计算机基础课程自动组卷考试系统.pdf

分类号 学校代码 Q 4 S 7 学号 密级 孝卞斜技大浮 硕士学位论文 计算机基础课程自动组卷考试系统 学位申请人 丁伟 学科专业 计算机技术 指导教师 吴恒山副教授 答辩E l 期 2 0 0 6 年1 1 月8 日 华中科技大学硕士学位论文 摘要 系统的主旨在于将大学计算机基础课程规范成一套新的考评体系 通过以师生 交互为主的考试方法 充实本门课程题库 逐步推广和实现无纸化考试 这种考试 方法可杜绝试题泄露 考试作弊等现象发生 且能减轻教师改卷的负担 其创新点 是改进传统考试模式的强调死记硬背 不注重学生实践能力的弊端 为计算机基础 教学开辟新的教学思路 突出本课程教学面向学生 服务学生 培养理论知识和实 践能力兼有的人才的思想 在对系统进行需求分析的基础上 对系统的功能和对应的模块关系进行了描述 论述了自动组卷的设计思想 总体功能及其实现方法 设计了系统的数据库表 利 用 蛐a lB a s i c 及S Q LS e f e r2 0 0 0 实现了主要模块 包括 题库管理 组题 资格 验证 成绩管理等 通过基于遗传算法的组卷算法 系统维护 名称维护 帮助 试题维护统计 指标维护 试卷分析 题库状态显示等几方面来具体实现 自动组卷的效率与质量完全取决于抽题算法的设计 本系统采用了遗传算法 通过遗传算法从题库中抽出一组最佳解或是抽出一组非常接近最佳解的实体 利用 遗传算法的全局寻优和收敛速度快的特点 设计一种用于自动组卷的智能算法 建 立和描述了组卷问题的染色体结构和适应度函数 设计了问题的遗传操作 并编制 了相应的组卷遗传算法应用软件 进行了组卷实验 实验结果表明该算法是合理 有效的 关键词 自动组卷 开发平台 遗传算法 局限性 华中科技大学硕士学位论文 A b s t r a c t T h es u b j e c to ft h i ss y s t e mt i e si nt u r n i n gt h eu n i v e r s i t yc o m p u t e rf o u n d a t i o nc o U r s e i n t oas e to fn o r mo fn e we x a m i n a t i o ns y s t e m w h i c hc a ne n r i c had a t a b a s eo ft h i sC O U r s e e x p a n da n dc a r r yo u t U Op a p e re x a m i n a t i o ng r a d u a l l yb yt h et e a c h e r sa n dt h es t u d e n t s h a n d i n go v e rw i t he a c ho t h e rf o rt h ee x a m i n a t i o no ft h em e t h o d T h i sk i n do fe x a m i n a t i o n m e t h o dc a ne r a d i c a t ec o m p l e t e l yt h ep h e n o m e n o no c c u r r e n c e s s u c ha sl e a k i n e s sa n d c h e a t i n gi na ne x a m i n a t i o n 眦 a n dc a nl i g h t e nt h eb u r d e no ft h et e a c h e r s c h e c k i n gw o r k I t sc r e a t i v ep o i n ti st oi m p r o v et h et r a d i t i o ne x a m i n a t i o nm o d ew h i c he m p h a s i z e st o m e m o r i z em e c h a n i c a l l yw i t h o u tp a y i n ga t t e n t i o nt ot h es t u d e n t s p r a c t i s i n ga b i l i t i e s a n d t od e v e l o pt h en e wt e a c h i n gw a yo ft h i n k i n gf o rt h ec o m p u t e rf o u n d a t i o nt e a c h i n g T h e c o u r s ef a c e st ot h es t u d e n t s s e r v e st h es t u d e n t sa n df o s t e r st h et a l e n t e dp e r s o n sw i t ht h e t h e o r i e sk n o w l e d g ea n dt h ea b i l i t yo fp r a c t i c e s T h et e x tc a r r i e so nt h er e q u i r e m e n ta n a l y s i st ot h ed