計(jì)算機(jī)技能類(lèi)課程在線考試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊素錦，李 冬

（周口師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 周口 466001）

目前各高等學(xué)校所采用的考試系統(tǒng)大致分兩大類(lèi)：一類(lèi)是通用性很強(qiáng)的考試系統(tǒng)，這類(lèi)考試系統(tǒng)不能很好地針對(duì)某門(mén)課程使用；另一類(lèi)是針對(duì)某門(mén)課程的考試系統(tǒng)，這類(lèi)考試系統(tǒng)可以很好地組織一門(mén)課程的考試，但如果每一門(mén)課程都單獨(dú)使用一個(gè)考試系統(tǒng)，勢(shì)必會(huì)造成資源的浪費(fèi).而計(jì)算機(jī)技能類(lèi)課程（如計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)站建設(shè)等）的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生成為應(yīng)用型高級(jí)技能人才，因此，根據(jù)課程特點(diǎn)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)一個(gè)計(jì)算機(jī)技能類(lèi)課程在線考試平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)平臺(tái)）是目前亟待解決的問(wèn)題.

1 試驗(yàn)部分

1 平臺(tái)需求分析

1.1 體系結(jié)構(gòu)

由于本文設(shè)計(jì)的在線考試平臺(tái)主要是完成“組卷——考試——試卷分析”功能，數(shù)據(jù)要求易于維護(hù)，在考試時(shí)客戶(hù)端（學(xué)生）只需使用瀏覽器即可進(jìn)行考試，系統(tǒng)也應(yīng)隨著考試與教學(xué)的要求便于擴(kuò)展.因此，本文設(shè)計(jì)的在線考試平臺(tái)采用瀏覽器／服務(wù)器 （Brower／Server，簡(jiǎn)稱(chēng) B／S）結(jié)構(gòu)，并采用MVC分層設(shè)計(jì).系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.

1.2 功能需求

圖1 考試平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)圖

平臺(tái)面向的用戶(hù)主要有系統(tǒng)管理員、考試決策者、教師、學(xué)生.系統(tǒng)管理員可以管理其他用戶(hù)、維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)現(xiàn)課程維護(hù)等；考試決策者（一般為院系領(lǐng)導(dǎo)）可以進(jìn)行組卷與試卷管理；教師負(fù)責(zé)所教課程的課程章節(jié)維護(hù)、題目類(lèi)型維護(hù)、試題維護(hù)等.經(jīng)系統(tǒng)管理員授權(quán)，某些教師用戶(hù)可以有雙重身份，既是教師用戶(hù)，又是考試決策者.學(xué)生在考試過(guò)程中能夠下載、觀看示例程序，在題目完成后能提交操作結(jié)果.平臺(tái)的總體用例圖如圖2所示.

2 平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺(tái)功能需求分析，平臺(tái)主要包括系統(tǒng)管理、題庫(kù)管理、試卷管理、考試管理等功能模塊，系統(tǒng)的功能模塊圖，如圖3所示.

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

圖2 在線考試平臺(tái)總體用例圖

本平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的原則是：試題庫(kù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)維護(hù)，可以對(duì)題型、試題等及時(shí)地添加、修改、刪除，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)技能類(lèi)課程內(nèi)容更新快的特點(diǎn).題庫(kù)中的題量應(yīng)足夠大，試題的類(lèi)型比例、知識(shí)點(diǎn)比例、難度比例等均應(yīng)分布合理，為組出好的試卷提供基礎(chǔ).題庫(kù)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮組卷采用的算法，便于組卷算法的實(shí)現(xiàn)［1］.平臺(tái)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括課程表、操作（或程序設(shè)計(jì)）題表、選擇題表、填空題表、教師信息表、章節(jié)表、考試信息表、試卷信息表、學(xué)生信息表等.下面給出平臺(tái)中組卷相關(guān)表的關(guān)系圖，如圖4所示.

3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 組卷技術(shù)

目前考試系統(tǒng)采用的組卷算法主要分為四類(lèi)：基于隨機(jī)抽取的自動(dòng)組卷；基于深度和廣度搜索算法的智能組卷；基于遺傳算法的智能組卷［2］；基于項(xiàng)目反應(yīng)理論的自適應(yīng)的測(cè)試.以上組卷算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但鑒于組卷約束目標(biāo)復(fù)雜且題庫(kù)中試題量較大的情況，利用遺傳算法進(jìn)行組卷是合適的選擇［3］.本平臺(tái)采用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行組卷.

3.1.1 組卷數(shù)學(xué)模型

組一套m道試題的試卷，每道試題有n項(xiàng)指標(biāo)，則整個(gè)試卷的結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于一個(gè)m×n的矩陣形式，因此在本算法中構(gòu)建目標(biāo)矩陣S.

