【计算机公共课电子考试系统设计与实现】 计算机基础大一考试题
时间：2019-01-14 03:27:28 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】文章介绍计算机公共课电子考试系统的信息建模和功能建模，并且对系统实现进行了详细讨论。通过电子考试系统实现平时作业的提交、批改，期中和期末考试的组织和安排，以及日常学生和教师的互动，减轻了公共课教师的工作强度，取得了良好的效果。
【关键词】计算机公共课；电子考试系统；Ajax；Browser-Server架构
【中图分类号】G434【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097 (2008) 07―0090―03
引言
中国人民大学开设了《计算机基础》、《Internet应用》、《数据库技术与应用》、《多媒体技术与应用》、《网页设计》等面向非计算机专业的全校公共课，这些课程分布在大学一年级和大学二年级开设。作为必修基础课，每年有将近2500名各个专业的学生选修了上述课程，每个教学班的规模在150-200人之间。
对学生的平时作业进行批改，进行期中和期末考试的安排，对于教师来讲，需要极大的劳动强度。为了提高工作效率，公共课教研室决定开发电子考试系统。通过该平台实现教师和学生的互动，教师对学生平时作业的修改，完成期中和期末考试的安排，各项成绩自动进行统计汇总，生成学生的总成绩，通过系统互连，导入教务处的电子教务系统。该系统减轻了公共课教师的工作强度，提高了工作效率，取得了良好的效益。
一 系统设计
1 信息建模
我们首先进行系统的信息建模，主要的实体包括：教师、学生、课程、教学班、题库、试卷、考试安排、考试答卷、平时作业、作业答卷、教学班成绩表等。各个实体及其关系，简述如下。
① 教师表存储教师的基本信息，包括姓名、登录系统的用户名、密码，以及教师的联系信息，根据教师的意愿，可以把某些联系方式公布给学生，以便学生和教师通过不同渠道进行交流，这些联系方式包括办公室电话、家庭电话、移动电话、电子邮件、及时通讯号码（QQ、MSN、Yahoo Messenger ID）等。② 学生实体的主要属性包括学号、姓名、系统用户名称和密码等，学生的其它信息一般不在系统里进行维护。③ 课程表保存课程信息，包括课程的名称、课程的简介、课程的教学大纲、以及课程的学分等基本信息。④ 教学班是一个关联实体，把教师、课程、和学生联系起来，一般持续一个学期的时间。教学班的属性包括教学班号，教学班起止时间等。⑤ 题库按照各门课程来进行组织，题库里包含各种类型的试题，包括客观题和主观题。客观题的题型主要有填空题、单选题、多选题、对错题等，主观题包括简答题、操作题和综合题。对每个题目的所属章节进行标记，方便进行单元测试。为了在机器自动出题的时候，平衡试卷的难度，每个题目的难度以5分制进行指定，从1分到5分，表示难度加大，5分的题目难度最大。⑥ 试卷是题库里题目的一个子集，目的是进行期中考试和期末考试，试卷以两种方式进行生成，分别是机器自动出题和教师人工出题。⑦ 试卷制作完成，还需要进行考试安排，考试安排把考试的时间、考试的试卷、参加考试的教学班确定下来。该教学班的学生在考试期间登录系统，即可参加考试；每个考试可以只使用一个试卷，或者使用A卷和B卷，座位之间根据IP地址的特点，由服务器端显示不同的试卷，以避免相临座位的学生互相抄袭。⑧ 平时作业由教师发布，在某个时间段，开放给某个教学班的学生来进行作答。之所以在平时作业当中限制开放时间，目的是督促学生尽快完成作业，而不是临到学期末才突击拷贝其他同学作业提交。⑨ 考试答卷和作业答卷，则是每个学生的每个考试安排、或每次作业有一份答卷；教师负责考试答卷的判卷和作业答卷的批改，并且给出成绩。⑩每个教学班的平时作业、期中考试、期末考试成绩，按照事先设定的比例关系（比如平时20%，期中30%，期末50%），在学期末汇总到教学班成绩表，以Excel文件格式进行导出，以文件方式导入教务处的电子教务系统，完成和学生学籍管理的集成。把成绩导入到电子教务系统，可以通过系统接口，直接进行导入，目前我们正在对系统进行后续开发，增加包括该功能在内的增强功能。各个实体及其关系如图2所示，1：*表示一对多的关系。
2 功能建模
为了对系统的功能进行建模，我们从使用系统的用户角色入手进行分析。系统的主要角色包括管理员、教师、以及学生。
