（计算机软件与理论专业论文）基于网络环境的考试系统的研究与实现.pdf

摘要 随着由通信和计算机相结合而诞生的计算机网络的广泛应用，现代教学中很多学科 已经逐步开始采用计算机作为工具进行考试。基于网络环境的考试系统既能较客观、公 正地反映学生的真实水平，又能节约人力物力提高考试效率。 本文主要研究了基于网络环境的考试系统的系统开发理论与实践。使用c s 结构， 将c # 作为基于网络环境的考试系统的开发工具。自动组卷的效率和质量完全取决于试题 库设计以及抽题组卷算法的设计。题库建设为教学质量的客观评价提供了十分有效的手 段，在题库的设计方面，严格按照经典测量理论开发了题库管理系统。自动组卷问题的 实质是在一定约束条件下的多目标参数优化问题，在组卷的设计方面，以试题类型、试 题数量、知识点、难度系数、曝光度等约束条件组出理想的试卷。在考试数据的统计分 析方面，以图形化的方式，表示各种分析结果，对教学效果、组卷质量进行有效的评估， 同时为调节考试系统题库中的试题难度系数和知识点分布提供了科学依据。利用“宏”和 a 实现自动阅卷。 论文首先分析基于网络环境考试系统的研究现状、技术背景、特点及应用。以大学 计算机文化基础考试为背景，分析并设计系统的主要模型，系统结构和系统功能。其次， 阐述系统的开发及实现过程。最后，对本考试系统的实现过程进行了总结，并对建立更 加有效的数据分析模型方面进行了展望。 本系统具有交互界面友好，操作简单，通用性强等特点。通过功能测试，本系统已 成功应用于东北师范大学计算机共同课考试中，运行至今系统稳定，成绩真实可靠，节 约教学成本，有一定的使用价值和推广意义。 关键词：网络考试；自动阅卷；网络通信 a b s t r a c t w i mm ew i d ea p p l i c a t i o no fh l t e m e t ，c o m p u t e r sa r eg r a d u a l l ya p p l i e di i lt l l ef i e l do f e x 砌n a t i o ns v s t e ma l o n gw i t l lt h ec o n l b i i l a t i o no fc o m m u n j c a t i o nt e c l l l l o l o g ya 1 1 dc o i l l p u t e r t e c h l l o l o e 【v t h ee x a n l i n a t i o ns y s t e mb a s e do nl a nn o to i l l yc h e c kt l l el e v e lo fo u rl e a m e r f a i 订y ，b ma l s os a v em 明p o w e r m a t e r i a lr e s o u r c e sa 1 1 di m p r o v ee x a i 】血l ee f j f i c i e n c y t h ed e v e l o p m e n tt h e o r va n dp r a 屺t i c eo f t h ee x 删n a t i o ns y s t e mb a s e do ni 。ani sp r o p o s e d i 1 1t h i sp a p e r c ss t m c t u r ei ss u p p o r t e da 1 1 dc 群i su s e da st h ed e v e l o p m e n tt o o lo fe x 锄i n a t i o n s y s t 锄b 邪e do nl a n t h ee m c i e n c ya n dm eq u a l i t yo fa u t o i n a t i ct e s tp a p e rg e n e m t i o na r e c o m p l e t e l yd e c i d e db yt l l ed e s i g no fi t e mb 甜1 1 ( a n da l g o r i t l l mt 0e x t r a c te x 砌n a t i o nq u e s t i o n at e s ti t 锄b a n ki sa ne 伍c i e n tm e a n so fo b i e c t i v ee v a l u a t i o no nt e a c l l i n g nd e v e l o p s s u b j e c t d a t a b a s em 蚰a g e m e ms y