計算機公共課電子考試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

【摘要】文章介紹計算機公共課電子考試系統(tǒng)的信息建模和功能建模，并且對系統(tǒng)實現(xiàn)進行了詳細討論。通過電子考試系統(tǒng)實現(xiàn)平時作業(yè)的提交、批改，期中和期末考試的組織和安排，以及日常學生和教師的互動，減輕了公共課教師的工作強度，取得了良好的效果。

【關鍵詞】計算機公共課；電子考試系統(tǒng)；Ajax；Browser-Server架構

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097 (2008) 07—0090—03

引言

中國人民大學開設了《計算機基礎》、《Internet應用》、《數(shù)據(jù)庫技術與應用》、《多媒體技術與應用》、《網(wǎng)頁設計》等面向非計算機專業(yè)的全校公共課，這些課程分布在大學一年級和大學二年級開設。作為必修基礎課，每年有將近2500名各個專業(yè)的學生選修了上述課程，每個教學班的規(guī)模在150-200人之間。

對學生的平時作業(yè)進行批改，進行期中和期末考試的安排，對于教師來講，需要極大的勞動強度。為了提高工作效率，公共課教研室決定開發(fā)電子考試系統(tǒng)。通過該平臺實現(xiàn)教師和學生的互動，教師對學生平時作業(yè)的修改，完成期中和期末考試的安排，各項成績自動進行統(tǒng)計匯總，生成學生的總成績，通過系統(tǒng)互連，導入教務處的電子教務系統(tǒng)。該系統(tǒng)減輕了公共課教師的工作強度，提高了工作效率，取得了良好的效益。

一 系統(tǒng)設計

1 信息建模

我們首先進行系統(tǒng)的信息建模，主要的實體包括：教師、學生、課程、教學班、題庫、試卷、考試安排、考試答卷、平時作業(yè)、作業(yè)答卷、教學班成績表等。各個實體及其關系，簡述如下。

① 教師表存儲教師的基本信息，包括姓名、登錄系統(tǒng)的用戶名、密碼，以及教師的聯(lián)系信息，根據(jù)教師的意愿，可以把某些聯(lián)系方式公布給學生，以便學生和教師通過不同渠道進行交流，這些聯(lián)系方式包括辦公室電話、家庭電話、移動電話、電子郵件、及時通訊號碼（QQ、MSN、Yahoo Messenger ID）等。② 學生實體的主要屬性包括學號、姓名、系統(tǒng)用戶名稱和密碼等，學生的其它信息一般不在系統(tǒng)里進行維護。③ 課程表保存課程信息，包括課程的名稱、課程的簡介、課程的教學大綱、以及課程的學分等基本信息。④ 教學班是一個關聯(lián)實體，把教師、課程、和學生聯(lián)系起來，一般持續(xù)一個學期的時間。教學班的屬性包括教學班號，教學班起止時間等。⑤ 題庫按照各門課程來進行組織，題庫里包含各種類型的試題，包括客觀題和主觀題。客觀題的題型主要有填空題、單選題、多選題、對錯題等，主觀題包括簡答題、操作題和綜合題。對每個題目的所屬章節(jié)進行標記，方便進行單元測試。為了在機器自動出題的時候，平衡試卷的難度，每個題目的難度以5分制進行指定，從1分到5分，表示難度加大，5分的題目難度最大。⑥ 試卷是題庫里題目的一個子集，目的是進行期中考試和期末考試，試卷以兩種方式進行生成，分別是機器自動出題和教師人工出題。⑦ 試卷制作完成，還需要進行考試安排，考試安排把考試的時間、考試的試卷、參加考試的教學班確定下來。該教學班的學生在考試期間登錄系統(tǒng)，即可參加考試；每個考試可以只使用一個試卷，或者使用A卷和B卷，座位之間根據(jù)IP地址的特點，由服務器端顯示不同的試卷，以避免相臨座位的學生互相抄襲。⑧ 平時作業(yè)由教師發(fā)布，在某個時間段，開放給某個教學班的學生來進行作答。之所以在平時作業(yè)當中限制開放時間，目的是督促學生盡快完成作業(yè)，而不是臨到學期末才突擊拷貝其他同學作業(yè)提交。⑨ 考試答卷和作業(yè)答卷，則是每個學生的每個考試安排、或每次作業(yè)有一份答卷；教師負責考試答卷的判卷和作業(yè)答卷的批改，并且給出成績。⑩每個教學班的平時作業(yè)、期中考試、期末考試成績，按照事先設定的比例關系（比如平時20%，期中30%，期末50%），在學期末匯總到教學班成績表，以Excel文件格式進行導出，以文件方式導入教務處的電子教務系統(tǒng)，完成和學生學籍管理的集成。把成績導入到電子教務系統(tǒng)，可以通過系統(tǒng)接口，直接進行導入，目前我們正在對系統(tǒng)進行后續(xù)開發(fā)，增加包括該功能在內的增強功能。各個實體及其關系如圖2所示，1：*表示一對多的關系。