e v e l o p e ds y s t e ma n dd e s c r i b e s t h ef u n c t i o no ft h es y s t e ma n dt h er e l a t i o n s h i po ft h ec o r r e s p o n d i n gm o d u l e T h et h e s i s e x p o u n d e dd e s i g ni d e a o v e r a l lf u n c t i o na n dt h er e a l i z i n gm e t h o do ft h eg e n e r a ls y s t e mo f a u t o g e n e r a t i n ge x a m i n a t i o np a p e nD e s i g nt h ed a t a b a s eo ft h es y s t e m a n dm a k eU S eo f V i s u a lB a s i ca n dS Q LS e r v e r2 0 0 0t Op r o d u c et h em a j o rm o d u a l s i n c l u d i n gt h ed a t a b a s e m a n a g e m e n t o f q u e s t i o n s s e t t i n gu p t h ee x a m i n a t i o n p a p e r q u a l i f i c a t i o n s c o n f L r m a t i o n g r a d em a n a g e m e n te t c T h r o u g ho u tt h ea r i t h m e t i co ft h eh e r e d i t yo f a r i t h m e t i c t h em a i n t e n a n c eo ft h es y s t e m t h em a i n t e n a n c eo ft h en a m e h e l p t h ec a l c u l a t e d m a i n t e n a n c eo ft h ee x a m i n a t i o np a p e r t h em a i n t e n a n c eo fp e r f o r m a n c e t h ea n a l y s i so ft h e e x a m i n a t i o np a p e r t h ed i s p l a yo ft h ed a t a b a s eo ft h ee x a m i n a t i o na n do t h e ra s p e c t sc o m e t ot h ec o n c r e t er e a l i z a f i o n T h eE f f i c i e n c ya n dQ u a l i t yo fa u t o g e n e r a t i n ge x a m i n a t i o np a p e rd e p e n d so nt h e a l g o r i t h md e s i g n T h es y s t e md e s i g na na l g o r i t h mf o rf a s ta n dg o o df r o mt h ed a t a b a s e t h r o u g hw h i c hag r o u po fm a c h i n e s t h r o u g hag r o u po re n t i t yi sv e r yd o s et ot h eo p t i m a l s o l u t i o n M a k i n gU S eo ff e a t u r e s o fg e n e t i ca l g o r i t h m s d e s i g nak i n do fi n t e l l i g e n t c a l c u l a t i n gw a y f o rt h ea u t o g e n e r a t i n ge x a m i n a t i o np a p e r d e s i g n e dt h eg e n e t i co p e r a t i o n T h et h e s i s d e v e l o p e d t h e c o u n t e r p a r ta p p l i e dp r o g r a m m a d ee x p e r i m e n t so n a u t o g e n e r a t i n gt e s tp a p e nT h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n t ss h o w st h a tt h em e t h o di s 华中科技大学硕士学位论文 r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e