（计算机应用技术专业论文）网络考试系统的关键技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文摘要网络考试系统是计算机辅助教学的一个重要应用，它的开发与研制一直是教育改革的熬要方恧。随蓿近年来计算机网络技术、邋讯技术的蠛起，网络考试发展迅速，在来来的远程教肖巾，两络考试系统将会发撵更大豹终麓。在分析和研究了备种试题库、嗣络考试系统的特点的基础上，探讨并选择了最薪的系统开发技术，确定使用j 2 e e 技术结合大型数据库管理系统进行设计；分析了网络考试系统鳃功黥需求，提出了弼络考试系统豹总体设谤方案，绘毽7 阏络考试系统的体系结构，究成了系统的功能设计，如学生不仅能进行在线统一考试，而且能进行肇元测验、做作业；结合试题库编制理论( 教育测量学) 及计算机学科特点，全鬣恧准确的定义试题属往，檄据考试大纲簧求来命题，构建了结构会理、质量上乘的试题数据库，为组卷成功打下了基础；根据不同教学评价目标，撮出了快速随机缀卷、稳对评价缀卷、绝对评价维卷三秘缀卷策略及成豢冀法。初步臻；现7一个集程线考试、测骏、组卷、阕凌、成绩查询、统计分拆及怒库管理等渤髓为一体的网络考试系统。网络考试系统势网络教学豹实施提供了有效魏检验手段，瓣促进教育社会亿穰现代纯寄霪要的现实意义，萁解决方案可以广泛应用于远程教肖领域。关键词：网络考试，试题库建设，缀卷策略，穗对评价组卷，缝对评价组卷华中科技大学硕士学位论文a b s t r a c ta sa l li m p o r t a n tf a c i l i t a t i o nt oc o m p u t e re d u c a t i o n , t h ed e v e l o p m e n to fo n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e mr e p r e s e n t sas i g n i f i c a n ta s p e c to fe d u c a t i o nr e f o r m w i t ht h er i s i n go fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dc o m m u n i c a t i o nt c c l m o l o g yi nr e c e n td e c a d e s ,o n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e md e v e l o p sr a p i d l ya n dw i l lb es u r et op l a yam o r ea n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei nd i s t a n te d u c a t i o ni nt h ef u t u r e a f t e ram a s s i v es u r v e yo fr e v i e w s , d o m e s t i co ra b r o a d , t h et h e s i sa i m sa t h ek n o w l e d g eo f t h ef e a t u r e sa b o u tt e s tp a p e rr e s o u r c e sa n do n l i n ee x a m i n a t i o n at e n t a t i v ea n a l y s i so ft h el a t e s ts y s t e md e v e l o p i n gt e c h n o l o g yw a sm a d e , a n dt h ed e s i g na b o u tt h ec o m b i n a t i o no f j 2 e et e c h n o l o g yw i t hm a s s i v ed a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mw a sc h o s e n t h e nt h er e q u i r e m e n t so fs y s t e mf u n c t i o nw a sa n a l y z e da n dt h eo v e r a l ld e s i g no fo n l i n ee x a m i n a t i o n 噼mw a sd e f i n e dw i t h 躯s t l u c t u r ed i s c o v e r e da n di t sf u n c t i o nd e s i g ne o m p t e t e i 矗t os o m ee x t e n t , t h ef e a t u r eo fi n t e l l i g e n c ec a nb ef o u n di nt h es y s t e m , f o re x a m p l e ，t h es t u d e n t sc o u l dn o to n l yu n d e r g ot h eo n