【毕业学位论文】（Word原稿）面向天津外国语大学的无纸化考试系统-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 公开 硕 士 专 业 学 位 论 文 面向天津外国语大学的无纸化考试系统 要 I 摘要 随着计算机网络的普及和发展，考试的方式和媒介也发生了一些列的变化。基于网络的无纸化考试有很多传统形式的考试无法比拟的优点，如：高效、灵活、防舞弊等。因此，越来越多的国内外高校和认证机构开始使用无纸化考试来代替传 统形式的考试。 本论文在系统分析的基础上，利用了微软的 010 和 008 数据库构建的基于计算机网络的 C/S 架构的无纸化 考试 系统。 该系统中，数据库访问部分基于 术实现；试卷显示部分基于微软 术实现；客户端与服务器端通讯基于微软 术实现；试卷的存储格式采用行描述 ；对于题库的导入以及评分统计信息的导出等涉及到对微软 用第三方类库 现 。 作者根据本校的软、硬件环境 、网络拓扑结构 以及任课教师的实 际需求，将本系统划分 为用户管理、 题库管理、考试科目管理、考务管理以及评分统计 五 大模块 。 针对 这五 个重要的核心子系统的研究，结合 模技术，通过各种模型的设计，详细的介绍了系统开发中涉及到的数据流向、数据库存储、程序流程、关键类的设计、系统运行时序图等方面的内容；通过界面设计、关键代码的设计，对系统的实际编码过程做了详细的介绍，并介绍了之后的系统测试方面的内容 。 在系统数据库设计方面，重点讨论了论文涉及到的重要实体表的设计及实体关系 。 最后，对论文做出了全面的总结，并结合对未来作者所在学校的实际情况，进行了进一 步的展望。 作者在课题研究中全面负责了系统的需求分析、模块设计、编码实现及系统测试的工作。 该系统 发布后， 已在我校使用了两个学期， 成功的 进行了 C 语言程序设计、 算机基础等课程的近百场期末考试 ， 受到了广大师生的好评。该 系统的开发解决了作者所在高校缺少适用的无纸化测试系统的问题，降低了学校计算机方面考试的成本，为广大任课教师提供了一个精简、高效、实用的考试系统。 关键字 ： 在线 考试 ； 数据库； C/S 架构 ； I of is a of of of of as or to to of In we to on of , is on is PF is CF is of to of it by of to of of is We on by ML of in of we in of of by of We a by of a in my II 00 is in to is of of We of a of C/S 录 录 第一章 绪论 . 1 第一节 项目研究背景与意义 . 1 第二节 无纸化考试的现状 . 2 第三节 本文主要研究内容 . 4 第四节 本文的组织结构 . 4 第二章 系统需 求分析 . 6 第一节 系统总体需求 . 6 第二节 系统功能需求 . 7 第三节 系统非功能需求 . 8 第四节 系统用例图 . 8 户管理子系统功能描述 . 题库管理子系统功能描述 . 科目管理子系统功能描述 . 考务管理子系统功能描述 . 评分统计子系统功能描述 .录 V 第三章 系统开发关键技术介绍 . 13 第一节 术 . 13 第二节 术 . 14 第三节 据存储技术 . 15 第四节 据库访问技术 . 15 第四章 总体设计 . 17 第一节 逻辑功能架构 . 17 第二节 系统技术架构 . 18 第三节 物理拓扑架构 . 20 第四节 数据库设计 . 21 户管理相关表设计 . 考试科目相关表设计 . 试卷相关实体设计 . 考场相关表设计 .