【毕业学位论文】（Word原稿）基于CS架构的开放式考试系统的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 基于 C/S 架构的开放式考试系统的设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系：软件学院 职业类型：工程硕士 专业领域：软件工程 指导教师： 副 指 导教师： 二 一三年三月 A in 2010 2013 of 、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内 容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者 签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 随着计算机技术的迅猛发展和网络技术的不断提高， 教育现代化和教育信息化 成为 教育发展的一个重要方向。 传统的考试方式已经不太适合现在化教学的要求， 无纸化考试正在走入到现代化教学中。 特别是对于计算机基础教育和计算机专业教育来说，无纸化考试模式更是势在必行。 本论文 使用 具 开发了一 套 集命题 、 测试和评价于一体 的 C/S 架构的考试系统，特别针对程序设计类考试进行了设计和研究 。 论文 介绍了考试系统的 需求分析 、工作流程和网络架构 ， 详细介绍了考试系统中命题系统、监控系统、测评系统和评价系统四大系统模块的层次结构及 设计流程 。 在系统总体设计 中 还 介绍了系统的通信规范 和 考试 信息 接口文件规范 。 在数据库设计中介绍了基于考试 系统的数据库概念设计、逻辑设计和 物理设计的实现。 论文 重点介绍系统 相关主要模块的 实现 ，包括：题目编辑、考生信息导入、考生登录、考场监控、考生交卷及结果评价等模块 。最后 对论文进行了总结， 提出系 统展望 和发展 。 在系统设计和实现过程中，始终围绕着开放性 进行 研究 ， 提出了命题开放性和评价开放性的特点 。 同时 ， 提出了 全题型自动阅卷的设计方案和实现途径，解决以往程序设计类考试人工阅卷的 众 多缺陷， 有效加强试卷的保密 性，增大了学生考查的知识面， 教学评价更加科学， 很大程度上提高了教学效率和教学质量，减轻了教师的负担， 较好地解决了目前计算机程序设计课程教学中的弊端，为计算机程序设计语言课程教学提供了良好的教学平台 。 关键词： 开放性 ， 考试系统 ， 程序设计 ， 阅卷 评价I of an of of of to is a is .0 to a of , s s of in in on s In to of of of of of to a to on a to of a 同济大学 硕士学位论文 目录 录 摘要 . I . 1 章 概述 . 1 题研究背景 . 1 内外发展现状及分析 . 2 题 的研究目的和意义 . 4 文主要研究内容 . 5 文结构 . 6 第 2 章 相关技术介绍 . 7 (. 10 输层端口 . 11 绍 . 13 议介绍 . 14 . 15 绍 . 15 第 3 章 系统需求分析 .统功能需求及业务流程 . 17 统非功能需求 . 18 例分析 . 18 第 4 章 系统总体设计 .统网络拓扑结构 . 20 统接口规范设计 . 20 息传输通信接口规范 . 20 文件传输规范 . 23 试信息接口文件规范 . 24 统总体功能设计 . 25 题系统模块设计 . 26 控系统模块设计 . 26 评系统模块设计 . 29 价系统模块设计 . 36 据库设计 . 37 同济大学 硕士学位论文 目录 数据库概念结构设计 . 37 据库逻辑结构设计 . 39 据库物理结构设计 . 