基于微信小程序的手機(jī)在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李娟 邊玲 李海瑛 張東圓

摘要：為提高手機(jī)在線考試系統(tǒng)生成試卷中知識點(diǎn)的覆蓋率，為線上考試提供全面的技術(shù)指導(dǎo)，文章提出基于微信小程序的手機(jī)在線考試設(shè)計(jì)。系統(tǒng)將微信小程序作為載體，規(guī)劃手機(jī)在線考試系統(tǒng)架構(gòu)：進(jìn)行用戶身份實(shí)名驗(yàn)證：設(shè)計(jì)手機(jī)在線考試數(shù)據(jù)庫管理表，實(shí)現(xiàn)在線試題庫的規(guī)范化管理：構(gòu)建以某知識點(diǎn)為核心的試卷矩陣，設(shè)計(jì)手機(jī)在線考試題目組合，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)生成在線考試習(xí)題信度在80-100．提高了試卷中知識點(diǎn)的覆蓋率。

關(guān)鍵詞：微信小程序：在線考試系統(tǒng)：題目組合：數(shù)據(jù)庫管理

中圖分類號：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

2011年，騰訊公司開發(fā)并推行了微信軟件，越來越多的用戶開始使用智能手機(jī)、電腦等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行信息交流與資源交互。相比市場內(nèi)發(fā)行的其他通信程序，微信具有跨平臺操作、適用范圍廣、支持與好友實(shí)時(shí)溝通等特點(diǎn)。在溝通過程中，用戶可以使用短信、視頻、音頻等方式，進(jìn)行資源的傳輸[1]。加之此軟件在使用中不收取任何費(fèi)用，更是吸引了大量用戶。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2016年，我國微信軟件的用戶已經(jīng)超過了8億人次，其中超出半數(shù)的微信用戶為薪生代年輕群體，尤其是學(xué)生群體，在校園內(nèi)微信的推廣率、覆蓋率基本達(dá)到了100%。為發(fā)揮微信在線交流軟件更高的效能與價(jià)值，開發(fā)單位推出了微信小程序，小程序是一款無需下載便可直接使用的軟件。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展與完善，微信小程序的新生態(tài)已經(jīng)形成。現(xiàn)階段，微信小程序的開發(fā)者數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了1 000萬，并擁有超過2億的活躍用戶[2]。小程序通過微信App進(jìn)行登錄，既經(jīng)濟(jì)又方便，能夠滿足不同的商業(yè)需要。為線上教育工作的推廣，本文以微信小程序作為切入點(diǎn)，開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線教育教學(xué)輔助程序——一種全新的手機(jī)在線考試系統(tǒng)，旨在通過此次設(shè)計(jì)，為各大高校的素質(zhì)教育工作給予全面的拓展，推動(dòng)教育教學(xué)體系的優(yōu)化與成熟化。

1 手機(jī)在線考試系統(tǒng)架構(gòu)

手機(jī)在線考試系統(tǒng)將微信小程序作為設(shè)計(jì)載體，整體采用微信網(wǎng)頁的形式，通過網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)模塊，確保數(shù)據(jù)互通和業(yè)務(wù)聯(lián)系[3]。系統(tǒng)服務(wù)前端配置微信公共平臺服務(wù)器，后臺配置于數(shù)據(jù)中心管理服務(wù)器。利用互聯(lián)網(wǎng)獲得在線用戶的注冊信息，普通用戶可以通過手機(jī)微信登錄，在前端完成內(nèi)容的學(xué)習(xí)和考核，管理員則可以在小程序上管理相關(guān)信息。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，集成X86服務(wù)器，將其作為資源庫的構(gòu)建基礎(chǔ)，以此確保系統(tǒng)在運(yùn)行中的高效率和穩(wěn)定性[4]。按照上述內(nèi)容，設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

按照上述方式，服務(wù)器集成在管理終端，確保在線考試系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)揮預(yù)期效果。2硬件設(shè)備選型

為滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行需求，本文系統(tǒng)選用X86服務(wù)器作為主要硬件[5]。集成此硬件設(shè)備前，進(jìn)行設(shè)備技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)，相關(guān)內(nèi)容如表l所示。

按照上述方式，對硬件設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)試與試運(yùn)行，確保此硬件的綜合性能良好后，按照標(biāo)準(zhǔn)將其安裝在系統(tǒng)中。3基于微信小程序的用戶身份綁定與認(rèn)證

在硬件設(shè)備的支撐下，使用微信小程序的身份認(rèn)證功能，進(jìn)行手機(jī)在線考試系統(tǒng)用戶身份的綁定與認(rèn)證。在認(rèn)證過程中，用戶需要輸入正確的賬號與密碼進(jìn)行微信登錄。下拉微信聊天界面，在搜索框中輸入在線測試，找到微信小程序[6]。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈窗，并顯示是否授權(quán)，用戶需要點(diǎn)擊“權(quán)限”，通過App綁定微信小程序賬號即可登錄，完成首次登錄后，下次不會(huì)出現(xiàn)任何權(quán)限提示，用戶便可以直接進(jìn)入小程序系統(tǒng)。

登錄軟件后，用戶應(yīng)在“個(gè)人中心”界面，進(jìn)行身份實(shí)名驗(yàn)證，驗(yàn)證內(nèi)容包括姓名、身份證、職業(yè)、單位、近期免冠照片等[7]。完成身份填寫后，程序?qū)⑸蟼饔脩粜畔?，并將其與小程序終端信息平臺上的登記人員進(jìn)行對比，通過此種方式對用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)符合，即可完成用戶身份綁定。對此過程進(jìn)行描述，如計(jì)算公式（1）所示。

公式（1）中：k表示基于微信小程序的用戶身份綁定；K表示用戶通信端口；i表示輸入信息；a表示用戶免冠照片與其面部識別的適配度。通常情況下，k的輸出值有3種，分別為k=1，k=2與k=0。k取值為1表示用戶身份信息輸入內(nèi)容準(zhǔn)確，點(diǎn)擊確定即可完成用戶身份綁定[8]。k取值為2表示用戶身份信息輸入內(nèi)容與真實(shí)信息存在偏差，需要用戶進(jìn)行身份信息的修正。k取值為0表示用戶身份信息輸入內(nèi)容無效或用戶免冠照片與其面部識別存在不適配的問題，需要用戶重新上傳照片。

在認(rèn)證過程中，如發(fā)現(xiàn)未登記信息或登記資料不符合標(biāo)準(zhǔn)的用戶，系統(tǒng)會(huì)提示用戶進(jìn)行身份信息的查缺補(bǔ)漏，并以通知系統(tǒng)操作人員手機(jī)號碼的方式，建立與注冊用戶之間的直接通信[9]。此時(shí)，用戶可以通過手機(jī)與系統(tǒng)操作人員取得聯(lián)系，說明原因后，由系統(tǒng)運(yùn)維人員通知用戶信息注冊的有效時(shí)間，并進(jìn)行用戶現(xiàn)有個(gè)人信息在程序中的維護(hù)。用戶需要在管理員通知的指定時(shí)間內(nèi)，完成身份信息的填寫與注冊。

4 在線試題庫管理

在線考試系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中主要數(shù)據(jù)包括：用戶信息、試卷信息、成績信息、考題庫信息等，不同信息模塊之間的數(shù)據(jù)內(nèi)容存在關(guān)聯(lián)[10]。為實(shí)現(xiàn)在線試題的規(guī)范化管理，采用設(shè)計(jì)資源庫的方式，進(jìn)行題庫的管理。本系統(tǒng)的用戶分為管理員、前端人員、用戶（后端人員）3種。在生成題庫時(shí)，建立此程序與多個(gè)國家在線資源庫之間的連接，通過此種方式，收集來自多渠道的專業(yè)知識信息，形成一個(gè)多元化的知識庫，此過程如公式（2）所示。

