无 法获 得 K p 所 以 也无法 获 得试 题 的真 实 内容 减 少 了 试 题 泄密 的可 能性 在考 试 开 始前 出题 者使 用 考试 服 务器 将 密 钥 K p分 发给考 试 网关 由考 试 网关 将试 题解密后 将试卷 的明文转发给考生 设试题 的明文 为 P 则加 密 后相 应 的试 题 内容 为 E P 其转 换 示意 一 5 3 一 吾 一 广 维普资讯 图如 图 3所示 3 2 主观题 阅卷子系统 的设计 显 然 主 观题 如程 序设 计 题等 是 阅卷系 统设 计 的 重 点和难 点 由于程 序 设计 的灵活 性 相 同功 能 的程 序段 在表 达 方 式有 多种 可 能 为此 在编 制 阅卷 子 系 试题 明文P 密钥 Kp加密 数 据 库 服 务 笪 一 考 试 网 关 器 E x p P I I E x p P 密钥 I p解 密 试题 明文 P 图3 试题加密解密转换过程示意图 统 时应 将 各种 已知 的可 能 的表达 都 考虑 进 去 否 则在 批 阅卷 时就 会 出现 遗 漏 和误 改 等现 象 鉴 于上 述分 析 阅卷 系统主 要通 过程 序 填 空法 来 实现 对 一 种 功 能 多种 表 达 的处理 所 谓 的程 序填 空 法 即在一 段 能完成 一 定功 能 的程 序段 中 在 不 影响 程 序 的整体 可 理解 性 的前 提 下 省去 其 中 的几个 语 句 要求 考 生在 省略 语句 的地方 填写 正确 答 案 以达 到 题 目所 要求 的功 能 同时 在 阅卷 的时 候 还 应 该使 用 深 度优 先 搜 索 算 法 来 降低 问题 搜 索 空 间 的规 模 即 先捕 获 程序 代码 的关 键 字 通 过关 键字 来确 定 搜索 的 分 支 阅卷 系统 将 集 中对 该分 支 上 的节 点进 行搜 索 同 时放 弃对 其 他 分 支 的 访 问 由于 搜 索 树 的每 一节 点都代 表 了该 程序 空 可能 的解 考生 的填 空只 要 和搜 索 路 径上 的 某个 节 点相 同 则该 空就 得 分 以常 考 查 的循 环 语 句 为 例 来 简 要 介 绍 上述 思 想 设 某 个 程 序段 有 一 个 功 能 是必 须 使 用循 环 语 句 来 实现 的 但是 就 循环 语句 来 说 就 有 多种 的语 句类 型 可供选 择 如 F o r 语 句和 wh i l e 语 句 而对 F o r 语句 还 有 多种 的表 达 Wh i l e 语句 相 类似 预先 枚 举所 有 可 能 的 合 理 的解 作 为搜 索 树 的节 点保 存 在数 据 库 服 务器 中 如 图 4所 示 捕 获 学 生所 答 的程 序 代码 的关 键字 如 F o r 即选 定 好搜 索 的分 支 沿 着 该分 支 阅 卷 系统 去 掉考 生 答 案 和标 准 答 案 中 的空 格 用 考 生 的答 案 和 每个 节 点 进行 匹配 比较 如 果 有 某个 节 点 匹配 成 功 则该 空 图 4 回 答案搜索树 就得 分 反之 当比较 到最 后 一个 节点 仍 无完 全相 同 的 则该 空得 零分 然后 继续 进行 下一 空 的 比较 阅卷 4结 束 语 本 文 较 为 详 细地 介 绍 了分 布 式 计算 机 应 用 水平 考 试 系 统 的软件 结构 及 其 设 计 中 的关 键 技 术 该 系 统具 有 易扩 展 易 管理 智 能 化 安全 性 高等 特 点 已 在 厦 门大 学 计算 机应 用水 平 考试 中投 入使 用 取 得 了 很好 的 效 果 参考文献 1 吴锦林 谢伟 等 厦门大学计算机应用水平考试系统软件 的开发 J 厦门大学学报 自然科学版 2 0 0 1 4 0 0 6 1 3 1 5 1 3 1 8 2 林闯 计算机系统与网络性能评价