l i n ee x a m i n a t i o ns i m u l t a n e o u s l y , b u tc o u l dd ot h eu n i tt e s t sa na s s i g n m e n t s n e ，遮a c c o r d a n c ew i t ht h ec o m p i l i n gt h e o r yo fl e s tp a p e ri c s o u r c ea n dt h ef e a t u r e so fe o m p u t e rs c i e n c e , ac i r c u m s p e c ta n da e e m a t ed e f i n i t i o no ft h et e s tp a p e r s a t t r i b u t ew a sg i v e n a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so fe x a m i n a t i o no u t l i n e , t h et e s tp a p e r sw c l ec h o s e na n d 墨s t r u c t u r e - r e a s o n a b l ea n dq u a l i t y - e x c e l l e n tt e s tp a p e rr g s o u r c ew a se s t a b l i s h e ds oa st ol a yab a s ef o rm a k i n gt e s tp a p e r s f i n a l l y , c o m p l y i n gt od i f f e r e n tt e a c h i n go b j e c t i v e s ，r a p i da n dr a n d o mt e s tp a p e r - m a k i n g , r e l a t i v ee v a l u a t i o nt e s tp a p e r - m a k i n g , a b s o l u t ee v a l u a t i o nt e s tp a p e r - m a k i n g , a n dt h ea l g o r i t h mo ft e s tp a p e r - m a k i n gw e p r o p o s e d ao n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e mw h i c hi n c o r p o r a t e sa l lt h ef u n c t i o no fo n l i n ee x a m i n a t i o n , t e s t ,p a p e r - m a k i n g , p a p e r - c h e c k i n g ,s c o r e - e o n s n l t i n g , s t a t i s t i c - a n a l y z i n ga n dt e s tp a p e r - m a n a g l n g 狂华中科技大学硕士学位论文o n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e mp r o v i d e sae f f i c i e n tm e a n so fe v a l u a t i o nf o ro n l i n ee d u c a t i o na n dp l a y sas i g n i f i c a n tr o l e i nf a c i l i t a t i n ge d u c a t i o ns o c i a l i z a t i o na n dm o d e r n i z a t i o n t h ep r o j e c to fo n l i n ee x a m i n a t i o ns y s t e mb u i l d i n g ，a sp r o p o s e di nt h et h e s i s ，c a nb ew i d e l ya p p l i e dt oo n l i n ee d u c a t i o n k e y w o r d s ：o n l i n ee x a m i n a t i o n , b u i l d i n go ft e s tp a p e rr e s o u r c e , s t r a t e g yo fm a k i n gt e s tp a p e r , r e l a t i v ee v a l u a t i o no fm a k i n gt e s tp a p e r , a b s o l u t ee v a l u a t i o no f m a k i n g t e s tp a p e r珏l独创性声明y l 0 1 8 8 3 5本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我魇知，除文中已经标明；l 甩的内容外，本论文不包含任何箕缝个人或集体已经发表或撰写遥的研究成果。