五章 系统详细设计 . 29 第一节 用户管理子系统详细设计 . 29 第二节 题库管理子系统详细设计 . 30 目录 数据库操作功能详细设计 . 题库编辑功能详细设计 . 题库浏览功能详细设计 .三节 科目管理子系统详细设计 . 36 第四节 考务管理子系统详细设计 . 39 本考务流程设计 . 学生登录验证流程设计 . 学生考试流程设计 . 务契约设计 .五节 评分统计子系统详细设计 . 45 卷评分功能详细设计 . 试卷统计功能详细设计 .六章 系统原型实现 . 48 第一节 开发及运行环境 . 48 第二节 用 户管理子系统的实现 . 49 第三节 题库管理子系统的实现 . 51 题浏览模块的实现 .录 试题显示模块的实 现 . 试题组显示模块的实现 . 试卷显示模块的实现 . 题目编辑模块的实现 .四节 考试科目管理子系统的实现 . 60 试科目编辑功能的实现 . 组卷功能的实现 .五节 考务管理子系统的实现 . 64 务的实现 . 考试服务器端的实现 . 考试客户器端的实现 .六节 评分统计子系统的实现 . 71 分子系统的实现 . 统计子系统的实现 .七节 核心技术实现 . 73 第八节 系统测试 . 75 第七章 总结与展望 . 76 目录 一节 论文总结 . 76 第二节 系统展望 . 77 参考文献 . 79 致谢 . 81 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果 . 82 第一章 绪论 1 第一章 绪论 随着计算机技术的发展，计算机辅助评分技术在现代教学测试和学习评估过程中的广泛应用，引发了一系列关于评估内容、评估 方法及评估形式的深刻变革。而开发一套既能够符合当代教育测评理论、方法并结合现代信息技术手段的网上测评系统，又能为学生提供“灵活、方便、科学、公平”的“测评服务”的网上测评系统，已成为广大教育战线工作者所面临的一项重要任务。在这样的情况下，无纸化考试网络系统的研究充分开展起来。 与无纸化考试网络系统相比，传统考试从报名、命题、制卷、发题、保卷、考试、评卷、登分、公布成绩等环节来看流程比较复杂，整个的组织流程周期相对较长，导致对每个环节的安全保密工作提出了极高的要求，一旦某个环节出现问题后果都将不堪设想。对监考 教师来说，工作要求高、难度大，特别是在符合规定的操作同时，还要应对和处理各种各样的考试作弊行为。相对以上弊端，无纸化考试表现更优越，大大缩短了以整个考试周期，更节约了成本，提高了整体工作的安全性，真正实现了公考试的平公正。 第一节 项目研究背景与意义 本人所在单位是一所外语类高校，目前学校所采取的考试方式主要有两种。一种是采用传统的方式，由任课教师自行出题，然后打印试卷、印刷试卷、安排考试时间、监考、收集试卷、评改试卷，过程复杂繁琐；另一种是采用用于天津市计算机等级考试的无纸化考试系统，简洁高效，但是由于手 中题库有限，且该系统无法自行对题库进行维护，导致该系统仅能对少数一、两门课程进行无纸化考试，大大降低了其使用范围。 近年来，随着学校招生人数的增多，以及新课程的增加，学校期末考试工作压力也越来越大，对无纸化考试系统的研发也就提上了日程。如果能有一套自行开发的能广泛用于各学科课程基于网络的无纸化在线测试系统的话，将会带来众多可喜变化，有效提升工作效率。其中包括： 第一，由于无纸化考试采取随机抽题的方式进行组卷，每个学生抽到的题目都不相同，可以有效减少作弊情况的发生。而且监考老师不需要携带纸质试第一章 绪论 2 卷入场，只需要带 一个 U 盘即可进行考试并将考生答卷拷贝走。