基于B/S模式的在線考試管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

葉欣 陳磊 楊小國 劉柳 朱接文

摘要：該文從調(diào)研現(xiàn)有考試方式入手，結(jié)合在線考試的實(shí)際情況，對基于B/S模式的在線考試系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，針對自動組卷的關(guān)鍵問題，選擇并使用了遺傳算法作為自動組卷算法，接著對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：自動組卷算法;在線考試;B/S

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0048-03

考試是各級各類教育、教學(xué)、培訓(xùn)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，考試工作的方式與質(zhì)量也就擺在了極為突出的位置。傳統(tǒng)考試大都以紙質(zhì)試卷、筆等為材料，每次考試都要浪費(fèi)大量的材料，且工作試卷的批閱、整理需要大量時(shí)間，致使考試的工作效率低下。鑒于這些原因，及時(shí)對考試工作進(jìn)行改革顯得十分必要。

當(dāng)今世界信息技術(shù)的迅速發(fā)展，正掀起一場前所未有的社會變革，該變革逐步滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)、人們生活的各個(gè)方面，并催生了許多新業(yè)態(tài)、新模式。考試領(lǐng)域也不例外，信息技術(shù)與傳統(tǒng)考試的深度融合，誕生了在線考試的新模式，在線考試由于其具有實(shí)時(shí)、高效率、可信度高等特點(diǎn)，將逐步占據(jù)傳統(tǒng)考試的份額。

本文從分析在線考試所需的技術(shù)入手，以煤礦管理人員考試實(shí)際，詳細(xì)分析在線考試系統(tǒng)的業(yè)務(wù)過程和自動組卷算法選取等重要問題，通過對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在線考試系統(tǒng)的全部功能 [1-3]。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 B/S模式

B/S模式，即Browser/Server模式，中文全稱是瀏覽器/服務(wù)器模式，是當(dāng)今流行的軟件開發(fā)模式，與傳統(tǒng)的C/S模式相比，即Client/Server（客戶端/服務(wù)器模式），B/S模式具有占用客戶機(jī)內(nèi)存較小、服務(wù)端反應(yīng)迅速、使用靈活方便等特點(diǎn)，其完全能夠滿足在線考試系統(tǒng)的相關(guān)要求，故B/S模式適合開發(fā)在線考試系統(tǒng)。

1.2 LAMP體系

LAMP體系是指Linux+Apache+MySQL+PHP的技術(shù)組合開發(fā)模式，該體系使用功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、開源共享的Linux作為Web服務(wù)器的操作系統(tǒng)，Web服務(wù)器采用靈敏、健壯的Apache服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用當(dāng)今十分流行、靈活精悍的MySQL作為數(shù)據(jù)庫管理工具，服務(wù)器端的編程語言使用PHP作為動態(tài)Web開發(fā)技術(shù)，鑒于此，該體系符合在線考試的技術(shù)需求。

2 系統(tǒng)分析

為了保證所設(shè)計(jì)的在線系統(tǒng)能保證常規(guī)考試的正常進(jìn)行，必須先在全面、深入調(diào)查煤礦管理人員傳統(tǒng)考試現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合在線考試相關(guān)技術(shù)，對其進(jìn)行具體的需求分析。

2.1 用戶需求分析

首先，從用戶的角度來說，本在線考試系統(tǒng)有三種類型的用戶，分別是考生、教師、系統(tǒng)管理員。由于用例圖具有正確捕捉用戶功能性需求的作用，以下先分別對三種用戶使用用例圖進(jìn)行需求分析，該三種用戶對應(yīng)的用例圖分別如圖1、圖2、圖3所示。

如圖1所示，考生用例圖包括在線考試、查看成績、退出系統(tǒng)三個(gè)基本需求。

如圖2所示，在在線考試系統(tǒng)中，教師用例圖具有試題庫數(shù)據(jù)維護(hù)、學(xué)生成績維護(hù)、退出系統(tǒng)等功能需求，其中試題數(shù)據(jù)庫維護(hù)又包含對單選題、多選題、判斷題等多種題型的管理，以單選題為例，教師還可以進(jìn)行添加單選題、刪除單選題、修改單選題、查詢單選題等操作。

