基于XML的考試系統(tǒng)的設(shè)計與研究

龍瓊芳

摘 要：隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)的日益普及，計算機教育已演變?yōu)榛A(chǔ)教育的一個重要組成部分。網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)成為了檢驗教學質(zhì)量和學生能力的日益重要的教學資源。本文就可擴展標記語言（XML技術(shù)）與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)相結(jié)合從而實現(xiàn)試題共享提出了一個可行方案，解決了OFFICE操作題和C語言程序題的出題與閱卷問題，實現(xiàn)了一個基于XML的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)考試；可擴展標記語言；練習/測試互操作規(guī)范

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）07-016-04

一、緒論

目前，計算機和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用在各行各業(yè)已經(jīng)很廣泛，但是在教學這個環(huán)節(jié)中，我們?nèi)匀贿^分依賴于傳統(tǒng)的教學模式，對于網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)和應(yīng)用程度遠遠不夠。即使是現(xiàn)在比較流行的B/S模式的分布式網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)，它們雖然克服了C/S模式的許多不足，但其也存在不少可以改進的地方：一是考試科目單一，通常是為某一門課程而設(shè)計，系統(tǒng)通用性差；二是以試卷為存取單位，有的實質(zhì)上只是一個試卷庫，不能隨機生成試卷，難以滿足出題者多方面的要求；三是試題單一，僅限于文本類型和客觀題，很難滿足準確、全面考查學生所學知識的需要；四是有的軟件用戶界面不美觀，使用不夠方便：五是忽視了考試后的管理，如考生成績的查詢、試題難度的分析等。

本文在分析現(xiàn)有考試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，改進和完善其中的不足之處，設(shè)計并實現(xiàn)中等職業(yè)技術(shù)學校普通科目和上機操作科目的計算機輔助考試系統(tǒng)，使題庫維護、自動組卷、網(wǎng)絡(luò)考試、自動改卷和考務(wù)管理等工作更科學更高效，達到真正意義上的教考分離。

二、應(yīng)用的主要技術(shù)

1、XML技術(shù)

XML（Extend Markup Language）是一種數(shù)據(jù)描述語言，是標準通用標記語言（Standard Generalized Markup Language SGML）的一個子集。XML的出現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)注入了新的活力，它為網(wǎng)絡(luò)帶來結(jié)構(gòu)化的信息，用戶可以根據(jù)文檔的內(nèi)容定義自己的標記語言，因此具有可擴展性和有效性。XML的靈活性和擴展性使其可以對不同應(yīng)用甚至是差異很大的應(yīng)用間的數(shù)據(jù)進行描述，尤其是對于那些專用于記錄數(shù)據(jù)的應(yīng)用。作為一種標記語言，XML將內(nèi)容和顯示格式分離開來并且描述了文檔中的文本結(jié)構(gòu)。另外，XML具有自我描述的特性，結(jié)果是數(shù)據(jù)可以在不同的應(yīng)用程序間進行交換與處理而不必要求相應(yīng)的應(yīng)用程序是針對該數(shù)據(jù)定制的。XML被用于實現(xiàn)QTI的信息模型。

2、QTI規(guī)范

QTI規(guī)范的全稱是IMS Question and Test Interoperability（練習/測試互操作規(guī)范），它是由IMS發(fā)布的關(guān)于測試的互操作規(guī)范，作為一種學習技術(shù)規(guī)范，它描述表示問題和測試以及測試結(jié)果的數(shù)據(jù)模型。試圖提供一個共享評價數(shù)據(jù)的標準手段。

QTI的數(shù)據(jù)模型用抽象的UML來描述，實現(xiàn)用XML描述，因此QTI的技術(shù)實現(xiàn)可以使用不同的建模工具，跨不同的語言平臺和各種技術(shù)。QTI使用XML來描述學習者和測試的信息。IMS QTI的數(shù)據(jù)模型可以看作是一顆包含多個屬性的樹型結(jié)構(gòu)評價結(jié)果報告的數(shù)據(jù)模型中有四個元素：

Summary（總結(jié)）包含諸如總分和允許嘗試的次數(shù)等數(shù)據(jù) assessment（評價）包含一個或多個問題或一個或多個sectionsection（部分）允許評價的設(shè)計者將一些同類的問題歸類，在每個section內(nèi)可以單獨計算section的分數(shù)Item（項）是包含問題和其它相關(guān)信息如分數(shù)，表示方式和反饋等。

