醫(yī)學院校在線考試系統的設計與實現研究

沙 飛　張 楠　劉文艷　王 珂　楊 淼　翟陽陽　謝 艷

目前，隨著計算機和互聯網的廣泛應用，電子化的考試方式也在逐步取代傳統考試方式，而電子化考試較之傳統紙質試卷的優(yōu)勢十分明顯。電子化考試是指通過電腦實現考試過程，分為單機考試和聯網考試兩類。目前的電子化考試以網絡為基礎，在線考試極大地豐富了電子化考試的功能，提高了師生的工作和學習效率，節(jié)約了紙張和印刷成本，使考試相關的各種數據以動態(tài)的方式保存，既利于數據重復使用和更新，又節(jié)省傳統介質保存的空間，同時還降低了數據資料丟失損壞的風險[1-2]。本研究針對在線考試系統的選擇、運行環(huán)境的搭建、結構功能設計及應用、再開發(fā)及優(yōu)化展望等方面，結合醫(yī)學院校的特點研究和實現在線考試系統。

1　在線考試系統的選擇

1.1　網絡應用程序

對于各種硬件終端和軟件操作系統下的網絡應用程序(軟件)而言有兩大種類：①客戶端程序與服務器端程序(client/server，C/S)；②瀏覽器與服務器端程序(browser/server，B/S)[3-4]。兩種應用程序運行模式存在一些區(qū)別，從用戶體驗角度而言，其主要區(qū)別是用戶終端的使用界面不同，C/S使用單獨開發(fā)的客戶終端程序，B/S使用通用的客戶終端程序—瀏覽器。從設計結構角度而言，C/S相對復雜，除了真正意義上的服務器和客戶終端外，在其之間還存在中繼服務器或網關來分擔功能和訪問的壓力；而B/S的結構更簡單，服務器和客戶終端未直接參與其他元素。C/S和B/S在結構上的差別使得其適用于不同的場合，前者適用大型的考試環(huán)境，通常是基于互聯網的大型考試，如省市甚至全國范圍的考試。而B/S更適合局域網，如校園內部的小范圍考試。雖然C/S模式的功能更加強大，運行穩(wěn)定性更好，但是B/S同樣具備搭建門檻低，更新維護便利的優(yōu)勢。兩種模式各具特點，各有利弊，無法完全互相取代，關鍵在于應用到合適的環(huán)境里，其各自的優(yōu)勢才能得到體現。

1.2　B/S模式的考試系統

通過B/S模式考試系統的應用，使得醫(yī)學院校的考試更加高效便捷。目前已開發(fā)運行的考試系統有很多，包括商業(yè)和開源[5]項目，本研究最終選擇的是開源B/S項目TCExam系統。開源項目除節(jié)省購買成本外，更重要的是具備二次開發(fā)的可能，使得其功能可以根據用戶的需要不斷擴展。

2　TCExam系統的技術特點

TCExam是國外的一款基于LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)架構[6]的開源軟件項目，于2004年問世，經歷多次更新升級，是一款運行穩(wěn)定的院校級考試系統。開源項目的最顯著優(yōu)勢是代碼公開，更改升級方便，功能擴展空間廣闊，使用成本低廉，甚至非商業(yè)場合可免費使用。TCExam是由PHP編程語言代碼編寫，默認連接MySQL數據庫的考試及管理平臺。PHP與C、C++及Java等編程語言的語法非常相似，并且同時支持面向對象和面向過程的編程邏輯結構，有類似語言編程經驗的開發(fā)者極易適應PHP的代碼編寫。相對于其他高級編程語言，PHP省去了編譯的步驟，而是由服務器對PHP代碼解釋運行，方便了開發(fā)者[7]。以上這些特點使得PHP被公認為當今最優(yōu)秀的網絡編程語言之一，被國內外廣泛使用。運行平臺方面，PHP可搭配多種伺服系統和操作系統，具備突出的跨平臺性[8]。雖然PHP更多時候被推薦在Unix/Linux平臺上運行，但其在Windows平臺上運行的穩(wěn)定性也較好，降低了TCExam用戶的技術門檻，使得對Unix/Linux平臺的維護開發(fā)不太擅長的用戶也能輕松使用，以Windows作為替代平臺，降低了本地開發(fā)的成本。

MySQL同樣被視為LAMP項目的經典開發(fā)工具。MySQL數據庫繼承了標準SQL語言，其建立的數據庫具備很強的可移植性。MySQL同樣具有很好的跨平臺性，在Unix/Linux和Windows平臺上的運行性能都很好。MySQL在功能模塊加載方面具有突出的靈活性，其與Oracle、SQLServer等大型關系數據庫相比，功能定制更加自由，通常體現為更快的運行速度。對于TCExam這類院校級的中型項目，選擇MySQL作為后臺數據庫很恰當。

