信息技術(shù)考試軟件的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)分析

周建良

摘要：本文介紹了針對(duì)學(xué)校現(xiàn)有硬件與網(wǎng)絡(luò)資源而開(kāi)發(fā)的，適用于中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的上機(jī)考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并著重介紹了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中關(guān)鍵問(wèn)題的解決方法。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)；信息技術(shù)；考試系統(tǒng)

2009年，筆者與象山縣教育局教科研中心合作，承擔(dān)了信息技術(shù)學(xué)科上機(jī)考試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。幾年來(lái)，該系統(tǒng)在不斷的改進(jìn)中得到了極大的完善，下面筆者將介紹該考試系統(tǒng)的一些主要技術(shù)問(wèn)題。

● 考試題型設(shè)計(jì)

信息技術(shù)課程的特點(diǎn)是要求學(xué)生不僅了解基本知識(shí)與基本概念，而且要求學(xué)生掌握常用信息處理軟件的操作方法。[1]根據(jù)這一特點(diǎn)，考試內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐操作兩部分。

考試時(shí)間45分鐘，為綜合考查學(xué)生的實(shí)際能力，本系統(tǒng)的考核題型包括單項(xiàng)選擇題、Windows操作題、Office操作題、多媒體操作題（Photoshop和Flash隨機(jī)二選一）和文字錄入題，有關(guān)對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)操作的考核融合在上述操作題中完成。

● 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)是針對(duì)中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科考試而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，考點(diǎn)安排在學(xué)校機(jī)房?jī)?nèi)，考試地點(diǎn)相對(duì)固定且客戶(hù)端的考試機(jī)數(shù)量有限?？荚噧?nèi)容以文件（夾）操作、Office文檔操作、多媒體作品處理為主，需要初始化考試環(huán)境，實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端自動(dòng)閱卷，考試中服務(wù)器與客戶(hù)機(jī)通信量也很大。所以，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)優(yōu)先考慮基于局域網(wǎng)的C/S結(jié)構(gòu)，考試環(huán)境是由一臺(tái)考試服務(wù)器與多臺(tái)考試客戶(hù)機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議互聯(lián)成的一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)。

考務(wù)服務(wù)器位于考試中心，考點(diǎn)服務(wù)器與考務(wù)服務(wù)器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，采用HTTP協(xié)議通信。

● 考試軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)考試系統(tǒng)包括考務(wù)管理子系統(tǒng)、試題管理子系統(tǒng)、上機(jī)考核子系統(tǒng)和成績(jī)處理子系統(tǒng)。本文重點(diǎn)闡述整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，即上機(jī)考核子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該子系統(tǒng)是一個(gè)C/S（客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器） 模式的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)。

考點(diǎn)服務(wù)器部署在每個(gè)考場(chǎng)，負(fù)責(zé)考生信息管理、試題文件更新、考生身份驗(yàn)證、試題文件分發(fā)、考試過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、收卷、重考與續(xù)考管理、考試包檢查等工作，由考場(chǎng)管理員操作。客戶(hù)端安裝在考生上機(jī)操作的計(jì)算機(jī)上，主要功能包括試題的顯示、時(shí)間控制、考生操作結(jié)果收集、考試異常情況處理、自動(dòng)閱卷、考生操作結(jié)果備份上傳等。

開(kāi)考前，由考場(chǎng)管理員登錄考點(diǎn)服務(wù)器端軟件，通過(guò)因特網(wǎng)與考試中心內(nèi)的考務(wù)服務(wù)器連接，下載更新考點(diǎn)服務(wù)器端的試題庫(kù)文件。開(kāi)考后，考生根據(jù)準(zhǔn)考證號(hào)在指定的客戶(hù)機(jī)登錄，經(jīng)考點(diǎn)服務(wù)器身份驗(yàn)證確認(rèn)后進(jìn)行答題操作。當(dāng)考生完成考試交卷時(shí)，客戶(hù)端自動(dòng)批閱考生的考試結(jié)果，并將考試結(jié)果打包加密后以文件形式上傳至考點(diǎn)服務(wù)器。考試結(jié)束后，由考場(chǎng)管理員將本考點(diǎn)所有考生考試包文件提交到考務(wù)服務(wù)器。[2]