s t e ma c c o r d i n gs 仃i c t l yt 0t l l em a t b e m a t i c a lm o d e lo fc l a l s s i c a l m e a s u r e m e n tt l l e o r yi i lt l l ed e s i 印o ft e s t i n gp a p e r t l l ee s s e n c eo fa u t i d m a t i ct e s tp 印e r g e n e m t i o ni sai 硼l t i o b j e c t i v ec o m p o n e n to p t i m i z a t i o np r o b l e mu n d e rc e r t a mr e s t m i n t c o r l d i t i o n ，t l l es v s t e mc 趾s e a r c hf - 0 rt h eb e s ta 1 1 s w e ra c c o r d i n gt 0t l l er e s t r i c t i o nc o n d i t i o n s ， s l l c h 硒t e s tq u e s t i o n st y p e s ，e x 蛐a t i o nq u e s t i o n ss c a l a r ，k n o w l e d g ep o i l l t s ，d i 衔c u l t ) r d e 伊e e ， e x p o s i t i o n ，觚ds o0 n m a n yk 砌so f r e s u l t sa r es h o w nm t h i sp 印e ra n e ra i l a l ) ，z i i l gt l l ee x a i l l i n e d a t aa tt h e 雒p e c to fs t a t i s t i c a l la n a l y s i s t h es c i e n t i f i ce v i d e n c ei s 鲫p p l i e dt 0t h ea d i u s t m e n to f d i f j f i c u l t yc o e f ! f i c i e n ta ：b o u tt e s t 蛐硒ea 1 1 dt 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电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 第一章引言 1 i 研究背景及意义 1 研究背景 考试是人类进行自我判断的需要；是认识人类总体与个体之间关系的需要；是反映 人的本质与人的存在的需要【l 】。2 0 世纪初，首先在西方建立了经典测量理论，5 0 年代又 创立了项目反应理论，使考试在测量领域成为科学。当今世界，在市场机制的推动下， 考试在各行各业得到了广泛应用。由于考试提供了科学的竞争手段，从而保证了考试的 公正，激发了应试者的学习积极性，推动了教育的发展，促进了人才的合理使用与流动。 在学校教学工作中，考试是其中重要组成部分。通过考试，教师可以了解学生的学习情 况广并借此掌握教学效果，改进教学方法，、提高教学质量。通过考试，学生可以了解自 己对教学内容韵掌握情况，有的放矢的改进学习方法、进行高效学习。 传统考试主要采用卷面考试方式。其过程包括人工出题，试卷分发，试卷回收及检 查，人工阅卷、试卷评估与成绩分析等。传统考试环节多、参与者众，提高了考试风险， 而且随着考试要求的提高与考试类型的多样化，教师的工作量越来越大，当考生数量达 到一定时，很难保证考试成绩的公正客观和考试质量。以东北师范大学为例，每学期参 加计算机共同课的人数近两千人，批阅海量的试卷带给教师繁重的劳动，影响着教师日 常的教学和科研工作。另外人工批阅会存在着不可避免的误差，这种误差会影响教学效 果和教学质量。不仅如此，传统考试要求学生在规定的时间内，在规定的考场进行统一 的考试。这就使学生在时呦空间上受到了严格的限制，某些突发事件可能使学生无法 参加正常的考试。可以说，传统考试已经不能适应现代考试的要求。因此基于网络环境 的计算机共同课考试系统被列为东北师范大学本科教育教学改革重点研究项目。 随着计算机和网络的普及，随着校园网建设日趋成熟，考试系统软件得到了巨大发 展，基于网络环境的考试系统在考试中的应用越来越普遍，其功能也越来越强。考试从 传统的纸笔考试逐渐过渡到了基于网络环境的无纸化考试。大学计算机文化基础是 高等学校非计算机专业的必修课程。