对本文的研究歙窭贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论义作者签名：勃公，a嚣期：鲥毛年，f 月f 墨学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校肖关保留、使用学位论文的规定。即：学校有权傈窘势岛国家有关部门或极梅送交论文的复印传帮电子版，灸诲论文技套阕和借阕。本人授权华中科技大学可以将本学位论文豹全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密强，在霉解密嚣淹溺本授权书。本论文属于，不保密瓯( 请在以上方糕内打“”)学位论文作者签名：乏启# 凤嚣期：矗年，f 月i 鑫指鼯教师签名：匆俐驾麓：年| 月f 召华中科技大学硕士学位论文1 1 选题背景1 绪论1 1 1 网络考试系统的产生及来源考试是教育评价的有力工具，是人们普遍认为比较公平的测量手段，它对教育活动和其他某些行为具有很强的导向作用【。在传统的考试中，准备一次考试是一件很烦琐的事，从搜集资料开始，选取考题、对考题赋分、考卷排版印刷、考试、评卷、到最后记录分数、成绩统计分析等，工作量繁重，工作周期长。人们急需一种高效快捷、科学客观的教育评价工具来代替这种传统的考试方式。随着计算机技术的不断发展与普及，使得对传统的考试过程进行改革成为可能。于是引进计算机技术，减轻教学考试的工作量，提高工作效率成为了一个热门课题，考试系统就此应运而生。命题是考试设计的核心，建立试题库、使用考试系统不但可以减轻大量不必要的人力重复工作，更重要的是可以克服在人工命题中人为的主观性和片面性，提高考试命题的客观性和科学性，以及命题的质量和效率。这符合现代考试的特点，即先经科学的设计而后按设计实施考试。使用考试系统还可以实现教学与考试的分离，使得任课老师必须按照教学大纲的要求认真备课，认真组织教学内容，改进教学方法，对提高教学质量和整体教学水平都有十分重要的意义。非但如此，随着近年来计算机网络技术、电子通讯技术的崛起，远程教育的全球化趋势已势在必行，而作为远程教育重要内容之一的网络考试系统部分应该说起着至关重要的作用。为此，开发出命题科学的试题库、便于集中管理与共享使用、能够实现联机组卷考试、个人自测、联机评卷等功能的无纸化网络考试系统又有了更广阔的发展空间。在人类社会进入2 l 世纪的关键时期，实施现代远程教育工程，形成开放式教育网络，构建终身学习体系，充分利用和优化我国教育资源，普及与提高全民素质，降低教育成本，让全民享有充分受教育权利，将对我国新世纪教育的改革和发展产华中科技大学硕士学位论文生重大而深远的影响。要实现终身教育，仅仅依靠传统的教育方式显然是不可能满足要求的。对学习者来说，传统的学校学习方式也不适合他们，他们不可能经常抛下自己的上作和家庭回学校集中学习，他们需要更方便、更灵活的学习方式，而网络远程教育正提供了这样的好机会 2 1 。现代远程教育工程建设的核心是教学资源建设1 3 】。为此，教育部启动了新世纪精品课程建设工程。精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程，精品课程建设是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，是课程建设的龙头和示范。为认真贯彻落实教育部和省教育厅有关文件精神，浙江海洋学院于2 0 0 3 年启动了精品课程建设工作，我院教师正在积极申报，本人的毕业论文即来源于计算机系列精品课程的核心内容一网络考试系统建设部分，主要负责完成系统的总体设计、试题库结构设计、选题组卷策略及成卷算法的设计。该系统旨在促进学校教育的远程化、现代化和标准化。1 1 2 研究开发网络考试系统的意义在网络技术逐渐渗入社会生活各个层面的今天，远程教学、网络考试是一个很重要的方向。网络考试系统闱是网络教育平台 5 1 嘲中的重要系统之一，它负责对在网络教育中学习者学习质量的评估这一重大任务。它应该是一个基于网络数据库和i n t e m e t 通讯的实时处理系统；可以产生随机公平的试卷；为考生提供实时的通信，以保证考生的成绩准确无误；能够对考试的结果进行处理和分析，为教师提供参考意见。综上，网络考试系统具有降低考试成本，解除繁重的考务工作等优点，它可以免去教师大量的临考工作，试卷可以根据试题库中的内容即时生成，教师也无须去做考后的统计、分析工作，计算机可自动判卷，直接把成绩送到数据库中进行统计、排序、汇总，形成报表。实现无盘、无纸化考试，大大提高了工作效率1 2 国内外概况1 2 1 网络考试系统远程教育和网络考试 3 在一些发达国家己经得到蓬勃发展，凭借其先进的互联2华中科技大学硕士学位论文网技术，人们在网上选举课程、提交作业和网上考试已经比较普及国外一熄著名静考试，丧采震了羁终考试静形式，鲡m i c r o s o f t 公霹夔m c s ecm i c r o s o f t 系统工程师认证考试) 、g m a t ( s e 商管理硕士入学考试) 、托福考试、g r e ( 美国研究擞入学考试) 等而在国内，目前绝大多数远程教育的考试还停留在传统考试方式，对曩联弼鳇真芷敷赐仅限于鼹主擐名工黪和网上残续查邂，还没有囊鞭形残两上考试矮模。