K e yw o r d s a u t o g e n e r a t i n ge x a m i n a t i o np a p e r g e n e t i ca l g o r i t h m s l i m i t a t i H I 独创性声明 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 尽我所知 除文中已经标明引用的内容外 本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集 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 学位论文作者签名 了佛 日期 j 一拜I f 月占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和 借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的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 保密口 在 年解密后适用本授权书 本论文属于不保密 请在以上方框内打 4 学位论文作者签名 了侈 日期 乒一 年 月6 日 指导教师签名 襄I 旦山 日期 二p 蠢年 月 日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题背景 1绪论 随着大学教学改革进一步的深入和大学本科课程建设的逐步完善 对学生掌握 每一课程内容程度的考试必须规范化 系统化 科学化和现代化 教学管理必须现 代化和规范化 1 9 9 7 年教育部高教司颁发的 加强非计算机专业计算机基础教学工 作的几点意见 简称1 5 5 号文件 对促进和规范高校计算机基础教学工作发挥了 重要作用 进入2 1 世纪 计算机基础教学发生了许多变化 例如 社会信息化不 断向纵深发展 各行各业的信息化进程不断加速 电子商务 电子政务 数字化校 园 数字化图书馆等已向我们走来 用人单位对大学毕业生的计算机能力要求有 增无减 计算机和外语水平成为衡量大学生业务素质与能力的突出标志 社会的信 息化对大学生的信息素质也提出了更高的要求 中小学计算机教育开始步入正轨 教育部已经制订出中小学信息技术教育规划和教学大纲 在2 1 世纪的前1 0 年内 要逐步普及中小学的信息技术教育 1 l 计算机基础课程作为我校学生的通识课程 学 习人数众多 计算机基础课程的教学任务一直由我院计算机基础教研室承担 在多 年的教学实践中 教师们针对目前大学计算机课程教学中存在的问题进行了针对性 的探讨 对其考试方法进行了较为深入的探索 计算机基础课程的教学目标是使学 生在掌握计算机基本理论知识的同时 培养学生熟练的实践操作技能 考试标志着 1 3 课程的结束 是衡量一个学生掌握知识的尺度 传统的出试卷方法是由教师个 人组卷 这样往往造成试题难度和知识覆盖面难以把握 不能达到对学生科学而又 全面的考核 2 1 针对这一情况 我们研制了计算机基础自动组卷系统 一方面 自动 组卷系统避免了手工出试卷造成的试卷不规范和不易集中管理的缺点 另一方面 避免教师每次考试时手工组卷及平时为学生组织练习时的重复劳动 本系统将教师 从简单 重复的环节中解脱出来 使教师可以把更多的精力投入到教学与科研中去 来自不同地域的学生计算机水平是参差不平的 采用相同的考试方法和难度系 华中科技大学硕士学位论文 数的试卷必然会导致根基差的学生无法跟上教学步伐 根基好的学生对计算机失去 了原有的兴趣而让他们越来越热衷于上网聊天和沉迷于网络游戏 同时也使教师在 教学的过程中渐渐失去了信心 另外 不同专业的学生对计算机的学习能力及需达 到的目标是不一样的 采用难度系数相同的试卷来测试学生掌握知识点的情况明显 是不科学的 例如 文科类学生只需初步掌握计算机程序设计课的基础方法 编程 技能与上机调试能力 并尝试通过编程解决一些示例性的应用问题 而对于理工科 的学生则需要学生掌握计算机程序设计的思想和方法 初步具有在各领域应用计算 机的能力 对美术类专业的教学计划调查中了解到 绝大多数专业课都用到了计算 机 多媒体设计与制作 计算机辅助制造等课程在许多专业课中应用十分普及 一 些专业的发展已经到了全面采用计算机作为专业工具的阶段 计算机的教学内容己 成为专业课的有机组成部分 在专业课中 艺术类专业的学生使用计算机的强度并 不亚于理工科学生 本系统的主旨在于将大学计算机基础课程规范成一套新的考评体系 通过以师 生交互为主的考试方法 充实本门课程题库 逐步推广和实现无纸化考试 这种考 试方法可杜绝试题泄露 考试作弊等现象发生 且能减轻教师改卷的负担 其创新 点是改进传统考试模式的强调死记硬背 不注重学生实践能力的弊端 为计算机基 础教学开辟新的教学思路 突出本课程教学面向学生 服务学生 培养理论知识和 实践能力兼有的人才的思想 在本系统中由于试题及考生信息的数据量浩大 如何从中提取有效的数据 从 中发现新的知识 从而开发出一套难易程度适中 各重点均包含的系统 1 2 国内外概况 1 2 1国内外类似系统的概况 考试在我国古代就已经有了很大的发展 早在1 3 0 0 年以前就有了科举制度 但 这种考试不规范 不严密 