这门课程要求学生了解计算机发展等基础知识，熟 练操作w i n d o w s ，利用w o r d 、e x c e l 和p o w e r p o m 等软件解决实际问题，了解计算机 网络的基本操作等。因为计算机是实用学科，所以上机实践是该课程非常重要的环节。 该课程的测试可借助于网络环境，利用计算机进行试卷组卷、分发、回收成绩文件、自 动阅卷、成绩统计及分析。使传统考试中教师的大部分工作交由考试系统完成，使教师 从繁重的阅卷等工作中解脱出来，有更多的时间关注教学效果，改进教学方法，总结教 学过程。而且基于网络环境的考试系统允许考生在不同时间和不同地点参加考试，它突 破了时间和空间的限制，方便了考生。 东北师范大学硕士学位论文 总体而言，基于网络环境的考试，减轻了教师的劳动强度，降低了考试成本，使考 试更加公正、客观。提高了考试效率。作为一种非常重要的考试手段，它成为近年来一 个非常活跃的研究领域。 2 研究意义 积极开展基于网络环境的考试系统的研究，对构建新型的大学计算机共同课教学模 式，提高学生的实践水平具有重要的意义。本文的研究为网络环境的教学资源与软件设 计研究提供了一个有利的补充。本文致力于形成基于网络环境的考试系统的开发理论、 过程和方法，及基于网络环境的考试系统在改进教学方法及教学策略等方面的应用。 本课题的研究还有一定的实践价值。 ( 1 1 改进教学效果。在教学中，基于网络环境的计算机共同课考试系统可以改进教育 测量与评价的方法，细化试卷分析及成绩分析，辅助教师找到教学薄弱环节，改进教学 方法，提高教学质量。 ( 2 ) 节约成本。以往考试需要提供教师出题费、监考费、阅卷费，但使用考试系统后 除首次需要录入试题库外已达到自行组卷，自动评阅给出分数，只监考一项由教师参与， 大大节约了教学成本。 ( 3 ) 易于推广性。基于网络环境的计算机共同课考试系统不仅使共同课教育、教学改 革进入了一个崭新的阶段，而且也可以推广到其它公共课考试中。以大学英语为例，大 学英语考试题型基本为选择题，只需将考试系统的题目内容和答案修改即可投入使用。 本文的研究将为大学计算机共同课教育提供一个有效的支撑平台。基于网络环境的 考试系统逐渐改变人们传统的教育观念，其必然会对教育、教学过程产生深刻的影响。 它有利于教学信息的组织与管理，提高教学质量和教学效率。它将成为应用广泛的考试 手段，并改变教学模式、教学内容、教学手段和教学方法。 1 2 国内外研究现状 基于网络环境的考试系统经过多年的发展正在逐步取代传统的考试方式，尤其在进 行大规模考试时，显示出相对于传统考试的强大优势。下面简要介绍一下基于网络环境 的考试系统国内外开发使用情况。在九十年代初国外就比较早的开发并使用考试系统， 例如g r e 考试。国内考试系统虽然起步较晚，但由于硬件、软件条件也已比较成熟， 近几年也有所发展，国内的考试系统有全国计算机等级考试，吉林省职称计算机考试等。 根据应用技术和系统架构方式【2 】，基于网络的考试系统主要有单机环境考试系统、 基于c s 模式的网络考试系统、基于b s 模式的网络考试系统三类。( i ) 单机环境考试系 统必须在每台计算机上安装计算机考试系统，题库和试卷。缺点是系统资源消耗大，硬 件系统依赖性强，数据的应用发展受到很大限制。( 2 ) 基于c s 模式的网络考试系统就是 基于c l i c n t ，s e e r ( 客户端月匿务器) 架构的考试系统，利用局域网在每台客户端安装相 关软件并对其进行通信设置。优点是自动化程度和效率较高，缺点是只适用于一定范围 难以扩展。( 3 ) 基于b s 模式的网络考试系统采用三层体系结构：用户层，事物层，数据 东北师范大学硕士学位论文 库层。客户端只需安装标准的w e b 浏览器，其他应用程序都存储在w e b 服务器上， 即可实现考试系统的成功运行。由于考试系统要求具有较高安全性，而且b ，s 模式目前 还没办法很稳定的实现某些功能，所以考试系统采用c s 模式。 根据教育测量理论，主要有采用经典测量理论的考试系统和采用项目反应理论的考 试系统两类【引，根据不同理论指导的考试分为传统的自动组卷考试和自适应考试。因为 经典测量理论的数学模型发展成熟，公式简单明了，所以基于网络环境的本考试系统依 据经典测量理论。 为了便于开发及管理，通常将考试系统主要分为数据维护模块、系统维护模块、网 络传输模块、自动组卷模块、考试模块、评卷模块、成绩管理模块等。其中自动组卷的 过程是根据某些约束条件，在试题库中选择满足约束条件试题的过程。目前的组卷算法 有随机选取法、回溯试探法、遗传算法1 4 】等。还有加以改进的自适应遗传算、法【5 川及免疫 遗传算、法【纠】。