【毕业学位论文】基于 ASP.Net 的网络练习考试系统研究与实现-管计 算 机 技 术

分类号 密级 U D C 编号 士学位论文 论文题目 基于 网络 练习 /考试系统研究与实现 学科、专业 计 算 机 技 术 研究生姓名 曹 晶 导师姓名及 专业技术职务 桂卫华 教授 王小方高级工程师 中南大学工程硕士学位论文 基于 网络练习 /考试系统研究与实现 要 随着计算机网络的迅速普及，网络教 育已成为现代教育的一个重要分支，并且正发挥着越来越重要的作用。 网络教育软件的设计也随着软件技术的发展不断更新、提高，无论是在安全性、可扩充性、通用性等技术方面，还是在实用性、交 互性上都取得了很大的进步。 网络练习 /考试系统 (远程教育的一项重要内容。 术的网络练习 /考试系统研究与实现进行深入的探讨。 统的设计目标是能正确、有效地处理各种网上练习事务和考试事务。本论文对 统的相关技术进行了概括和分析，对统进行规划和概要设计，这部分内容包括据库的需求分析和概要设计。 本论文还对 统进行了详细分析与设计，主要包括数据库原理的运用，数据库设计原则的确定 ；本系统的实现所需要的软、硬件环境；试题库管理系统的流程分析与代码实 现；试卷生成系统的流程分析和组卷算法；学生答卷系统中流程设计以及计时处理，考试过程中学生答案的系统自动保护；评卷系统的自动与人工的巧妙结合；管理员的在线管理；贯穿整个系统的安全策略。 在 统中，以 建模语言，使用与 容的，采用 为数据库管理系统，用组件的装配。 关键词 三层C/S 模式，据库分析，全策略 中南大学工程硕士学位论文 基于 网络练习 /考试系统研究与实现 of as a of of in in of is of ML of It of of of of of of to a of of of ML is as in is to is to of is 南大学工程硕士学位论文 基于 网络练习 /考试系统研究与实现 录 第一章 绪论 . 言 .题来源及其现状 .统的设计目标 .统的设计原则 .二章 网络练习 /考试系统相关技术 .术的发展 .据库 .据库与数据库服务器的连接技术 . 术 . 术 . 术 . 其它扩展技术的比较 .两层结构到三层结构 (N 层结构 ) .于 术的三层结构的 用 .于 术的三层结构的 用 . 特点 . 三层结构 . 问数据库的原理 . .三章 基于 网络练习 /考试系统分析 .统建模 . 介 . 统建模 .数据库的分析设计 . 需求分析 . 数据库概念模型 .四章 网络练习 /考试系统的详细设计 .络练习 /考试系统的总体方案 . 网络练习 /考试系统的设计思想 . 网络练习 /考试系统的数据库设计 . 实现条件 . 网络练习 /考试系统的功能结构 .理员管理系统 . 试题库管理系统设计 . 教师和学生数据库管理系统设计 . 在线管理系统设计 .师管理系统的设计 . 试卷生成系统的设计 .南大学工程硕士学位论文 基于 网络练习 /考试系统研究与实现 工与自动评卷系统的设计 . 查阅分析成绩 .生管理系统的设计 . 学生答卷系统的设计 . 学生查阅考试成绩的设计 .务管理系统的设计 . 考试管理 . 安全考虑 .五章 回顾与展望 .结 .题研究的心得体会 . 考 文 献 . 谢 .读学位期间发表的学术论文 .南大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 1第一章 绪论 言 网络正在改变着传统的教育方式，网络教育也越来越多，就算是传统的教育方式下，把平时的练习和课程结束时的考试搬到网络上也是一种趋势。练习与考试的无纸化、 网络化， 不仅能有效减少老师的工作量， 很好的利用计算机的优势，提高学生的学习效率和老师的工作效率，也能使练习与考试更加公平、公正。所以就一定要构建一个性能良好、 安全可靠的可以满足学生们同时使用的网络练习/考试系统。 