3　在線考試系統運行平臺的搭建

在線考試系統的應用目標是醫(yī)學院校的日常測試及期末上機考試，同時在線考生人數分別為300人以內。為了降低應用開發(fā)門檻，且早日投入使用，將TCExam系統運行在Windows平臺上，其版本選擇TCExam-12.1.012。

編程語言PHP和后臺數據庫MySQL已確定前提下，首先要選擇伺服器[9]—Apache或互聯網信息服務(internet information services，IIS)工具。Apache在世界范圍內已被眾多項目所驗證，其在Unix/Linux和Windows平臺都能正常工作，但在Unix/Linux平臺上可以發(fā)揮出更加出眾的性能。而IIS工具是微軟平臺下默認伺服器，雖然具有配置方便的優(yōu)勢，但是現實中幾乎無法與Unix/Linux平臺搭配。考慮到日后將TCExam系統向Unix/Linux平臺上移植擴展，以獲得更加出色的性能和更加穩(wěn)定的運行狀態(tài)，選擇Apache，版本號為2.2.14。TCExam采用完全的面向對象模式編寫，不需要支持面向過程，因此編程語言PHP的版本選擇5.2.17；數據庫MySQL的服務器版本為5.5.8。

由于本項目的定位不僅在于對TCExam的應用，未來必將涉及代碼修改、功能擴展等再開發(fā)領域，因此除以上核心軟件外，還安裝了后臺數據庫管理維護工具phpMyAdmin，以便直觀深入了解數據庫的設計結構，便于再設計。phpMyAdmin數據庫管理維護工具安裝的版本為3.3.9.1。安裝部署完成后的主界面如圖1所示。

圖1　在線考試系統運行平臺界面圖

4　在線考試系統的設計與功能實現

4.1　TCExam功能結構設計

(1)TCExam平臺。TCExam目前的主要功能包括測試和管理兩大板塊。測試為前臺應用層面，即用戶參加考試；管理體現在多個層面或功能上，分為題庫創(chuàng)建及維護、試卷組題及考試設置維護、考試實時監(jiān)控管理、試卷分析及成績管理以及后臺用戶數據維護管理，不同的功能針對不同性質或權限的用戶。TCExam是個多權限多用戶的平臺，預設置了0～10共11個權限等級，等級越高權限越大。

(2)TCExam在實際應用中0～10級的11個等級歸結為4種權限：①系統管理員，10級是具有所有操作權限的系統管理員用戶；②普通管理員，9、8、7、6、5級是具有相同的限制管理權限的管理員用戶；③普通用戶，4、3、2、1級是無管理權限，但可以登錄系統參加考試的用戶；④匿名用戶，0級則只能登錄無法進行任何操作。將權限細化為11個級別，是為系統再開發(fā)時的功能擴充預留接口，以滿足不同用戶多樣的需求[10]。同級權限下可注冊多個用戶，系統管理員擁有全部權限，可以進行任何操作；普通管理員的權限可以完成題庫創(chuàng)建及維護、試卷組題及考試設置維護、試卷分析及成績管理等操作；普通用戶能參加測試以及進行與本人賬戶相關的信息操作；匿名用戶目前只能登錄系統，無任何操作權限，可為今后再開發(fā)擴充功能留出接口。

4.2　TCExam在本項目中的應用

通過TCExam系統來滿足醫(yī)學院校日常測驗或期末考試的需求，提高考試和閱卷的效率。為達到這個目標，需要完成3個基本步驟：①建立用戶信息和權限分配；②題庫結構設計和題目信息創(chuàng)建；③試卷生成和考場信息設定。采用TCExam系統進行分子生物學考試的界面如圖2所示。

圖2　分子生物學考試界面圖

4.3　建立用戶信息和權限分配

系統中默認的頂級權限用戶admin，一切操作從開始admin屬于系統的默認組default。將具備題庫創(chuàng)建管理權限的教師設置為7級用戶，將參加考試的學生設置為1級用戶。與操作系統類似，用戶在創(chuàng)建時必須指定一個或多個組。教師組名可以學院名或學系名指定，亦或是兩者組合命名；而學生組名按照其所在教學班來設置。當學生學籍變動時，此類學生將被設置在曾經所在的班所命名的多個組中，這樣既保留了變化的痕跡，數據更新操作也非常簡單。要求具備唯一性的用戶名，分別以教師職工號和學生學號命名。