2 0 0 4 年，韩昆、杨小平【1 0 】提出利用全局约束来限制题型、难度、分值等 属性的取值范围并根据约束条件生成抽题规则，以便根据相同考试内容和考试要求，在 短时间内生成差别较大的试卷。赵亮、冯博琴【】提出智能组卷系统以集合论为基础。2 0 0 6 年，曾一等1 1 2 】提出了基于难度级别的分割递归算法和状态链表的随机抽题算法。2 0 0 7 年，朱守业【”】提出在组卷之前先进行组卷目标的满足性检查，即用户提出的组卷目标值 和题库的约束值相比，满足则准备组卷，不满足则要求用户重新指定组卷要求。陈海山 等人1 1 4 1 考虑将j o s 郴问题应用于通用试题库的组卷算法，可以产生一个分布较均匀且 不重复的“试题编号”序列。郭敏华等【”】针对衡量试题质量的两个重要指标试题难度系数 和试题区分度，设计动态计算和优化模型，结合主、客观试题各自的特点，准确快速地 统计出海量题库试题的实际难度系数和区分度，并指导出题者逐步完善和修改试题内 容，从而提高海量题库命题的自动化和合理化水平。陈磊，姜薇【峒设计了基于人工鱼群 算法的组卷算法。王友仁掣1 刀结合组卷问题求解领域知识与专家选题思想，提出了一种 基于自适应混合进化机制的智能组卷方法，采用了基于题型的分段编码、段内进化算子、 误差加权适应度评估方法。李美满等【1 8 1 设计通用考试系统包括命题模块、组卷模块、考 试模块、阅卷模块、成绩管理模块，每一个模块均做成一个c o m 组件。 但目前已有的考试系统软件也还存在如下的不足之处。 ( 1 ) 目前已投入使用的考试软件，大多为某一专业领域而设计，而无法跨领域通用， 严重限制了其应用范围，为使用者带来了不便。 ( 2 ) 目前大多数的上机考试界面友好性较差，目前的考试软件往往强调其功能性，而 在一定程度上忽视了简单易用，欠缺对普通用户的提示和帮助，造成了使用的困难。 ( 3 ) 评价和反馈是教学中不可或缺的环节，目前已有的考试系统软件试后统计分析工 作欠缺。其功能流程大多数终止于试卷回收和自动阅卷，而对更重要的考试结果统计分 析工作却往往忽视，对于成绩统计、试卷分析，结果反馈等工作普遍做的较少，仍依赖 于手工完成。增加评价和反馈不但可以提高教学质量、激发学习者的学习动机，而且可 以增进教师和学生之间情感的交流。 3 东北师范大学硕士学位论文 针对现有考试软件的种种不足之处，在同类软件已有功能的基础上，强化了界面友 好、关注了安全等问题，特别是引入了考试结果的分析与反馈功能，利用考生的答案进 行相关性分析，能够较准确的反映出考生的真实水平。同时将试卷分析结果反馈到题库 维护模块，使试题库能够根据实际情况进行动态调整难度、曝光次数、曝光时间等试题 属性参数，提高题库的有效性和准确性。通过以上各个方面，本系统在较大程度上改进 了现有同类软件的不足之处。 1 3 本文的主要工作 作者在攻读硕士学位期间，参加了东北师范大学本科教育教学改革研究项目共同 课( 计算机) 无纸考试实验研究。在上述项目的开发过程中，作者重点探讨基于网络 环境的考试系统的系统开发理论与实践，深度发掘并形成基于网络环境的考试系统的开 发理论、过程和方法。如前所述，本文认为基于网络环境的考试系统逐渐改变人们传统 的教育观念，其必然会对教育、教学过程产生深刻的影响。因此，在分析国内外大量文 献的基础上，本文将主要进行以下几个方面的研究：形成基于网络环境的考试系统的开 发理论、过程和方法；探讨考试系统在改进教学方法、教学模式及教学策略等方面的应 用；研究c s 间通信问题，实现主观操作题的自动阅卷问题，优化自动组卷方法，最终 设计系统模型并且利用计算机技术和网络技术实现考试系统。 1 4 本文的结构 本文的内容安排如下： 第一章，简要地介绍了本文研究背景、研究意义和发展现状。 第二章，研究基础。将阐述并比较两种测量理论；将介绍通信控制及自动阅卷相关 技术。 第三章，将进行系统分析与系统总体结构设计。针对题库建设，自动阅卷、通信控 制、考生认证等几个方面与传统方法对比，有优越之处。 第四章，将总结考试系统并对进一步的工作进行了展望。 4 东北师范大学硕士学位论文 第二章教育测量理论及相关技术 2 1 教育测量理论 从广义上说，教育测量f 哼】就是对于教育领域内的事物或现象，根据一定客观标准， 作缜密的考核，并依一定的规则将考核的结果予以数量的描述。从狭义上说，教育测量 是指学生对某些学科经过学习和训练之后，所获得的知识、技能的测量，又称为成就测 量、学业成绩测量或学科测量。它是按教育测量的规则，对学生掌握某些学科的知识、 技能予以数的描述。教育测量就是研究考试从命题、阅卷、分析到评价等一系列工作的 全过程。它是以教育统计和教育测量理论为理论基础，它为考试提供测量工具及评价工 具的理论和模式。