开发一个基于 练习和考试系统通用练习 /考试系统，作为网上学校的一个子系统，该系统在一个 点上运行，通过浏览器访问，能实现局域网用户（校内）和 户（校外）的实时 /非实时的网络练习 /考试功能，提供用户登陆，试题库的录入、维护，试卷生成，实时考试，网上练习，在线管理，自动阅卷，统计分析考试结果，成绩查询等服务。 题来源及其现状 本研究课题“基于 网络练习 /考试系统研究与实现”是由于教学需要而进行的研究开发项目。目的是充分利用现有的网络资源，提高学习效率，客观公正的评价学生的学习效果和教师的教学水平。 因此本系统具有很强的通用性， 适用于各学科的网上练习和考试， 使用安全、方便。 目前，国内外绝大多数的网络练习 /考试系统主要是以三种形式设计的：第一种是使用 工具编写的文档文件，学生通过网络浏览器下载网页进行练习 /考试学习；第二种是基于客户机服务器结构的专用 考试系统，学生一般是通过特定的客户端软件在局域网内进行练习 / 考试；第三种是基于术的三层结构网络数据库。第三种形式的网络练习 /考试系统，由于具有试卷文档文件和专用考试系统的优点，在 2000 年前后十分流行，但它在安全性、健壮性等方面还有缺陷。 微软公司 2002 年 2 月才推出正式版的新一代网络开发技术，与它的前身 全不同，在性能、状态管理、可扩展性、安全性、输出缓存控中南大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 2制和网络支持等方面有了很大改进，而且容易实现，效率更高。因此，本课题使用 络技术开发设计。 统的设计目标 本系统的设计目标为：能正确、有效地处理各种网上练习事务和考试事务；具有良好的实用性与通用性，提供友好的人机界面，具有较好的可扩充性和安全性，是校园远程教学系统中重要的教学手段，具有广阔的应用前景。本系统的设计完成，对规范教学管理，有着积极的现实意义。 统的设计原则 本系统应该符合中国现代远程教育技术标准体系中的“练习 /考试互操作”规范，即达到以下设计原则1： 支持练习 /考试数据的互换，支持结果报告的标准化，支持若干题型。 支持可扩展、低费用开发、高性能的学习系统：安装、配置、维护只需安装在服务器端，浏览器技术简明易用。 主要用户对象包括系统维护者：管理员，教师。系统使用者：教师，学生。 总之，在设计原则上，尽量本着公正、公平、安全的原则，对学生进行全面的练习 /考试，在技术实现上，尽量采用 先进成熟的网络技术，使练习 /考试系统具有较先进的技术，升级容易，使用方便，维护简单，投资较少，安全可靠等特点。 中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 3第二章 网络练习 /考试系统相关技术 术的发展 二十世纪末期发展最快、影响最深远的科技成果之一，从 到 及现在的 术变得更加强大和灵活2。 文本标记语言，是构成 面的主要工具，利用它，可以方便地将相互独立的文本和图形组合在一起，形成内容丰富的网页。 缺点是：静态性，不会在加载后更改页面的内容。 格式与布局上有明显的局限性。 态超文本标记语言，能够动态改变网页的内容，克服了静态网页 缺点。 它的一个基本组成是级联格式页 许为全局的 志设置布局属性和格式属性；另一基本组成是脚本语言，在网页加载后，对 的元素进行操作，从而将各元素连接起来的一种语言。另外还可以实现数据绑定等新技术。 态服务器页面，它是一种类似于 结合体，其运行效率比 高、程序编制能力比 方便和灵活，程序安全及保密性也比 ，它可以创建和运行动态、交互的服务器应用程序，而 在客户端执行的。 计的是动态网页，可以接收用户提交的信息并作出反应，其中的数据可以随实际情况改变，不需人工对网页文件进行更新。例如：当在浏览器上填写好表单并提交 求时，可以要求在 务器上执行一个表单所设定的件，而不只是通过一个简单的 件。该 件可以分析表单的输入数据，根据不同的数据内容将相应的执行结果以 格式传送给客户端的浏览器。 