除了考生、教師外，在線考試系統(tǒng)還包含系統(tǒng)管理員用戶，如圖3所示，系統(tǒng)管理員具有考試管理、考生管理、數(shù)據(jù)庫維護(hù)管理、推出系統(tǒng)等使用需求，其中考試管理又包括新增考試、查看考試、開考管理、考試管理等內(nèi)容，考生管理又包括添加考生、考看考生、導(dǎo)入考生、檢查相片等功能[4]。

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分析

如圖4所示，結(jié)合傳統(tǒng)考試的實(shí)際情況，分析在線考試的整個(gè)業(yè)務(wù)過程如下：

l）系統(tǒng)管理員初始化系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中新增考試，添加配置教師、考生等用戶，并將其導(dǎo)入到在線考試系統(tǒng)中。

2）教師按照考試試題的屬性，如試題的題型、難度等，添加、配置相應(yīng)的試題。

3）試題配置完成后，考生可輸入考生信息，登錄到本系統(tǒng)進(jìn)行在線考試，此時(shí)考生的信息將被保存系統(tǒng)中。

4）在線考試系統(tǒng)按照事先確定的自動組卷算法，從題庫中按照要求選擇相應(yīng)試題組成試卷，本系統(tǒng)分配給不同學(xué)生的試題順序、試題內(nèi)容不一樣，以防止學(xué)生作弊。

5）考生得到系統(tǒng)分發(fā)出的試卷后，開始試題作答，待題目回答完畢，通過點(diǎn)擊提交按鈕進(jìn)行試卷提交。

6）系統(tǒng)在收到全部參與在線考試考生的試卷后，按照預(yù)先的規(guī)則，自動評閱試卷，并給出相應(yīng)成績。

7）考生可在規(guī)定時(shí)間或在收到系統(tǒng)成績查詢的通知后，可登錄系統(tǒng)選擇相應(yīng)考試科目進(jìn)行本人成績的查詢，但不能查詢別人成績。

3 自動組卷算法

3.1 自動組卷算法的選取

目前常用的自動組卷算法包括隨機(jī)選取法、回溯試探法、遺傳算法三種[5-6]。

隨機(jī)選取法是指根據(jù)一定狀態(tài)空間的控制指標(biāo)，通過計(jì)算機(jī)隨機(jī)抽取一道試題放入指定的試題庫，然后不斷重復(fù)此過程，直到組卷完畢為止，或者直到無法從題庫中抽取符合控制指標(biāo)的試題為止。該方法雖結(jié)構(gòu)較為簡單，一般對于單道題的抽取速度較快，但不適用于整個(gè)組卷過程，這樣因?yàn)榻M卷的成功率較低，且需要花費(fèi)大量時(shí)間。特別是對于各狀態(tài)類型平均出題量較低的題庫，容易出現(xiàn)組卷失敗的情況。

回溯試探法是在隨機(jī)選取法的基礎(chǔ)上將產(chǎn)生的每一狀態(tài)類型先記錄下來，當(dāng)搜索失敗時(shí)釋放上次記錄的狀態(tài)類型，之后再通過選擇一定的規(guī)律（正是這種規(guī)律破壞了選取試題的隨機(jī)性）變換一種新的狀態(tài)類型進(jìn)行試探，該方法最終通過不斷地回溯試探直到試卷生成完畢或退回原來出發(fā)點(diǎn)為止，對于這種有條件的深度優(yōu)先算法，在狀態(tài)類型和出題量都較少的題庫系統(tǒng)的情況下，具有較高的組卷成功率，但是此算法在具體的應(yīng)用時(shí)耗用大量內(nèi)存，并且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、試題選擇缺少隨機(jī)性，組卷所需的時(shí)間較長，而這是用戶不能同意的，所以這種組卷算法也有待于改進(jìn)。

遺傳算法是適合于給定約束條件下求問題的最優(yōu)解，一種并行的、自進(jìn)化（自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)性）的算法，該算法模擬遺傳學(xué)規(guī)律，以種群為研究單位，在編碼的基礎(chǔ)上，通過不斷選擇、交叉、變異，逐漸生成新的、具有更好適應(yīng)度的種群，最后通過解碼得到具有最大適應(yīng)度的個(gè)體作為輸出。該算法本質(zhì)上是一種把自然界生物的優(yōu)勝劣汰和自然選擇與一個(gè)種群中個(gè)體與個(gè)體之間的隨機(jī)信息交換機(jī)制相互結(jié)合的查找算法，顯然，直接依據(jù)一定的組卷規(guī)則從數(shù)據(jù)庫中獲取一定數(shù)量的試題生成一套試卷，因?yàn)榇螖?shù)有限，無法保證這樣組卷得到的結(jié)果是合適的，并且更難滿足這樣得到的結(jié)果是最優(yōu)的。所以，我們需要一個(gè)優(yōu)秀的自動組卷算法，遺傳算法具有自進(jìn)化、并行執(zhí)行等特點(diǎn)，就非常適合解決自動組卷的問題。