当前现代考试的指导理论主要有两种：经典测量理论和项目反应理论。 2 1 1 经典测量理论 经典测量理论删( c t t ：c l a s s i c a lt e s t1 1 l e o 啪的重大发展出现在二十世纪五六十年 代之前。这一阶段，测量理论的主要特点是以真值理论为基础，考核的指标是信度、效 度、难度和区分度。其中试卷指标为信度和效度，试题指标为难度和区分度。其基本假 设是考生的分数并非一个绝对的值，而是其真实能力或技能的反应与测量误差的和，所 以称为真值理论。在此基础上建立完善了测验发展的标准化程序，目前经典测量理论对 考试实践起若非常大的指导作用。 1 信度 信度就是同一测验对同一组先后测验两次，其测验结果的一致性程度即可靠性。 影响信度的因素有以下几点： ( 1 ) 测验长度。指测验所包含测试题的数量。 2 而嵩沅 ( 2 1 ) 其中，r 。表示测验长度增长到胛倍时的信度系数；h 表示欲延长到的测验长度与原测验 长度之比；兀表示原测验长度的信度系数a 增加测验长度可提高信度。对公式2 1 加以 变换可求出以下公式： 舻嬲 ， ，。( 1 一，。) i z 。j 例如原测验信度系数为0 5 ，要将信度提高到o 8 ，问测验长度要增加到原测验长度 的多少倍2 代入公式2 t 2 则玎= 黜= 4 ，即铡验长度需增加到原测验长度的4 倍就能使信度提高到o 8 。 东北师范大学硕士学位论文 ( 2 ) 被试的能力全距。样本中被试的能力全距大比样本中被试的能力全距小计算出的 信度系数高。也就是说从不同年级中抽取样本计算得出的信度系数高。 ( 3 ) 试卷内容的同质性程度。一般地，内容性质相同或相近的试卷，和内容性质不同 或相差较远的试卷比，前者信度往往较高，后者信度往往偏低。 提高试卷信度的方法有以下几点：( 1 ) 适当增加试卷的长度。( 2 ) 使试卷中所有试题的 难度接近正态分布，并控制试题难度取值在o 3 至0 7 中等水平区间。( 3 ) 提高测验试题 的区分度。( 4 ) 提高考试的标准化程度，减少无关因素的干扰。 2 效度 所谓效度就是一个测验所欲测量的属性，能够确实测到的程度，即测验的正确性， 也就是测验功能的有效性。效度1 厂。的定义为： = 孚 ( 2 3 ) 0 x 抚为潜在真分数方差；仃：为可观察分数方差。 影响效度的因素：( 1 ) 考试内容的同质程度。( 2 ) 应考者差异程度。( 3 ) 试卷的长度。 提高效度的方法：( 1 ) 确保试卷的难易程度、区分度恰当，试题数量适中。( 2 ) 减少无 关因素的干扰。( 3 ) 提供标准的测试环境。( 4 ) 效标测量的选择要正确恰当。( 5 ) 适当增长 考试的长度，不但有助于提高考试信度，而且也有助于提高考试效度。( 6 ) 适当的控制试 题的同质程度。 3 难度 难度是指试题的难易程度。试题的难易程度不是由测验编制者主观确定的，而是根 据测验结果客观确定的。试卷的难度指一份试卷的总体难易程度，试卷的难度是由试卷 中每道题目的难度来决定的。试卷的难度中等时，考生的分数分布呈正态分布。应选择 难度接近o 5 的试题来组成试卷，但还要使试题的难度适当分散为宜。难度用符号p 表 示， 其中尸，为试题j 的难度，s j 为试题的平均得分值，为试题满分值。公式如下： p ，- 1 一蚩 ( 2 4 ) 难度主要有三个特性，即相对性、计量性和区间性。 ( 1 ) 相对性：难度指标具有样本依赖性。 ( 2 ) 计量性：难度是一个明确的量化的指标，其具体数值来自考试后的统计分析。 ( 3 ) 区间性：难度的取值范围是一个0 至1 之间连续变化的闭区间，当难度值为o 时， 意味着某个试题对特定的对象而言，是最容易的试题；反之当难度值为l 时，则是最难 的试题。 6 东北师范大学硕士学位论文 4 区分度 所谓区分度就是测验题对于学习成绩好的学生和学习成绩差的学生的鉴别程度。 计算区分度的方法有多种，用得比较普遍的种方法是两端分组法。它是比较总分 在高、低两端的受试者通过该题目的比率。d = 册一儿f 册表示高分组中a 题的得 分率；皿表示低分组中a 题的得分率；d 是区分度指数1 。d 的值在一1 和+ 1 之间。 d = + 1 ，表示高分组全部答对，而低分组全都答错；d = 一l ，则表示低分组全部答对， 高分组的却全都答错；d = o ，则表示两个分数组的通过率相等。一般认为，d 在0 4 以上就非常好了。调整试题的难度是提高试题区分度的重要方法。而试题的区分度越高， 试卷的信度就越好。 当然经典测量理论也有不尽如人意的地方【竭【2 3 1 。