并且由于不需要像传统考试那样发放、收取纸质试卷，监考老师的工作量大大减少，每个考场仅需要 1 2 名监考老师便足以轻松完成监考工作，而不像传统考场，如果考试人数过多，可能需要 3 4 名监考老师才能完成监考工作，大大降低了监考教师的工作量。 第二，由于无纸化考试不需要传统考试那样需要大量纸张来制作试卷，这样便可以有效降低纸张使用量，减少学校开支。 第三，相比传统考试只能在有课桌的多媒体教室、阶梯教室、普通教室里考试不同，无纸化考试采用计算机实验室进行考试，如果将一部分学科课程 由原来的传统考试方式转为无纸化考试方式，将会增加学校的考场数量，增大同时考试的人数，缩短考试周期。 第四，在传统考试中，教师的出题、组卷、评分是一项非常繁琐、复杂的重复性工作。大部分任课教师都有一个 档格式的“小题库”，每次出题组卷的时候，需要进行大量的“拷贝”、“粘贴”工作来进行组卷，维护起来非常困难；判卷的时候，面对满纸的“ 是能令人头晕眼花。而采用无纸化考试系统的话，教师只需将题目按照指定格式导入至数据库，然后指定组卷要求，系统即可快速自动组卷。考试结束后，考试系统会自动对试卷中的客 观题进行评分，教师只需评阅主观题即可完成评卷工作，极大的减少的任课教师的工作量 第二节 无纸化考试的现状 当今世界，人类社会已经进入了信息化时代。迅速发展的信息技术在各个行业中都得到了广泛的应用，不仅改变了我门的工作和生活方式，也改变着我们的学习方式。近些年来，随着多媒体在教学中的应用愈发丰富，计算机辅助教育和远程网络教育等领域也得到了快速的发展，我们早已深刻地感受到了信息技术应用对现代教育的观念、内容、方式、方法以及教育手段等产生的深刻影响。无纸化考试不仅完成了传统考试的基础工作，更是传统考场的延伸，它可 以利用无限广阔的网络空间，再利用上数据库技术，则大大简化了传统考试的过程，老师们就随时随地的对学生进行考试。借用计算机进行的无纸化标准化考试，不但极大地减轻了出题者、考试者和阅卷者的劳动，更减少了由于人第一章 绪论 3 为的错误及道德因素造成的“教学事故”。因此无纸化考试是现代信息化教学不可缺少的一个重要环节。 在欧美等发达国家无纸化考试已成一种普遍采用的考试认证形式。在每年，全球约 140 多个国家和地区的 2200 有多个考试中心，都在采用该认证形式进行着 25 种语言、近百种不同类型、不同科目的一千多项考试。其中包括我们耳熟能详的 计算机程序类的“微软专家认证”考试，计算机网络类“ 科认证网络工程师”考试，近些年火热的“ 行从业资格”考试、“ 册会计师”考试，“ “ 种热门的英语认证考试等，涉及各行各业。目前全球每年已经有数百万之巨的人次参加了无纸化网络考试。我国很多城市也已经开始向网络无纸化考试方式转变，已投入实际使用的国家级无纸化考试系统有：“全国计算机等级考试”、“计算机信息高新技术考试”、“机动车驾驶员模拟考试”、“会计从业资格考试”等。各大专院校、公司、协会、委员会、认证组 织等编制的涉及各行各业种类繁多、功能多样的无纸化考试系统在不同的领域得到了极大的推广和应用 1。 虽然无纸化考试已经逐渐成为了一种趋势，并且其相比于传统考试，有着防舞弊、试卷构造方式灵活、题库管理灵活等优点。但是作为一项新生事物，无纸化考试方式目前也有一些不足之处，主要体现在对主观题评分效率低下以及对任课教师计算机水平有一定要求两方面。 人类的自然语言体系非常复杂，而且千变万化，目前尚没有一套软件系统能够做到完全理解人类语言。相对于试卷中的客观题评分，主观题的评分一直是无纸化考试的软肋，尤其是作文题，由软 件系统分析一下考生所写文章的语法结构和短语搭配还可以，但是如果要分析出其中的“文采”几何，恐怕没有任何一套软件系统能够做到，而且在短时间内不会有重大突破。