在線考試系統(tǒng)APP的設(shè)計(jì)與開發(fā)研究

朱華漢

（深圳大學(xué)，廣東 深圳 518060）

0 引 言

新冠疫情的持續(xù)影響，極大地促進(jìn)了傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。疫情期間，在線考試等應(yīng)用服務(wù)在維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)等方面發(fā)揮了巨大作用，在線教育等數(shù)字服務(wù)受疫情影響呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。數(shù)字化時(shí)代，隨著5G和智能手機(jī)的快速發(fā)展，人們?cè)絹碓綗嶂杂陔娮訒喿x，與此同時(shí)，在線考試系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。在線考試系統(tǒng)不僅對(duì)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和減輕傳統(tǒng)紙質(zhì)試卷給學(xué)生帶來的沉重負(fù)擔(dān)具有獨(dú)特意義，還能減輕教師出卷、閱卷等繁忙工作，甚至可以解決傳統(tǒng)紙質(zhì)試卷缺乏環(huán)保和增加成本等問題。美國是最早應(yīng)用計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)開發(fā)在線考試系統(tǒng)的國家，其主流的考試系統(tǒng)Sylvan Learning System Inc覆蓋各專業(yè)和行業(yè)，而國內(nèi)的在線考試系統(tǒng)參差不齊。本研究重點(diǎn)是通過在線考試生成錯(cuò)題庫并統(tǒng)計(jì)答題時(shí)間、錯(cuò)題類型及嘗試在考試過程中捕抓考生的神情狀態(tài)，以此給學(xué)生提供針對(duì)性復(fù)習(xí)及報(bào)告學(xué)生學(xué)習(xí)能力欠缺點(diǎn)，大大節(jié)省了學(xué)生搞“題海戰(zhàn)術(shù)”的時(shí)間成本。并進(jìn)而提出開發(fā)一款在線考試系統(tǒng)APP的可行性分析報(bào)告，同時(shí)也進(jìn)行開發(fā)研究。

1 需求分析

數(shù)字化時(shí)代，所有行業(yè)都值得被重做一遍。在過去一年里，我們看到了數(shù)字化的飛速發(fā)展，從政策層面、產(chǎn)業(yè)層面到技術(shù)創(chuàng)新層面，數(shù)字化的滲透速度非常快，這種滲透帶來了對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的賦能，也帶來了通過數(shù)字化重構(gòu)產(chǎn)業(yè)的機(jī)會(huì)。隨著數(shù)字化的加速發(fā)展，深圳大學(xué)順勢而為建設(shè)“云端大學(xué)”——UOOC聯(lián)盟在線教育平臺(tái)，提供教學(xué)資源和師生培訓(xùn)等，這是我校在探索疫情防控常態(tài)化條件下混合教學(xué)取得的新成果。此外還有“騰訊會(huì)議深大教育版”等教學(xué)直播平臺(tái)上線，它主要是面向本科的線上教學(xué)平臺(tái)。因此，我提出在線考試系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)。在線考試系統(tǒng)可以結(jié)合UOOC聯(lián)盟等在線教育平臺(tái)使用。一方面，學(xué)生可以課后模擬考試，趁熱打鐵，加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用；另一方面，也適合教師期末考核學(xué)生。因此，在線教育直播平臺(tái)與在線考試平臺(tái)相融合具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

我在國內(nèi)進(jìn)行了一次主題為“關(guān)于手機(jī)的市場調(diào)研”的問卷調(diào)查，問卷調(diào)查反饋的結(jié)果如表1所列。從表1中可以看出，用戶每天平均使用手機(jī)的時(shí)長約為6.8小時(shí)；大部分問卷人群為學(xué)生；問卷人群使用手機(jī)的主要目的排前三位的分別是：聊天溝通、看視頻和學(xué)習(xí)；最多人首選的花錢項(xiàng)目是教育培訓(xùn)；用戶更傾向于便利的線上學(xué)習(xí)。此外，俗話說：“活到老，學(xué)到老”。正所謂學(xué)無止境，年齡無限制，全民學(xué)習(xí)應(yīng)該是一個(gè)潮流。從調(diào)查問卷分析可知，目前的主流手機(jī)軟件是語音聊天功能的微信APP和短視頻娛樂的抖音APP，排第三的最大需求是關(guān)于學(xué)習(xí)方面的，而國內(nèi)尚缺少一個(gè)真正符合用戶需求的學(xué)習(xí)軟件。另外補(bǔ)充說明，可能存在部分調(diào)查對(duì)象不配合或其填寫態(tài)度較隨意的情況，樣本數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性還有待進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 問卷調(diào)查內(nèi)容與比例