不能客观 准确地评估一个人的能力水平 第二次世界 大战结束后 考试在社会生活中的地位进一步提高 资格证书考试也就应运而生 3 这种考试次数频繁 命题工作量大 并且对考试的测量学特性要求更加严格 不少 2 华中科技大学硕士学位论文 考生要求结果相互可比 因此 建立高质量 大容量的现代化题库成为必要 目前 经济发达国家已经建立了完善的考试专业机构 各机构也都根据自己所承担的职能 建立起了大型题库 从我国恢复高考制度以后 随着高考标准化的实施 尤其是微型计算机的快速 发展 这些都为题库建设提供了基础条件 8 0 年代中期以来 出现了多所学校或行 政机构联合开发试题库的局面 同时 也出现了许多其它学科的试题库 4 l 9 0 年代 前后 政府部门在全国范围内有计划 有组织 系统地开展C A I 教学与国家试题库 的建设 在我国 目前学校与社会上的各种考试大都采用传统的考试方式 在此方 式下 组织一次考试至少要经过五个步骤 即人工出题 考生考试 人工阅卷 成 绩评估和试卷分析 我国许多学校教学设备还十分落后 有些学校还没有微机或只有极少的微机安 装在学校教务处等公共部门 教师也无力自己购买阎 在这样的状态下 教师如要管 理试题 则只能处在手工操作的低水平上 程序不外乎先把试题抄写在卡片纸上 再分类放置在不同的试题盒中 1 9 9 6 年 国际文化出版公司出版的 课堂教学组织 与调控技巧全书 还指出 为了提取 调用便利 题库卡的贮存最好按册按单元放 置在中药店药匣子那样的小抽屉中 在小抽屉的外面要贴上醒目的标签 注明里面 存放的题目是第几册第几单元 6 1 这样的题库建设思想和试题管理方法 技 术十分落后 效率也极低 不仅试题复制困难 而且更新 查找也十分麻烦 合成 试卷也不方便 需要耗费相当大的人力手工劳动 其中有许多是重复劳动 学校往 往对教师在备课 上课 学生考试成绩等方面有明确的量化考核方法 而对教师管 理试题缺乏明确的要求 缺少适当的激励机制 加之现在现成的资料满天飞 大多 数学校又都有快速扫描印刷设备 依赖于一台复印机和一把剪刀就能对付日常的练 习和考试题 所以教师也缺少管理试题的主动性 试题进入计算机不等于就对试题进行了有效的管理 试题一旦组合成试卷 在 获得试卷完整性的同时 也失去了试题的单一性和独立性 就目前状况 我们无法 简单地从一个完整的文档中去寻找和抽取合适的部分 除非再次找到这一份文档 否则 这些试题就永远沉睡在计算机内 为了制作曾经使用过的优秀试题 不得不 重头做起 仅此一项 所造成的人力 财力等方面的损失就无法计算 3 华中科技大学硕士学位论文 早在1 9 6 8 年I B M 公司和美国洛杉矶学区就共同开发了一个C T S S C l a s s r o m T e a c h e rS u p p o s i n gS y s t e m C T S S 系统最初管理一个美国历史题库 其中贮存有8 0 0 门题目 能为中学教师生成测验 家庭作业 课堂讨论题以及课外辅导材料等 C T S S 采用批量处理方式 先由教师填写申请单 标明所需题目的数量 类别及有关属性 经光电扫描机输入电脑 C T S S 即能自动选取题目 复印所需的份数 还能自动输入 答案单 核对答案和评分等同 后来 加利福尼亚州开发了一个称为S O C R A T E BC A T C 系统 它是在S O C R A T E S 情报检索网络上实现的一个电脑辅助测验系统 C o m p u t e r A s s i s t e dT e 砒C o n s t r u c c i o n 简称C A T C 系统 专为加利福尼亚州1 9 个州立大学中的 1 6 万名教师和2 9 万学生服务 该系统拥有1 1 个题目库 大的试题库装有万个以上 的试题 如美国历史题目库 小的题目库也有数百道题目 如心理学题目库 它们 能自动编制出各种测验 如自我测验 定位测验 诊断性练习 学期测验和综合测 验等 这些测验和练习可通过分时终端交互产生 也可通过批量方式产生 羽 我国利用计算机管理试题起步较晚 主要是受社会发展水平的限制和国内计算 机技术的普及程度的制约 但是 随着计算机进入学校和家庭 利用计算机管理试 题的技术日趋成熟 利用计算机管理试题的人们也越来越多 伴随着互联网技术 网上试题库象雨后春笋一般蓬勃发展 各软件开发商和软件爱好者也纷纷推出了自 己的试题管理软件 9 计算机网络技术的飞速发展 现在很多国内外的大学和社会其他部门都已经开 设了远程教育 通过计算机网络实现异地教育和培训 埘 随着考试类型的不断增加 以及考试要求的不断提高 教师的工作量将会越来越大 并且其工作将是一件十分 烦琐和非常容易出错的事情 可以说传统的考试方式已经不能适应现代考试的需要 随着计算机应用的迅猛发展 网络应用不断扩大 如远程教育和虚拟大学的出现等 等 且这些应用正逐步深入到千家万户 人们迫切要求利用这些技术来进行在线考试 以减轻教师的工作负担及提高工 作效率 与此同时也提高了考试的质量 从而使考试更趋于公证 客观 更加激发 学生的学习兴趣 例如目前许多国际著名的计算机公司所举办的各种认证考试绝大 部分采用这种方式 1 1 纵观国内外试题管理软件市场 比较成熟的软件有土尔其P i l o t 软件公司出品的 4 华中科技大学硕士学位论文 E x a m i n e r sP l u s 1 