2 功能建模

為了對系統(tǒng)的功能進行建模，我們從使用系統(tǒng)的用戶角色入手進行分析。系統(tǒng)的主要角色包括管理員、教師、以及學生。

管理員角色：管理員主要負責系統(tǒng)的初始設置、數(shù)據(jù)的導入、數(shù)據(jù)的備份等系統(tǒng)的日常維護工作。除了這些功能，所有的其它功能對管理員開放，以便在學生和教師遇到系統(tǒng)或者授權問題不能解決的時候，可以求助于管理員。

教師角色：教師角色是系統(tǒng)的關鍵角色，整個系統(tǒng)是由教師進行驅動的。教師角色的功能包括：題庫維護，出試卷，發(fā)布平時作業(yè)，試卷判分，平時作業(yè)批改，回答學生提出的問題，發(fā)布公告等。

系統(tǒng)在使用的過程中，如果題庫的題目有歧義，教師可以進行修改，并且可以通過設計新的題目豐富題庫，以增加考核覆蓋的廣度。

與課程教授同步，教師可以發(fā)布平時作業(yè)，并且在課堂上告訴學生，在某個時間段里面下載題干，完成作業(yè)要求，把文件上傳。

電子考試系統(tǒng)的核心功能，是考試的組織和安排。作為教師角色，負責出試卷的工作，試卷以兩種方式進行生成，分別是計算機自動出題和人工出題。自動出題的實現(xiàn)策略是，由教師指定少量參數(shù)，比如考試覆蓋的章節(jié)范圍，各種題型的數(shù)量，考試的難度系數(shù)等，系統(tǒng)根據(jù)這些參數(shù)，從題庫中以隨機方式選擇題目組織成試卷。人工出卷子，則完全通過手工的方式，從題庫往試卷里增加題目。自動出題可以減少出題時間，而人工出題，則在試卷的質量上更勝一籌。我們建議，首先采用自動出題方式生成試卷草稿，然后通過人工增刪的方式進行細微調整。

學生角色：對應教師的作業(yè)發(fā)布和考試安排，學生角色的主要功能是完成作業(yè)和參加考試。

當學生完成作業(yè)和考試以后，教師必須進行判分。對于客觀題來講，可以由系統(tǒng)進行自動判分，包括選擇題和對錯題，在答對和答錯上是沒有歧義的，但是填空題往往存在不能完全自動判分的狀況，比如學生把答案“MPEG”寫成“Mpeg”，系統(tǒng)往往判斷不出來，對于不能進行自動判分的客觀題，系統(tǒng)一般不能武斷地給0分，而是改為人工判分。對于主觀題，則只能進行人工判分，一般采用某個題目批量判分的方式，而不是判完一個學生的卷子，然后再判另外一個學生的卷子。

其它功能：為了增加師生的互動，系統(tǒng)提供答疑解惑功能，學生可以把問題提交給老師，老師登錄系統(tǒng)看到該問題可以作答；如果某些問題問的比較多，則老師方可以制作成“常見問題解答”，公告給全體學生看到。系統(tǒng)的其它功能包括教案查詢與下載、網(wǎng)絡文件管理等。

二 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)以Browser-Server的方式進行實現(xiàn)，整個系統(tǒng)是一個三層結構，如圖4所示。

教師和學生通過瀏覽器操作電子考試系統(tǒng)，中間層是應用服務器，后臺由數(shù)據(jù)庫服務器和FTP服務器組成，分別負責存儲系統(tǒng)基本信息，以及管理上傳文件。

為了支持大量用戶并發(fā)訪問系統(tǒng)，保持系統(tǒng)良好的性能表現(xiàn)，我們采用如圖5所示的應用系統(tǒng)設計方案，使用了MVC，F(xiàn)accedil;ade等不同的設計模式[1]。

1 客戶端實現(xiàn)

Web頁面扮演客戶端的功能。客戶端的開發(fā)工作包括：① 設計頁面布局（Layout），利用控件，創(chuàng)建頁面；② 建立頁面元素（包括控件）所需要的樣式（Cascading Style Sheet）。通過對樣式單獨進行定義，可以很方便地改變界面的風格；③ 建立客戶端請求處理函數(shù)、以及服務器應答的回調函數(shù)。客戶端的請求函數(shù)，一般通過提交按鈕來進行觸發(fā)；而回調函數(shù)則負責處理服務器端的應答信息，把結果展示出來。為了對結果進行展示，可以把渲染工作交給一個渲染函數(shù)（Render Function）來進行實現(xiàn)；④ 實現(xiàn)渲染函數(shù)。服務器的應答數(shù)據(jù)，可以通過不同的方式顯示給用戶。渲染函數(shù)的功能是，解析服務器的應答信息，把結果組裝成一定的格式，在客戶端頁面的結果顯示區(qū)域（Result Area）顯示出來。