如过多的依赖样本：没有考虑受试 者能力的个别差异；对信度的假设是建立在复本测量的概念假设上的，在实际测试中很 难做到：忽视试题对成绩的影响，错误认为得分相同者能力必定一样；无法预测考生在 一个新测试项目上的正确反应概率，而这一正确反应概率在某些测试中十分重要。 虽然存在以上缺点，但经典测量理论的数学模型已经发展得十分成熟，所采用的计 算公式简单明了、浅显易懂，在当今的测试学界广为使用。而且其适用的测试种类较广， 已经有大量应用该理论的考试系统成功开发并使用。本系统就是基于经典测量理论指导 下开发的。 2 1 2 项目反应理论 第二个阶段为项目反应理论阶段( 玎王t ：i t e mr e s p o n s et h e o 啪。自2 0 世纪6 0 年代 开始，围绕经典测量理论的一些问题展开讨论促进了项目反应理论的产生。它的核心是 统计模型，也就是建立一个不同能力值的考生在一个项目上的不同反应的数学模型。 项目反应理论有三个基本假设洲【2 5 】：一维性假设；局部独立性假设；项目特征曲线 假设。项目反应理论的主要特点【卅【2 7 1 是采用严格的数学模型来刻画不同能力水平的测试 者对测试题目的反应模式。相对于经典测量理论来说项目反应理论取得了很大的进步， 例如在经典测量理论中，一套题或者一道题的难度是以通过率来定义的，但对不同能力 水平的考生来说，难度概念的意义是不一样的，即能力低的考生觉得难的题目，能力高 的考生并不觉得难。所以经典测量理论的难度概念往往是一个平均的概念，区分度也存 在同样的问题。它们都没有真正地反映出题目和被测试者之间一种真正的交互关系。项 目反应理论针对上述问题对经典测量理论进行了拓展。目前蓬勃兴起的计算机自适应测 试就是基于项目反应理论指导的。 但是项目反应理论存在一些有待完善的问题。( 1 ) i r t 的假设条件要求严格，比如潜 在特性空间单维性和局部独立性等，不是一般学科所能完全满足的。如果单维性假设不 能满足，许多技术就无法应用。( 2 ) 目前玎的应用仍以两级记分模型为主，且局限于单 维反应模型，更高级的肿模型尚处于理论上的探索阶段。( 3 ) 皿t 建立在更为复杂的数 学模型之上，计算方法复杂，工作量大，妨碍其大范围的推广。( 4 ) 酣对测验条件要求 较严格，样本容量要大，被试的能力分布范围要广，测验题数量要多，这些条件不满足 7 东北师范大学硕士学位论文 就会影响其精确性。因此到目前为止，我国还没有真正意义上的基于项目反应理论的计 算机自适应考试系统。 2 2 技术基础 2 2 1 网络通信控制 套接字( s o c k e t ) 是通信的基石，它是支持t c p 口协议的网络通信的基本操作单元。 套接字存在于通信域中，通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引进的一种抽 象概念。套接字通常与同一个域中的套接字交换数据，在通讯连接时其中一个端点的程 序将一段信息写入s o c k e t 中，该s o c k e t 将这段信息发送给另外一个s o c k e t 中以保证信 息能正常传送。t c p 口网络中的每一个主机均被赋予了一个唯一的m 地址，利用口地 址可以将信息正确发送给端点。t c p p 网络通讯的程序都被赋予了唯一的端口和端口 号，端口是一个信息缓冲区，用于保留s o c k e t 中的输入输出信息，端口号是一个1 6 位 无符号整数，范围是o 6 5 5 3 5 ，以区别主机上的每一个程序，每一个套接字都组合了口 地址、端口、端口号，这样形成的整体区别每一个套接字。套接字可以根据通信性质分 类，一般仅在同一类的套接字问进行通信，不过只要底层的通信协议允许，不同类型的套 接字间也照样可以通信。套接字有流套接字与数据报套接字两种不同的类型。 v b ，v c 等软件是利用w i i l s o c k 控件实现网络通信，w 试s o c k 控件可以使用t c p 协议和u d p 协议口8 l 【抻】。t c p 协议即数据传输控制协议，利用t c p 协议通讯必须分别 建立客户应用程序和服务器应用程序。在创建客户应用程序时，必须知道服务器计算机 名或其口地址及侦听端口；创建服务器应用程序时应相应设置侦听端口，建立连接后 任何一方计算机都可以发送接收对方数据。l 乃) p 协议是一个无连接、不可靠的协议，跟 t c p 操作不同，计算机并不建立连接。另外u d p 协议连接时，既可以是客户机，也可以 是服务器程序，不必分别建立。对于w i l l s o c k 控件通常需要设置此控件的属性、事件、 方法。c 带软件既可以调用等软件的w i n s o c k 控件，也可以利用s o c k e t 类实现网络 通信，在后文会详细介绍通信控制过程。 