公式（2）中：E表示在線試題庫的生成過程；x表示用戶身份屬性；c表示連通渠道；A表示國家在線資源庫。在此過程中，考慮到多渠道采集的數(shù)據(jù)之間可能存在格式上的差異，要對不同類別與不同規(guī)模的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化管理，可在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，對錄入題庫的資源信息進(jìn)行統(tǒng)一處理。處理過程如公式（3）所示。

公式（3）中：Y'表示資源信息格式的統(tǒng)一化處理；a表示數(shù)據(jù)字典；γ表示信息所在場景；β表示標(biāo)準(zhǔn)化格式；B表示錄入信息當(dāng)前格式。按照上述方式，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，將多渠道獲取的數(shù)據(jù)信息按照表2所示的格式，錄入數(shù)據(jù)庫。

按照上述方式，對在線試題庫進(jìn)行規(guī)范化管理。管理過程中，設(shè)計(jì)信息錄入時(shí)間點(diǎn)，對題庫中的內(nèi)容進(jìn)行定期更新。更新過程如公式（4）所示。

公式（4）中：P表示在線題庫更新；q表示更新內(nèi)容；X表示更新周期。通過上述計(jì)算公式，完成在線題庫更新管理。

5 手機(jī)在線考試題目組合設(shè)計(jì)

完成上述設(shè)計(jì)后，進(jìn)行手機(jī)在線考試系統(tǒng)中的試卷題目組合設(shè)計(jì)，挖掘在資源庫內(nèi)的知識點(diǎn)屬性，構(gòu)建以某知識點(diǎn)為核心的試卷矩陣，矩陣表達(dá)式如下。

公式（5）中：D表示試卷組合矩陣；d表示核心知識點(diǎn)。完成組合矩陣的設(shè)計(jì)后，通過對生成試卷難度的約束、知識點(diǎn)的規(guī)劃部署、試卷結(jié)構(gòu)的調(diào)整，建立手機(jī)在線考試題目組合目標(biāo)函數(shù)。將手機(jī)在線考試題目組合設(shè)計(jì)過程作為一個(gè)多目標(biāo)同步優(yōu)化求解的過程，對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。函數(shù)表達(dá)式如下。

公式（6）中：H表示手機(jī)在線考試題目組合多目標(biāo)函數(shù)：ω表示知識點(diǎn)的規(guī)劃部署目標(biāo)：δ表示試卷難度約束條件；Q表示試卷結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)；J表示調(diào)節(jié)次數(shù)；j表示難度等級。利用系統(tǒng)中的專家決策算法，對此函數(shù)進(jìn)行求解，得到一個(gè)可多目標(biāo)同步最優(yōu)求解的方案，將此方案作為生成試卷的結(jié)構(gòu)方案。通過此種方式，實(shí)現(xiàn)手機(jī)在線考試題目的組合設(shè)計(jì)，以此完成基于微信小程序的手機(jī)在線考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。6對比實(shí)驗(yàn)

完成上述設(shè)計(jì)后，采用設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)的方式，對開發(fā)的考試系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)。手機(jī)考試系統(tǒng)必須是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，因此要求用戶在使用過程中，手機(jī)必須處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)如表3所示的系統(tǒng)測試環(huán)境。

完成測試環(huán)境的布置后，先使用微信小程序，進(jìn)行用戶身份的綁定與認(rèn)證，同時(shí)，使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，進(jìn)行在線試題庫生成與管理，引進(jìn)智能化組合算法，進(jìn)行手機(jī)在線考試題目組合設(shè)計(jì)，生成手機(jī)在線考試習(xí)題。