4.4　題庫結構設計和題目信息創(chuàng)建

(1)TCExam的題庫自上而下有模塊、主題和題目3層結構，依次向下包含。命名方式會因環(huán)境和思路不同而不同，但無論采用何種方式命名，3層所屬關系需要保持。本項目中，將模塊設計成各門課程，如分子生物學、計算機基礎等。將主題設計成同一課程中針對不同對象或者不同難度級別的題目，目的是在生成試卷時，可以針對不同性質學生靈活有效地控制題目的難易比例。將1級設計為夜大書本題目，2級為本科書本題目，3級為低等難度題目，4級為中等難度題目，5級為高等難度題目，難度級別升序排列。

(2)題目創(chuàng)建。采用界面創(chuàng)建和導入創(chuàng)建兩種方式創(chuàng)建題目，教師(次級管理員)和頂級管理員均具有操作權限。對系統不熟悉的用戶或者首次創(chuàng)建題目時，推薦采用界面創(chuàng)建方式，此種方式直觀明確，按部就班不容易出錯。而對于系統管理員和有經驗的教師用戶而言，使用具備批處理性質的導入創(chuàng)建題目的方式更高效。TCExam支持兩種題目文件導入XML和TSV格式，且均為文本格式。前者兼容性更好，很容易移植到其他系統和數據庫中；后者則格式更加直觀，便于理解。導入創(chuàng)建方式是直接向數據庫寫入大量數據，需要頂級管理員權限。

(3)TCExam中默認的題型有單選、多選、問答和排序4種類型，可以滿足日常考試需要。對于醫(yī)學院校而言，試題中常會出現圖像甚至動態(tài)圖像。TCExam支持各種常見文件格式，可以將圖片、動畫圖片甚至視頻上傳到指定用戶文件目錄中，并將其運用到題目的題干或答案選項中。因為瀏覽器作為TCExam系統的客戶端，許多格式的圖像、動畫或視頻都被默認支持，特殊的格式文件可以通過安裝瀏覽器插件[11]方式解決，此種優(yōu)勢明顯提高了在線考試題目內容的豐富性，而多媒體方式呈現的試題是傳統紙質試卷無法比擬的，充分滿足了醫(yī)學院校師生的需求。

4.5　試卷生成和考場信息設定

(1)題庫生成后，通過TCExam系統可以將各模塊下的任何主題中的題目自由地組合在一起，最終生成學生使用的考卷。此種方式可以將不同難度，不同形式的題目組合起來，既方便又高效，并且實現了題庫資源的高度共享和重復利用。同主題下題目的順序以及某一題目中的選項順序，都可以設定隨機生成。從考試角度而言，每位考生看到的試題都不盡相同，在保證考試公正的同時還提高了教室空間的利用率。

(2)考場信息設定方面，根據TCExam的功能設計，可以通過對考試時間、地點、對象等方面進行設置，更加充分地保證考試的安全性。考試時間指考試生效的時間范圍，通常將生效時間范圍設置為包含且大于實際考試時間段，開始前和結束后都留有富余時間應對突發(fā)和特殊情況；對于考試地點的限制通過IP范圍的設定來實現，只有在有效IP地址范圍內的電腦才有權限參加考試；對于參加考試對象的限制，通過設置特定組(教學班)來實現，非此范圍內的組無權限參加考試。此外，設置考試密碼加以配合，即開考前監(jiān)考老師統一宣布考試密碼，全體考生同時開始考試，以確保考試的公正性。

(3)通過TCExam系統，已經將本學院的多門課程以及其他醫(yī)學專業(yè)課程考試成功上線。目前考試系統主要針對以客觀題目為主的科目。對于成績提取和統計方面，系統實現更加便捷。TCExam可以以班級(組)或個人的方式索引提取成績，并且可以對每位考生的試卷進行還原，也可以進行多種形式的信息統計。

5　結語

TCExam系統的優(yōu)勢是安裝、使用、維護及擴展方便，成本低廉，因此非常適合中小型網絡環(huán)境。安全性方面和穩(wěn)定性方面是短板，如考生身份驗證，數據、網絡突發(fā)情況的應對方面，與大型的商業(yè)化的C/S模式系統無法相比[12]。因此，這些方面需要人工輔助完成。考試系統無絕對的好壞，關鍵在于針對不同環(huán)境條件選擇最合適的工具。

實現在線考試系統在Widows平臺上的應用，就LAMP項目本身而言，想獲得更高的穩(wěn)定性、更好的用戶體驗以及更多的功能擴展，Unix/Linux系統是最優(yōu)選擇。嘗試將TCExam向Unix/Linux平臺移植，使其運行更加穩(wěn)定，功能更加完善，以便更好的服務于醫(yī)學院校的師生。無論何種考試系統、何種工作模式以及何種運行平臺，在線考試系統必然會逐步取代傳統紙質試卷。對于課程多信息量的醫(yī)學院校而言，是今后發(fā)展的必然趨勢。