2 1 华中理工大学魏拾俊同学编写的 轻松试卷 广东汕头旋风软 件制作室陈桂鸿制作的 试卷生成系统 北京思卡博克技术开发有限责任公司开发 的 题库与考试系统 以及早期出台的 清华园丁系统 c s c 题库系统 等 以上各程序都具有相似的工作流程和目标 即以试题库为起点到试卷输出为终 点 但在具体的操作上差别很大 1 2 2 主要关键技术 题库的设计 数据库的选择 应用系统开发工具的选择 合理的算法是自动组 卷系统的关键 1 题库的设计 题库的设计与维护是考试系统的核心内容 目前对题库的建立主要是根据知识 点划分原则 1 3 1 为了使组出的试卷符合考试内容的要求 我们必须将考试的内容分 为若干知识点 合理划分知识点 对于有效地达到考试的目标起着重要的作用 知识点划分方法是为了便于管理知识点 并使知识点的大小适当 一般采取分 级划分知识点的方法 2 数据库 一个成功的信息管理系统 是建立在许多条件之上的 而数据库是其中一个非 常重要的条件和关键技术 一般系统采用的数据库是A C C E S S 或S O L 全国计算机 等级上机考试中试题采用A C C E S S 数据库进行统一管理 而全国高等学校计算机等 级考试 江西考区 上机考试中试题采用S Q L 数据库进行统一管理 3 应用系统开发工具 应用系统开发工具的选择主要根据自身的学习 对软件的掌握情况及软件的功 能决定的 目前大部分组卷系统均采用V i s u a lB a s i c D e l p h V i s u a lF o x P r o V i s u a lC 及c 等 1 4 1 4 组卷算法 选择一个高效 科学 合理的算法是自动组卷的关键 目前进行自动组卷的算 法主要有三种 分别是随机选取法 回溯试探法及遗传算法 1 5 1 随机选取法结构简 单 对于单道题的抽取运行速度较快 但是对于整个组卷过程来说组卷成功率低 5 华中科技大学硕士学位论文 即使组卷成功 花费时间也令人难以忍受 尤其是当题库中各状态类型平均出题量 较低时 组卷往往以失败而告终 回溯试探法是有条件的深度优先算法 对于状态 类型和出题量都较少的题库系统而言 组卷成功率较好 但是在实际到一个应用时 发现这种算法对内存的占用量很大 程序结构相对比较复杂 而且选取试题缺乏随 机性 组卷时间长 因此它也不是一种很好的用来自动组卷的算法 分析上述两种 算法的优缺点 不难发现 在限制条件状态空间的控制下 随机选取法有时能够抽 取出一组令用户满意的试题 只不过由于它随机选取试题的范围太大 无法确定目 前条件下哪些区域能够抽取合适的试题 反而可能在那些已经证明是无法抽取合适 试题的区域内反复选题 进行大量的无效操作进入死循环 最终导致组卷失败 回 溯试探法组卷成功率高 但它是以牺牲大量的时间为代价的 因此 必须结合以上 两种方法寻找一种新的改进算法 这种算法要具有全局寻优和收敛速度快的特点 遗传算法 G A 是一种模拟自然选择和自然遗传机制的随机优化算法 由美国J H H o l l a n d 教授提出 其主要特点是群体搜索策略和群体中个体之间的信息交换 搜索 不依赖于梯度信息 因而对目标函数没有可微的要求即日标函数可以是离散的 它 尤其适用于处理传统搜索方法难以解决的复杂问题和非线性问题 可广泛应用于组 合优化 机器学习 自适应控制和人工生命等领域 遗传算法同时具有内在的并行 性 全局寻优和收敛速度快的特点 这些都适宜于处理试题库自动组卷的问题 1 3 课题主要研究工作 本课题主要任务是为九江学院信息科学与技术学院开发一套无纸化考试系统中 的自动组卷部分 主要包括题库管理 组题 资格验证 成绩管理四个模块 实现 功能如下 1 题库管理 负责题库的建立 维护和更新 包括对数据文件中的对象进行增加 删除 修 改 查询 统计等功能 对于一个考试系统来讲 试题的质量是一个至关重要的问 题 如果题库管理系统不能保证试题的明确性 答案的唯一 准确性 难度等系数 的公正性 那么整个考试系统将陷入一片混乱当中 题库中的考点主要是根据各章 华中科技大学硕士学位论文 节中各知识点来区分 2 组题 由计算机根据教师给定的规则在题库中随机组题 并提供教师主观更改及审阅 的功能 组出多套均衡的试卷 存入试卷库 以供考生随机调用 使得同一考场考 生的试题份量均衡而互不相同 针对不同专业的教学大纲的不同要求 试题库在制 作方面要反映不同的特点 如针对本 专科 理 工科不同的情况 试题库中试题抽题 时应难易程度不同 3 资格验证 主要用于验证考生身份 以便抽取对应的试卷 另外还可对考生的资格进行验 证 在本系统中通过学号来标识每个考生的的身份 在考生登录过程中对照考生档 案检查其合法性 以免错考 如信B 0 4 6 1 0 1 表示信息科学与技术学院2 0 0 4 级计算 机信息管理专业1 班1 号 则考试时间应是2 0 0 4 年 2 0 0 5 年第一学期 在抽题时针 对同一知识点的难易度选择理工科的题 4 成绩管理 负责维护成绩库 并以多种表格 图表 透视的形式给出成绩单及成绩分析报 告 如何保证生成的试卷能最大程度的满足用户的不同需要 并具有随机性 科学 性及合理性 这是实现中的一个难点 尤其在交互式环境下用户对于组卷速度要求 较高 而一个理论上较完美的算法可能会以牺牲时间作为代价 往往不能达到预期 的效果 因此 选择一个高效 科学 合理的算法是自动组卷的关键 