基于Qt的跨平臺監考系統的設計和實現

【摘要】通過對當前計算機輔助考試系統現狀的分析和比較，針對高校對跨平臺和穩定高效的計算機輔助考試的需求，設計并實現了基于Qt跨平臺開發框架的計算機輔助英語考試監考系統，為各類學校組織計算機輔助英語考試提供更多樣化的系統選擇和成本節約。

【關鍵詞】 跨平臺；監考；系統；設計

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B【論文編號】1009—8097（2011）03—0117—03

一 引言

計算機輔助考試是以計算機為媒介，以教育測量和心理測量理論為指導，對測量對象施測并且進行評價的測量手段[1]。計算機輔助考試系統就是實現計算機輔助考試的一套軟硬件系統。應用計算機輔助考試和紙筆考試的對等性已被國內外學者充分論證[2][3][4]。監考系統作為直接進行考試的子系統，實際上是計算機輔助考試系統的主干部分，是整個考試過程中耗費人力和時間最多的系統，其重要性不言而喻。

目前雖然已有不少計算機輔助考試系統，但都具有較高的平臺依賴性和模塊耦合性。隨著計算機軟硬件平臺種類的增多，考試系統對跨平臺特性以及由低耦合性帶來的穩定性和高效性的需求變得迫切起來。為此，本文提出一種基于Qt[5]開發框架的跨平臺的計算機輔助英語考試監考系統的設計和實現方案。首先，基于Qt開發框架可以開發出跨平臺的軟件，從而實現監考系統的跨平臺特性；其次，在設計和實現的過程中，注重了降低軟件模塊的耦合性，保證監考系統的高效性和穩定性；最后，本監考系統雖然用于英語考試，但采用了面向對象設計，作答交互模塊將一次考試作為一個對象呈現，使得其他考試也能在本監考系統上順利進行。

二 系統功能和架構

監考系統作為計算機輔助考試系統中的一個子系統，主要負責實施已經策劃好的考試。作為一個系統，從與外部環境交互的角度來看，監考系統框圖由圖1表示。

監考系統在一定意義上是對傳統的現場考試的一種模擬。傳統現場考試中，學生參見考試，而監考老師負責考務。在監考系統中，監考老師仍然負責考務，只不過一部分事情交由計算機軟件系統來協助完成。這些事情涉及布置考場、分發試卷、回答收卷等。而考生則坐在考試機前，從紙筆形式的作答轉變成操作鼠標鍵盤與作答系統進行交互。因此，從功能上來說，計算機輔助監考系統可劃分為三個模塊：

1考場設置：在考試開始前，將考場內作為考試機的計算機加入即將進行的考試中，形成考場布局，并以考場設置文件的形式保留下來，供考試監考模塊使用。考場設置文件可長期使用，除非考場內有計算機變動。

2 考生作答：此模塊的主要目的是向考生提供作答的人機交互界面。另外，由于英語考試擁有錄放音需求，還要提供設備測試的功能。當然，從考試監考模塊接收試卷以及在作答完成后生成和提交答案也屬于此模塊。

3考試監考：此模塊負責考試流程的控制，通過與考生作答模塊進行通信實現分發試卷、回收答卷、考試提醒以及中斷考試等異常情況的功能。此模塊的輸出——整場考試的答案信息，同時也是整個監考系統的輸出。

本文所設計的監考系統采取基于C/S的系統架構。C/S架構是一種典型的軟件系統架構，其全稱是Client/Server，即客戶端服務器端架構，客戶端實現基本的業務邏輯并呈現界面。如果客戶端是瀏覽器的話，這種架構也叫做B/S（Browser/Server，簡稱B/S）架構，這是因為瀏覽器出現較晚，為了區別于傳統的C/S架構。B/S架構需要高性能的網絡服務器，并且由于其網絡服務器的被動性而難以實現考試流程的完美控制。基于C/S架構，本文所述監考系統包括監考端、考試端以及考前的考場設置工具（圖2）。將考場設置獨立出來，一方面是考試流程的需要，確保了參與考試的計算機屬于本場考試并且基本可用；另一方面降低了系統各模塊之間的耦合性，既利于監考人員將注意力集中到監考過程，又使得系統實現起來容易不少。

三 系統設計和實現

如上所述，為了構造出一個完整的監考系統，需要設計和實現考場設置、監考端和考試端。在實現方面，本文采用了跨平臺開發框架Qt和C++編成語言，從而保證了系統具有跨平臺特性和高效率特征。其中，跨平臺特性實現的關鍵在于基于Qt可以完美解決考試作答和網絡通信兩大平臺依賴性比較強的問題。當然，在這兩個關鍵部分的設計方面，本文采取簡單、穩定的原則，降低實現難度。

1 考場設置

考場設置的主要目的是設置考場所在教室的座位排列方式，此排列方式將在考試監考時顯示，便于查找、監控考生考試。其工作流程如圖3所示。通過考場設置工具，考務人員可以排列座位，測試機器，移除不需要參加考試的座位以及更改座位名稱便于顯示。考場設置的輸出是座位配置文件，也就是考場信息。此配置文件在考試監考時被監考端讀取，并直接利用。

2 監考端

監考端的主要功能包括驗證考生登錄、分發考卷、回收答卷以及對考試端進行一定必要的控制如中止操作和發送消息。監考端的工作流程圖如圖4所示。

從監考員的角度來看，監考端依次經過考卷選擇、考試開始、答卷回收和考試結束四個主要階段。在考試進行的過程中，考生登錄并作答，而監考員可以發送消息給考試端或者中止考試。監考端實時顯示著考生機器狀態，如果發現某個考生端異常，可以中止該考生考試，起到監考的作用。