现有的考试系统对主观题评分支持的非常有限，很多系统只具有主观题评分的功能，无法对常规考试科目（如语文、数学、英语、政治等）的试卷完全进行自动评分。 在当今中国高校的教师队伍中，对计算机操作不太精通的人大有人在。这些人平时使用电脑主要是为了看新闻、发电子邮件等应用，对于题库管理此等需要大量文本编辑的工作实在是难以胜任。故无纸化考试系统对于此类人来说，必须有一 个简单易懂易用的用户界面，并且能够通过向导来指引这些用户来进行题库建立操作。当然，加强对这些用户的软件使用培训，或者为这些用户配上一位能够熟练使用软件系统的教学秘书，也是一个不错的选择。 第一章 绪论 4 第三节 本文主要研究内容 针对我校当前需求，本文主要从一下几个方面展开研究。 第一、结合我校现有条件，对传统考试方式的弊端进行分析和研究，归纳总结出适合我校情况的无纸化考试流程。 第二、根据任课教师的意见与建议，找出适合教师使用习惯的题库维护方案以及组卷方案。并且根据教师需求，实现尽可能多的题目类型，以达到尽可能多的满足不 同科目课程考试要求的目的。 第三、针对我校现有机房硬件条件，研究如何简化系统部署过程，降低监考教师学习难度，实现无纸化考试。 第四、通过对任课教师原有题库进行研究，实现对考生试卷的客观题部分自动评分，主观题部分则尽可能多地辅助教师进行评分，并且为教师的试卷导出、打印工作提供方便。 第四节 本文的组织结构 本文共分为七章。各部分的结构与重要内容如下： 第一章绪论：主要讲述了无纸化考试系统的课题来源、研究背景及趋势、目的意义以及论文工作的主要研究内容及方法。 第二章系统需求分析：通过对系统的总体需求、功能需求以 及非功能需求三个方面的研究，通过 模手段，建立了各个子系统及关键功能的用例模型以及功能描述文档。 第三章系统开发关键技术分析：首先介绍了系统开发的框架以及系统层次结构、开发平台、开发语言几个重要的技术概念，之后讨论了本文的建模技术准建模技术的内容，分析了系统数据库的技术概念，最后提出了系统涉及到的关键问题及解决方案。 第四章系统总体设计：介绍了系统的软硬件环境以及系统拓扑结构，结合实际讨论了系统部署工作的内容，在系统数据库设计方面，重点讨论了论文涉及到的数据表及数据岛。 第五章系统详细设计： 针对 4 个重要的核心子系统的研究，结合 模技术，通过各种模型的设计，详细的介绍了系统开发中涉及到的数据流向、数第一章 绪论 5 据库存储、程序流程、关键类的设计、系统运行时序图等方面的内容。 第六章系统原型设计：结合第五章介绍的几个子系统，通过界面设计、关键代码的设计，对系统的实际编码过程做了详细的介绍。并介绍了之后的系统测试方面的内容。 第七章总结与展望，对本论文做出了全面的总结，阐述了在实施过程中存在的问题及解决方案，并结合对未来的展望，给出了一系列应对措施。 第二章 系统需求分析 6 第二章 系统需求分析 论文从三个层次介绍系统需求，分别 为：系统总体需求、功能需求、非功能需求。总体需求反映了用户对软件开发的总体目标；功能需求是对总体目标确定的前提下对功能的系统划分；非功能需求是对开发人员在设计系统功能的同时需要考虑到的其他要求，描述系统展现给用户的行为和执行的操作；约束条件是对开发人员在软件差评设计和构造上的限制；质量属性是通过各个角度来对产品进行描述。 第一节 系统总体需求 在线测试系统的核心自然是以“考试”为核心，包括了试题库管理、试卷生成、试卷下发、试卷回收、试卷评分以及成绩统计。其特点是自动按要求批量生成试卷、自动考务管理、自动主观 题评分，以达到“无纸化测试”的目的，从而节省纸质试卷传递在时间和人力成本上的浪费，提高考务的工作效率。