40 统可靠性和安全性设计 . 44 第 5 章 系统主要功能的设计与实现 .目编辑模块的实现 . 46 生信息导入模块的实现 . 48 生登录模块的实现 . 49 场监控模块的实现 . 52 件传输的设计和实现 . 54 序填空类题型评价的实现 . 57 序设计题评价的实现 . 61 信原理与实现 . 61 试用例法在程序设计题评价中的实现 . 65 第 6 章 总结与展望 .论文的研究重点 . 69 统展望和发展 . 70 参 考 文 献 . 谢 . 1 章 概述 1 第 1章 概述 在教学活动中，教学评价是一项重要的组成部分，考试更是进行教学评价的重要手段，也是检验学生学习情况和进行后期教学的重要途径。学生通过考试能了解到自己不足，及时查漏补缺；教师能通过学生考试了解学生的知识掌握情况，及时修改和调整教学计划。在现阶段充分强调素质教育的今天，考试仍然起着举足轻重的作用。 组织一次传统的笔试，总要经历教师出卷、试卷印刷、考试安排、学生考试、人工阅卷、试卷分析等一系列纷繁复杂的工作。教师教学时，常会出现“自教自考”的现象，在 期末时也会有意无意的向学生透露考试重点。在试卷印刷和运输过程中，试卷也将接触到许多工作人员，难免中途会出现各种泄题事故，无论是高考还是大学英语等级考试等，总是平凡出现泄题事故。为了组织一次考试，更要组织众多工作人员参加监考工作。在阅卷阶段，教师总会或多或少的出现评分差错，并且有时也会给人情分。整个过程工作量大、效率低，并且需要花费大量的人力、物力和财力。可以说传统的考试方式已经不太适合现在化教学的要求1。 随着计算 机技术的迅猛发展和网络技术的不断提高，无纸化考试正在走入到现代化教学中。与传统的考试相比，无纸化考试摆脱了传统试卷的束缚，从出卷到最后的成绩评定，甚至包括试卷分析，整个过程全部由计算机完成。教师无需给出具体的试卷，只需给出相应的考试题库，并保存在计算机中，避免笔试所必不可少的印卷、运输、分发、保管以及安排大量考场和考务人员等工作，使考试工作从手工劳动中解放出来。无纸化考试以计算机技术为基础，大量的题库依托，可以按指定的规则，在开始考试时随机组合试卷，增加了考试的客观性和公平性，在一定程度上也减少了学生作弊的 可能性。试卷阅卷更可以由计算机的阅卷程序来执行，直接给出学生成绩。无论从时间上还是从效率上，都远远高于传统的考试模式。因此，利用计算机及网络平台，将无纸化考试运用到现代教学中用于学生考核，在教学中有着重要的价值 2。 题研究背景 计算机和网络的发展，使得社会信息化程序不断的提高，社会对于大学生计算机应用能力的要求也越来越高。在社会不断进步的今天，传统的笔试考试已经逐渐趋于劣势，无纸化考试正在高校中悄然兴起。特别是对 于计算机基础教育和第 1 章 概述 2 计算机专业教育来说，无纸化考试模式更是势在必行。高分低能的学生已经不再受到社会的欢迎。如何真正提高学生的综合素质，如何更好的检验学生的能力成为当前教育学界共同关心的问题 345。 对于计算机专业的学生来说，编程能力 是衡量计算机专业水平高低的重要标准。 在运用计算机解决实际问题时，程序设计往往成为解决问题的关键，编程能力是计算机系学生的看家本领，学生也将通过编程能力体现出其所具有的应用能力。因此，具有较强的编程能力对于提高计算机系学生的应用能力无疑是具有关键的意义 6。 C、 C+和 些程序设计课程是计算机系重要的专业基础课。针对这些专业课的最终考查，很多学校还是停留在传统笔试的基础之上。这在很大程度上，使学生只能停留在书面 上，而忽略了对自己综合编程能力的提高。 目前的 程序设计教学多以 讲授 语法为主，没有引导学生如何合理优美地使用语言 ，停留在应试教学的阴影中。学生 只知道一些语法，只会写应付书本习题的代码 ，忽略了编程训练的重要性，造成了学生毕业后多数不会编程 。 