据掇邋，中央电犬嘏只是在近两年内在全国备致电大进行智能化礴上考试工作的试点，丽在我国各高校，目前还没商真正实行网络考试。鸯： 耀终教学系统秘鼹终考试对教育远程纯、瑷我伍、国鼯纯毒基太熬攘动露用，目前实现网络教学平台和网络考试系统的软件或产品相当多。根据应用的技术和系统架构方式，这些产品主要可以分为如下几类；单机版的考试系统，基予微软a s p 、a d o 、o d b c 技零戆b s 絮橡瓣考试系统，麓予缴较v b 、d e l p h i 、a c t i v e x 、a s p 、a d o 、d b c 技术的c s 架构的考试系统，以及本论文实现的基于j 2 e e 的网络考试系统。这几类系统各有其优缺点。1 荦辍繇凌考试系绞传统晌纸介考试方式满足不了现代教育发展的霈要，出现了计算祝单机考试模式。此时数据库管理系统( d b m s ) 是以浆中式应用为熬础的，所有臌用不管是d b m s本身，还怒瘸户浆应用祭绞帮是在莱令露定浆量 冀秘系统主集中运行懿。这耱系统对资源消耗极大，对硬件系统依赖性强，从而导致犬型数据库成用系统只能猩大型机上运行，使数据库的殿用发展受到很大限制。2 。基予m i c r o s o f t 黪b s 框架戆耀终考试系绕基于m i c r o s o f t 豹b s 架掩的弼绦考试系统 s l 9 1 的界面采糟a s p 技术，w e b服务器采用m i c r o s o f t 的i i s ，通过a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 技术和o d b c ( o p e nd a t ab a s ec o n n e c t i o n ) 技零谤翊后台关系数据痒。这类系统舱优点凌手采用b s 终褥和瘦客户端，实现麓单。其缺点在予采用a s p 技术，使两页解释执行，速度较慢；采用o d b c 访问数据库，灵活性较差。3 。予m i c r o s o f t 黪e 终框架的睡终考试系统单一豹c s 环境考试系统，对考试的控制力较鬣，考生使用方便毽由予考生的客户端都必须安装考试应用程序和工具，包括他们熬用的程序，因此，考生客户华中科技大学硕士学位论文端过于庞大，负载太重，从而影响了考试效率。存在的问题是对服务端和考生终端的维护比较困难，系统升级比较困难随着计算机技术的发展，特别是网络技术的发展和用户对数据库应用系统需求的变化，集中式d b m s 和微机数据库以不能满足用户要求。这类系统与前一种系统的区别在于，客户端界面由v b 、d e l p h i 、n e t构建，通过a d o 、o d b c 连接数据库。其优点是：采用c s 结构，让客户端完成一些功能，从而减少服务器压力和网络访问量；充分利用m i c r o r 的多种技术，如v b 、d e l p h i 、a c t i v e x 、a d o 、o d b c 等。缺点为：胖客户端，且客户端必须运行在w i n d o w s 操作系统上，版本升级时，客户端需要逐个重新安装和配置。而且，客户端需要安装一些支持软件。4 基于j 2 e e 的网络考试系统基于j 2 e e 的网络考试系统【1 0 】是本论文设计的考试系统这个系统的优点主要采用多层体系架构，系统由如下几个层次构成：客户端界面层、w e b 服务器表示层、应用服务器业务逻辑处理层、后台数据库。这种架构使得系统具有很好的灵活性和扩展性软件编写简化，j a v a b e 觚可以提供很多服务，如安全服务、事务处理、持久性服务、并发处理、分布式中间件服务和优化资源使用等。因此，程序开发可以主要集中于业务处理上。j 2 e e 提供了更为显著和灵活的安全特性。j 2 e e 采用了j a v a 授权和认证服务o a r s ) ，作为其核心的安全性协议和保障。j 2 e e 采用部署描述的方式，使系统组件部署员灵活的对每个e j b 组件、s e r v l c t 、j a v a b e 锄组件的访问角色和角色的身份验证。同样，每个角色对于数据源每个表的各种操作权限也可以在应用服务器的部署描述文件中进行灵活的配置，而且可以为网络中传递的数据启用和选择多种加密机制。而这些安全特性是以a s p 技术实现的网络考试系统所不具备的。此外，j a v a语言的安全性也是其较突出的特点，j 2 e e 技术实现的考试系统无疑承袭了该语言的安全特性。j 2 e e 框架提供了一个与平台无关、可移植、多用户、安全的服务器端开发平台，一次编译，到处运行。4华中科技大学硕士学位论文1 2 2 组卷策略与成卷算法众所周知，命题组卷是考试的中心环节，也是计算机试题库建立的主要目的。命题方式是建立试题库的结构和框架的关键，直接影响到试题库的命题质量和应用范围。目前在国内外考试系统的试题库中大约有四种命题组卷方式：第一种是手工组卷，组卷速度很慢，质量低，当试题库题量非常大时，这种方法不适合；第二种是随机组卷，这是试题库普遍使用的方法，这种方法要求控制试题库的参数比较集中，对试卷命题的适用等级范围限制较大；第三种是智能组卷，这种方法建库较为困难，相应要建立专家系统和推理机制；第四种是优化目标组卷，就是根据考试要求，命题时从试题库中选取一组满足试卷参数的试题构成试卷。选题组卷策略与成卷算法是考试系统的核心理论f 1 2 。成卷算法是由考试系统的成卷模型所决定。