基于Node.js技術的在線測試系統設計方案

李淑玲 朱彤

(1.西安歐亞學院 陜西 西安 710065; 2.西安中興新軟件有限責任公司陜西 西安 710000)

隨著我國教育體系的不斷完善，各個高校的教學形式也變得多種多樣并劃分成了多個環節，如理論教學、實踐教學、教學評測、教學答疑等。其中，教學評測是衡量學生每個階段對知識的掌握程度、教師教學質量的重要手段[1]。該系統能實現教師與教師之間題庫共享，改善教學評測的質量，具有試題、試卷管理能力，試卷能夠得到有效的保存與反復利用。該系統具有自動判分和人工判分兩個功能，自動判分下，教師能夠第一時間得到考試反饋，并利用該系統的成績分析功能對此次考試結果進行分析，保證考試的公平、公正的同時提高了工作效率。

1 需求分析

1.1 系統功能需求分析

系統的功能要求在RESTful 架構的基礎上采用前后端分離的方式開發在線測試系統[2]，系統界面美觀、便于用戶操作。運用Node.js 和MongoDB 技術應對可能遇到的高并發情況[3-4]。具體功能需求分析如下。

1.1.1 學生端

學生可以通過前臺注冊賬號，并在登錄后對個人信息進行修改、上傳頭像等。在考試規定時間段內參加自己分院、專業、班級的在線考試，亦可參加在線練習。答題后可以在公布成績時間之后查看到該場考試自己的得分。超過考試時間或者已經參加過某場考試，將不能再次參加此場考試。

1.1.2 教師端

教師可以通過后臺登錄系統，對個人信息進行修改，通過后臺對題庫、題目、試卷、考試進行增刪改查。系統實現選擇題自動判分，教師可以通過后臺對學生試卷選擇題部分進行復查，對學生試卷簡答題部分可以進行人工評閱。對于每一場在線考試或者在線練習，后臺都可以進行成績統計分析，將統計后的柱狀圖和餅狀圖呈現在教師的面前。超級管理員可以增加教師的數量并分配教師管理權限，教師賬號僅由超級管理員分配，不支持自行注冊。

1.2 可行性分析

該系統是在RESTful 架構的基礎上采用前后端分離的方式進行開發。前端負責頁面數據展示，請求后端數據[4]。后端負責接收前端請求，處理業務邏輯。該系統模式為B/S 模式，只需要一個瀏覽器就可以完成一系列操作，很大程度上節省了使用成本。

1.3 人員角色、功能和權限

在線考試系統角色、權限需求具體如表1所示。

2 系統設計

2.1 系統架構

該系統采用RESTful 架構，Server 統一提供一套RESTful API、web+ios+android 作為公共調用的API，各個客戶端都采用自己比較成熟的前端框架來幫開發者事半功倍[5-6]。

Server 提供的RESTful API 中，URL 中只使用名詞來指定資源，原則上不使用動詞。“資源”是REST架構或者說整個網絡處理的核心。本系統的API定義如表2所示。

表2 API表

表3 考試表

用HTTP協議里的動詞來實現資源的添加、修改、刪除等操作。即通過HTTP 動詞來實現資源的狀態扭轉：GET用來獲取資源；POST用來新建資源（也可以用于更新資源）；PUT用來更新資源；Delete用來刪除資源。

2.2 系統功能

在線測試系統需學生端和教師端兩個模塊共同實現。

學生端實現注冊、登錄、修改個人信息、參加在線練習、參加在線考試和查看考試成績等功能。

教師端實現對題庫、題目、試卷、考試的管理，包括基本的增刪改的操作。不同的教師之間可以查看彼此創建的題庫和題目，但是只能對自己創建的題庫和題目進行增刪改操作。教師端可用功能詳見圖1。

圖1 教師端功能圖

2.3 數據庫設計

本系統采用的是MongoDB 數據庫，是面向文檔的數據庫。相對于關系型數據庫，其有豐富的數據模型、容易擴展、能夠存儲Json格式數據等諸多優勢。

該在線答題系統需要建立8 張表，分別是用戶表（user）、題庫表（Question Bank）、選擇題表（Select Question）、簡答題表（Short Answer Question）、試卷表（Exam Paper）、考試表（Exam）、成績表（Exam Score）、學生答案表（Student Exam Answer）。由于MongoDB是非關系型數據庫，所以向數據庫存儲數據無須提前建表，數據對象都以json的形式存儲，以考試表為例進行說明表的結構。