程序设计课程是实践性很强的课程， 从某种意义上讲，和体育课、美术课是一样的，只有理论没有实践是不行的 。 如果一味的通过笔试来检查学生的学习情况，无疑有失偏颇78910。 基于以上的认识，本论文开发了一套 集命题 、 测试和评价于一体 的 C/S 架构的考试系统，特别针对 C、 C+和 程序设计考试进行了设计和研究， 较好地解决了目前计算机程序设 计课程教学中的弊端，为计算机程序设计语言课程教学提供了良好的教学 平台。 内外发展现状及分析 现阶段，大部分学校仍然延用传统的考试模式。但是传统考试模式在现代化教育中已经逐渐显示出它的弊端，并且已经不太适合现代教育的需要。在全国教育考试科研工作“十五”规划中，明确要求教育考试的科研工作要在教育评价体系中发挥重要的作用，在考试研究领域创造出与我国教育事业蓬勃发展相适应的成果，以全面提高教育考试质量，推进考试事业的发展，为改革和完善教育考试制度工作服务 11。 在国际上，有许多考试都 实现了无纸化考试模式，如 软认证专家）考试、 列考试都是通过著名的 际考试中心和 拟大学）实现机考。著名的考试机构美国思而文学习系统有限公司（ ，是一家从事教育和计算机化考试服务的专业公司，它在世界的 6 大洲 140 多个国家和地区有 2200 多个考试中心，可第 1 章 概述 3 用 25 种语言提供近百个不同类型，提供一千多种考试。每年全球参加计算机化考试的人数约 400 万 12。 我国自上世纪 90 年代起就着手进行了无纸化考试软件的研制和开发。浙江省教委于 1993 年开始了非计算机专业的计算机等级考试，早在 1994 年就委托杭州电子工业学院（现杭州电子科技大学）开发计算机上机自动测试系统。杭州电子工业学院于 1995 年 4 月开发出第一版的计算机上机自动测试系统，并于当年在全省推广使用 11。如今，浙江省高中会考、人事部门计算机能力考试、会 计从业资格考试、驾驶证理论考试等都通过无纸化考试实现。上海交通大学、复旦大学等名牌院校已经开设了相关的网络教育考试，中央广播电视大学也已建立了一定规模的远程考试网站。经过不断的开发和研究，无纸化考试系统取得了重大了突破，如北京无忧电脑技术开发有限责任公司的无纸化考试系统产品已经进入了产品化阶段。 2009 年开始，大学英语等级考试也逐步在全国推广计算机考试。可以预测，无纸化考试将在今后的教育领域面临更广的应用前景。 我国无纸化考试从软件方面来看，主要分为三种： (1) 单机考试系统：单机考试模式运用计算机技术，在每台电 脑上事先安装考试系统软件，整个考试过程，每台电脑都是相互独立的个体，不依赖于网络。一般使用软盘来存储试题和答案信息。这种考试模式工作量大，与现有网络相脱节，软盘在操作种也容易造成损坏，给考务工作和教师阅卷工作带来了很大的不便。 (2) C/C/服务器 (架模式。在客户端预装考试系统软件，在考试过程中，学生通过网络在服务器端获取试题信息，最终将学生的答案再通过网络保存在服务器中。目前计算机等级考试均采用该考试模式。 (3) B/S 架构考试模式： B/S 架构模 式也就是浏览器 (服务器(构模式。在客户机上无需预先安装考试系统软件，直接通过浏览器获取考试信息，通过服务器访问试题库，并形成相应的试卷显示在浏览器中，学生在完成答题后将自己的答案提交给服务器，保存在数据库中 14。 目前流行的无纸化考试系统很多，每个系统都有各自的特点，没有实现统一的标准，在题型、组卷、考试和阅卷方面还存在一些问题，主要问题有： (1) 题型相对单一：题型和题库是考试系统的核 心。题目的类型和题库数量决定了试卷的类型、题目数量和知识点分布情况。很多考试系统只有单项选择题、判断题和答案相对单一的填空题，缺乏简答题、论述题、相对复杂的程序设计类题型等。 