為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的對比性，引進(jìn)基于OSCE技術(shù)的手機(jī)在線考試系統(tǒng)作為傳統(tǒng)系統(tǒng)。在使用傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行用戶在線測試時(shí)，需要將系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫接口與國家教育考試數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對接，通過此種方式，獲取大量真題數(shù)據(jù)。同時(shí)，參照OSCE考試模式，為登錄與認(rèn)證的用戶提供微服務(wù)。用戶可以在登錄小程序中的系統(tǒng)后，選擇個(gè)人標(biāo)簽，系統(tǒng)將根據(jù)用戶選擇的標(biāo)簽，進(jìn)行題型、難度的適配，并構(gòu)建對應(yīng)的用戶模型，通過模型與用戶身份的對接，生成與其適配度較高的考試習(xí)題。

將本文開發(fā)的系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)部署在測試環(huán)境中，將系統(tǒng)生成試卷的信度作為評價(jià)系統(tǒng)綜合性能的關(guān)鍵指標(biāo)。對系統(tǒng)生成試卷的信度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下。

公式（7）中：r表示系統(tǒng)生成試卷的信度；R表示試卷效度：S表示試卷中知識點(diǎn)的時(shí)效性：e表示無效習(xí)題總數(shù)。按照上述公式，對系統(tǒng)隨機(jī)生成的習(xí)題進(jìn)行信度計(jì)算，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖2中，實(shí)線表示本文系統(tǒng)生成在線考試習(xí)題的信度：虛線表示傳統(tǒng)系統(tǒng)生成在線考試習(xí)題的信度。

從圖2所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文系統(tǒng)生成在線考試習(xí)題的信度為80 - 100．傳統(tǒng)系統(tǒng)生成在線考試習(xí)題的信度為50-80。前者大于后者，說明本文系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，生成在線考試習(xí)題的信度較高，即試卷可靠度較高。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對兩個(gè)系統(tǒng)生成在線測試習(xí)題中的知識點(diǎn)覆蓋率進(jìn)行對比。對知識點(diǎn)覆蓋率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下。

公式（8）中：F表示系統(tǒng)生成在線測試習(xí)題中的知識點(diǎn)覆蓋率；f1表示有效知識點(diǎn)數(shù)量；f2表示與專業(yè)相關(guān)的知識點(diǎn)總數(shù)。使用本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)，生成10張?jiān)诰€考試試卷，對試卷中的知識點(diǎn)覆蓋率進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表4所示。

根據(jù)表4所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文系統(tǒng)生成試卷中知識點(diǎn)覆蓋率大于90%，顯著高于傳統(tǒng)系統(tǒng)生成試卷中知識點(diǎn)覆蓋率。因此，相比基于OSCE技術(shù)的考試系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于微信小程序的手機(jī)在線考試系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中的效果更佳，可以在保證生成在線考試習(xí)題信度在80- 100的基礎(chǔ)上，提高試卷中知識點(diǎn)覆蓋率，為在線學(xué)習(xí)用戶提供更加前沿、優(yōu)質(zhì)、有效的渠道。

7 結(jié)語

本文通過用戶身份綁定與}人證、在線試題庫管理、手機(jī)在線考試題目組合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了基于微信小程序的手機(jī)在線考試系統(tǒng)。引進(jìn)基于OSCE技術(shù)的手機(jī)在線考試系統(tǒng)作為傳統(tǒng)系統(tǒng)，將其與本文系統(tǒng)進(jìn)行對比，通過實(shí)驗(yàn)測試的方式，證明了本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以在提高生成在線考試習(xí)題信度的基礎(chǔ)上，提升試卷中知識點(diǎn)覆蓋率，旨在通過此種方式，為我國教育市場與相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供技術(shù)支撐。但要將此次設(shè)計(jì)的成果在市場相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行推廣，還應(yīng)在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)線上教育發(fā)展的具體需求，加大對本文系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試的投入，以此種方式，深度優(yōu)化系統(tǒng)功能。

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（編輯王雪芬）