3 系統實現

3.1 學生端頁面

由于該系統采用的RESTful 架構，因此所有的客戶端請求都屬于對資源的操作。

當用戶填寫完賬號、密碼點擊登錄后，相當于客戶端對Server 中用戶session 資源的請求，當Server 返回201 狀態碼時代表登錄成功，400 或401 狀態碼則代表請求資源失敗，即登錄失敗。

3.1.1 首頁頁面

該頁面由頂部導航欄、首頁模塊、底部版權信息組成。頂部導航欄由首頁、試題練習、在線考試和個人中心4個導航項組成。點擊不同的導航項系統將跳轉到相對應的頁面。用戶登錄成功后導航欄右側會顯示登錄用戶的姓名和退出按鈕。

3.1.2 在線測試頁面

該頁面由考試列表組成，列表只會顯示與登錄用戶所在分院、專業和班級相同的考試，由考試名稱、開始時間、結束時間和操作組成。如果當前時間超過考試結束時間，該場考試的操作欄將顯示已過期的圖標，用戶不能參加這場考試。

點擊參加考試按鈕，如果當前系統時間不在考試時間段內，系統將彈出提示信息：“不在考試時間段內，不能參加考試。”如果考試次數超過考試規定參加次數，系統將彈出提示。例如：教師設置某場考試只能參加一次，當用戶參加過這場考試后再次點擊參加考試，系統將彈出提示：“您已經參加過1 次該考試，這場考試只允許參加一次。”

3.2 教師端

教師登錄界面與學生端登錄界面風格基本一致，登錄成功后進入教師首頁，首頁由左側菜單欄和右側主頁面組成。右側會展示登錄教師的姓名和頭像，首頁默認為試題管理頁面，主頁面顯示的是題庫列表。

3.2.1 試題管理頁面

試題管理頁面可以修改該題庫的名稱，可以新增選擇題和簡答題。教師只對自己添加的題庫和題目有修改和刪除權限，其他教師添加的題庫和題目只有只讀權限。

點擊新增選擇題按鈕，系統跳轉到選擇題添加頁面。點擊查看按鈕，系統顯示題目詳細信息。

試卷管理頁面只會顯示自己創建的試卷，對試卷可以進行查看、新增和刪除操作。點擊新增，系統進入到新增頁面，可以點擊預覽題庫，從而新增選擇題和填空題。點擊查看，系統進入試卷詳情頁，可以對試卷基本信息進行修改操作。點擊“預覽題庫”，系統將彈出題庫列表。

3.2.2 考試管理頁面

在此頁面可以看到包含所有教師創建的考試列表，但只有對于自己創建的考試才有修改和刪除權限。列表呈現考試名稱、考試類型、狀態、發布時間、所屬分院、專業、班級和操作信息。

成績分析頁面首先會展示一個考試列表，供教師選擇要分析的考試，點擊分析按鈕，系統將自動統計每個分數段成績的人數，并以柱狀圖和餅狀圖的形式展示出來。

4 系統測試

為了提前預防系統bug 的出現與及時修復，系統測試是一個重要的環節。通過系統測試可以及時發現軟件在使用過程中會出現的問題，便于及時修復和完善，對軟件質量起著至關重要的作用。

4.1 系統后臺API測試

以注冊為例，編寫后臺API單元測試代碼，命令行運行jasmine。

如果測試通過時，命令行將顯示一個綠點，并提示通過測試的數量：“1 spec”表示通過的測試數量，“1 failure”表示未通過的測試數量。未通過時，命令行將顯示一個紅色“F”，以及錯誤信息。

4.2 系統功能模塊測試

針對在線答題系統中的各功能模塊進行單元測試，對比測試結果是否達到預期的結果，如果出現bug應及時修復和完善。每個功能模塊采用功能測試用例進行測試，以考試評閱功能測試用例進行說明，如表4、表5所示。

表4 考試評閱功能測試用例

表5 考試評閱功能測試結果

5 結語

本系統遵循RESTful API的設計，后端提供數據接口，前端采用異步的形式請求后端資源，采用 Node.js和MongoDB 技術配合React 前端框架進行開發。學生端完成了登錄、注冊、修改個人信息、參加考試和查看成績的功能，教師端完成了對題庫、題目、試卷、考試的管理，并且可以選擇系統自動閱卷或者人工閱卷，系統將對每場考試學生的成績進行統計，統計結果將以柱狀圖和餅狀圖的形式呈現。經過一段時間運行，系統功能基本達到了設計目的，運行穩定，能夠滿足學生與教師的考試需求。當然，系統還有很多地方需要進一步完善，如可以嘗試React與Redux配合、Redux負責管理邏輯狀態、React負責頁面渲染等。