数据库的数据可以随时变化， 而服务器上执行的应用程序不必更改，客户端得到的网页始终可以保持最新的信息。 但是， 一个缺点， 就是 码是采用的 者 运行速度相当的慢， 而且和 码是混在一起的， 使 需要关心如何与 合，有时还需要用 接生成 码。这样构建起来的系统当然是不能满足中、大型中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 4网络应用的需要。 一种将各种 素组合在一起的服务器技术，是一个统一的发平台，它提供了一个完整的 用程序所必需的各种服务。 语法在很大程度上与 兼容的， 同时它提供了一种新的编程模型和结构，用于生成更为安全、可伸缩和稳定的应用程序。 相对于 性能、状态管理、可扩展性、安全性、输出缓存控制和网络支持等方面都有很大改进。例如：提 供了中层语言执行结构，C#， ， 从而极大地扩展了功能； 在 架平台下， 共享了传统应用程序使用的许多对象，还可以使用所有的 象； 程序设计是完全面向对象的。 架是一种新的计算平台， 它简化了在高度分布式 境中的应用程序开发。它的基本组成如图 2示。 架具有两个主要组件：公共语言运行库和 架类库。 其他C# 共语言规范 络服务 基础类库 (公共语言运行 (公共语言运行库是 架的基础。运行库可以被看作一个在执行时管理代码的代理，它提供核心服务（如 内存管理、线程管理和远程处理） ，而且还强制实施严格的类型安全，可确保安全性和可靠性的其他形式的代码准确性。运行图 2架基本组成 中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 5库还提高了开发人员的工作效率。例如，程序员可以用他们选择的开发语言编写应用程序， 却仍能充分利用其他开发人员用其他语言编写的运行库、 类库和组件。 以 架为目标的语言编译器使得用该语言编写的现有代码可以使用 架的功能，这大大减轻了现有应用程序的迁移过程的工作负担。 于开发人员的角度来说它是一个公共平台的类库 (包含了近100 个命名空间（ 近 5000 个类。 架的另一个主要组件是类库，它是一个综合性的面向对象的可重用类型集合，使用它开发包含从传统的命令行或图形用户界面 (应用程序到基于 提供的最新创新的应用程序（如 体和 eb 内的应用程序。 客户端应用程序开发： 包括诸如字处理器和电子表格等应用程序以及自定义的业务应用程序（如数据输入工具、报告工具等等） 。客户端应用程序通常使用窗口、菜单、按钮和其他 素，并且它们可能访问本地资源（如文件系统）和外围设备（如打印机） 。 另一种客户端应用程序是作为 通过 署的传统 件。此应用程序非常类似于其他客户端应用程序：它在本机执行，可以访问本地资源，并包含图形元素。 服务器应用程序开发：是通过运行库宿主实现的。 据库 所谓 据库不同于普通的数据库，它处于 个特殊的环境，其信息内容是面向网络开放的。基于 环球信息访问的迅猛增长，刺激了人们对数据库与 端之间接口的兴趣。从本质上讲，将网络与数据库结合，即以 方式来访问数据库有以下优点： z 使用方便：数据库应用一般采用C/S（客户/服务器）模式，客户端向服务器端发出数据请求，服务器响应并处理请求，把 处理的结果再回送到发出请求的客户端。传统的数据库应用为每一个应用开 发一个客户端，然后再在每一个客户端安装，还要加以培训才能使用；而 据库的客户端由浏览器担任，不需要单独开发，也不需要培训。 z 开发统一：传统数据库应用一般用C、些开发工具各有各的标准和方法，不适合开发 据库应用，据库的开发使用统一标准何人开发的z 跨平台支持： 传统数据库应用一般要针对每一个操作系统开发一个专用版本，中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 6甚至要为不同的硬件平台开发不同的版本，据库只需要开发一个版本就可以在所有的操作系统和硬件平台上使用， 前提是这个平台上具有符合 据库与数据库服务器的连接技术 术 外部扩展应用程序与 务器交互的一个标准接口。