不同的成卷模型有不同的成卷算法，但相同的成卷模型也会有不同的成卷算法。现在最流行的且最多系统采用的算法是随机选题的成卷算法，这主要是因为很多考试系统都是针对专门的科目而设计，这些考试系统的题库结构相对简单，题量不大，因此不用设计很复杂的算法来进行成卷。例如国外一些考试系统如网址为h t t p ：w w w i u n e d u - c p a n h d c g i b i n g e n e r a t o r e x a m g e n e r a t o r h t m l 的系统，它的试题库中只有单选题和多选题，且考试范围小，因此其采用随机选题成卷算法。这种算法虽然实现简单，但是成卷的效果一般很难令用户满意，因为用户对试卷的期望没有被算法考虑。也有一些考试系统采用了一些比较好的算法，它们都是建立在一个好的成卷模型的基础上。如文献 t 3 】和【1 4 1 中建立的模型，考虑了用户对试卷的期望及试卷中各项参数的专家分布曲线，并提出了求解该模型的几个算法，如文献【1 3 l 中的松弛法，文献【1 4 l 中的前移法和随机抽取法等。而在文献【”1 中提出的一个多目标规划模型及其求解算法，很有参考意义，但是其算法求解的速度不快，因此必须结合一种更快的方法进行求解。在文献【1 q 中，提出了几种好的选题策略，有随机与穷举结合策略、动态优先权策略、减少约束并行性策略和误差平均分配策略。这些策略在已有的试题库单机版产品g i t b 中有很好的应用。也有一些文献对试题的编码加华中科技大学硕士学位论文以研究，提出一些减少算法复杂性的编码，并且可以保证在一份试卷中不会有重复试题的出现，这些文献有【17 h l 引除了传统的选题算法n 9 1 【2 川外，也有一些学者提出采用一些新的随机搜索算法来进行选题成卷，如采用遗传算法 2 1 】。文献 2 2 1 就是一篇关于采用遗传算法来进行成卷的文章。文中建立了一个智能成卷的数学模型，并且就此模型给出了一个基于典型的遗传算法框架的选题算法。遗传算法具有求解速度快及所得解较优的优点，因此以该框架建立的算法组卷的速度快。但是染色体的编码是采用该算法的难点。文献 2 2 1 中采用的染色体编码的优点是易于操作，意思明了，但是由于其长度由题库的题量决定，因此会造成染色体过长；另外这种染色体缺少灵活性，因为当题库量改变时，必须马上修改算法中的染色体定义以适应题库的变化，而题库题量的改变是经常会发生的，因此题库中必须经常删除一些旧题，增加一些新题以保证试题库的新鲜度。因此采用遗传算法来作选题成卷，重点是给出一种易于操作、意思明了且灵活性高的编码。1 3 本论文的主要工作正如前文所述，网络考试系统的开发理论与技术已经有了很大的发展。目前网络考试系统主要有两种模式：一种是传统的c s 模式，即客户机服务器模式；另一种是新型的b s ( 浏览器服务器) 模式，即瘦客户机模式。新型的b s 模式的网络考试系统由服务器端对数据库进行管理，客户端通过浏览器登录网络考试系统。与基于c s 模式的网络考试系统相比，它更加稳定，更适宜于互联网上的考试。同时，网络考试系统是基于试题库操作的，所以能实现智能自动组卷、自动阅卷和自动分析，大大缩短了考试周期 2 3 1 。本论文的主要工作就是利用当前较为成熟的试题库方法和技术，结合计算机学科特点，设计将建立一个较为完整的智能试题库，应用j 2 e e 技术，采用b s 结构，改进传统的考试系统，研究设计一个网络考试系统，并初步实现。具体如下：1 通过查阅大量中外文献，了解国内各种试题库、网络考试系统的特点，分析功能需求，确定本系统总体设计方案。6华中科技大学硕士学位论文2 给出网络考试系统的体系，完成系统的功能设计3 探讨、选择最优的系统开发技术，确定本系统使用j 2 e e 技术结合大型数据库管理系统初步实现网络考试系统的设计。4 结合试题库编制理论及计算机学科特点，构建了结构合理、质量上乘的试题数据库。5 根据不同教学评价目标，提出了快速随机组卷、相对评价组卷、绝对评价组卷三种组卷策略及成卷算法，并将在系统中运用。1 4 论文的组织结构第一章给出了课题的背景，介绍了当前国内外网络考试系统的研究概况以及课题的主要研究工作；第二章讲述了网络考试系统的总体设计，给出了系统的体系结构和总体功能的设计；第三章给出了试题库的结构设计与建设，构建了结构合理、质量上乘的试题数据库；第四章根据不同教学评价目标，提出了快速随机组卷、相对评价组卷、绝对评价组卷三种组卷策略及成卷算法，并将在系统中运用；第五章系统实现与安全保障机制；最后，对全文所作的工作进行了回顾和总结。7华中科技大学硕士学位论文2 1 体系结构设计2 系统设计随着软件系统的规模和复杂性的增加，软件体系结构的选择成为比数据结构和算法的选择更为重要的因素，三层客户服务器体系结构为企业资源规划的整合提供了良好的框架，是建立企业级软件系统的最佳选择。随着体系结构的发展，软件框架结构方面也在不断发展，目前在多层应用结构方面出现j a v a 技术和n e t 技术的实现的不同的解决方案，二者各有优缺点，分别适用于不同规模的系统的要求。下面说明三层模式的体系结构，阐述应用j 2 e e 的b s 框架结构来设计网络考试系统的方法。1 传统两层c s 结构的缺点传统的两层客户月& 务器模式比较适合于小规模、用户较少、单一数据库且在安全、快速的网络环境下( 例如局域网) 运行。