第 1 章 概述 4 (2) 组卷智能化程度不高：试卷题目的好坏，直接影响试卷的质量和学生成绩，也影响考试部门对于试卷的客观评价。很多考试系统没有实现随机组卷，或者组卷形式单一，只是一味的按照套数抽取试题。有些考试系统虽实现了随机组卷，但容易出现重复考题等错误。这样，不但考试知识面和难易程度无法控制，而且学生之间题目重复率将大大增加。 (3) 对考试期间的异常处理不到位： 在考试过程中，难免会遇到诸如电脑死机、断电、考试系统出错等不可预料因素。有些考试系统由于没有考虑应急措施，一旦出现异常情况，除非重新考试，否则将无法继续。有些考试系统在交卷时出现错误后，无法正常交卷。在考试时间到后，无法立即停止答题。时间控制仍然停留在人工控制的层面上。无论何种情况，都将会带来不必要的麻烦 16。 (4) 阅卷评价系统功能单一：无纸化考试系统中，阅卷评价系统是考试系统中的关键所在。然而，许多考试系统阅卷系统的 功能相对单一，只能针对选择题、判断题和简单的填空题进行自动评阅，有些甚至根本没有提供阅卷功能，所有的阅卷工作还是由人工完成。针对诸如程序设计类题型，考试系统只给出学生答题情况，判分完全由教师决定，系统无法完成。 (5) 现行无纸化考试系统存在一定的封闭性：现行无纸化考试系统封闭性包括题库封闭性和阅卷封闭性。题库封闭性是指考试系统的试题相对固定，教师无法根据教学情况和学生自身的特点自主命题，调整试卷的难易程度。阅卷封闭性是指阅卷程序只能针对固定试题进行阅卷，无法做到阅卷程序的通用性，并且只能获取阅卷结果，无法获取具体 的得分点和错误信息，使得学生评价后无法得到正确的反馈。 题的研究目的和意义 开放式考试系统能将教师从传统考试的 繁琐工作中解放出来。大量的手工操作，难免会出现一定的错误和其他人为方面的原因，给考试的公正性和公平性带来一定的影响。开放式考试系统使考试显得更加的公平、公正、客观、高效，使得教学资源能得到共享，更好的评价教学效果，及时反应教学成果，提高教学的准确性。开放式考试给我们带来了以下一些好处： (1) 有效加强试卷的保密性：开放式考试使得考试脱离了传统的纸质试卷，从出卷到考试，整个过程全部由计算机来完成，减少了人 为接触试卷的机会，使得试题泄漏的可能性大大降低。 第 1 章 概述 5 (2) 教师题库的开放性：开放式考试系统采用多功能命题系统，教师根据自身的教学情况和学生特点修改或自主命题，真正做到题库的开放性，解决了以往无纸化考试系统题库封闭性的问题 15。 (3) 增大了学生考查的知识面：开放式考试在考试时根据一定的出题规则自动形成不同的试卷。学生在考试时从试题库中随机抽取一定量的试题组合试卷。学生必须全面掌握所学知识，才能在考试中取得高分。这从一定程序上化解 了传统考试中，任课教师自主命题的弊端，也在一定程序上降低了学生作弊的风险。 (4) 教学评价更加科学：运用智能评价系统，能快速获得学生的成绩以及教学评价结果。避免了传统考试中所谓的主观给分的弊端。使得评分更加的科学，并且避免了人为给分的松严标准不一，以及人为原因造成的错误，很大程度上降低了教师的工作量。 (5) 阅卷评价系统开放性：开放式考试系统使用通用性阅卷评价模式，并且针对程序设计类考试进行分析和优化，实现全题型的自动阅卷和评价。在评价时不但给出最终得分，还能给出学生的具体错误信息和详细得分信息，为教师进行教学提供良好 的参考依据，使学生能及时查漏补缺。 开放式考试系统 由命题、 监控、测评和评价四大系统模块组成。 系统 主要包含 单项选择题、概念填空题、判断题、程序改错题、程序填空题以及程序设计题等多种题型，其中前 5 种题型几乎适用于所有程序设计语言的练习和评价，程序设计题可以适用于 C、 C+、 型程序（不含图形用户界面）的练习和评价。 