2 2 2 自动阅卷技术 1 a 技术 v i 虮脚b 骶i c 矗) ra p p l i c a t i o n s ( 简称v b a ) 是新一代标准宏语言，是基于s u a lb a s i c f o rw 砌o w s 发展而来的。它与传统的宏语言不同，传统宏语言不具有高级语言的特征， 没有面向对象的程序设计概念和方法。而a 提供了面向对象的程序设计方法，提供 了相当完整的程序设计语言。v b a 3 1 】采用自动化的技术，提供访问该宿主应用程序的对 象模型并与其进行交互的方法。v b a 是一种应用程序可扩展的方法，其a c t i v e x 控件能 够在a 和它的宿主应用程序之间提供接口，正是这种针对o l e 自动化的支持使v b a 称为一种可用于快速开发、斫n d o w s 应用程序的流行工具。 v b a 易于学习掌握，可以使用宏记录器记录用户的各种操作并将其转换为v b a 程 序代码。这样用户可以容易地将日常工作转换为v b a 程序代码，使工作自动化。另外， 东北师范大学硕士学位论文 由于v b a 可以直接应用o 伍c e 套装软件的各项强大功能，所以对于程序设计人员的程 序设计和开发更加方便快捷。 2 o 衔c e 中的宏 宏，译自英文单词m a c r o 。宏是微软公司为其o f f i c e 软件包设计的一个特殊功能， 是为了避免一再地重复相同的动作而设计出来的一种工具，利用简单的语法，把常用的 动作写成“宏”，当工作时就可以直接利用事先编好的宏自动运行，去完成某项特定的任 务，而不必再重复相同的动作，可以实现用户文档的任务自动化。 w o r d 、e x c e l 、p o w e r p o 血、f r o n t p a g e 等都可以通过宏操作扩充其功能。实际上宏 是各成员与开发环境v i s u a lb 嬲i c 的一个接口，这充分体现了微软应用程序设计的主导 思想。从本质上讲，宏【3 2 】是存储在o m c e 文档的v i s u a lb a s i c 模块中的过程，运行宏则 是调用这些过程。宏的使用包括录制、编辑和运行。宏的录制是选择“工具”菜单中“宏” 的“录制新宏”。编辑和运行则是在“工具”菜单中“宏”的级联菜单“宏”中。 9 东北师范大学硕士学位论文 第三章基于网络环境的考试系统的设计与实现 3 1 可行性研究 我校本部有两个共同课机房，约有2 0 0 台左右计算机，机房硬件设施良好、网络环 境稳定，无需再专门购置硬件设备。每次参加大学计算机共同课考试的人数大约有两千 人，需要安排至少1 0 场考试。在使用考试系统之前需要支付的费用如下：阅卷费大约 支出2 0 0 0 0 元，按每场3 名教师监考共需监考费3 0 0 0 元，每次考试出题印制试卷大约 花费5 0 0 0 元。因为机房有限不能保证所有考生同时考试，为免漏题考卷需要1 0 套，出 题费为l 0 0 0 元，一次考试的总费用为三万左右。而使用考试系统后，只需支出监考费 和第一次的出题费，阅卷和抽题成卷都由考试系统完成，从第二年起就可以节约成本。 在读研期间着重学习了软件工程、数据库和网络通信等方面的理论知识，掌握教育 测量理论，为考试系统的开发奠定了理论基础。 m i c r o s o ns q ls e r 、r c r2 0 0 0 数据库平台能完全满足本系统的各类数据的存储。c 桴中 异步套接字的使用是服务器与客户机数据传送的保障，它早已广泛用于c s 模式的远程 数据传输中。操作题自动阅卷技术难关已经攻克，通过对v b a 编程的深入研究，对o 伍c e 内核的分析使得自动阅卷成为可能。通过一些关键技术的处理，解决了众多同类软件出 现的技术难题，考试系统开发技术上完全可行。综上所述，考试系统已经具备经济可行 性和技术可行性。 3 2 需求分析 1 考试需求分析 本课题开发与研究的是东北师范大学计算机共同课考试系统。主要是通过学院内部 的校园网来解决题库建设、组卷、自动阅卷、服务器与客户端的通信、考生认证等任务。 学校对系统的需求包括以下几个方面：( 1 ) 系统必须遵循科学性、客观性、公平性和实践 性原则。( 2 ) 命题范围严格限于考试大纲各章规定的，考试命题要覆盖各章。( 3 ) 系统考 核的内容应分为实践性考核和理论性考核两部分，试卷总分为1 0 0 分，6 0 分为及格分。 ( 4 ) 通过征求专家及任课教师的意见，考试题型确定为打字录入题、选择题和操作题。 在调研时采用了会议讨论法和个人访谈法两种方法。通过对考试管理及考试过程的 考察，掌握了考务管理人员情况，考生信息及考生信息技术能力，考试题型；通过对硬 件环境考察了解了计算机硬件配置情况，包括服务器、客户机以及计算机网络使用情况。 