管理员角色：管理员主要负责系统的初始设置、数据的导入、数据的备份等系统的日常维护工作。除了这些功能，所有的其它功能对管理员开放，以便在学生和教师遇到系统或者授权问题不能解决的时候，可以求助于管理员。
教师角色：教师角色是系统的关键角色，整个系统是由教师进行驱动的。教师角色的功能包括：题库维护，出试卷，发布平时作业，试卷判分，平时作业批改，回答学生提出的问题，发布公告等。
系统在使用的过程中，如果题库的题目有歧义，教师可以进行修改，并且可以通过设计新的题目丰富题库，以增加考核覆盖的广度。
与课程教授同步，教师可以发布平时作业，并且在课堂上告诉学生，在某个时间段里面下载题干，完成作业要求，把文件上传。
电子考试系统的核心功能，是考试的组织和安排。作为教师角色，负责出试卷的工作，试卷以两种方式进行生成，分别是计算机自动出题和人工出题。自动出题的实现策略是，由教师指定少量参数，比如考试覆盖的章节范围，各种题型的数量，考试的难度系数等，系统根据这些参数，从题库中以随机方式选择题目组织成试卷。人工出卷子，则完全通过手工的方式，从题库往试卷里增加题目。自动出题可以减少出题时间，而人工出题，则在试卷的质量上更胜一筹。我们建议，首先采用自动出题方式生成试卷草稿，然后通过人工增删的方式进行细微调整。
学生角色：对应教师的作业发布和考试安排，学生角色的主要功能是完成作业和参加考试。
当学生完成作业和考试以后，教师必须进行判分。对于客观题来讲，可以由系统进行自动判分，包括选择题和对错题，在答对和答错上是没有歧义的，但是填空题往往存在不能完全自动判分的状况，比如学生把答案“MPEG”写成“Mpeg”，系统往往判断不出来，对于不能进行自动判分的客观题，系统一般不能武断地给0分，而是改为人工判分。对于主观题，则只能进行人工判分，一般采用某个题目批量判分的方式，而不是判完一个学生的卷子，然后再判另外一个学生的卷子。
其它功能：为了增加师生的互动，系统提供答疑解惑功能，学生可以把问题提交给老师，老师登录系统看到该问题可以作答；如果某些问题问的比较多，则老师方可以制作成“常见问题解答”，公告给全体学生看到。系统的其它功能包括教案查询与下载、网络文件管理等。
二 系统实现
系统以Browser-Server的方式进行实现，整个系统是一个三层结构，如图4所示。
教师和学生通过浏览器操作电子考试系统，中间层是应用服务器，后台由数据库服务器和FTP服务器组成，分别负责存储系统基本信息，以及管理上传文件。
为了支持大量用户并发访问系统，保持系统良好的性能表现，我们采用如图5所示的应用系统设计方案，使用了MVC，Façade等不同的设计模式[1]。
1 客户端实现
Web页面扮演客户端的功能。客户端的开发工作包括：① 设计页面布局（Layout），利用控件，创建页面；② 建立页面元素（包括控件）所需要的样式（Cascading Style Sheet）。通过对样式单独进行定义，可以很方便地改变界面的风格；③ 建立客户端请求处理函数、以及服务器应答的回调函数。客户端的请求函数，一般通过提交按钮来进行触发；而回调函数则负责处理服务器端的应答信息，把结果展示出来。为了对结果进行展示，可以把渲染工作交给一个渲染函数（Render Function）来进行实现；④ 实现渲染函数。服务器的应答数据，可以通过不同的方式显示给用户。渲染函数的功能是，解析服务器的应答信息，把结果组装成一定的格式，在客户端页面的结果显示区域（Result Area）显示出来。
2 数据交换
我们使用AJAX技术实现客户端和服务器端的数据交换[2]。传统的Web页面交互方式，有两个缺点：①交互只有同步一种模式，必须等到服务器端完成信息提取，并且返回页面以后，用户才能观察到结果，开始新的交互。②页面整体更新的模式，导致网络带宽的浪费，因为即使提交页面和响应页面有很大的部分是相同的，响应页面也必须把相同部分重新进行发送。AJAX技术通过异步方式实现与服务器的数据交换，避免了上述的问题。