1 6 1 7 华中科技大学硕士学位论文 2 系统分析 系统分析是系统开发过程中非常重要的一环 它直接影响系统开发的成败 系 统分析的任务 是在初步调查和分析的基础上 进一步详细调查系统的业务流程 利用数据流图和数据字典来表达一个系统的全部逻辑特征 并包括对系统作业处理 逻辑及其有关数据的全部定义 1 7 l 通过系统分析 解决系统 干什么 的问题 而 不涉及具体的物理实现 它是从逻辑上确定系统功能 并用图表和文字建立新系统 的逻辑模型 2 1 系统可行性分析 目前 许多学校的学生考试的试卷生成已经由人工出题转变为采用计算机来进 行题库与试卷的生成 堋 计算机处理这项事务与传统的人工出题组卷相比 有多方 面的优势 一般情况教师想出一份试卷进行学生成绩的摸底考试 要么到庞大的题库里一 道道的把试题找出来 或是从几本相关的书里把试题一道道挑出来 这样既费时又 费力 而且很难保证试题的覆盖面和把握好试卷的难度 而试题库与试卷生成系统 是专门为教学 培训单位开发的 非常适用于大 中 小学校的老师进行计算机自 动抽题生成试卷的系统 尤其是对客观题的出题 其题库与试卷的生成可以极大的 减轻教师组卷的劳动强度 优化试卷难易分布 减少组卷时间 对教师的减负有极 大的帮助以便教师空出更多的时间从事创造性的教学活动 1 9 1 通过分析 在试卷组卷中应该有的条件 学生人数 学生每题所得分数 试卷 的总题数以及每题所对应的总分数 难度系数 在此基础上得出平均成绩 每一档 次的人数 画出成绩分布矩形图 最后得出分析的结果 2 2 系统需求分析 以全国计算机等级考试系统 一级F o r W i n d o w s 为例 该系统必须能用于学生的 8 华中科技大学硕士学位论文 考前自测 模拟考试 和正式考试 有关组卷子系统的需求应考虑到以下几点 1 每章占一定比例的分数 如 计算机软硬件基础知识占2 5 分 操作系统D O S 和W i n d o w s 9 X 占2 5 分 字处理软件W o r d 占2 0 分 数据库管理系统F o x P r o 占2 0 分 计算机网络和I n t e r n e t 占1 0 分 2 考卷的难度要有所控制 整份考卷的考试通过率应该保证在百分之7 5 至百分 之8 5 之间 各种难度 基本 中等 较难 难 超纲 的题目应占有一定的比例 如 基本题占5 0 中等难度题占2 5 较难的题目占1 0 难题占1 2 超纲题占3 3 总的题目数为8 5 题 其中 是非题6 分1 2 题 单选题6 0 分6 0 题 多选题 5 分5 题 文件或文件夹操作题1 0 分1 大题5 个小题 打字题8 分1 题 排版题5 分1 题 数据库操作题6 分1 大题2 小题 4 从整门课程中抽取出近1 0 0 个知识点 要求每个知识点的分数均在一定的范 围内 具体的知识点分数分布在此省略 本系统组卷需求与全国计算机考试组卷子系统的需求相近 在本系统中通过相 关系数解决一套试卷中同一个知识点的考题不能重复出现的问题 用三位数字进行 编码 如 1 2 3 根据不同专业抽取难易度不同的试卷 试题以及正确答案均存入试题库中 当学生交卷后 将标准答案与学生所做答 案进行比较从而得出该生的成绩 2 2 1 模块结构图 层次模块结构图 或称结构图s t r u c t u r ec h a r t 是1 9 7 4 年由W S t e v e n 等人从结构化 设计 s t r u c t u r e dd e s i g n 的角度提出的一种工具 它的基本做法是将系统划分为若干子 系统 子系统下再划分为若干的模块 大模块内再分小模块 而模块是指具备有输 入输出 逻辑功能 运行程序和内部数据四种属性的一组程序f 刎 在实现自动组卷考试系统菜单中 其功能可通过系统维护 名称维护 帮助 试题维护统计 指标维护 试卷分析 题库状态显示等 其结构见图2 1 试卷生成管理系统具有以下功能 1 系统维护功能 该功能包含四个子功能 系统初始化 数据库备份 数据库恢复 密码维护 9 华中科技大学硕士学位论文 图2 1 模块结构图 1 系统初始化功能 在每次开考前需进行系统初始化 系统初始化可清除以前抽题的历史记录 2 数据库备份功能 在数据库表丢失或损坏的情况下 备份数据库是很重要的 数据库的备份就是 制作数据库结构和数据的拷贝 能够修复数据库 在S Q L 中备份是动态的 即在进 行备份的时候 允许用户对数据库继续进行操作 2 1 1 3 数据库恢复功能 数据库恢复就是复原一个被破坏 出错或丢失的数据库的过程 在进行数据库 恢复时系统首先进行一些操作以确保数据库安全和迅速地恢复 同时必须确保数据 l O 华中科技大学硕士学位论文 库备份文件是有效的 并且在备份文件中包含了所需要的备份内容1 2 2 2 3 1 数据库恢 复是静态的 恢复时 不允许用户继续操作数据库 当使用完全数据库备份恢复时 系统将自动重建原来的所有数据库文件 并且把这些文件放在备份时的原始位置 这种过程是系统自动完成的 因此用户在执行数据库恢复时 是静态的库恢复工作 不需要重新建立数据库结构 数据库的恢复可以通过S O LS e r v e rE n t e r p r i s eM a n a g e r 图形界面中选择T o o l s 然后选择R e s t o r eD a t a B a s e 