3.2 遺傳算法在自動組卷中的應(yīng)用

本系統(tǒng)所采取的遺傳算法的流程如下[7-8]：

1）初始化：隨機(jī)生成一個(gè)規(guī)模為N的種群，設(shè)置最大進(jìn)化次數(shù)以及停止進(jìn)化條件。

2）計(jì)算適應(yīng)度：適應(yīng)度是評價(jià)種群中個(gè)體質(zhì)量的指標(biāo)，并且具有唯一性。

3）選擇：選擇是從種群中選擇一些優(yōu)秀的個(gè)體來產(chǎn)生下一代。由于在一定程度上選擇會影響種群的進(jìn)化方向，所以選擇算法十分重要。常用的選擇算法包括隨機(jī)抽取、競標(biāo)賽選擇和輪盤賭模擬法等。

4）交叉：交叉是種群中的兩個(gè)個(gè)體繁衍下一代的過程，實(shí)際上是子代從父親和母親中獲取部分基因，即基因重組。常用的交叉方法包括單點(diǎn)交叉和多點(diǎn)交叉等。

5）變異：變異即模擬染色體基因突變的過程。通過變異，種群中的個(gè)體變得多樣。但是變異是有一個(gè)概率的事件。

本遺傳算法使用的編碼方法、適應(yīng)度函數(shù)、選擇算子、交叉算子、變異算子如下：

1）編碼方法：將試題根據(jù)題型分段，再進(jìn)行題號染色體的編碼。

2）適應(yīng)度函數(shù)：受題號、題型、難度、知識點(diǎn)、章節(jié)組成的五維向量所約束。

3）選擇算子：輪盤賭模擬法。

4）交叉算子：單點(diǎn)交叉。

5）變異算子：設(shè)置變異閾值，進(jìn)行分段變異。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)過前一節(jié)的系統(tǒng)分析，我們可以得到，本系統(tǒng)可以包括三個(gè)子系統(tǒng)：考生用戶子系統(tǒng)、教師用戶子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理員用戶子系統(tǒng)，這三個(gè)子系統(tǒng)分別面向考生用戶、教師用戶、系統(tǒng)管理員用戶三種人員，此系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示[9-10]。

系統(tǒng)管理員用戶子系統(tǒng)主要為系統(tǒng)管理員提供考試整個(gè)過程的信息管理服務(wù)，涉及考試管理、考生管理、數(shù)據(jù)庫維護(hù)等方面。教師用戶子系統(tǒng)包含管理試題庫、考生成績管理等功能。學(xué)生用戶子系統(tǒng)的主要功能是為考生參加相應(yīng)考試提供服務(wù)，如在線考試、查看成績等。此系統(tǒng)功能模塊如圖6所示。

4.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5 結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的基于B/S模式在線考試系統(tǒng)，以遺傳算法為自動組卷算法，具有實(shí)用性、可靠性、無紙化，能夠較大提高考試的效率，為師生參與教育教學(xué)提供方便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任曉霞.基于B/S結(jié)構(gòu)的在線考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2011.

[2] 曾艷麗.基于B/S的在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù)，2019（5）：35-36，79.

[3] 王嫻，劉輝，倪遠(yuǎn)平.B/S與C/S體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究[J].信息技術(shù)，2006，30（6）：53-55.

[4] 王繼成，高珍.軟件需求分析的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2002，23（8）：18-21.

[5] 張健.在線測試系統(tǒng)中自動組卷算法的探討[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2004（12）：43-44.

[6] 王宇穎，侯爽，郭茂祖.題庫系統(tǒng)試卷自動生成算法研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，35（3）：342-346.

[7] 歐薇.基于遺傳算法的在線考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[8] 胡木林.基于遺傳算法的在線考試系統(tǒng)組卷設(shè)計(jì)[J].中國教育技術(shù)裝備，2018（12）：23-27.

[9] 曹鑫.高校在線考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2011.

[10] 謝海.攀鋼職工培訓(xùn)在線考試系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2010.

【通聯(lián)編輯：朱寶貴】