基于Web的計算機辦公軟件高級應用判題系統

摘 要： 針對高校普遍使用的BB平臺現有的在線測試節點只有選擇、判斷題型的試題的情況，結合信息化辦公高級應用技術課程的教學實際，分析學生的實際需求和現有BB平臺的節點添加方式，闡述了基于Web多線程同步的辦公軟件高級應用判題系統的開發過程及所使用的關鍵技術。

關鍵詞： 判題系統； MVC； BB應用； 多線程同步； 辦公軟件高級應用

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）04-66-03

Judge system for office software application based on Web

Wen Shengzhang， Lei Ling， Chen Qianqian

（China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018， China）

Abstract： The widely used BB platform has the disadvantage that available online test nodes can only provide with questions of multiple-choice and judgment for an examination. According to the teaching requirement of the office advanced application， after analyzing the actual needs of students and the node adding method of the existing BB platform， the development process of the multi-thread synchronization online judge system for office software application and its key technology based on Web are presented in this paper.

Key words： judge system； MVC； BB application； multi-thread synchronization； office software application

0 引言

目前，美國微軟公司（Microsoft Inc.）開發的Office系列辦公軟件在社會各大、中、小型企業和各類學校，以及社會組織中得到了廣泛的應用。隨著計算機的普及，辦公軟件的應用帶來的不只是時間的節省，還可以協助人們制作出一系列令人耳目一新的文檔、圖表、幻燈片。根據教育適應社會需求的初衷，教育廳對培養在校大學生辦公軟件高級應用能力進行了大幅度的改革，將其納入計算機等級考試，定位于二級，促使學校等教育機構將眼光放到Office辦公軟件的實際應用能力的訓練上來。這就產生了對于Office應用操作在線考試系統的需求。現有的在線考試系統雖然替代了人工判題，避免了大量的人力、物力的投入和學生練習不方便、教師改題不方便等情況的發生，但是仍然存在例如智能抽題、自動化閱卷效率、評分時的定位和處理多線程判題等諸多問題。本文介紹了一個由教師參與維護，由機器自動抽題組卷并閱卷，連接現有BB教學平臺的學生辦公軟件應用練習考試系統。

可將Office操作題自動閱卷技術劃分為四種：轉換為Rtf文檔、使用Xml評分特征文件的屬性探測法[1]、OLE自動化應用程序和使用VBA技術。其中VBA技術是目前較流行的方法[2]。

朱明巧[3]闡述的自動閱卷系統采用將Word生成的Doc格式文檔轉換為Rtf格式文檔，該方法現在來看已經過時了。張量[4]等設計了對象類別、對象屬性和對象屬性值“三級”細則，在自動閱卷時利用標準答案的字符串與考生試卷的文檔屬性值做比較。薛萬奉等[5]主要提出利用Office組件對象模型機制的調用，該理論能初步實現部分操作題的自動閱卷，但是通用性沒有提及。

目前高校教學的需求是：辦公軟件高級應用課程的實際操作訓練急需一個適用的考試系統，而現有的一些系統存在著諸多不盡如人意之處，例如：①題目模式固化，一套軟件中固化所有的題目，使得題目無法修改，無法增加，無法刪除，總之題庫無法由使用者自主進行更新，沒有可持續發展的價值；②使用客戶端判題模式，從而容易造成答案泄露，而且一旦客戶端出現問題，會導致學生成績歸零，服務器不方便單一獲取客戶端的數據以及判斷客戶端上是否存在作弊行為；③在智能抽題時對于一些組卷細節固定得過于死板，沒有靈活的人工干預界面；④對于多線程并發處理不十分合理；⑤當學生答題部分正確時，判分邏輯不夠合理明確。

針對這些需求，本文介紹了一個在線的Office高級應用判題系統，該系統包括了Word、PPT、Excel三種軟件操作題型機器的隨機出題功能和在線判題等功能的應用平臺，能讓學生平時練習或為參加省二級辦公軟件高級應用考試備考時通過互聯網，不局限于客戶端，完成辦公軟件的練習。給學生提供方便的學習環境，給教師提供一個完整的輔助教學平臺。