我们采用开源AJAX开发工具包Dojo实现客户端的功能，数据以JSON格式进行编码，减少不必要的网络带宽开销[3] [4]。JSON（Java Script Object Notation）是Java Script语言里对对象进行表示的一种方法。JSON对象表示法，完全用文本实现，可以用不同的语言生成和解析对象，包括C、C++、C#、Java、JavaScript、Perl、Python等语言。JSON的语言无关性，使其非常适用于AJAX客户端和服务器的数据交换。JSON对象的一个实例是，var myJSONObject = {"id": 3, "name": "覃雄派"， "研究方向": ["Web","并行数据库"，"内存数据库"]}。可以看出，JSON表示方法很简洁，没有XML表示法的大量冗余。JSON表示法还具有如下的优点：①浏览器解析JSON的速度比解析XML快的多，于是用户的响应加快了；②因为JSON的语言无关性，可以用不同的后台编程语言（比如Java）操作JSON对象，保证AJAX Web应用和服务器端的平滑连接；③JSON不仅执行性能高，而且运行稳定。
3 服务器端实现
服务器端架构：服务器端采用EJB3.0技术来实现[5]。客户端的请求通过服务器端的Façade部件进行接收，调用后台的业务应用，利用持久层的服务进行数据的存取，完成用户请求的功能，并且把应答数据以JSON的格式，返回给客户端。这种Façade - Business Logic模式，优化了服务器端的架构，提供系统扩展和演化的灵活性。EJB是一个重量级技术，对于某些功能，我们使用Spring框架软件实现服务器端的服务集成[6]。服务器端的数据存取，使用Hibernate来进行操作[7]。
JSON-RPC Java ORB for Server：JSON-RPC Java Orb提供了把Java 对象以JSON-RPC服务暴露出来的机制，使之能够处理JSON-RPC请求，并且以JSON格式进行结果编码，返回客户端[8]。SON-RPC Java Orb提供一个客户端的API，以便对服务器端服务进行访问。
三 总结
电子考试系统的实现降低了考试组织工作的强度，提高了公共课考试的工作效率。系统采用AJAX技术实现，客户端与服务器端的数据交换效率大大提高，用户的响应速度加快；服务器端具有良好的扩展性，支持大量用户的并发访问。经过一段时间的运行，系统完全满足设计目标，实现了高效率的电子化考试管理。
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参考文献
[1] 马林纳斯卡(美国)著,饶若南等译. EJB设计模式[M]. 北京:机械工业出版社, ISBN: 7111130324, 2006:15-45.
[2] 曹衍龙,叶达峰.AJAX编程技术与实例[M]. 北京:人民邮电出版社, 2007:5-15.
[3] Dojo Team. Dojo Toolkit Documentation [EB/OL].省略/, 2008.>
[4] JSON Org. JSON Specification [EB/OL].
[5] Sun Corporation. EJB 3.0 Specification[EB/OL].
[6] Spring Team. Spring Framework [EB/OL].
[7] Hibernate Team. Hibernate Framework [EB/OL].
[8] Meta Paradigm. JSON-RPC-Java[CP/OL].
Design and Implementation of E-Exam System for Computer Science Common Course
TAN Xiong-pai
(School of Information Renmin University of China, Beijing, 100872, China)
Abstract: Information modeling and functionality analysis for computer science common course E-Exam system is introduced in detail as well as system implementation. With the help of E-Exam system, home working and examination is organized with less effort, the system also promote interactions between students and lecturers.
Keywords: Computer Science Common Course; E-Exam System; AJAX; Browser-Server Architecture