● 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)分析

1.并發(fā)處理

考點(diǎn)內(nèi)的考試服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)信息交互并發(fā)處理是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵所在?？荚嚪?wù)器同時(shí)管理多臺(tái)考試客戶(hù)機(jī)，而考試往往同時(shí)開(kāi)始，并集中在一段時(shí)間內(nèi)結(jié)束。所以，同時(shí)登錄與同時(shí)交卷是經(jīng)常發(fā)生的事情，如果服務(wù)器并發(fā)處理解決不好，就可能發(fā)生考生無(wú)法登錄、試題文件更新失敗、考試包錯(cuò)交或漏交等問(wèn)題。本系統(tǒng)主要通過(guò)以下方法來(lái)處理并發(fā)問(wèn)題：①服務(wù)器端采用動(dòng)態(tài)WinSock數(shù)組控件，將下標(biāo)為0的WinSock控件固定作為服務(wù)器端口偵聽(tīng)對(duì)象。②當(dāng)服務(wù)端收到一個(gè)新的連接請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器首先檢查在已經(jīng)加載的WinSock數(shù)組對(duì)象中是否有空閑，如有，就使用該空閑WinSock對(duì)象與客戶(hù)機(jī)進(jìn)行通信。否則，就動(dòng)態(tài)加載新的WinSock對(duì)象。③在傳輸考試包等大容量文件時(shí)，由于WinSock控件一次只能接收不超過(guò)8KB的數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)必須分批發(fā)送和接收，在一對(duì)多的通信狀態(tài)下，系統(tǒng)使用一個(gè)數(shù)組變量來(lái)跟蹤每個(gè)連接的通信狀態(tài)，以確定每個(gè)連接數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成。

2.文件傳輸

在考試的整個(gè)過(guò)程中，有兩次大容量文件傳輸過(guò)程，第一次發(fā)生在客戶(hù)端軟件啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)客戶(hù)端試題庫(kù)文件的版本，如與服務(wù)器端試題庫(kù)文件版本不一致，則從服務(wù)器端下載新的試題庫(kù)文件；第二次發(fā)生在考生交卷后，為保留考生所有的考試操作記錄，系統(tǒng)在交卷時(shí)，會(huì)自動(dòng)收集考生的答卷信息并打包，在客戶(hù)端本地生成一個(gè)以考生準(zhǔn)考證號(hào)命名的考試包，然后將該考試包上傳至考試服務(wù)器端保存。

相對(duì)于字符的傳送，文件的傳送要復(fù)雜得多。因?yàn)槲募?shù)據(jù)量大，格式復(fù)雜，使得接收時(shí)難以控制。為了解決這一問(wèn)題，本系統(tǒng)采取文件分塊傳送的方式，把要發(fā)送的文件按一定數(shù)據(jù)量為單位進(jìn)行分割，然后依次發(fā)送，因此服務(wù)器也要進(jìn)行多次接收。

現(xiàn)以考試包文件的上傳為例來(lái)說(shuō)明文件傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程。整個(gè)過(guò)程可以分為以下三次：①客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送交卷信號(hào)“UploadFile”&準(zhǔn)考證號(hào)&文件大小，如果服務(wù)器返回“Waiting”，說(shuō)明服務(wù)器端連接數(shù)超過(guò)最大值，客戶(hù)端可以等待幾秒鐘后重新發(fā)送交卷信號(hào)，如服務(wù)器返回“UploadOK”，說(shuō)明服務(wù)器空閑，客戶(hù)端可以發(fā)送考試包文件。②客戶(hù)端先向服務(wù)器發(fā)送考試包文件的第一組數(shù)據(jù)，服務(wù)器接收數(shù)據(jù)完畢，發(fā)回“ReceiveOK”?？蛻?hù)端收到后再發(fā)送考試包文件的第二組數(shù)據(jù)。根據(jù)考試包文件大小的不同，這里需要重復(fù)若干次這樣的交互，直至考試包文件傳輸結(jié)束。③客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送“UploadEnd”，服務(wù)器端把該考生作為已考處理，然后再向客戶(hù)端發(fā)送“ReceiveEnd”，客戶(hù)端接受到該信息以后，就說(shuō)明是交卷成功了，考試結(jié)束。 [3]