1 系統結構

基于BB課程平臺的應用需求和學生課下練習的實際需求，本系統考慮采用C/S模式；同時考慮今后操作系統的更新換代和Office軟件的更迭速度，服務器采用Win7，安裝ISS6以上版本，Office可用版本2007（可兼容版本2003），數據庫采用sqlserver2005。

該系統將使用在線判題，將用戶分為教師和學生兩類，如圖1所示，其中教師的權限相當于管理員，可以修改添加題庫內容、添加學生用戶并設置考試密碼；學生使用自己的電腦訪問服務器，輸入自己的用戶名、密碼登錄系統，可選擇做練習或模擬考試。

系統根據學生的選擇進入考試模式或普通練習模式，這兩個模塊的功能不亞于普通的客戶端判題系統。考試模式使用隨機抽題和計時功能，讓學生在規定的時間內做完相應的題目。試卷的擴展性和可伸縮性非常強，每道題都可以由教師自定義題目類型、題目分數、題目范圍。進行考試的時候還能自定義考試時間。學生提交的試卷在數秒的判題之后，能直接看到分數，點擊分數還能查看錯誤題目的細節。

2 系統實現

考慮到軟件的實用性及其可擴展性，本系統的設計架構使用基于MVC設計理念的三層架構，將用戶交互界面（UI）層、業務邏輯層（BLL）、數據庫訪問層（DAL）進行了分離，在BLL和DAL之中使用工廠類對數據庫訪問類進行生產，產生相應的訪問對象，這樣的設計模式可以讓使用者的數據庫類型與系統設計的代碼的耦合度降到最低，組件與組件之間的相關性也降到最低，方便了系統錯誤調試、后期維護和升級，給程序的后續開發提供了極大的便利。

2.1 技術難點分析及解決方案

綜合對比其他解決方案，結合本系統開發的需求，我們發現系統實現的主要難點有兩點。

⑴ 難點之一是用戶練習請求的提交，綜合考慮學科現有硬件設備等因素，我們采用線程封鎖方式，將提交的請求放入一個全局隊列中，使用全局隊列訪問應用程序對象，再使用數據庫中存有的題目類型，進行相應的判斷，并給出得分。

⑵ 難點之二是各種判題算法的設計，判題邏輯是關系到系統運行速度和系統資源消耗量的重要因素，正確且良好的判題邏輯能增加題目判斷的正確率，減少誤判、錯判的幾率，同時可以增加判題的效率，減少系統資源的占用。

2.2 判題邏輯的設計

對于不同的題目類型我們采用了不同的判題邏輯。

⑴ Excel判題

公式題：對公式單元格進行遍歷，與答案中相應的單元格進行對比。例如：若單元格中都存在公式，都包含數組，得出的值都是一致的，則得分；否則得分為（正確單元格數）/（總單元格數）*總分。

篩選題：對存在的表單進行定位，再一一遍歷，若學生文件與答案文件的相應區域無法對上，則不得分。

數據透視題：判斷數據透視表的個數（或者是否建立了數據透視表）若不相符，則判斷為錯誤。

⑵ PPT判題

模板與配色方案：依次按照題干的要求，進行顏色的每一項判斷。

母版：判斷每一張幻燈片母版中的每一個框內內容和格式，根據出錯率扣分。

動畫效果：訪問每一張幻燈片中的時間軸，讀出時間軸中的幻燈片效果，如果與答案不符，則不得分。

幻燈片切換效果：依次遍歷每張幻燈片，判斷幻燈片切換樣式，根據出錯率扣分。

幻燈片的放映效果：依次遍歷每張幻燈片，判斷幻燈片的放映效果，根據出錯率扣分。

⑶ Word判題

Word判題有一些特殊之處，主要是定位問題較難解決，如果遍歷每一個段落，以此來判斷整個正文的樣式則判題效率低下。所以我們出題時在考生的原始文檔中加入隱藏標記（如書簽）為判題時做好定位標記。判題時使用Word域來進行每一個引用樣式的判斷（如目錄，交叉引用等在Word中都是域）。如果域類型錯誤，則直接判為錯；接著判斷，如果有超鏈接，則引用到超鏈接的地方進行判斷。