2 可行性分析

應(yīng)用軟件的開發(fā)必須基于操作系統(tǒng)功能，而對(duì)于操作系統(tǒng)市場，我的問卷調(diào)查中顯示Android系統(tǒng)占據(jù)60%的市場份額，華為鴻蒙系統(tǒng)只有30%的市場份額?？磶啄昵癎artner的數(shù)據(jù)顯示，在2015年第四季，IOS的占有率為17.7%，而Android則繼續(xù)是占有率最高的系統(tǒng)，高達(dá)80.7%，而兩個(gè)主流系統(tǒng)加起來，就占去所有智能手機(jī)的98.4%，因此IOS和Android已經(jīng)接近完全瓜分智能手機(jī)市場。

研究機(jī)構(gòu)Strategy Analytics的數(shù)據(jù)表明，截至2021年6月，全球約有40億人使用智能手機(jī)，這意味著將占據(jù)50%的全球人口。手機(jī)作為人們使用頻率最高的電子產(chǎn)品，手機(jī)應(yīng)用軟件的開發(fā)具有很大的方便性和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心官網(wǎng)消息，截至2021年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)10.32億，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)73.0%，現(xiàn)有行政村已全面實(shí)現(xiàn)“村村通寬帶”，2020年的報(bào)告顯示我國手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)9.32億，網(wǎng)民使用手機(jī)上網(wǎng)的比例達(dá)99.2%。而從職業(yè)結(jié)構(gòu)上看，學(xué)生在我國手機(jī)網(wǎng)民群體中占比為23.7%，比例最高。

學(xué)習(xí)能力會(huì)隨著老年化而下降，一般最佳的學(xué)習(xí)時(shí)間為學(xué)生時(shí)期。而中學(xué)的紙質(zhì)資料過多容易成為學(xué)生的負(fù)擔(dān)，搞“題海戰(zhàn)術(shù)”更加疲憊，不具有科學(xué)性。在知識(shí)日新月異的時(shí)代，不少大學(xué)課程內(nèi)容在學(xué)生畢業(yè)后就成為過時(shí)的知識(shí)，學(xué)生缺乏對(duì)知識(shí)的真正掌握和學(xué)習(xí)能力欠缺，傳統(tǒng)紙質(zhì)試卷不利于分析學(xué)生的成績等。我國經(jīng)濟(jì)教育發(fā)展不平衡的國情導(dǎo)致我國的主要人才資源集中在東部、南部及沿海經(jīng)濟(jì)帶，隨著“雙減”政策的實(shí)施，曾經(jīng)校外培訓(xùn)的壓力也可以很好地向在線方式發(fā)展。因此，開發(fā)一款符合需求的在線考試系統(tǒng)，它會(huì)成為學(xué)生的學(xué)習(xí)伙伴，比如你考試答題的時(shí)間過長但答題是正確的，考試系統(tǒng)會(huì)提醒你：有待提升閱讀速度。這個(gè)功能在教育資源和人才缺乏的地區(qū)會(huì)是一個(gè)極大的需求。