教师利用“命题系统”，结合实际教学需要， 按照套数添加相应题型的题目和答案， 生成试题库。完成的试题库为“测试系统”提供题目，为“评价系统”提供评测依据。 文主要研究内容 本论 文分析现有无纸化考试系统的发展趋势、国内外现有状况，并提出了现今考试系统的不足点。针对现今存在的不足，提出了考试系统开 放性的解决方案，从多个角度解决了现有考试系统存在的问题。本论文 主要研究 工作可概括如下 ： (1) 通过对无纸化考试流程全面和透彻地分析，构建开放式考试平台的核心业务实体模型，使其可以作为通用的模型来解决考试平台的业务需求。 (2) 采用适合发展需要的工作平台、工作模式、开发工具和开发技术，开发出具有良好先进性、适应性、安全可靠性、易重用性、可移植性好的软第 1 章 概述 6 件系统。 (3) 根据考试科目相关信息的数据特点，设计出能够处理 多种题型的具有良好并发性、高性能的命题系统。 (4) 设计出布局合理、易操作、响 应速度快、有良好错误提示功能 、 良好交互功能的考试监控系统。 (5) 设计具有响应及时，良好容错处理能力的考题评价系统。 (6) 构建交互性良好，美观大方的学生测试系统。 文结构 本论文共分为 5 章 。 第一章为概述：主要介绍无纸化考试系统的发展现状和存在的问题；课题的研究背景和意义，以及本论文主要的 研究内容 。 第二章为 相关技术介绍 ： 主要介绍系统用到的关键技术。 第三章为系统需求分析，主要介绍系统功能需求和非功能需求，通过用例分析系统具备的功能，并描述系统 的业务流程。 第四章为系统总体设计， 介绍系统的设计目标、系统网络架构、组织结构及设计流程。 详细 描述 了 功能模块的 设计 流程及数据库设计。 第五章为系统主要功能的设计与实现，包括界面设计和核心代码。 第六章为总结与展望。 第 2 章 相关技术介绍 7 第 2章 相关技术介绍 ，用户通过浏览器发出 求到 务器验证用户信息后，将用户请求形成相关的页面，重新传回到服务器中。 B/S 架构示意图如 图 示 17。 工 作 站运 行 B r o w s e / 服 务 器W e b s e r v e 器图 B/S 架构 示意图 C/S 架构是由客户机和服务器组成，服务器执行后台服务，如程序监控、数据共享等操作；客户机安装客户端后，配合服务器端程序，负责执行前台功能，并且不必借助服务器，能独立实现复杂事务流处理。由于 C/S 架构没有中间环节，因此相应速度较 B/S 架构快，并且 C/S 架构的系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程，与用户之间有较强的交互性，并具有安全的存取模式。C/S 架构示意图如 图 示 17。 图 C/S 架构示意图 B/S 架构与 C/S 架构相比 1819，如 表 示。 用 户 客 户 应 用客 户 机服 务 器应 用 数 据 库处 理服 务 器请 求响 应第 2 章 相关技术介绍 8 表 B/S 架构和 C/S 架构比较 比较项 B/S 架构 C/S 架构 层次结构 三层结构：客户机、 务器和数据库服务器 二层结构：客户机 和服务器 系统性能 B/S 模式异地浏览和信息采集灵活，但 能完成浏览、查询等简单功能，无法实现特殊要求。所有功能全部由 成，服务器压力重。 C/S 模式具有较强的实务处理能力，能实现复杂的业务流程， 同时处理事务，减轻了服务器压力。 响应速度 发布的系统以 面为主，页面动态刷新响应速度慢。 接连接，无中间环节，响应速度较快。 C/，对于相同任务，C/S 执行速度总比 B/S 快，便于处理大 量的数据。 系统开发 系统开发简单，开发功能有限，多数复杂实务无法实现。 程序开发成本高，对开发人员专业水平要求高，但 C/S 发展历史悠久，技术比较成熟可靠。 