考卷選擇時，由監考員提供考卷和答卷的存儲位置。考卷是經過一定算法加密的，當解密校驗成功時，可以進行試卷的摘要信息預覽。考卷選擇成功之后會進入監考界面，并等待考生登錄。當考生登錄成功時，監考端會發送一份考卷給考生端。所有考生端都登錄并準備好考試時，監考人員就啟動考試，進入考試過程，并計時。在考生作答的過程中，監考人員可以發送消息給考試端，如提示考試時間。當時間快到考試結束時，監考人員一般會提示考生準備交卷，接下來進行答卷回收。考生坐在座位上等待答卷回收，并在回收完成之時得到監考員提示可以離開考場。

監考端主要包含兩部分：通信服務器和監考員可見的控制模塊。控制模塊負責前臺監考員的操作和與后臺通信服務器的數據交互。通信服務器采用多線程方案設計，可支持數百考試端同時考試。每當有考試端請求連接時，監考端的通信服務器就為之建立一個通信線程，在這個線程里接收和發送數據。為了增強軟件的可復用性，通信服務器采用Singleton（單例）模式[6]設計，實現了通信服務器和監考端控制模塊的低耦合性，同時也為軟件的日后維護提供了很大的便利。為了通信的可靠性，網絡通信采用TCP協議，通過繼承Qt框架中的QTcpServer來實現，具有跨平臺特性。監考端的內部工作機制如圖5所示。

3 考試端

考試端的主要功能是為考生提供基于計算機的考試。

考試端的工作流程成線性，其工作流程如圖6所示。當考生進入考場并坐在考試端前面，登陸界面已經呈現在計算機屏幕上，考生輸入自己的考生號和口令進行登錄。隨后考生端后臺接收考卷，而前臺由考生測試設備是否良好。由于是英語考試，所以需要耳機和麥克風。測試設備主要是保證這兩個設備能在考試中正常使用，以不影響考試為準。當設備測試成功并且后臺考卷接收無誤，考試端就進入等待考試開始的階段，這是因為考生登錄和測試設備是異步進行的。考生作答的過程就是與考試界面進行各種交互已完成答題。不同的題型有不同的作答方式，例如選擇題使用單選按鈕而簡答題則使用輸入框。考生的答題情況會實時顯示在考試端的答題卡上，以供考生參考。考試的最后一個階段是提交時答卷并離開。考試端會收到監考端的指令而自我關閉。

考試端實現側重于音視頻功能的跨平臺特性和作答交互。由于Qt開發框架提供了現成的音視頻組件，因此在播放音視頻時采用Qt自身的Phonon組件。但Qt并未提供合適錄音功能，因此本文采用FFmpeg[7]作為錄音的跨平臺解決方案。在考卷與考生交互方面，本設計采用了Qt的Webkit模塊進行開發，同時達到了美觀和效率。Webkit允許加載一段超文本標記語言（Html）片斷，同時更重要的是支持層疊樣式表css。這使得考卷的內容和顯示格式相互分離，并且得到了比較一致的顯示風格。當考生答卷時，系統會隨時記錄考生的作答內容，以防止信息丟失。另外，在本文的考試系統設計中，將考試作為一個獨立的對象，并且在考試端采用統一的Html形式呈現試卷，使得考試內容并不局限于英語考試。

為了防范考試過程中出現的運用網絡或計算機技術作弊的現象，本系統除了將考試端的機器狀態變動及時顯示在監考端之外，還對考試端進行了幾項處理，包括全屏界面顯示、屏蔽鍵盤快捷鍵和其他窗口、限定鼠標的光標活動區域等等。

四 結論

隨著計算機技術的發展，各種計算平臺和操作系統的不斷涌現以及教育技術的不斷進步，人們對計算機輔助考試系統的跨平臺特性的要求越來越突顯出來。本文設計了一種跨平臺的計算機輔助考試監考系統，并使用跨平臺開發框架實現。本系統在校英語考試中得到了應用，可以很流暢地運行在Windows和Linux兩種操作系統之上，并且通過調查發現這兩種平臺的差別對考生來說是透明的。另外，本系統的應用減少了紙張成本和人力成本，取得了滿意效果。針對考試流程中比較耗時的主觀題批閱，國內外已有不少研究。在今后的研究中，將探究在考試系統中增加自動批閱主觀題的功能，利用計算機的優勢進一步減輕教師的負擔。

參考文獻

[1] 李青.聯機考試系統的研究和實現[D].南京:南京師范大學，2002:8-9.

[2] F.Robert Wilson，Kathleen T.Genco，Geoffrey G. Yager. Assessing the equivalence of paper-and-pencil vs. computerized tests: Demonstration of a promising methodology[J].Computers in Human Behavior，1985，1(3-4):265-275.

[3] 李墨.機式考試與紙張考試的對比性研究——測試完型填空和多項選擇兩種題型的閱讀理解[D].鄭州:河南師范大學，2005:15-17.

[4] Yass Alkafaji，Nicholas Schroeder.Manual vs. computerized practice sets: A test for differences[J].Journal of Accounting Education，1986，4(2):19-25.

[5] Nokia.Qt技術參考網站[EB/OL].

[6] Erich Gamma， Richard Helm，Ralph Johnson，John Vlissides.Design Patterns[M].China Machine Press，2000: 84-89.

[7] FFmpeg.跨平臺音視頻錄播轉換解決方案[EB/OL].

Design and Implementation of Inspector System Based on Qt

WANG Hong-minWU MinZHANG Yun-ti

(Center of Modern Educational Technology， University of Science and Technology of China， Hefei， Anhui 230026， China)

Abstract: This paper analyzed the need of a Computer Aided Testing Inspector System and implemented it with Nokia Qt cross-platform develop framework. we also described the data specification of the inspector system.