《离散数学》课程题库系统的设计与开发 - 河南科技大学.doc

离散数学课程题库系统的设计与开发电子信息工程学院 柴 珞指导教师 吴庆涛一、 内容简介针对离散数学课程中内容广泛、理论抽象、理解困难等特点，本文提出将计算机辅助教学思想运用到离散数学课程学习中，从目前题库管理系统的发展方向与实用性出发，设计并开发了一套面向网络化的离散数学课程题库系统。系统实现了题库管理、动态组卷、考试、自测及试题分析等功能，是提高学习效果，解决教考分离，科学评价教学质量的有效途径。关键词：离散数学题库；组卷方式；自动判卷；题库管理二、 设计依据试题库管理系统就是目前迅速发展起来的计算机辅助教学的一种有利的工具。一个设计优良的试题库将极大地提高资源的利用率和工作效率，减轻教师出题、组卷等繁重的工作量。同时能够将教育从老师出题难，考试难，学生练习难的困境中解脱出来。对教育质量的提高具有十分重要的现实意义。而离散数学(Discrete Mathematics)作为计算机专业的一门核心基础课程，具有概念多，题型广泛，重在理解的特点。在离散数学的教学中，大量习题的练习与解题方法的讨论起着重要的作用，是巩固知识，深化理解的一个必要途径。因此将试题库管理技术运用到离散数学的辅助教学中是十分契合时代需要的。三、 系统设计介绍（一） 功能模块介绍：离散数学课程题库系统是面向离散数学专业基础课程的网络化的题库系统，因此系统设计的主要任务是建立一个教与学相结合的方式，合理设计与分布各项功能，使得系统的实用性更高。通过对系统的需求分析，确立了以下主要功能模块：1. 登录系统：分为教师登录与学生登录，采用通过密码登录系统的方式。教师登录后，可对用户信息进行管理。2. 习题管理系统：教师对习题库的管理系统，即习题库的建立，维护与管理。主要实现的有这么几个方面的内容：教师导入可用的习题的信息时，要确定试题类型，输入试题所属章节等属性，以便组卷时使用。然后，是对习题数据库的维护与管理，主要是在使用题库的过程中，对题库信息的更新（包括增加新的题目，删减无用的题目以及对题目答案的修改等）。3. 学生自测系统：学生自测系统是离散数学课程题库系统在课下教学方面的主要模块，是解决一般试题库系统教考分离的主要途径，同时也是学生课下自学的主要方式。学生自测系统的主要功能包括学生自主选择试题进入系统进行自测，自测过程中学生可通过查看试题答案来进行学习。4. 组卷系统：组卷系统提供了两种组卷方式来提高组卷系统的实用性。在组卷系统中，教师可以选择自己人工选择习题进行组卷或者系统随机自动生成试卷这两种方式进组卷。5. 考试系统：学生通过登录进入考试系统。在考试过程中，学生不可查看习题答案。考生点击“交卷”按钮时，则系统进行自动判卷，并将分数反馈给学生。同时系统将学生的成绩自动存入数据库中，方便教师查看。系统判卷功能建立，能够减轻教师在组织考试过程中繁重的工作任务，是提高系统能动性，减轻教学负担的主要途径之一。（二） 数据库设计离散数学课程题库系统对数据库数据的管理主要体现在两个方面：对用户的管理以及对习题库的管理。对于用户管理而言：用户主要包括教师与学生两种角色。对习题库的管理主要包括对习题的增减，修改以及对试卷信息的管理。根据对现实需求的分析对数据库总结出如下信息：一个章节对应多个题目，一份试卷对应多个题目，一个章节对应多份试卷，一种题型对应多个试题。对于上述系统功能的分析与需求总结，对离散数学课程题库系统设计出如下数据项：用户信息，判断题信息，章节信息，试卷信息，试卷列表，成绩信息。（三） 关键功能设计1. Excel数据导入数据库：运用Excel将数据批量导入数据库主要用于教师批量导入学生信息。利用这种方法可以避免数据单个输入带来的实用性差的问题，在现实应用中具有较高的实用价值。Excel数据导入数据库主要实现方法分为三步：首先，将用户所要导入的Excel文档上传到Web文件目录下存放Excel文档的临时文件夹内。然后将文档内的数据读出，再通过数据接口将文档内数据存储到数据库中。2. 组卷模块设计：组卷模块除了包含教师采用不同方式进行组卷外，同时还包含教师对试卷的维护。组卷方式主要有两种：自动组卷，手动组卷。对于自动组卷而言，教师可以选择考试的章节，并输入试卷的名称，确定每道试题的分值以及对试卷各种题型的个数，点击确定，系统将根据要求通过自动组卷算法自动选取试题组成试卷。教师对系统自动组成的试卷进行查看，确定可用之后，点击保存，即可将试卷存入数据库。在试卷存入数据库的过程中，首先要存入试卷库，并自动生成试卷编号。然后，跟据试卷编号，将各道试题存储到试卷列表中。对于手动组卷而言，教师在组卷之前，需选择所需组卷的章节。点击确定，所有属于这一章节的试题都会在GridView中显示。同时，对应每一道试题有一个CheckBox，即选择控件。教师通过选择控件对题目进行选择。