3.數(shù)據(jù)安全性設(shè)計(jì)

考試是一件非常嚴(yán)肅的事情，決不允許發(fā)生數(shù)據(jù)泄露事件。本考試系統(tǒng)中需要重點(diǎn)安全保護(hù)的數(shù)據(jù)主要包括考試的試題庫(kù)文件和考生考試結(jié)果數(shù)據(jù)兩大類(lèi)。

本系統(tǒng)中涉及文件類(lèi)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將這些文件分類(lèi)壓縮成標(biāo)準(zhǔn)的ZIP文件，然后利用數(shù)據(jù)加密算法RC4加密壓縮文件。endprint

為了提高后期數(shù)據(jù)處理的速度，除了考試包中保存考生的考試成績(jī)外，系統(tǒng)還將考生成績(jī)直接發(fā)送到考試服務(wù)器，并保存在考試成績(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。但考試成績(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是安全性較差的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，因此除了利用Access數(shù)據(jù)庫(kù)本身的安全機(jī)制進(jìn)行保護(hù)外，還必須對(duì)考試成績(jī)信息進(jìn)行加密，生成考試成績(jī)信息加密字符串。加密后的成績(jī)數(shù)據(jù)都以密文的形式存儲(chǔ)，沒(méi)有密鑰即使得到了這些密文也無(wú)法解密，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。成績(jī)加密采用Blowfish加密算法，加密時(shí)將考試成績(jī)作為明文，同時(shí)采用自定義的密鑰，加密速度快，并且性能良好，解密速度也很快，在系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中取得了良好的效果。

4.Internet模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Internet的Web網(wǎng)頁(yè)瀏覽操作也是信息技術(shù)課程上機(jī)實(shí)踐操作考試的主要內(nèi)容之一，而在正式考試中，接入Internet是不現(xiàn)實(shí)的。本系統(tǒng)提出了一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)思想，把Web服務(wù)器嵌入客戶(hù)端，即把客戶(hù)機(jī)模擬成Web服務(wù)器?？荚嚂r(shí)由考試客戶(hù)端來(lái)啟動(dòng)Web服務(wù)器程序，對(duì)考生而言，其操作就如同真正上網(wǎng)一樣。[4]這樣的設(shè)計(jì)，既方便了系統(tǒng)的安裝，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可維護(hù)性。

Web服務(wù)器使用HTTP協(xié)議進(jìn)行信息交流，一個(gè)HTTP連接應(yīng)該包括以下四個(gè)部分：①connection客戶(hù)端連接服務(wù)器；②send request客戶(hù)端發(fā)送一個(gè)request，也就是一個(gè)請(qǐng)求；③send response服務(wù)器解析這個(gè)request，并返回一個(gè)response；④disconnection當(dāng)所有的response都發(fā)送完成后，服務(wù)器關(guān)閉連接。

以上四個(gè)部分中，第一部分和第四部分比較簡(jiǎn)單，第二部分的request是客戶(hù)端生成的，需要服務(wù)器解析的一個(gè)字符串。所以，系統(tǒng)最主要的工作就是對(duì)request的處理和生成response，即提供基本的瀏覽網(wǎng)頁(yè)（HTML文件）的功能。

最后，就是利用Hosts文件實(shí)現(xiàn)域名和本機(jī)IP地址的映射。具體實(shí)現(xiàn)方法是在客戶(hù)端啟動(dòng)時(shí)，往Hosts文件中寫(xiě)入以下信息：127.0.0.1www.jsj.net。 “www.jsj.net”是考試網(wǎng)站的域名，該域名可以是不真實(shí)存在的，啟動(dòng)Web服務(wù)器程序后，當(dāng)考生在IE瀏覽器地址欄中輸入“http：//www.jsj.net”時(shí)，將訪問(wèn)由本地Web服務(wù)器解析的網(wǎng)頁(yè)。