在該目標(biāo)狀態(tài)矩陣中，每一行表示題庫(kù)中的一道試題，而每一列表示每個(gè)試題的各個(gè)屬性取值.組卷中每一道試題，要根據(jù)S中給出的n項(xiàng)指標(biāo)來(lái)決定，題分ai1，教學(xué)要求度ai2，題型ai3，估計(jì)用時(shí)ai4，區(qū)分度ai5，難度ai6，使用次數(shù)ai7，知識(shí)點(diǎn)ai8，….則aij相當(dāng)于第i道題的第j項(xiàng)指標(biāo)，其中i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n.每個(gè)組卷的目標(biāo)要求都對(duì)應(yīng)著一個(gè)約束條件，本文中取n＝8，則目標(biāo)矩陣應(yīng)滿(mǎn)足下面的約束條件：

①試卷總分或由用戶(hù)給定，即試卷總分?jǐn)?shù)約束.

⑥試卷難度系數(shù)用testNd來(lái)表示，則

即試卷的難度約束，可由用戶(hù)給定.

⑦ai7≤u，曝光度約束，u為試卷中允許每道題目在考試中用過(guò)的次數(shù)，由用戶(hù)指定.

3.1.2 適應(yīng)度函數(shù)的確定

本算法中，適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)思想為：將每一項(xiàng)約束目標(biāo)看作是整個(gè)組卷約束目標(biāo)的子目標(biāo)，根據(jù)每個(gè)子目標(biāo)在整個(gè)組卷約束目標(biāo)中的重要性分配權(quán)重，然后采用加權(quán)和的形式形成一個(gè)目標(biāo)函數(shù).各子目標(biāo)均采用實(shí)際生成試卷的目標(biāo)值Xi減去用戶(hù)理想的目標(biāo)值ei再除以用戶(hù)理想的目標(biāo)值ei，各子目標(biāo)函數(shù)的基本形式為：

其中，mi為用戶(hù)設(shè)定的各目標(biāo)允許的誤差.則，最終目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)為其中，wi為第i個(gè)組卷約束目標(biāo)所占權(quán)重，∑wi＝1.

3.1.3 遺傳算法組卷

遺傳算法組卷需經(jīng)過(guò)編碼、選擇、交叉、變異等完成組卷［4］.本平臺(tái)利用改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行組卷，組卷算法流程圖如圖5所示.

圖5 遺傳算法組卷詳細(xì)流程圖

3.2 閱卷技術(shù)

由于本平臺(tái)針對(duì)的課程是計(jì)算機(jī)技能類(lèi)課程，而計(jì)算機(jī)技能類(lèi)課程的考試題型一般包括客觀題（選擇、判斷等）與主觀題（操作題或程序設(shè)計(jì)題等）兩部分，因此，在閱卷時(shí)即針對(duì)這兩種題型的特點(diǎn)進(jìn)行閱卷.

1）客觀題閱卷.客觀題采用機(jī)器自動(dòng)閱卷.由于客觀題提供的答案是唯一的，因此客觀題閱卷采用模式匹配法進(jìn)行閱卷，即將學(xué)生所做試題的答案與試卷表中提供的標(biāo)準(zhǔn)答案使用字符串的匹配運(yùn)算來(lái)判斷是否正確，從而計(jì)算考生的得分情況.

2）主觀題閱卷.主觀題采用半自動(dòng)化閱卷.由于計(jì)算機(jī)技能類(lèi)課程主觀題的答案不固定（有的為程序，有的為示例），因此，主觀題的評(píng)分難以通過(guò)完全的自動(dòng)閱卷來(lái)實(shí)現(xiàn).本平臺(tái)要求教師在錄入試題時(shí)即給出該道題的評(píng)分細(xì)則與每項(xiàng)細(xì)則所占試題分值的百分比.當(dāng)考試結(jié)束后，由教師調(diào)出該學(xué)生已做的試題進(jìn)行查看，然后借助考試系統(tǒng)列出的評(píng)分細(xì)則給出每步分值，最后由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)分值完成閱卷.

4 結(jié)語(yǔ)

平臺(tái)根據(jù)課程特點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).該考試平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，可以節(jié)約考試組織者和參考者的時(shí)間和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考試分離，對(duì)促進(jìn)考試模式的改革，增強(qiáng)考試的科學(xué)性與客觀性具有一定的現(xiàn)實(shí)意義.

［1］李美滿(mǎn)，夏漢鑄.基于COM技術(shù)的通用題庫(kù)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27（15）：2770－2773.

［2］劉毅.人工智能在自動(dòng)組卷建模中應(yīng)用研究［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2011，28（8）：385－389.

［3］A Kong，D Zhang，M Kamel.Palm print identification using feature level fusion［J］.Pattern Recognition，2006，39（3）：478－487.

［4］關(guān)凇元，劉大有，金弟，等.基于局部搜索的遺傳算法求解自動(dòng)組卷問(wèn)題［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：理學(xué)版，2009，47（5）：961－968.