来完成或使用T r a n s a c t S O L 的 R e s t o r e 命令完成维护功能 4 密码维护功能 密码维护是当用户是管理员身份进入后可对密码进行修改 2 名称维护功能 该功能包含学院名称维护 班级名称维护 教师名称维护 课程名称维护 1 学院名称维护功能 每套试卷的开头一般均有学院名称以表示该试卷出卷所在地 通过对学院名称 的维护可推广该系统使用范围 2 班级名称维护功能 每学期试卷所对应的班级是不一样的 另外 班级名称可能会随学校的发展而 改变 比如在九江学院原来用B 2 2 2 2 表示专科0 2 级信息科学与技术学院网络工程与 管理专业2 班 但由于专业院系的增加原班级代码已不能满足现在新的情况 原来 的班级代码须进行改变 3 教师名称维护功能 任何一个单位都会发生人事变更并且一门课一般会有多名教师授课 对不同的 班级也会有不同的教师 针对以上的情况 我们在进行组卷时需经常对教师名称进 行修改 4 课程名称维护功能 本系统目前只有计算机基础课程试题 但为了以后可增加本系统的多课程组卷 功能 在菜单中暂建立课程名称维护 但具体目前尚不能实现 3 帮助功能 该选项为使用本系统的用户提供各项功能的说明及使用 1 1 华中科技大学硕士学位论文 4 试题维护统计功能 该功能包含四个子功能 试题录入 试题查询 试题修改 试题删除 1 试题录入功能 在教学中 如果有了新的试题可随时将试题追加到试题库中 追加试题前 用户 需要根据试题的特性确定试题所属课程的类别 试题类型 难度 相关系数 可信 度以及正确答案 试题的类型 类别 难度 均以上面试题规定中的对应数字为代 码 每次追加试题时 尽量追加同一课程 同一类型和同一难度的试题 一个或多个 这样可以减少击键次数 提高录入效率 试题录入后自动形成库文件中的主关键字 主关键字不但可以唯一区别库文件中的各条记录 而且是各个库文件之间相互联系 的纽带 选择得好就可以提高整个数据处理的效率 2 试题查询功能 该功能可以将被查询的试题内容和答案依次显示于屏幕 查询时 可以按题号 主 关键字 查询某一个试题 也可以成批查询某门课程或某门课的某类型试题 还可以 查询相关系数 3 试题修改功能 输入的试题难免会出现个别差错 如发现了差错可以利用该功能及时进行修改 4 试题删除功能 有些试题的内容不完整或失去了存在的价值 可以利用该功能进行永久删除 5 指标维护功能 该功能主要包括难度指标 区分度指标 1 难度指标 知识点难易度会随着时间的推移而改变 难度指标就是用来修改相应知识点的 难度指标 2 区分度 题目的区分度也是评估试题质量的重要指标 考试的目的是为了区分考生的知 识及能力水平 每一道题对考生都有所区分 题目的区分度正反映了这种区分能力 的大 I f 2 4 J 6 打印试卷功能 华中科技大学硕士学位论文 试卷输出包含五个子功能 编排试卷 试卷浏览 试卷按顺序格式并分页打印 窄 打印纸 试卷按对折格式并分页打印 宽打印纸 为教师打印正确答案 1 编排试卷 编排试卷是将组成的试卷题库中的各个试题先归类 整理 加上各大题的标题 文字和小题顺序号 再将一题一记录多字段的试题转换为一题多记录的格式 由试 卷题库转存到试卷输出库中 答案也作相同的处理 试卷在未进行编排以前 不能 进行打印 编排试卷后还可以对试卷进行浏览 2 试卷浏览 若按顺序分页格式输出 输出时在第一页开始位置加上卷头文字 再将试卷输 出库中的试卷分页打印 若按对折分页格式输出 在第一页左半部分开始位置要加 上卷头 而右半部分不加卷头 全部为试题内容 这种方式输出试卷时 虽然控制 比较麻烦 但打印的试卷不需要再作任何处理 直接可以进行胶印 用于考试 7 题库状态显示功能 包含的子功能为 题库状态显示 修改标准大纲 题库重新索引统计 题库使 用历史 1 题库状态显示功能 该功能可对题库中各类型 各类别试题的数量进行显示 以便用户了解试题库 中的试题情况 2 题库使用历史 每进入试卷生成系统 使用一次试题库 便将使用的日期及使用者姓名记入系 统 利用该功能可以了解试卷生成系统的使用历史情况 试卷自动生成管理系统全部采用汉字提示 菜单引导 并采用排错措旌 适应 于各层次人员的使用 操作简单 方便 有效 2 2 2 模块设计表 在系统开发过程中 结构化系统开发方法是迄今为止开法中应用最普遍 最成 熟的一种 在系统分析中 提出系统方案和系统设计时 应从宏观整体考虑入手 先考虑系统整体的优化 然后再考虑局部的优化问题 在随后的系统设计中将模块 华中科技大学硕士学位论文 一个个拼接到一起进行调试 自底向上 逐渐地构成整体系引2 5 l 由此可见 模块 设计是随后工作的准备原始资料的过程 具体模块设计表见表2 1 表2 1 模块设计表 模块编号模块名称备注模块编号 模块名称备注 M 0 用户登陆模块进行用户身份验证 M 3 3 删除试卷模块 删除所选的试卷 M 1 1 系统初始化模块系统初始化 M 3 4 成绩核对模块 对所选的试卷进行核对 M 1 0 数据库备份模块 进行数据备份 M 4 1 难度指标模块 设置难度指标 M 1 3 数据库恢复模块进行数据库恢复 M 4 2 区分度指标模块 设置区分度指标 M 1 4 密码维护模块 进行密码修改 M 4 3 试卷分析评价模块设置试卷分析的评价标准 M 2 1 学院名称维护模块删 添 改操作 1 