5.自動(dòng)閱卷實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)閱卷是整個(gè)系統(tǒng)中難度最大、工作量最大的模塊。本系統(tǒng)將自動(dòng)閱卷程序嵌入考試客戶(hù)端，考生交卷后將立即進(jìn)入自動(dòng)閱卷過(guò)程，閱卷結(jié)束后再將考生操作的結(jié)果文檔與閱卷結(jié)果打包加密，發(fā)送到考試服務(wù)器端保存。

單項(xiàng)選擇題的評(píng)分過(guò)程比較簡(jiǎn)單，只須與標(biāo)準(zhǔn)答案比對(duì)即可評(píng)分。文字輸入則根據(jù)輸入的速度與正確率來(lái)計(jì)算得分。

Windows操作題主要考查考生對(duì)文件與文件夾操作、Windows設(shè)置以及IE操作等能力。文件與文件夾的操作可以使用VB的一些內(nèi)部函數(shù)來(lái)獲得相應(yīng)的信息；Windows設(shè)置項(xiàng)目和IE操作則需要使用Windows API函數(shù)或直接從Windows注冊(cè)表中獲取信息，然后與標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)分。

對(duì)于相關(guān)Office文檔的閱卷，本系統(tǒng)利用Visual Basic Application（VBA） 技術(shù)對(duì)操作文檔相關(guān)屬性進(jìn)行分析，從而獲取評(píng)分所需的文檔信息，與標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比對(duì)來(lái)完成評(píng)分。FrontPage網(wǎng)頁(yè)制作的最終結(jié)果是一個(gè)文本格式的HTML文檔，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)自動(dòng)評(píng)分主要可采用兩種方法：文本分析方法和文檔對(duì)象模型分析方法。

多媒體作品由于包含的信息量巨大，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動(dòng)閱卷相對(duì)來(lái)說(shuō)難度大一點(diǎn)。對(duì)于Photoshop作品的閱卷，可以利用PS腳本程序和PSD文檔的二進(jìn)制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讀取文件信息，通過(guò)分析比對(duì)實(shí)現(xiàn)評(píng)分；Flash作品的閱卷，是在Flash軟件環(huán)境下通過(guò)運(yùn)行JSFL腳本讀取Flash對(duì)象的屬性，并與標(biāo)準(zhǔn)答案進(jìn)行比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)作品評(píng)價(jià)。

當(dāng)然，作為一個(gè)完善的閱卷系統(tǒng)還有很多工作要做，如實(shí)際評(píng)卷時(shí)需詳細(xì)考慮容錯(cuò)問(wèn)題，編寫(xiě)錯(cuò)誤處理代碼等。另外，閱卷系統(tǒng)與具體試題的內(nèi)容分離也是很重要的，這樣可以提高系統(tǒng)的通用性。為此，本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一套閱卷信息形式化描述解釋系統(tǒng)[5]，系統(tǒng)的閱卷模式如下所示。

● 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了整個(gè)考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些主要技術(shù)，作為一個(gè)完整的考試系統(tǒng)軟件還需要一些與考試管理相關(guān)的配套軟件，限于篇幅，本文不能面面俱到。希望本文對(duì)致力于信息技術(shù)考試系統(tǒng)研究的教師有一定的幫助，并最終設(shè)計(jì)出成功的考試系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]金炳堯，馬永進(jìn)，駱紅波.一個(gè)信息技術(shù)等級(jí)考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，28（2）：159-163.

[2]黃英斌，竹翠.基于網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2001，27（8）：150-152.

[3]駱紅波.基于C/S模式的信息技術(shù)考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：國(guó)防科技大學(xué)，2005：19-46.

[4]金炳堯，駱紅波，馬永進(jìn).信息技術(shù)考試系統(tǒng)中模擬Internet的實(shí)現(xiàn)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程，2005，31（17）：208-209.

[5]馬永進(jìn).中小學(xué)信息技術(shù)等級(jí)證書(shū)考試閱卷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：國(guó)防科技大學(xué)，2005：5-45.endprint