但是，随着应用系统的规模不断扩大，复杂性越来越高在多用户、多数据库且非安全的网络环境下( 例如：i n t e m e t ) ，这种两层结构的应用模型将无法适应。而且传统的两层结构还存在以下缺陷：它是单一服务器且以局域网为中心的，所以难以扩展至大型企业广域网或i n t r a n e t ：受限于供应商，程序的升级维护必须由供应商重新开发扩展；软，硬件的组合及集成能力有限；在软件上呈现出胖客户端，用户必须在客户端安装特定的客户端应用程序，而且企业的业务逻辑都写在客户端应用程序中，程序维护困难，程序升级需要每个客户端都要安装新的客户端应用程序，同时，对于程序开发商来说，程序模块的重用性差，各个模块相对独立：c ，s 模式很难管理大量的客户机。基于以上原因，传统的c s 模式已经不能适应发展的需要，随着网络技术的普及和用户需求的进一步提高，三层w e b 模式应运而生。s华中科技大学硕士学位论文2 三层w e b 结构的优点三层客户服务器模式( 以下简称三层模式) 脚1 在两层模式的基础上，增加了新的一级。三层模式框架如图2 1 所示，这种模式在逻辑上将应用功能分为三层：客户显示层、业务逻辑层、数据层。客户显示层是为客户提供应用服务的图形界面，有助于用户理解和高效的定位应用服务。业务逻辑层位于显示层和数据层之间，专门为实现企业的业务逻辑提供了一个明确的层次，在这个层次封装了与系统关联的应用模型，并把用户表示层和数据库代码分刀：。这个层次提供客户应用程序和数据服务之间的联系，主要功能是执行应用策略和封装应用模式，并将封装的模式呈现给客户应用程序。数据层是三层模式中最底层，他用来定义、维护、访问和更新数据并管理和满足应用服务对数据的请求。三层模式的主要优点为：良好的灵活性和可扩展性。对于环境和应用条件经常变动的情况，只要对应用层实施相应的改变，就能够达到目的。可共享性。单个应用服务器可以为处于不同平台的客户应用程序提供服务，在很大程度上节省了开发时间和资金投入；较好的安全性。在这种结构中，客户应用程序不能直接访问数据，应用服务器不仅可控制哪些数据被改变和被访问，而且还可控制数据的改变和访问方式增强了企业对象的重复可用性。“企业对象”是指封装了企业逻辑程序代码，能够执行特定功能的对象。随着组件技术的发展，这种可重用的组件模式越来越为软件开发所接受。三层模式成为真正意义上的“瘦客户端”，从而具备了很高的稳定性、延展性和执行效率三层模式可以将服务集中在一起管理，统一服务于客户端，从而具备了良好的容错能力和负载平衡能力。9华中科技大学硕士学位论文i e c l i e n t1w 曲s e r v e r，。、d b sn e t s c a p ec l i e 嗣a p p $ e r , , e r客户屐逻辑展数据层图2 一l 三层模式框架网络考试系统是远程教育的重要组成部分，往往都是用户的分布广泛，数据集中处理，因此在设计时充分考虑各种体系结构的优缺点，选择三层w e b 模式进行开发实现。3 j 2 e e 体系结构介绍本系统参考大量的现有考试系统p s i 2 6 lf 2 7 】。最后我们选择的j 2 e e 体系结构 2 s l【2 9 】分为三个层次，分别是客户表示层、中间逻辑层和数据管理层及应用系统。本结构具有跨平台的特性，结构中的三个层次可以处于不同的平台下进行协作应用：因为客户表示层可以使用不同的客户端程序，因此具有很好的分布性，可以适应分布式管理的要求；在后台的应用系统集成中，可以把企业不同的应用系统集成到该结构中，因此可以有效的保护现有的资源不被破坏。基于j 2 e e 来实现的w e b 服务的核心框架图如图2 - 2 所示。图2 - 2 基于j 2 e e 来实现的w e b 服务的核心框架1 0华中科技大学硕士学位论文用基于j 2 e e 的体系结构开发的w e b 服务还具有以下的优点：可以跨越中间防火墙进行通信。因为w e b 服务是利用h t t p 最为传输媒介，中间层使用w e b 服务的话，可以从客户界面直接调用中间层组件，而不必建立页面。应用系统的集成。要把企业里不同语言写成的，运行于不同平台上的各种程序集成起来必然会花费很大的开发力量。通过w e b 服务可以使用标准的方法把功能和数据暴露出来，供其他程序使用。所有的企业逻辑和服务都集成封装在可重用、可移植的f _ d b 组件中，因此系统维护性和可重用性好。中间件代码可以集中在处理业务逻辑上，无需考虑数据表示。可见，网络考试系统的数据和程序集中在统一的服务器上，服务器运行平台与客户端的运行平台可以不同，因此采用j 2 e e 的框架结构解决比较合适。系统前台用户显示层使用j s p 和s e r v l e t 在浏览器上实现，中间使用e i b 组件实现企业业务逻辑，后台数据库使用s y b a s e 数据库，开发工具使用j b u i l d e r 9 0 。2 2 系统的功能我们将用户进行分类，并根据用户的类别对整个系统的功能进行划分。2 2 1 用户类别的划分及享有的功能网络考试系统的用户可分为三大类，分别是系统管理员、教师和学生。每类用户都需要进行身份验证才可以进入系统，其功能各有不同。1 系统管理员：用户管理、试题库管理、试卷库管理、练习卷库管理等。2 教师：班级与学生管理、试题库管理、成卷、布置作业、查询试卷、更新试卷库、更新练习卷库、阅卷及试卷分析、考试成绩查询、修改、统计分析等。