評估（Assessment）、節(jié)（Section）、項（Item）這三個對象結(jié)合在一起稱為ASI結(jié)構(gòu)。ASI信息模型具有以下特點：基本ASI數(shù)據(jù)定義很簡單，但也很靈活，可組成復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；評估數(shù)據(jù)至少需要包含一個節(jié)；評估不能直接包含項；節(jié)可嵌套；節(jié)可包含一個或多個項；允許定義空節(jié)；項是最小的獨立單元，能在QTI中互用，不允許項嵌套等。ASI模型作為QTI互換模型提供了題庫中內(nèi)容的表現(xiàn)形式和內(nèi)容組織方法，回答了“如何對已有的內(nèi)容進行組織描述”的問題。

QTI來描述相關(guān)的測試和測試結(jié)果。QTI提供了一些常用的問題類型：多項選擇，判斷題，匹配題，填空題等，如果有新題型還可以擴展QTI。

3、VBA技術(shù)

Office文檔均以二進制形式存放在數(shù)據(jù)庫表中的OLE對象當中，以Word為例，一個Word二進制文件就是使用OLE的DOCFILE APIs以數(shù)據(jù)流方式寫入的。這些數(shù)據(jù)流作為文件中各塊的連接列表存儲在文件中，文檔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，信息量大，我們不能直接讀出文檔的細節(jié)與格式來和標準答案文檔對比得出考生的分數(shù)，所以只有從文檔的結(jié)構(gòu)對象出發(fā)考慮。

在Microsoft Office中集成有VBA（Visual Basic for Applications）標準宏語言，它是基于Visual Basic發(fā)展而來的，提供了相當完整的程序設(shè)計語言，其應(yīng)用主要有兩個方面：一是可以使用宏記錄器記錄用戶的各種操作并將其轉(zhuǎn)換為VBA程序代碼，使工作自動化；二是在其他程序開發(fā)中，通過對象引用調(diào)用宏模塊，增加程序的功能。VBA的語法類似VB，但提供了VB中沒有的函數(shù)和對象，這些函數(shù)和對象都是針對Office應(yīng)用的。因此可以像編寫VB程序那樣來編寫VBA程序，以實現(xiàn)某種特定的功能。

VBA提供了訪問Office文檔的接口，包含有大量針對該類文檔的函數(shù)和對象，使用VBA編程可以對文檔中各對象的屬性和狀態(tài)進行識別和讀取，并與試題要求進行對比后自動評分。因此Office中的VBA非常適合于用來編寫自動閱卷的相關(guān)程序。

三、系統(tǒng)總體設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示：

其中組卷模塊提供三種組卷模式，即手動組卷、半自動組卷和全自動組卷。對于手動組卷而言，用戶通過瀏覽試題庫，手動從中挑出一定的題目組成試卷。半自動組卷是題庫中的試卷已具備若干套，組卷時隨機從中抽取其中的一套。全自動組卷是根據(jù)一定的組卷要求，按一定的算法產(chǎn)生符合要求的試卷。

考試模塊采用服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)?？荚囘^程中，學生端以準考證號登錄，系統(tǒng)根據(jù)考生報名數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置，確認身份后允許登錄。監(jiān)控臺可隨時對每一考生進行監(jiān)控和管理。如違反紀律，可強行要求指定的考生交卷，也可由主控臺控制全考場統(tǒng)一交卷。考生出現(xiàn)意外死機，可要求重考，原始記錄依舊保存，即繼續(xù)按原來所剩的時間做題，繼續(xù)按原來所做的題考試。在重考時，由于信息保存在服務(wù)器端，可支持換機考試的功能。

1、QTI規(guī)范的XML試題表示與解讀

在QTI規(guī)范中對于常規(guī)的客觀性題目類型，如選擇、判斷等題目的描述較多，但對于Office操作等操作性較強的題目卻沒有涉及。本系統(tǒng)參考QTI規(guī)范，對這類題目的XML表示進行了分析。

以WORD操作題為例：如測試者要求被測者（考生）打開考生目錄下的某個文檔（如test1.doc），并要求將標題“匆匆”設(shè)為黑體二號字加粗；正文第一段設(shè)為傾斜、紅色、字符邊框，字符縮放比例設(shè)為150%；對“輕輕悄悄地挪移了”幾個字設(shè)為華文彩云、字符底紋、下劃線（藍色波浪線）。

這樣一種Word操作題總是可將它的一系列操作細化為一個個獨立的原子操作，所有的操作即是由這些原子的操作的集合。如以上操作是將字體和字號、底紋、修飾等的組合。而對于每一個原子操作而言，總是包含三個要素，即操作對象、操作類型和操作取值。如對以上一項要求“將標題‘匆匆設(shè)為黑體二號字加粗”而言，實際是由三個原子操作組成。這些操作，它們操作對象是“匆匆”，操作類型分別是字體、字號、修飾，操作數(shù)值分別是黑體、二號、加粗。經(jīng)這樣提取后即能表示W(wǎng)ord題的操作要求，也為判分時提供一個依據(jù)。