3 模塊設計

本系統使用的構架是.net framework 4.0，采用微軟的Office類庫進行相應的判題操作。Office類庫的全名是Microsoft.Office.Interop。該命名空間中我們使用了幾個DLL動態鏈接庫，三大類庫的函數的使用構成了本系統的判題核心函數。詳細功能模塊如圖1所示，以下僅對關鍵性模塊進行介紹。

3.1 安全模塊

本判題系統的首頁比較簡潔，因為操作平臺是在登錄后才會顯示，網站采用了相關的封鎖方法，將用戶的非法訪問拒之門外，保證了內部系統的安全性和可靠性。用戶權限暫時設為兩種等級。①管理員級別，擁有對網站全權操作與管理的權利，可以對學生的注冊進行審核，可以開放或關閉網站的注冊權限，可以關閉或開啟Office進程進行內存釋放動作等等權限。管理員賬戶不開放注冊，只提供給一位底層管理員使用。任課教師可以查看學生做題的錯誤信息，可以發布試卷、增加修改或刪除試卷題目等，封停、恢復學生帳號的權限。②學生用戶級別，學生擁有參加練習、提交題目等基本權限。不同學生之間的答題信息不能相互查看。系統的數據庫訪問全程使用了數據庫防注入的基礎設置。可在一定程度上避免數據庫注入漏洞的出現。保障了數據庫的安全。數據庫訪問賬戶具有一定的限制，不能查看一些“不可見”的重要數據，對數據進行了保密。

3.2 穩定性及線程封鎖模塊

在服務器運行穩定性方面，本系統通過線程同步機制進行了線程封鎖。默認情況下提交隊列在同一時刻只允許一條線程進行提交，判題時，也只允許一個線程判題，判題完成后才允許回應下一個請求，這樣的設計考慮到了服務器的承受能力與用戶等待時間之間的權衡。線程數的外部接口已經預留，用戶可以更改外部文件中的線程數來改變服務器運行時的線程，達到穩定和高性能的平衡。目前該設計還未通過壓力性測試，無法給出壓力穩定性的描述。

3.3 判題模塊

判題模塊分為Excel判題，Word判題，Powerpoint判題三個模塊。三種判題方式均采用比對的方法，讓出題者輸入題目范圍和小題的類型，系統將這些信息記錄到數據庫中。等到學生提交的時候，系統將這些數據取出，在一個對象中記錄題目的屬性，在提交隊列中取出一項提交記錄，根據題目屬性中的范圍和類型執行相應的判題函數，最后將錯誤記錄到數據庫中；在答題記錄頁面，系統會列出每一位學生的成績（個人只可查看本人所做題目的詳細記錄），學生可以根據這些錯誤信息對自己的題目進行更正。

另外，在判題模塊中突破性地提出對于學生考試成績復查的案例的處理，即啟用全文對比這種能保障正確率的辦法，對學生試卷進行在線重判。在判題系統中，由于使用全文比對，其正確率得到了極大的保證，但是判題效率會下降。本系統采用標記判題與全文對比相結合的方法，分別處理常規閱卷和復核閱卷的情況，既可以保證閱卷效率，又可以保證閱卷的正確率，試用證明效果良好。

4 結束語

本系統創新地采用Web的方式，使用戶無需下載客戶端即可在線進行題目的練習、自測考試。同時在題目方面，克服了傳統軟件的將題目寫進代碼中的缺點，本系統允許教師對題目進行創建，生成一個題目代號。處于練習狀態的學生可以自由地在系統中下載相應的題目，提交相應的題目代號，上傳文件后，系統就能自動調用題目答案，進行判題。考試狀態由系統根據試卷生成規則進行抽題并生成試卷，實現了Office在線判題系統從離線到在線完整的轉變。實際試用證明，該系統較之以前的系統更為靈活適用，并可以結合BB平臺鏈接使用。

但是現在我們的系統由于機器性能的原因，無法做大規模，所以我們進一步研究的目標是以Memcached或者Redis做內存緩存，進行模擬分布式的研究；在擁有線程鎖的情況下，加大線程隊列，完成并發判題。

參考文獻：

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