按照 准编写的外部扩展应用程序可以处理客户端（一般是 览器）输入的协同工作数据，完成客户端与服务器的交互操作。这在实际应用中非常有用，如可以编写 部扩展程序来访问外部数据库，客户端用户可以通过它和 务器来进行数据查询。 般分两种3：标准 缓冲 有的 务器均应支持标准 标准 写的程序与具体的 务器无关。而按缓冲 务器有关。 准定义了在与 务器进行交互的一个 档里，如何调用可执行程序。程序员可以选择任何语言来编写 序。利用 以创建动态 但是 序是作为一个独立的外部应用程序来执行的， 它与 此导致效率低下。 术 为了克服 率低下的问题， 许多厂商开发了自己的 术， 常以动态链接库（ 形式提供，驻留在 务器上， 它的作用与 似， 也是为了扩展 务器的功能。但由于依赖于专门的 务器，有些还需要在客户方增加必要的 共享库等，因此通用性较差。 比如 O供的是 利用这些 如用 写程序时必须依照它的特定框架，最后建立的文件可以是 件。 术 术当服务器守护进程接收到客户端请求时，其子进程扫描客户端所请求的文档，以获取数据插入标志，再插入相关动态数据，中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 7然后返回给客户端。这种技术简单，但效率不高。 其它扩展技术的比较 主要性能方面的比较如表 2示。 常见扩展技术 现的灵活性 差 好 好 可实现的功能 差 强大 强大 对程序员的要求 低 一般 较高 开发与测试时间 短 一般 较长 花费 低 一般 较高 操作的风险性 低 低 较大 移植性 较好 较好 差 高 较低 需要编程实现，利用它们可访问更多的数据源；而 需编程。利用 发的扩展软件，其运行速度比 ，功能也较 ；但其操作有一定的风险，出现错误时可能使系统崩溃（ 序不会） ，并且它非常依赖于具体的服务器而移植性太差，开发周期较长。 操作的风险性、软件移植性、软件开发难度等方面较 优势；其缺点在于 载较高，特别是同时发生的 求很多时，将影响服务器的综合性能。 两层结构到三层结构 (N 层结构 ) 两层应用程序就是早期 C/S 结构应用程序模型，主要由 和数据库组成。这种程序相对简单、清楚、开发容易，其结构如图 2示。 它的伸缩性不够好，开发人员写出的程序在客户端运行，占用了大量的系统资源和网络资源。随着应用程序业务逻辑及复杂性的不断增大，其开发工作的难度也越来越高。不过这样的系统开发比较简单，对开发人员的技术要求也不高，在内部局域网上使用还有一定的市场。 三层结构是目前用得最多的， 这种结构比传统的 C/S 结构增加了一个应用程序服务器，应用程序服务器包括了统一的界面、业务规则和数据处理逻辑等等，这样客户端程序就可以做得比较小，也就是常说的瘦客户，更由于业务规则和数 表 2 主要性能方面的比较中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 8据处理逻辑的集中在服务器上统一管理，客户端无须进行复杂的计算，也不会因为错误的操作而影响到其他的用户，所以他的可靠性、稳定性和效率都比较好。当然开发这样的系统在技术上和成本上要求就要多一些。其结构如图2前，多层应用程序已成为主流。它能够满足应用程序的两种需求，即可伸缩性（或可扩展性）和 用。三层（多层）结构的应用程序把业务逻辑独立出来， 组成一层或多层，这样就形成了客户端的客户界面层、中间业务逻辑层（可细化为多层）和后端数据库服务器层。 这样做的好处是： (1) 客户端人机界面部分的程序开发工作得以简化。它不必关心业务逻辑是如何访问数据库的，只需把精力集中在人机界面上即可。 (2) 中间业务逻辑层包含了大量的供客户端程序调用的业务逻辑规则，以帮助其完成业务操作。