系统安全 采取一对多或多对多的开放式通信模式，安全性只能靠服务器用户验证来保证，网络安全尚不成熟。 采取点对点通信模式，基于安全性较高的网络协议上，能对用户权限进行多层次验证，信息安全控制能力强。 系统维护、升级 系统简化了客户端，开发和维护都集中在服务器完成。 系统维护、移植性较 B/S 复杂，系统升级后需要重新安装客户端软件。 虽然 B/S 架构在 一定程度上简化了客户端以及系统开发和维护的时间，但是作为一款功能相对复杂和全面的考试系统来说， B/S 架构在某些方面略显逊色。由于程序设计类考试要求相对较高，考试初始化过程相对复杂。 同时， 测评系统的自我评价功能实现了全题型开放式自动阅卷功能，这也对客户端程序提出了较高的事务处理要求，并且 C/S 架构能保证系统文件的安全传输以及服务器和客户端的可靠连接，方便监控系统进行统一的管理，大大提高了系统的响应速度，减轻了服务器端的压力。目前几乎所有的大型考试系统均采用 C/S 架构实现。基于以上的考虑，系统决定采用 C/S 架构 作为网络主要架构模式。 第 2 章 相关技术介绍 9 据库 作为一款功能完整的考试系统，涉及到大量数据的存储和读写操作。在考试系统中包括学生信息数据库和试题信息数据库。由于两大数据库需要存储的数据量比较大，数据操作比较频繁，因此，选择使用关系数据库比较适合各类实体信息的管理。关系数据库还提供了丰富的数据定义和数据操作语言，为数据添加、修改、删除、查询、管理和维护提供了极大的方便。 作为基于网络的考试系统，使用大型的数据库系统如 固然有一定的优势，但是考试系统作为一个特殊的平台，题库数据访问往往发生在考试开始那一刻，使用 据库必然会导致服务器在同一时间积聚访问而造成系统不稳定。这将给考试带来不可预料的后果。因此，在数据库选择上，采用了 为系统数据库。在考试开始前，由测评系统将考试题库更新到本地计算机，在开始考试时，将试题数据库的访问和读取交由客户端来完成，这样在一定程序上减轻了服务器的压力。 为了提高 据库的安全性，在数据库设计时为 据库添加了访问权限密码。现今网络中有许多 码破解软件，在一定程度上冲击着 据库的安全。但经过多次 试验，发现众多的密码破解软件对000 以上版本的数据库密码破解比 7 版本的数据库要容易的多。使用 码破解软件破解 7 版本的长密码数据库，在大部分不能获取完整密码。因此，在数据库实现时，系统采用了 7 版本、带长密码的 据库文件作为系统数据库。 为了防止考生在本地打开试题数据库文件，在数据库设计时将数据库后缀名由 改为 缀名是操作系统快捷方式的后缀名。使用该后缀名伪装数据库文件，能使该数据库文件不被学生正常的打开 。同时 为特殊的系统后缀名，即使在操作系统中设置为显示后缀名， 件的后缀名还是会被系统隐藏。在一定程度上对数据库文件起到了保护作用。 扩展标记语言）是 准通用标记语言 879）的一个子集。 一种通过专门格式描述文本信息特征的方法。 以基本实现 基本功能总和，并且比 加灵活，比 低的成本。 一种标记语言，更是一种能用来定义标记的元标记语言。 许用户自己定义需要的任何特殊标记集，因此， 有可扩展性。 必使第 2 章 相关技术介绍 10 用一套固定的元素，只要遵循 法规则的，就可以自由使用适当的标记集。这种方式能够被某一行业使用，成为某一行业的数据交换标准。 一种“智能”数据格式，允许把内容和元数据结合起来，随心所欲的使用自己的元素定义的数据，并且可以使用嵌套元素来描述复杂的数据结构。优点包括： (1) 数据的自我描述性：数据自我描述性是 重要特点之一，也是它在数据处理上优于 关 键所在。因此， 以在任何平台下使用。 (2) 内容与样式分离： 核心是数据。内容与样式分离使数据从样式中独立出来，用户只需设计数据内容，不必关心最终显示结果，提高了 大