2 數(shù)據(jù)交換

我們使用AJAX技術實現(xiàn)客戶端和服務器端的數(shù)據(jù)交換[2]。傳統(tǒng)的Web頁面交互方式，有兩個缺點：①交互只有同步一種模式，必須等到服務器端完成信息提取，并且返回頁面以后，用戶才能觀察到結果，開始新的交互。②頁面整體更新的模式，導致網(wǎng)絡帶寬的浪費，因為即使提交頁面和響應頁面有很大的部分是相同的，響應頁面也必須把相同部分重新進行發(fā)送。AJAX技術通過異步方式實現(xiàn)與服務器的數(shù)據(jù)交換，避免了上述的問題。

我們采用開源AJAX開發(fā)工具包Dojo實現(xiàn)客戶端的功能，數(shù)據(jù)以JSON格式進行編碼，減少不必要的網(wǎng)絡帶寬開銷[3] [4]。JSON（Java Script Object Notation）是Java Script語言里對對象進行表示的一種方法。JSON對象表示法，完全用文本實現(xiàn)，可以用不同的語言生成和解析對象，包括C、C++、C#、Java、JavaScript、Perl、Python等語言。JSON的語言無關性，使其非常適用于AJAX客戶端和服務器的數(shù)據(jù)交換。JSON對象的一個實例是，var myJSONObject = {\"id\": 3， \"name\": \"覃雄派\"， \"研究方向\": [\"Web\"，\"并行數(shù)據(jù)庫\"，\"內存數(shù)據(jù)庫\"]}。可以看出，JSON表示方法很簡潔，沒有XML表示法的大量冗余。JSON表示法還具有如下的優(yōu)點：①瀏覽器解析JSON的速度比解析XML快的多，于是用戶的響應加快了；②因為JSON的語言無關性，可以用不同的后臺編程語言（比如Java）操作JSON對象，保證AJAX Web應用和服務器端的平滑連接；③JSON不僅執(zhí)行性能高，而且運行穩(wěn)定。

3 服務器端實現(xiàn)

服務器端架構：服務器端采用EJB3.0技術來實現(xiàn)[5]。客戶端的請求通過服務器端的Faccedil;ade部件進行接收，調用后臺的業(yè)務應用，利用持久層的服務進行數(shù)據(jù)的存取，完成用戶請求的功能，并且把應答數(shù)據(jù)以JSON的格式，返回給客戶端。這種Faccedil;ade - Business Logic模式，優(yōu)化了服務器端的架構，提供系統(tǒng)擴展和演化的靈活性。EJB是一個重量級技術，對于某些功能，我們使用Spring框架軟件實現(xiàn)服務器端的服務集成[6]。服務器端的數(shù)據(jù)存取，使用Hibernate來進行操作[7]。

JSON-RPC Java ORB for Server：JSON-RPC Java Orb提供了把Java 對象以JSON-RPC服務暴露出來的機制，使之能夠處理JSON-RPC請求，并且以JSON格式進行結果編碼，返回客戶端[8]。SON-RPC Java Orb提供一個客戶端的API，以便對服務器端服務進行訪問。

三 總結

電子考試系統(tǒng)的實現(xiàn)降低了考試組織工作的強度，提高了公共課考試的工作效率。系統(tǒng)采用AJAX技術實現(xiàn)，客戶端與服務器端的數(shù)據(jù)交換效率大大提高，用戶的響應速度加快；服務器端具有良好的擴展性，支持大量用戶的并發(fā)訪問。經過一段時間的運行，系統(tǒng)完全滿足設計目標，實現(xiàn)了高效率的電子化考試管理。

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參考文獻

[1] 馬林納斯卡(美國)著，饒若南等譯. EJB設計模式[M]. 北京:機械工業(yè)出版社， ISBN: 7111130324， 2006:15-45.

[2] 曹衍龍，葉達峰.AJAX編程技術與實例[M]. 北京:人民郵電出版社， 2007:5-15.

[3] Dojo Team. Dojo Toolkit Documentation [EB/OL].

[4] JSON Org. JSON Specification [EB/OL].

[5] Sun Corporation. EJB 3.0 Specification[EB/OL].

[6] Spring Team. Spring Framework [EB/OL].

[7] Hibernate Team. Hibernate Framework [EB/OL].

[8] Meta Paradigm. JSON-RPC-Java[CP/OL].

Design and Implementation of E-Exam System for Computer Science Common Course

TAN Xiong-pai

(School of Information Renmin University of China， Beijing， 100872， China)

Abstract: Information modeling and functionality analysis for computer science common course E-Exam system is introduced in detail as well as system implementation. With the help of E-Exam system， home working and examination is organized with less effort， the system also promote interactions between students and lecturers.

Keywords: Computer Science Common Course; E-Exam System; AJAX; Browser-Server Architecture