通过对本校传统考试流程的分析及与任课教师的沟通，总结出了适合本校无纸化在线测试活动的需求特点： 第一，注重简化操作流程，降低上手难度。软件开发出来就是为了服务对应人群，提高工作效率的。如果一个软件界面复杂，使用者需要经过长时间学习才能熟练操作的话，那它肯定不能称为一个成功的软件。 第二，专注 于 考试相关事务的处理，功能在精而不在多。由于个人精力有限，不可能将系统功能开发的面面俱到，所以本系统主要针对占用任课教 师大量时间且易于计算机自动处理的组卷、试卷下发回收、主观题判卷、成绩汇总功能进行研发，其余功能不作为重点进行研发。 第三，拥有一定的扩展能力，为将来二次开发留有余地。 第四，能够与传统考试相互协作，相互补充。 第二章 系统需求分析 7 第二节 系统功能需求 结合了对任课教师的调查研究，系统在功能需求上需要分为若干功能模块，针对不同考试科目要求的不同，系统需要从界面设计、试题管理、试卷管理、成绩统计等方面入手。主要功能的设计原则如下： 第一、需要提供给用户一个友好的界面，该界面能够符合用户的操作习惯；并且能够直观的在主界面中反映出用户 普遍关心的内容；提供常用的快捷方式及快捷键供用户使用。 第二、能够提供常见的试题类型（如单选题、多选题、填空题、判断题等）以保证实现各种考试科目常规题目要求的支持。 第三、能够对试题库进行编辑，并允许教师从常见的 档中导入试题，并加入指定的试题库。 第四、能够针对不同的考试科目制定不同的组卷方案，生成符合要求的试卷。 第五、能够自动收、发试卷，无需用户过多干预，完成对学生的测试任务。 第六、能够自动对主观题进行评分，并能够辅助教师对客观题评分。 第七、能够自动对学生考试成绩进行汇总、统计 。 第八、能够将学生试卷导出为 档，方便教师以普通方式进行阅卷或修改。 通过前期的需求分析，分别结合业务流程以及功能需求两方面的考虑，系统设计出了主要功能模块，包含有：题库管理、考试科目管理、考务管理、评分统计等。功能模块图 示： 无 纸 化 考 试 系 统题 库 管 理 科 目 管 理 考 务 管 理 评 分 统 计用 户 管 理图 统主要功能模块 第二章 系统需求分析 8 第三节 系统非功能需求 非功能性需求是指依一些条件判断系统运作情形或其特性，而不是针对系统特定行为的需求。和非功能性需求相对的是功能需求，后者会定义系统特定的行为或功能。非功能性需求也可以视为为了满足客户业务需求而需要符合，但又不在功 能性需求以内的特性。结合任课教师的要求与学校现有条件相结合，本系统有如下非功能需求： 第一、系统能够及时 响应 用户的相关操作。 第二、系统便于部署，不需要在考试场地安装过多软件。 第三、系统便于用户操作，拥有友好的用户界面，不需要过多的学习即可使用。 第四、系统能兼容常见的操作系统，比如 。 第五、系统能够稳定运行，遇意外（如停电）能够自行恢复。 第六、系统有一定扩展性，以适应将来出现的特殊考试要求。 第四节 系统用例图 系统的顶层用例图如图 示。 系统管理员主要负责对 于用户的管理，包括：系统管理员的添加、修改、删除；教师的添加、修改、删除；学生的添加、修改、删除等。其中学生按照班级为单位进行组织，方便考试时选取考生。教师作为整个系统中最为重要的用户群体，将全面负责试题库维护、考试科目管理、考务管理以及考试结束之后的评分统计等。学生在本系统中，虽然人数众多，但是仅仅拥有考试的功能。 第二章 系统需求分析 9 教 师管 理 员登 录用 户 管 理题 库 管 理科 目 管 理考 务 管 理评 分 统 计学 生考 试图 统 顶层用例图 户 管理子系统功能描述 用户管理子系统所提供的功能主要由系统管理员进行操作实现。