3 技術(shù)綜述

3.1 技術(shù)方案

手機(jī)應(yīng)用軟件的開發(fā)大概分為鴻蒙應(yīng)用程序的開發(fā)、IOS開發(fā)和Android應(yīng)用開發(fā)。IOS是由蘋果公司開發(fā)的移動(dòng)智能終端的操作系統(tǒng)，IOS的開發(fā)主要采用Objective-C語言和Swift語言在Xcode的開發(fā)環(huán)境上進(jìn)行。而鴻蒙的開發(fā)環(huán)境是DevEco Studio，其開發(fā)語言是Java和JavaScript等。而對(duì)于Android系統(tǒng)而言，其開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)有Windows、Linux和macOS，主要采用Java語言進(jìn)行開發(fā)，而Android應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境（IDE）是采用Android Studio、Android SDK和JDK。JDK是包含了java的運(yùn)行環(huán)境、工具集合和基礎(chǔ)類庫等內(nèi)容的軟件開發(fā)工具包。而Android SDK是在開發(fā)Android程序時(shí)，需要引入Android SDK工具包來使用Android相關(guān)的API。由于Android系統(tǒng)占據(jù)大部分智能手機(jī)市場，本文的開發(fā)研究將以Android版本為例。

3.2 Java語言

Java語言在2022年2月的TIOBE編程語言最新排行榜中排名第三，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的編程語言。封裝性、繼承性、接口、重載和重寫是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的特點(diǎn)。因此，Java程序活躍，更容易擴(kuò)展，對(duì)軟件開發(fā)的效率提升很多。另外，Java語言具有以下的優(yōu)勢：較強(qiáng)的靈活性，在編程設(shè)計(jì)時(shí)，Java編程語言可以有效適應(yīng)軟件的更新，充分利用其靈活性的優(yōu)勢，運(yùn)用實(shí)時(shí)更新的案例和有效的方式，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)的效率和質(zhì)量；較強(qiáng)的安全性，提高阻擋非法入侵的能力；可移植性，Java語言可便捷利用文字圖片等網(wǎng)絡(luò)資源。Java語言不僅吸收了C++語言的各種優(yōu)勢，還摒棄了C++語言里難以理解的多繼承、指針等概念。它的工作原理由Java編程語言、Java類文件格式、Java虛擬機(jī)和Java應(yīng)用程序接口共四方面組成。

3.3 Android布局

關(guān)于用戶界面的布局有以下常見的七種布局：線性布局（Linear Layout）、幀布局（Frame Layout）、表格布局（Table Layout）、相對(duì)布局（Relative Layout）、絕對(duì)布局（Absolate Layout）、網(wǎng)格布局（Grid Layout）、約束布（Constraint Layout）。線性布局的特點(diǎn)是將組件按照水平或垂直方向排列，控制排列方式的是“android： orientation”屬性，其屬性值有水平（horizontal）和垂直（vertical）兩種，它能按水平和垂直方向線性布局顯示幾個(gè)按鈕。相對(duì)布局是通過相對(duì)定位的方式讓控件出現(xiàn)在布局任意位置，即通過指定id關(guān)聯(lián)其他組件與之右對(duì)齊、上下對(duì)齊或以屏幕中央方式來排列組件。

3.4 Android體系結(jié)構(gòu)

Android系統(tǒng)是由Google公司及開放手機(jī)聯(lián)盟領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的移動(dòng)軟件系統(tǒng)，其特點(diǎn)是基于Linux、開放源代碼。Android的體系結(jié)構(gòu)有四層，其包括應(yīng)用程序 層（Application）、應(yīng)用程序框架層（Application Framework）、系統(tǒng)運(yùn)行庫層（Libraries）和Linux內(nèi)核層（Linux Kernel），其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在圖1中，Application是使用Java語言編寫的應(yīng)用程序；ApplicationFramework本質(zhì)上也是Java程序，其還具有大量的API供開發(fā)者方便使用；Libraries 包含一些C/C++程序庫，其是通過Java的JNI方式調(diào)用的；Linux內(nèi)核層是由C語言和匯編語言編寫的內(nèi)核。