當考生按要求做題后，其答卷首先表現(xiàn)為一份Word文檔，我們要將這份Word文檔轉(zhuǎn)化為標準的XML格式。為了轉(zhuǎn)換，首先要用XML SCHEMA定義Word文檔的格式。根元素是，其下的子元素有、、、、。下包括了Word文檔的一些屬性，如文件名稱、路徑、作者、最后修改日期等。下包括了Word文檔的頁面設(shè)置屬性，主要有頁面的上下左右邊距設(shè)置，頁眉、頁腳設(shè)置、紙型設(shè)置、頁面裝訂線的粗細、位置設(shè)置等。下包括了數(shù)目不定的子元素（0個或多個），每個表示W(wǎng)ord文檔中的一個段落，下包括了段落的設(shè)置信息，有段落的左右邊距、段前、段后間距、行間距、字符間距，還有段落中文字的字體、字號、顏色，是否加粗、斜體、加下劃線，以及段落是否分欄，分欄的數(shù)目、欄寬、欄間距、是否加分欄分隔線等等。下包括了Word文檔中的圖形的設(shè)置屬性，它包括了0個或多個子元素，每個子元素表示W(wǎng)ord文檔中的一個圖形。根據(jù)圖形的類型的不同，元素包含有不同的內(nèi)容，WORD文檔中的圖形分類為內(nèi)嵌式圖形、圖文框、藝術(shù)字等等。如果是內(nèi)嵌式圖形，則元素包含有圖形的寬度和高度等內(nèi)容。如果是圖文框，則元素包含有圖文框的寬度和高度，內(nèi)部填充圖案、填充圖案顏色、背景顏色、邊框線條樣式、線條顏色等內(nèi)容。如果是藝術(shù)字，則元素包含有藝術(shù)字的樣式、形狀、字體、字號等內(nèi)容。

為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，必須識別出考生的答案文件（DOC格式）中與上述格式相關(guān)的信息。借用VBA訪問OFFICE對象，通過這些對象的屬性和方法，就可以獲得Office文件中的信息。

2、OFFICE操作題的出題與閱卷

（1）命題方式

OFFICE操作題通常是針對一篇具體的待操作的OFFICE文檔，提出一定的操作要求?？忌僮鲿r，先打開該文檔，按要求答題，保存文檔。評閱時根據(jù)考生所做的文檔和標準答案文檔比較，得到考生的分數(shù)。命題時，對于提供操作要求和文檔比較簡單，但如何提供這樣一種標準答案，既能客觀公正地便于評分，又能方便命題教師的錄入，而又以安全合理方式保存，不讓考生直接打開，這對OFFICE操作題的命題提出了一個挑戰(zhàn)。

以WORD操作題為例，命題時要求出題教師給出操作文件、操作答案文件以及設(shè)計的操作對象，系統(tǒng)據(jù)此讀取操作答案文件中操作對象的屬性生成標準答案，將標準答案格式化為三個參數(shù)，即操作對象、操作類型和操作值。WORD操作題命題如圖2所示：

（2）標準答案保存

解讀后的標準答案保存到數(shù)據(jù)庫的Word文字處理題命題表中，主要包括兩方面的信息：試題信息和評分細則，由于Word使用vba評分，因此一道試題的評分信息比較多且不固定，根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計的范式準則將這些信息分為兩個表，關(guān)系為一對多，試題信息為一端表，評分細則為多端表。具體如表1和表2所示：

3、C語言程序設(shè)計題的出題與閱卷

C語言程序題主要考察程序設(shè)計思想、算法和流程。由于C語言程序書寫的多樣性，只根據(jù)考生填寫的預判答案作為評分結(jié)果違背了利用計算機語言自由編程的特點（程序書寫樣式不同，但能得到同樣的解）。為此，本系統(tǒng)處理程序題時，給出合理且較為復雜的測試數(shù)據(jù)，分別用學生程序和正確程序運行測試數(shù)據(jù)，對比兩個結(jié)果是否一致，若一致則學生程序正確，否則不正確。

需要特別提出的是：測試數(shù)據(jù)要滿足兩個要求：能唯一判斷該程序和須有一定的復雜度。前者用于規(guī)避錯誤程序運行的結(jié)果與正確程序運行結(jié)果相同的特例出現(xiàn)（主要考慮邊界值）；后者使得考生在考試時間內(nèi)通過手動算出相應(yīng)的結(jié)果需要花比較多的時間，從而有效地避免了作弊。如何選擇合適的測試數(shù)據(jù)，要根據(jù)具體程序和題庫建設(shè)者的經(jīng)驗來決定。