它的优点就在于它所具有的可伸缩性，可使其随具体业务的变化而改变，但在客户层和数据服务层所做的改动较小，适合于快速开发。 (3) 数据服务层主要提供对数据库进行各种操作的方法。它主要由中间业务层来调用并完成业务逻辑，当数据库的结构确定后，对于它的改动也就比较小了。 (4) 系统的安全性得以提高。它可以对每个业务功能组件进行授权，限制了非图 2层 C/S 结构模型 图 2层 C/S 结构模型 中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 9法访问。 (5) 便于进行事务管理（可使用。 三层结构并不是物理上的划分，而是结构逻辑上的划分。比如，客户端程序要调用的某个业务功能组件要求响应速度很快，并且体积较小，那么就可以把这个业务组件配置在客户端，以 形式存在；又如，客户要访问的某个业务组件包含大量对数据库的操作 （类似于数据库服务器中的存储过程所做的工作） ，那么可以把它配置在数据库服务器上，以减少网络负载，提高运算速度；如果某些业务组件中包装的业务逻辑需要大多数客户机程序访问， 那么就可以单独构建一台独立的服务器，将这些组件放在其中，供客户机程序访问，而不必在每台客户机上安装。 三层结构的优点是显而易见的， 然而要实现它就需要使用当前流行的组件技术。 基于就会用到构模型和 件技术。如果客户要做跨平台的开发，如包括 种平台的程序开发，就需要使用构模型，它是 定的开放的、独立于开发商的体系结构和基础构造，通过它，计算机应用程序可以通过网络协同运作。 但是，任何事务都有两面性，对于三层应用程序也是一样。在开发三层应用程序时会遇到一些不可避免的困难，它们是： (1) 延长了开发周期。 因为开发三层应用程序所做的工作要比开发二层应用程序多一些。根据经验，花在底部组件上的开发时 间要占整个项目开发时间的3040。 (2) 增加了开发任务的复杂性。除了开发应用程序的核心业务之外，开发人员还应考虑应用程序的性能、安全性、伸缩性、可靠性和可恢复能力。这些都要求开发人员对操作系统和网络有更深层次的了解。 (3) 提高了对开发人员的素质要求。 两层应用程序的开发人员只要把注意力集中在业务规则的实现和开发工具的熟练使用上即可， 而三层应用程序的开发则需要开发人员通过培训等手段来提高他们在各方面的技术水平， 其中包括操作系统、网络、更先进的开发技术、更先进的开发工具，以及许多非计算机技术。以上这些都需要长时间的学习和经验积累。 (4) 增加了对应用程序的维护工作量。由于应用系统配置、网络结构和业务规则的不断变化，需要开发小组的全体成员来共同维护，如修改业务组件、数据库组件等，以适应以上这些变化。 中南大学工程硕士学位论文 第二章 网络练习 /考试系统相关技术 10(5) 增加了实现共享的难度。开发一个成功的多层应用程序，很重要的工作在于程序系统结构的设计（即根据业务规则合理划分组件） 。其中的大多数组件是针对具体项目而设计的，这就不利于在不同项目中共享程序代码。 虽然开发多层应用程序有优点也有缺点，但是它的出现代表了应用的需要，是技术进步的结果，是完全符合时代潮流的。 下面如表 2示，将二层结构与三层结构作个简单比较： 二层结构 三层结构 系统管理 复杂（有很多的客户方逻辑需要管理） 相对简单（应用可以在服务方集中管理） 安全性 低（资料级安全） 高（服务级或方法级） 资料封装 低（资料表暴露） 高（客户方调用服务或方法）性能 低（大量中的资料要下载到客户方进行分析处理） 高（只有服务请求和响应在客户服务器间传递） 差 很好（可以较容易地下载年来随着因特网的快速发展， 仅仅三层的应用程序已经不能满足实际需求了。因此又发展出来了多层分布式的数据库系统。在多层分布式系统中，人们把中间的应用服务器再拆分为很多比较小的系统，均匀分散到多台计算机中处理，这样就能得到更好的性能并且降低了程序复杂度。 在多层分布式数据库系统中必须要有一个所谓的中间件来支持和管理分散的业务处理程序。 在