3.5 模擬器與APK

圖1 Android體系結(jié)構(gòu)圖

APK文件是一個(gè)Android應(yīng)用程序打包文件，可以下載到硬件設(shè)備來運(yùn)行Android應(yīng)用。同樣，Android設(shè)備模擬器提供虛擬設(shè)備（virtual device）來運(yùn)行Android應(yīng)用。模擬器和真實(shí)設(shè)備在測試上的比較，后者獲得的結(jié)果更準(zhǔn)確。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 核心功能設(shè)計(jì)

考試分為正規(guī)考試和模擬考試。正規(guī)考試如國家組織的考試，一般需要原創(chuàng)試題、試題難易度適中、監(jiān)考和防止作弊等。在線考試系統(tǒng)很難全部都承擔(dān)起來。而學(xué)生考試的目的絕對(duì)不能只是為了考試，考試僅是一個(gè)檢測發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并改善的過程。再加上我國部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)教育不發(fā)達(dá)，其很難受到優(yōu)質(zhì)教育資源指引。因此，我設(shè)計(jì)的在線考試系統(tǒng)的核心功能是生成錯(cuò)題庫來給學(xué)生提供針對(duì)性復(fù)習(xí)，把在線考試過程中不會(huì)的題目自動(dòng)建立錯(cuò)題庫，把弄懂的題目改為通過排除掉。學(xué)生只需要把重心放在錯(cuò)題庫學(xué)習(xí)即可，大大方便了學(xué)生和節(jié)省了搞“題海戰(zhàn)術(shù)”的時(shí)間成本。此外，不同的題目類型考察學(xué)生的能力方面不同。例如有的題目考察的是學(xué)生的計(jì)算能力，有的題目考察的是學(xué)生的觀察能力和閱讀能力等。因此，通過設(shè)計(jì)這個(gè)核心功能來幫助學(xué)生不斷完善學(xué)習(xí)能力和提供針對(duì)性復(fù)習(xí)。

4.2 總體功能結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)

在線考試系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)，分別是學(xué)生、教師和督導(dǎo)員子系統(tǒng)。為每個(gè)用戶角色提供不同的權(quán)限和功能。在線考試系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)以學(xué)生為重點(diǎn)，并以學(xué)生為中心展開核心功能設(shè)計(jì)，以建立起學(xué)生的用戶黏度。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)我國教育強(qiáng)國和為國家輸送優(yōu)秀人才的目標(biāo)，在線考試系統(tǒng)也探究如何運(yùn)用科技手段來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率等，例如，嘗試在考試的過程中啟動(dòng)攝像頭來捕抓考生的神情狀態(tài)后通過人工智能算法分析其專注度等學(xué)習(xí)能力。對(duì)于教師用戶，提供智能統(tǒng)計(jì)學(xué)生成績和分析報(bào)告等，讓教師更靈活地管理考試成績，在一定程度上將教師從出卷閱卷評(píng)卷等繁忙工作中解脫出來。教師甚至還可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡和學(xué)習(xí)時(shí)間來評(píng)分。此外，教師用戶還有批卷模塊和異常處理模塊，異常處理模塊主要是應(yīng)對(duì)斷網(wǎng)等突發(fā)情況。對(duì)于督導(dǎo)員用戶，是為了實(shí)現(xiàn)兩位老師同時(shí)監(jiān)考的功能，保證正規(guī)考試的真實(shí)性和公平性。同時(shí)也鑒于道德等原因，提供對(duì)教師評(píng)價(jià)和發(fā)展教學(xué)監(jiān)督等功能。具體的功能模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 功能模塊設(shè)計(jì)圖

4.2.1 防作弊功能設(shè)計(jì)

國內(nèi)的在線考試系統(tǒng)在監(jiān)考與防作弊方面存在不足之處。有些在線考試系統(tǒng)僅僅通過獲取學(xué)生的IP地址是否相同或者判斷學(xué)生在線考試過程中是否切屏來鑒定是否作弊，忽略了考生身份驗(yàn)證等模塊，缺乏監(jiān)考與防作弊的嚴(yán)密性。針對(duì)市場上在線考試系統(tǒng)存在監(jiān)考和防作弊方面的不足，本文將給出作者防作弊模塊的設(shè)計(jì)方案。防作弊功能主要從身份驗(yàn)證和考試過程中預(yù)防進(jìn)行的。首先啟動(dòng)攝像頭捕抓人臉進(jìn)行身份識(shí)別驗(yàn)證，然后在考試的過程中限制目光離開手機(jī)屏幕的次數(shù)和時(shí)間，且不能進(jìn)行切屏和退出，必要時(shí)對(duì)考生的周圍環(huán)境進(jìn)行錄音，且考生不能佩戴耳機(jī)。其中，如果發(fā)生切屏或者退出，將執(zhí)行異常處理流程。