4、組卷的設(shè)計與實現(xiàn)

教師通過身份驗證后進入課程考試科目選擇界面，分四個步驟，分別輸入試卷名稱、總分、各題型的題量、每道題的分數(shù)及難度系數(shù)設(shè)置、選擇考試章節(jié)以及知識點等，按“提交”按鈕計算機即可根據(jù)輸入的參數(shù)生成一份隨機試卷。如果不選擇章節(jié)，則默認為所選課程的所有章節(jié)。

為了在非人工參與的情況下，由計算機組成一張符合命題者要求的試卷，在設(shè)計自動組卷算法時，需要考慮以下因素：

（1）知識點的重復性。自動組卷的基本原理是由計算機隨機地從試題庫中抽取一定數(shù)量的試題。但有時會出現(xiàn)試題重復或者試題相似，以及試題分布不符合要求等，為了避免這種情況，在自動組卷抽題時，一旦取到某一知識點的試題后，就及時地做上標記，告知系統(tǒng)接下來的抽題策略，以期獲得比較理想的試題分布。

（2）組卷條件有效性檢驗。為了保證自動組卷的成功，在組卷開始前，對用戶輸入的組卷條件進行嚴格檢查，對組卷條件和試題庫中的試題進行檢驗，在數(shù)據(jù)庫中的試題不能滿足條件時進行報錯并停止，直到組卷條件或數(shù)據(jù)庫中的試題滿足條件。

參數(shù)初始化是根據(jù)組卷人給出的組卷要求（包括考試章節(jié)、難度分配、考試項目及其分值和題量）定義本次組卷的相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)包括：①保存在數(shù)據(jù)庫中的試卷信息表、涉及章節(jié)表、涉及題型表、難度分布表；②計算每個章節(jié)、每個題型、每個難度的題量，并對分值進行分配，此外還要定義各知識點的最大題量和一個數(shù)組保存每個知識點的當前題量用以控制試題的分布使其能盡量覆蓋所有知識點；③一個題號數(shù)組保存所有已選的試題編號和另一個題號數(shù)組保存所有不可選的試題編號，這兩個參數(shù)保證不會抽到重復的試題，前者對于生成第二份試卷則可保證兩份試卷的差異性。

四、結(jié)束語

考試的無紙化、網(wǎng)絡(luò)化不僅能有效減少教師的工作量，也能使考試更加公平、公正。XML在考試系統(tǒng)中的應(yīng)用，基本滿足系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化、可擴展性、可重用性、安全性以及穩(wěn)定性等特點。本系統(tǒng)包括命題模塊、組卷模塊、考試模塊、閱卷模塊和管理模塊等，使用VBA技術(shù)實現(xiàn)OFFICE上機操作題的出題和改卷，以XML作為信息交換的一個重要形式。本系統(tǒng)已經(jīng)實驗運行，我們將在今后的實踐中，不斷采用新技術(shù)，實現(xiàn)更多的功能。

參考文獻：

[1] 朱小明，李向榮，林 捷，趙錦紅.計算機信息技術(shù)課無紙化考試的研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2007，（01）：H一14.

[2] 郭躍周，張 穎.基于校園網(wǎng)的計算機考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，（04）：121一123.

[3] Clark Cooper. XML：：Parser—A perl module forparsing XML documents. Apr 2，2002.

[4] Wahlin，Dan. Customize XML Data with SQLServer. XML Magazine. February/March 2001.

[5] （美）Kurt Cagle.XML高級開發(fā)指南.周生炳譯.北京：電子工業(yè)出版社.2001

[6] 王文磊，徐汀榮.基于OLE技術(shù)的Word和Excel的存取調(diào)用[J].現(xiàn)代計算機，2005，（7）：98-100

[7] 李貴洋，王世倫，俞 曉，等.Word文檔自動判卷的實現(xiàn).中國測試技術(shù)，2004；30（4）：79—80

[8] 錢冬云.基于DELPHI7.0的計算機文化基礎(chǔ)試題庫系統(tǒng)的開發(fā)[J].浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院學報，2004，（01）.

[9] 劉 文，劉艷偉，劉秋梅，關(guān)于試題難度系數(shù)調(diào)整算法和組卷算法的研究，燕山大學學報，2007，31（3），266-268

[10] 武蕾娜，組卷算法的研究，福建電腦，2009，3，39-40

[11] 劉 嘯.Delphi高級編程.北京：人民郵電出版社.2002