考试系统开发流程包括以下步骤：( 1 ) 组织教师命题。( 2 ) 考生信息管理，根据院系 安排考试。( 3 ) 组卷抽题。系统按要求成卷，每考生抽取一套。( 4 ) 考试过程。( 5 ) 交卷。 ( 6 ) 成绩评估与分析。 1 0 东北师范大学硕士学位论文 2 数据流图( d f d ) 数据流图【3 3 】是用来刻画数据流和转换的信息系统建模技术。它用简单的图形记 号表示数据流、转换、数据源以及外部实体，它不但可以表达数据在系统内部的流 向，还可以表达系统的逻辑功能和逻辑变换。本考试系统的数据流图见图3 1 。 l 系统管理员 l ，口f _ - ：mf ；。颢库 。趔厍l 7 1i，掣岁， 考生信息文件。二：二、一 。一，。 一一一。p _ r 。考试、考生答题文件 7 弓一7 考生 登录检验界面 l l ， 厂、i i c 考生 ，* ，、 l 要；) - 考生成绩文件 系统 。考王战赖义仟 图3 1 考试系统数据流图 3 3 总体结构设计 1 体系结构 c s 又称c l i e n “s e r v e r 或客户端服务器模式。c s 是建立在局域网的基础上，包括 客户端及数据库系统组成的服务器端。服务器通常采用高性能的p c 、工作站或小型机， 并采用大型数据库系统，如o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o 肋i x 或s q ls e r v c r 。客户端需要安装 专用的客户端软件。 系统平台采用c s 模式的优点如下：首先由于c s 模式在客户端有一套完整的应用 程序，所以具有很强的交互性。其次由于c s 模式是配对的点对点的结构模式，通常采 用的是适用于局域网、安全性较好的网络协议，因此c s 模式能提供更为安全的存取模 式，而系统的安全性正是考试系统最为关注的。再有c s 模式只有两层逻辑结构，其网 络通讯量较低，客户端响应速度快。最后c s 模式没有过多的占用网络资源。虽然c s 模式存在诸如只适用于局域网、客户端需要安装专用的客户端软件及对客户端的操作系 统有一定限制等问题，但因为c s 模式具有良好的安全性能，所以本考试系统采用c s 体系结构。 2 功能结构 根据系统特点，设计时称客户机为前台，服务器端为后台，前台功能结构图如图3 2 所示，后台功能结构图如图3 _ 3 所示。 东北师范大学硕士学位论文 图3 2 前台功能结构图 图3 3 后台功能结构图 3 4 系统详细设计 3 4 1 设计原则 整个系统在开发设计过程中遵循以下几个原则。 1 系统适应性 开发的考试系统不受到软、硬件配置的影响，能运行于各种软、硬件环境。而且系 统不受w i l l d o w s 操作系统版本的限制，能运行于w i i l d o w s9 x 系列、w i l l d o w sn t 系列、 w i n d o w s2 0 0 0 p 系列的各类版本之上。还有系统不受网络环境的限制，能运行于单机、 局域网、广域网之上。 2 系统安全性 考试系统具备一定的安全性。试题库中的试题涵盖教学中涉及到的全部知识点，试 1 2 东北师范大学硕士学位论文 题库中的试题总数要大于每位考生考题总数的1 0 倍，考题从试题库中随机抽取，保证 正常发卷及回收试卷，同时合理正确的批阅试卷并给出成绩，保证考试正常举行。 3 系统可靠性 系统采用单一进程锁定技术，使考生在考试期间无法通过其他途径寻求帮助。系统 采用单项限时技术，使考生在考试期间无法向邻近考生寻求帮助。考试系统采用加密与 备份技术，使考生在考试期间即使遇到断电等意外情况也能继续考试，并且在考试过程 中无法察看与修改成绩。 4 可移植性 系统应具有良好的可移植性，即对系统的试题库加以修改就可以移植到外语，教育 学、政治等其它公共课的考试。 3 4 2 开发环境 c 群 5 】是微软随着v s 新推出的一门语言。作为一门新兴的语言它有着c + + 的 强健，同时在网络编程方面有着强大的功能，能够胜任考试系统要求的客户端对服务器 访问等问题，所以开发工具选择c # 。 后台数据库为m i c r o s o ns q l s e n r e r2 0 0 0 ，它是支持s q l 语言的是一种新型关系数 据库管理系统，该系统提供了完整的关系数据库的创建、开发、设计和管理功能。s q l s e n ，e r2 0 0 0 本身提供了服务器端的应用软件和客户端的应用软件。并可以连接服务器和 客户端。由于s q ls e n r e r2 0 0 0 数据库系统的服务器最好运行在w i 玎d o w sn t 2 0 0 0 系统 上，所以它可以进行表和索引