4.2.2 異常處理功能設(shè)計(jì)

可行性分析中已介紹我國互聯(lián)網(wǎng)普及概率。我們?cè)诳荚囍锌梢赃x擇飛行模式并連接Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。但如果沒有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)而只有手機(jī)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)可使用，那么此時(shí)的手機(jī)不能處于飛行模式，突然有電話打過來，該怎么辦？同時(shí)，由于在線考試打破了空間地域的限制，考生可能分布在全國各地，某些地區(qū)可能由于地殼的活動(dòng)而導(dǎo)致斷網(wǎng)等突發(fā)情況，這時(shí)不得不考慮異常處理模塊的設(shè)計(jì)。具體的功能實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

圖3 異常處理流程圖

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

研究的開發(fā)環(huán)境是Android Studio，使用的編程語言是Java。應(yīng)用軟件的主界面是指用戶登錄成功后進(jìn)入的界面，設(shè)計(jì)的學(xué)生端主界面如圖4所示，主界面默認(rèn)顯示的是底部導(dǎo)航欄考試所對(duì)應(yīng)的界面，包括自由模擬考試和正規(guī)考試等。正規(guī)考試是通過加入班級(jí)功能添加組織的考試，自由模擬考試是學(xué)生自己通過教育階段和學(xué)科選擇來練習(xí)模擬考試，界面設(shè)計(jì)可在activity_main.xml文件中編碼實(shí)現(xiàn)。

從中小學(xué)到大學(xué)，如果我們從考試中反思或者積累，量變就會(huì)引起質(zhì)變?；诖痤}時(shí)間、頁面的切換速度和錯(cuò)題考察的類型等生成數(shù)據(jù)，然后傳遞給柱狀圖類，這樣學(xué)生就可以很清楚地知道自己能力的優(yōu)勢與不足，引導(dǎo)學(xué)生完善自己的學(xué)習(xí)能力。設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)能力功能界面如圖5所示，同時(shí)這也是在線考試系統(tǒng)APP的核心功能。

開發(fā)一款大型的軟件，不是個(gè)人單打獨(dú)斗就能完成的，它必須依賴團(tuán)隊(duì)的力量。本開發(fā)研究將從在線考試的客觀題——選擇題入手，進(jìn)行小討論。FourActivity類實(shí)現(xiàn)選擇題得分功能并跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)Activity，其中的主邏輯文件也初始化按鈕，并添加監(jiān)聽事件，具體代碼如圖6所示。系統(tǒng)有登錄模塊，就會(huì)有退出模塊，Android退出系統(tǒng)的代碼可參考圖7。

圖4 學(xué)生端主界面圖

圖5 學(xué)習(xí)能力功能界面圖

圖6 復(fù)選按鈕實(shí)現(xiàn)的代碼

圖7 Android完全退出應(yīng)用程序的代碼

6 結(jié) 論

針對(duì)我國經(jīng)濟(jì)教育發(fā)展不平衡而導(dǎo)致局部地區(qū)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)和缺乏優(yōu)質(zhì)教育資源的問題，本文運(yùn)用科技力量在教育事業(yè)方面進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了一款以錯(cuò)題庫和能力分析為核心功能的在線考試系統(tǒng)。在5G技術(shù)和新冠疫情加速數(shù)字化進(jìn)程的雙引擎作用下，師生溝通等在線平臺(tái)的未來具有巨大的潛力和應(yīng)用場景，可提高效率和解決我國教育資源分配失衡等問題。