分析报告生成模块分析试卷并产生报告 M 2 2 教师名称维护模块删 添 改操作 m 2 打印分析报告模块 打印分析报告 M 2 3 班级名称维护模块 删 添 改操作 M 6 1 试卷检索模块 检索相关的试卷 M 2 4 课程名称维护模块 删 添 改操作 M 6 2 学生检索模块 1 试卷录入模块录入要分析的试卷 M 7 帮助模块 M 3 2 试卷修改模块 修改相关的资料或试卷 M 8 退出模块 2 2 3 数据流程图 根据数据流模型的原则建立如图2 2 1 每个加工至少应有一个输入数据流和一个输出数据流 2 数据流图中各构成元素的名称必须具有明确的含义且能够代表对应元素的 内容或功能 3 对数据流图中某个加工进行细化生成的下层数据流图 称为其上层图的子 图 4 在数据流图中 应按照层次给每个加工编号 5 在父图中不要出现子图中涉及的局部数据存储文件 6 数据流图只能由四种基本符号组成 7 数据流图的分解速度应保持适中 硐 华中科技大学硕士学位论文 2 2 4 数据描述 1 静态数据 1 学院信息表 劲班级信息表 3 教师信息表 4 课程信息表 5 试卷信息表 图2 2 数据流程图 华中科技大学硕士学位论文 2 动态数据库 输入数据 主要包括菜单选项 查询关键字 新建记录项 输出数据 由查询关键字所确定的数据库集合 3 处理流程 系统启动时 激活身份验证模块 通过身份验证后 对系统初始化 根据登陆 用户的不同而显示各自的菜单 并设置各全局变量 用户点击相应的菜单条而运行 相应的功能模块 点击 退出 菜单选项即可退出系统 2 2 4 数据字典设计 根据需求设计出如下数据字典 1 知识大类代码名称对照表 知识大类代码 1 位 知识大类名称 每一章对应 一个知识大类 2 知识点代码名称对照表 知识点代码 4 位 知识大类代码 顺序号3 位 知 识点名称 备注 3 题型代码名称对照表 题型代码 1 位 题型名称 备注 评分方法X 单选题 多选题 是非题 打字题 排版题1 4 难度代码名称对照表 难度代码 1 位 难度名称 基本 中等 较难 难 超纲1 5 题目库 题目编码 4 位 自动产生的顺序号 题目内容 文件 b m p 等 题 型代码 总分 小题数 题日用途 0 正式 1 模拟 题目建立 最后修改时间 出 题人 录入人 审核人 被使用次数 2 3 小结 本章通过对系统相应分析 从而用模块结构图 模块设计表 数据流程图 数 据描述 数据字典设计等几个方面表达系统的逻辑特征 模块结构图与模块设计表是将系统划分为若干子系统 子系统下再划分为若干 的模块 大模块内再分小模块 从而将系统整体结构分清 为后面工作做好准备 数据流程图能够直观 清晰地描述系统中数据流的流动和处理情况 反映出系统所 华中科技大学硕士学位论文 需要实现的各个逻辑功能 数据字典作为数据流图的必要补充 能够准确地定义数 据流图中出现的基本元素 并能通过结构化语言相关手段对数据流图中出现的加工 进行详细的描述1 2 7 1 1 7 华中科技大学硕士学位论文 3 系统设计 在系统设计中主要是根据前一阶段分析的结果进行系统设计 系统设计包括两 个方面 首先是总体结构的设计 其次是具体物理模型的设计 系统设计的主要目 的就是为下一个阶段的系统实现 如编程 调试 试运行等 制定蓝图 在系统设 计阶段主要任务就是在各种技术和实施方法中权衡利弊 精心设计 合理地使用各 种资源 最终勾画出新系统的详细设计方案 2 8 1 3 1系统总体结构设计 系统总体结构设计是要根据系统分析的要求实际情况来对系统的总体结构形式 和可利用的资源进行大致设计 它是一种宏观 总体上的设计和规划 本系统系统 采用结构化模块设计思想 以可视化编程技术实现 整个系统在主控模块的控制下 通过多个功能模块分级实现系统功能 其系统结构如图3 1 所示 根据本系统的各模 图3 1 系统结构 华中科技大学硕士学位论文 块的划分大体可分为系统维护 名称维护 试卷分析 题库状态显示 帮助 试题 维护统计 指标维护七个模块 详情见2 2 1 其具体实现通过录入 数据查询 数 据处理 数据输出 系统维护等几方面来完成 3 1 1 录入 该模块分数据录入 数据修改 数据删除三个子模块 各子模块功能如下 1 数据录入 数据录入分两类数据 一是基本数据录入 其中学院名称 学年 学期和学生 所在年级班级数据最好用代码或列表选择方式录入 二是考试试卷成绩录入 基本数据包括 学院名称 学年 学期 学生所在年级班级 课程名称 任 课教师 考试人数和卷面每小题的满分数和整个试卷的满分数 考试试卷成绩 要依次录入每名学生的学号及每小题的得分数 由于各试卷的 试题数量不一致 最好使用动态的变量或数组 2 数据修改 以列表的方式进行修改即可 3 数据删除 主要是对考试成绩进行删除 以列表选择的方式删除即可 3 1 2 数据查询 该模块包括数据浏览 数据查询两个子模块 各子模块功能如下 1 数据浏览 对已经录入后的数据进行查看浏览 2 按学号进行数据查询 3 1 3 数据处理 该模块不需要显示界面 主要是进行各种统计 计算 在执行该模块后各种统 计 计算 次完成 各种统计 计算包括 1 求每道小题的平均分和整个试卷的平均分 2 求整个试卷的最高分和最低分 华中科技大学硕士学位论文 3 求各分数段的频数 即各分数段的人数 各分数段为 3 9 分以下及百分率 4 0 4 9 分及百分率 5 0