管理员在登录系统之后，能够添加、删除其他管理员（但是不能删除当前登录的 管理员，保证系统至少有一个管理员）或者修改其相关信息；添加、删除教师或者修改其相关信息，添加、删除班级或者修改其相关信息；添加、删除学生或者修改其相关信息。其用例图如图 示。 管 理 员教 师 管 理管 理 员 管 理班 级 管 理学 生 管 理图 户 管理子系统用例图 第二章 系统需求分析 10 库管理子系统功能描述 题库管理子系统主要提供任课教师对题库 进行 编辑 ，其用例图 如图 示 。 教师在 登录系统之后，可以浏览指定题库的相关试题；可以在浏览试题的时候选择某一试题进行编辑、删除或者添加新的试题；对于之前做过 或者 私人题库的教师，如果其私人题库是按照系统指 定的格式书写的，就可以使用系统提供的题库导入功能，将试题批量导入到某个题库中；同样，对于系统中的已有题库，教师可将其导出为 式的文档，方便教师打印或者发给学生复习使用。 教 师题 库 浏 览题 目 编 辑题 目 导 入题 目 导 出图 库管理子系统用例图 目管理子系统功能描述 科目管理子系统主要提供任课教师对 考试科目进行 编辑 ， 包括：创建考试科目、修改考试科目、删除考试科目和组卷。 其用例图 如图 示。 第二章 系统需求分析 11 教 师创 建 考 试 科 目组 卷修 改 考 试 科 目删 除 考 试 科 目图 目管理子系统用例图 教师登录系统之后，可以对指定的考试科目进行修改、删除，或者创建新的考试科目。其中考试科目的信息包括 ：考试科目的名称、相关题库名称、试题类型、试题数量以及组卷策略等。在本系统中，考试科目的信息采用 本的方式存储在数据库中，其格式信息将在后面的章节进行介绍。在教师准备好相关试题库以及科目信息后，便可以使用组卷功能进行组卷，完成考试前的相关准备工作。 务管理子系统功能描述 考务管理主要针对考试期间监考老师及考生进行服务，考场一般采用计算机实验室进行考试，如果有特殊需求，也可在互联网上进行考试。其系统用例图如图 示。 教师在登录考试服务端应用程序后，便可以选择本次考试的相关信息（如考试名 称、考试科目、考试模式、考试班级）后启动考试，考试服务器端便会自动从数据库中获取相关的试卷以及考生信息。而参加考试的学生仅能在考试启动后，才能通过考试客户端登录考试服务器端进行考试，其抽取的试卷均通过考试服务器端提供，考试客户端不直接访问数据库，减少题库外泄的风险。在考试结束后，考试服务器端会将考试结果显示给教师，并将考生所答试卷存储到服务器上以备教师审阅。 第二章 系统需求分析 12 教 师开 始 考 试结 束 考 试考 生 状 态 管 理登 录考 生抽 取 试 卷提 交 试 卷答 题图 务管理子系统用例图 分统计子系统功能描述 评分统计子系统主要用于考试结束后，任课教师对考生试卷进行评分、审核以及成绩统计 ，其系统用例图如图 示。 教师登录系统后，可以根据考试名称检索其相关考生信息，并可选择指定考生的试卷进行浏览；对于系统无法自动评分的主观题以及教师认为系统自动评分有误的题目，教师还可以对其进行手动评分。在教师评分之后，便可使用统计功能重新统计某场考试的成绩信息，并将结果导出为 档。同时，教师也可使用试卷导出功能将某场考试的考卷全部导出为 档，方便归档处理。 教 师试 卷 浏 览试 卷 批 改试 卷 导 出评 分 统 计图 分统计子系统用例图 第三章 系统开发关键技术 介绍 13 第三章 系统开发关键技术介绍 第一节 字母的缩写，是由微软发展的一组数据通信的应用程序开发接口，中文译为“ 讯接口”。它是 微软在 始引入的一个重要结构组件，与 称为新一代 作系统以及 三个重大应用程序开发类库。 重要的两个方面是通讯和集成，它们是 对于传统网络通讯而言，最能体现其卓 越性的方面