3 学生：考试、练习、完成作业、成绩查询等。2 2 2 系统功能模块的设计本系统可完成试题库管理、抽题组卷、在线考试、作业练习、统计分析等诸多华中科技大学硕士学位论文功能，其主体功能详见网络考试系统的功能结构，如图2 3 所示。图2 - 3 网络考试系统的功能结构图华中科技大学硕士学位论文2 2 3 系统主要功能详解1 试题库管理试题库的管理，要求用户的使用权限较高，应该是系统管理员或学科教师、专家，主要实现题库的添加、修改、删除和查询的功能。其中试题添加功能，为了充分体现网络题库的可扩充性和开放性，系统可远程收集试题，任何教师都可通过网络提交试题，但是为了确保题库内容的保密性、稳定性和严谨性，进入题库的试题必须符合录入标准，所以经过远程提交后的试题都先要存储在一个缓冲试题库中，经学科专家审查修改后，方可录入正试题库1 3 0 l ；试题查询功能，可对试题的具体内容进行查询，也可对题库中试题的整体分布情况进行查询。试题内容的查询可根据试题类型、知识点等属性字段单独查询，也可利用与或关系进行关联查询，显示的内容可以是单一字段内容，也可以是所有属性内容。试题整体分布查询可纵观题库全局，了解题库的总体分布，可按章节范围了解试题分布情况，可按题型、题分、难度等了解试题分布情。另外，本试题库能够处理图形、图片、公式等不能用文字描述的特殊信息 3 1 l 。2 组卷智能组卷是网络考试系统的一个重要组成部分，自动组卷是考试系统自动化操作的核心1 ：2 标之一，而如何保证生成的试卷能最大程度的满足用户的需要、并具有随机性、科学性、合理性，这是实现中的一个难点。目前，大多数的智能组卷都是根据预先设定或人机对话的方式由用户人工来确定组卷要求，然后按一定的组卷策略、组卷算法生成满足要求的试卷【3 2 l 。本系统提供四种组卷方式：手动、半自动、智能、选择模板组卷。手动组卷：根据页面提示，通过查询数据库各个题型，逐个选择所需要的试题。在查找选题时，这里不同于以往其他系统，只是盲目的列出数据库中的全部试题，而是先将试题库中的试题按照章、节、知识点进行了更确切的分类，只要出题者先选出自己所要考查的知识点，系统便会马上列出该知识点所包含的试题，然后再选华中科技大学硕士学位论文择具体的试题。这样大量节省出题时间，提高效率。半自动组卷：不必逐一选题，只须按界面要求输入各类试题的较详细的属性值，系统根据相应的选题策略及成卷算法自动选取试题，生成所需要的试卷。生成的试卷还可手动修改。全自动组卷：基本功能是要在用户提出的较为模糊的和较少要求的情况下高度智能化地生成满意的试卷。也就是说只要用户输入考试类型、试卷分数、试题数量、考试时间、考试范围等比较少的试卷的整体参数信息，系统就能自动生成比较满意的试卷。当然在输入条件比较全面的情况下，可以更好地生成试卷。同样生成的试卷完全可以手动修改。选择模板组卷：在自动组卷的过程中，系统可以将用户输入的所有选题参数以文件的形式保存，这里称作模板，并且系统结合专家经验以及考试目的要求等相关知识预设了一些参数模板。用户可以查询调用相应的模板文件直接生成所需要的试卷。模板可编辑。模板组卷是建立在自动组卷的基础上，我们对它的引入缘于标准化考试，由于标准化考试的试题题型、试卷的结构等都是有一定的规范，因此教师不必每次组卷时都对选题参数进行设置，教师只要查询并选择自己所需的模板即可完成组卷，使出题考试变得更为科学、高效快捷。以上试卷均以两种方式呈现：一种是以h t m l 的方式，供网络在线考试使用；一种是r f t 文件的方式，供教师下载使用。3 考试考试分正规在线考试和学生自测与练习。前者由教师组卷，学生选卷答题。系统在浏览器中以h t m l 的方式呈现试卷，并通过表单来输入试卷答案，学生提交答卷后，系统将学生答案存入学生档案之中。教师在阅卷时，可以调出学生的答卷记录进行批阅，客观题由系统自动判别，非客观题由教师判定给分，教师确认提交后，判卷信息便存入学生的档案之中。供以后查询成绩使用；而学生自测与练习功能，学生可以自己输入组卷参数( 参数项与教师组卷相同，只能抽出客观题) ，形成模拟的练习试卷，然后进行联机测试，提交所做的试卷后，系统将自动评阅，并给出标准答案，对做错的试题给出详细解答。1 4华中科技大学硕士学位论文4 统计分析统计分析的目的是便于对试卷或学生的正确评价 3 3 1 。系统通过试卷的信度、效度、平均难度；考生群体的成绩包括最高分、最低分、各个分数段的积累人数、平均分、标准差以及学生成绩是否符合正态分布等情况的分析来综合评定试卷的好坏或学生对知识点的掌握程度。5 系统工具注册管理：管理用户注册信息，进行权限管理。专家确认：对试题库进行添加、修改及删除时，必须通过学科专家的确认，包括修订试题参数、增删试题等。退出系统：退出考试系统，若退出后，还需继续使用本考试系统，需要重新登录。2 3 本章小结本章对网络考试系统进行了系统总体设计。首先选择设计了网络考试系统的体系结构；然后对系统进行了功能模块的设计，划分了三种用户类别( 系统管理员、教师和学生) ，享有不同的功能，系统可完成试题库管理、抽题组卷、在线考试、作业练习、统计分析等诸多功能；最后对系统主要功能，如试题库管理、组卷、在线考试等进行了详解。华中科技大学硕士学位论文3 试题库建设网络考试系统必须震建立试题库删p s i 试题库要根据考试大纲要求，依据教育测量学璎论来进行命题。