点击保存后，系统将教师手动选题后组成的试卷存入数据库。试卷存入数据库的过程与自动组卷方式相同。对于试卷的维护，包括对现有所有试卷的查看以及状态的修改。只有当试卷状态置为True时，学生才可以看到该试卷，并选择该试卷进行自测或者考试。3. 组卷算法讨论：自动组卷算法主要采取的是随机抽取的方法。本论文主要对两种随机抽取两种算法进行对比。第一种： Random随机函数算法。算法中心思想：利用Random随机函数取若干个随机数，即需要多少题就取多少个随机数。该随机数集的范围为从到符合这种类型的题目的标识的范围。然后根据取出的随机数取查询数据库。将题目标识与随机数相同的题目取出，完成随机抽取试题的工作。算法分析：该算法可以达到随机抽取试题的效果，抽到的试题不会重复。但是由于在抽取的过程中需要反复访问数据库：查找数据库中符合要求的题目的ID标识范围，根据随机数查询数据库符合要求题目等，造成对数据库的访问负担过大。并且，考虑到符合要求的题目在题目标识上并不见得是连续的，因此产生的随机数并不见得能和题目完全对应。经分析，这种算法并不适合于本系统。第二种：newid()随机集算法。算法中心思想：利用SQL Server自带的newid()选取随机集。将所有符合选取条件的题目利用newid()随机排列。然后从中取出所需道题目。算法分析：因newid()是SQL Server自带的选取随机集的方法函数。因此，这种算法在使用上十分方便并且效率很高。因为抽取题目时，全在符合要求的题目的随机集中选取，因此避免了Random算法中抽取题目落空的错误。该算法具有简单方便，易于使用的特点。4. 系统生成成绩：系统自动生成成绩主要运用的是将学生答案与标准答案进行比对的方法，并将得分叠加统计，最后将学生成绩显示出来。5. 数据访问接口设计：数据接口层包括8个实体类，一个DataBase( 通用类)，一个数据库通用接口类SQLOpen以及负责数据安全和字符串处理的两个特殊类。实体类主要是通过函数访问数据库存储过程来实现各种功能，主要负责对各种实体信息的加载，修改，删除等功能。通用类的主要实现的有建立与断开数据库连接，返回查询结果，调用存储过程，实例化参数等。四、 系统测试（一） 测试内容测试内容主要包含以下几个方面：用户界面与链接测试，功能测试，数据库接口测试。（二） 测试记录1. 给试题插入图片时，先插入的图片被后插入的图片所覆盖。原因：图片上传到制定目录下后需重命名，命名相同的图片先上传的就被后上传的覆盖。解决方案及解决效果：为区分开每张图片，在插入图片时获得该图片所属试题的所属类型以及标识，用试题类型标识作为名字给图片命名，使得上传的图片都有唯一的名字对应所属试题。修改后，图片的上传工作正常。2. 学生成绩导出到Excel文件时，导出的Excel文件显示异常，首行从第三行开始。原因：导出的Excel文件均是在系统文件夹下的“学生成绩.xls”文件基础上合并导出。原“学生成绩.xls”文件头两行均有空白内容，致使后导入的内容从第三行开始。解决方案及解决效果：将原“学生成绩.xls”文件头两行空白内容删除，功能实现正常。五、 结论本论文设计并实现的离散数学课程题库系统主要完成了以下功能：1. 教师对学生信息，试题信息，试卷信息，章节信息的管理。2. 教师选择系统自动与手动两种方式进行组卷。3. 学生通过认证进入系统进行自测或者考试。该系统作为一个完整的题库系统，在功能设计等方面具有以下特点：1. 具有专业性，网络化等特点。2. 功能较为完善，功能分布合理。3. 界面设计合理，服务器端包含的合理运用使得界面具有更强的可操作性。4. 系统自动组卷与系统自动判卷的建立，使得系统的适用性更高。5. 试题按章节划分，使得专业性更高。本系统在很多新的发展方向上进行尝试。因此，在功能设计与实现上本系统还具有很多待以改善之处：1. 自动组卷的算法还有待改善。因为自动组卷是本次设计在智能化发展方向上的一个尝试，因此采用了较为简单的随机算法进行组卷。这种算法在实用过程中显然具有一定的弊病。组卷的科学性还有待提高与改善。因此，改进自动组卷的算法在进一步的发展中是十分必要的。2. 学生自测模块的功能有待加强。目前学生自测学习模块仅仅是学生选择已有试卷进行自测并通过查看答案来进行学习。建立更为强大的自测模块，使得学生自我学习的能动性与可选择性更高也是有待发展的。从总体上看，本论文设计开发的离散数学课程题库系统较为完整的完成了一个题库系统所应具有的全部功能。并且该系统综合运用了计算机、网络、数据库、软件工程等各方面的技术与手段，具有较高的复杂度和难度。不同于一般的题库与考试系统的分离方式，考试系统与题库系统有机结合，具有较高的自动化程度和完整性、独立性、通用性。六、 主要参考文献1. 郑人杰. 计算机软件测试技术. 北京: 清华大学出版社, 19922