在试题库建设中，优良盼组卷策略和成卷算法匿然熬要，僵一份好豹试卷静获德，必须要以良好豹试题震登控钢与正确鹃耩性参数标注以及合理的试题组成结构为前提。本系统试题库的构建是在学院原有试题库的基础上，结合了计算枧学科鲍特点，对原试题麾中试题的缎成与分布进行了重额调整，使褥试题痒豹结构更加合理1 3 6 ，班徐迸成卷算法效栗爱佳，效率熨海。本系统充分考虑了系统的通用性【3 刀【3 引，尤其在后文将要叙述的选题缎卷部分，可以邋合任一学科的维卷。但本试题库酶建设主要针对计算桃这门学科，所骧学科特色题必须要考虑豹，尤其要稷攒教学大纲静援求考虑试题的内容分布、难度分布等情况，并注意区分重点与非重点内容。3 1 试题寝缝设定试题的属性是与组卷时用到的选题参数相对应的，全面而准确的属性定义是建立题库系绫更为重要鳃僚涯。参考嚣家教育按零栽藩嘲、学毒i 专家戆建议以及程序设计的需要，试题库的试题属性指标定为：试题编号、题类、试题类型，考察知识点、隶属章节，难度、区分度、认知分类、考试要求、题干、提示信息、参考答案、评分搽准、建议答题对舞、建议瓣考试褥分、凌题久、出题隧、睾蠢入、密订日麓、馒髑次数、最后曝光时间、鹅耥时间、傈鬻硕。上面试题的属性比较直观明了，猩此只对一些生要的属性项作简要的说明：试题缓号：试题熬啦一标谖，只黉翔道菜令试熬缡号，霞毒壤一礁定一逶试题，这对利用计算机处理试题极为重要。难度：题目的难度烧衡量题目难易水平的数量指标，通常以题目的答错比率来表示：鲡鬃签对戆天数熬多，题嚣纛越容易，难震藏低。难度褒熬痒孛戆撂麓囊要是为了筛选题目。题目难度的选定需翳考虑测验的掰的和性质。比如，如果测验是1 6华中科技大学硕士学位论文用于选拔蒙用人员，就威该比较多地采用那些难度假接近录取率的题目。区分发：也嘲题曩熬鉴嗣力，它怒簿量题曩j l 重不霹拳平放试愆心理特蕨豹区分程度的指标，如果题目的区分度高，那么水平高的i 阿学在题目土的得分就会搿，而水平低的同学就会得分低，这样就可以把不同水平的同学区分开来。区分度属性在题疼中的佟餍也是攫逸鬈孽。题曩区分疫越寒，它分辫学生熬矮汲承平窝素袋态低的能力就越强，因此对予相对评价的考试来说，题掰区分度是缀獯要的参数。此外，对诊断类型的测验，区分度越高，就越能够快速而耩确地定位学生问题之所谯，为采取蛰敦掺麓撬甓戴撂嚣方彝；嚣使蠲区分疫抵煞题基篷成黪诊羧试卷，嬲在分据考试情况酊容易产生误剡的情况。认知分类：学科体系与教育目标分类理论将决定整个题库及生成试卷的内容效度，是翱定经蘧褒矧戆壤本菝挺，联海瓣整令挺絮缝鞫葳是要按照其俸要求寒设诗与建造的。教育目标的分类方法，一般是采用布卢姆的认识、领会、应用、分析、综合、评价锋六类。但怒在实际应用溺中，不同地域，不同学科，教师或教育研究久员逄霹毅挺出更簿会嶷嚣戆嚣熬分爽蠡准。只癸试题属性窝缝卷参数对它熬定义一致，那对组卷策略就没有太大的影响。最后曝光时间：本邋试题的最后使用时间。题目的使用次数和最后曝光时间两令参数毒潋溪寒控截蘧瓣熬骧毙度。凳了试卷豹爨寮囊、公平憋窝安全戆麓燕，在抽取题目缎成试卷的时候，需要控制题目的曝光魔。控制曝光度有两方面的考虑，一是如果题目在规定的日期范围之后被使用过，本次就不再使用；二是如果脊几个嚣鬟季聱瀵怒条磐豹瑟嚣霹珙选择，黟么在蘩褒试题瓣嚣籁应该选择楚震次数少懿题目，以达到使用上的平衡和控制曝光艘的目的。3 2 同一试卷中试题豹属性分密建立试题库的目的就是为选题组滤所用，选题组卷的过程，就是把一些试题属性值输入剿计算机，系绕再根据这些参数值，抽出最适合参数翼求的试题，缎成能够实际使麓豹试卷。掰叛试题懿藩援参数在一论试卷耱分毒祷溅奄试题痒豹缎藏擒成是密不可分的【2 3 】，下面我们就对试题的属性在试卷中的分布情况作一下分析华中科技大学硕士学位论文选题缎卷是一个多翻标规划求解的问题【3 9 】，但把一道试题的所有属性指标都考虑裂也怒不切实际黪，绣娃我识羔黉对选题熬憨髂参数：题蘩、难度、分数、内容、时闻等进行分析。1 题溅分布结合计算机学科特点，试题库中的题型设有选择、填空、判断、绽程题。茭中选择、填空、兴錾圭簧考察学生对蒸本壤念的掌攘德猛，难度较低，所用时问较短，但在试裙中起着扩大内容覆盖面韵作用，因此占的比例较大，根据专家意见，按时间计算，应占7 0 。编程题主要考察学生综合利用所学知识的能力，分撰窝赘决实器阏题鹳魏办，终占3 e 淹宣。2 难度分布难度是试题的一个重要指标。在教育测量学中，某一测骏项目的难度通常用难度指数来衡量，难度指数( 也称通过率) 定义为全体被测试者在该项嚣静平均缮分篷冬溺验壤霉慧分嚣漾分) 豹凌篷【h l 。这徉其实滚度豢数e 簸是0与l 之间的任意实数，但实际上不需要也不可能对试题的难度时行如此细微豹划分。又考虑到难度指数受被试群体的影响很大，根据经验，我们按中等学生的水平翅分把试嚣努秀5 搂，获糕舅裹砖藏戆难疫指数纹次惫：易；| o 8 ；较易：0 + 8 0 6 ；中 0 6 0 4 ；较滩：0 4 o 2 ；难：0 2 o 。教育测量学量论认为，为了使试题具有较强的区分度，成使多数题难度接近0 。5 ，少数霹在0 。3 、0 。7 之鬻。然纛舞等学校豹考试，莠不仅仅楚为了区分学是豹程度，它黛少还有检查教学效果和督促学生学习的作用。有些重露的基本概念，虽然难度不大，如果不考，学生就不会认真复习，因此容易和较容易的题仍应占2 0 左右隽宣。孛等燕痉熬麓主要莛捡蚕教学效采豹终麓，应该是多数学生能敲滋，孛等学生会宵小的错误，火约应占5 0 6 0 。较