分布式智能組卷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李 輝，杜曉玉，郭拯危

（1.河南大學(xué) 民生學(xué)院，河南 開封 475004；2.河南大學(xué) 基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心，河南 開封 475004；3.河南大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院，河南 開封 475004）

與傳統(tǒng)的手工出卷方式相比，計算機自動組卷有著無可比擬的優(yōu)越性。計算機可以以隨機或手工指定的方式，根據(jù)試卷的各個參數(shù)（總分、題目類型、題目數(shù)量、每題分數(shù)等），從大量的試題庫中挑選符合要求的試題并自動組成試卷，供打印或在線考試使用，不但能夠節(jié)約大量的人力、物力與財力，還可以大幅度增加考試成績的客觀性和公正性，避免人為原因造成的疏忽和錯誤[1]。

高等院校的各種考試中，很多學(xué)科專業(yè)的試題和答案都包含有公式和圖形，而當(dāng)前已有的諸多試題庫或組卷系統(tǒng)通常只支持純文本的試題，這在很大程度上限制了理工科試題庫與組卷系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。目前很多高校和科研機構(gòu)開發(fā)了多種網(wǎng)絡(luò)版的組卷系統(tǒng)，按照系統(tǒng)架構(gòu)不同可以分為基于B/S架構(gòu)[2-3]和C/S架構(gòu)[4-6]。文中采用嵌入ActiveX控件來操作Word文檔的方式，設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于DataSnap的分布式三層架構(gòu)的理工科試題庫與組卷系統(tǒng)。系統(tǒng)功能強大，支持的試題類型多樣，并可以按關(guān)鍵字查詢Word試題內(nèi)容。多個用戶可以在不同的地點同時錄入試題，組成的試卷直接以Word文檔的形式下載到本地，用戶可以直接打印成試卷（或手工調(diào)整個別題目）供考試使用，真正實現(xiàn)一鍵組卷。除此之外，系統(tǒng)還提供在線考試功能。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與整體結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)開發(fā)過程中，使用了以下關(guān)鍵技術(shù)：

1）dbExpress技術(shù)

dbExpress是Borland公司推出的一種輕量的數(shù)據(jù)庫存取引擎，支持目前大多數(shù)的主流數(shù)據(jù)庫，如MS SQL Server、DB2、Oracle、MySql等，且具備跨平臺能力，可以在 Win32、Linux和.NET平臺上使用[7]。由于它使用單向、只讀的游標(biāo)，且不在內(nèi)存中緩存數(shù)據(jù)集，可以提高數(shù)據(jù)存取速度并使用最少的資源[2]，所以速度極快，尤其適合在多層架構(gòu)的系統(tǒng)中使用。

2）DataSnap 技術(shù)

DataSnap是Borland公司 （現(xiàn)已被Embarcadero公司收購）開發(fā)的快速開發(fā)套件Rad Studio中的一部分，它被設(shè)計專門用來開發(fā)分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件[8]。從Delphi2009開始，DataSnap不再依賴于DCOM架構(gòu)（但同時也支持DCOM），轉(zhuǎn)而使用TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議來完成客戶端和服務(wù)器的通訊，這使得開發(fā)和部署工作變得更加簡單。

3）SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)

由于本系統(tǒng)保存的數(shù)據(jù)量較大，桌面型的數(shù)據(jù)庫軟件（如ACCESS等）不能滿足要求。Microsoft SQL Server是微軟公司開發(fā)的一種大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，由于其功能強大、易于使用，并且與Windows操作系統(tǒng)結(jié)合緊密，早已為許多軟件開發(fā)者所使用。雖然SQL Server 2000是微軟于2000年發(fā)布的版本，但由于其對硬件要求較低，經(jīng)過仔細的配置以后安全性也完全可以滿足要求，所以本系統(tǒng)仍以SQL Server 2000作為后臺數(shù)據(jù)庫。

4）ActiveX控件技術(shù)

ActiveX控件是一種與編程語言無關(guān)的可重用軟件組件，這些組件實現(xiàn)了特定的功能，并提供了編程接口，應(yīng)用程序可以直接拿來使用[9]。本系統(tǒng)使用了EdrawSoft公司出品的Office Viewer這個ActiveX控件，來完成Word試題及答案的錄入和顯示。Office Viewer提供了一套簡化了的接口來實現(xiàn)對Word的編程，例如加載、編輯和保存Word文檔等。程序發(fā)布給客戶時，只需利用安裝程序在客戶機上注冊這個ActiveX控件即可。

1.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

理工科試題及答案中，公式和圖形較多，這個特點決定了B/S方式不適合于理工科試題庫的日常使用。同時，為了保證數(shù)據(jù)庫的安全，不允許客戶端直接連接數(shù)據(jù)庫。因此，系統(tǒng)采用三層分布式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 System architecture

其中：

1）客戶端負責(zé)與用戶交互，如顯示用戶界面、接受用戶輸入等；

2）應(yīng)用服務(wù)器提供各個客戶端的操作請求接口，如添加試題、取得某種題型的試題、查看某張試卷等，并將處理結(jié)果返回到客戶端。除此之外，還包括維護數(shù)據(jù)庫連接池、壓縮數(shù)據(jù)流、記錄日志等；

3）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器執(zhí)行數(shù)據(jù)的存儲、查詢、更新與刪除操作。

2 系統(tǒng)整體流程

系統(tǒng)整體流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程Fig.2 System process flowchart

1）前期準(zhǔn)備：錄入試題前，需要進行前期準(zhǔn)備工作，包括：建立用戶及分配用戶權(quán)限、錄入課程章節(jié)和知識點、可用的題型等。

2）錄入試題：用戶錄入Word試題和答案，并保存到數(shù)據(jù)庫中，供組卷時使用。

3）組卷：分為隨機組卷和人工組卷。系統(tǒng)從試題庫中取出滿足要求的試題，并排版到一個Word文檔中，供導(dǎo)出或打印。

4）導(dǎo)出或打印試卷：用戶可以選擇組好的試卷，導(dǎo)出成Word文檔，或直接打印出來。系統(tǒng)還附帶了在線考試功能和學(xué)生自測功能。

下面詳述這些流程的具體實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)功能模塊

3.1 用戶管理模塊及權(quán)限管理模塊

用戶按照使用的功能可以分為3類，學(xué)生，老師，和管理員。用戶管理則包括這3類用戶的數(shù)據(jù)錄入，修改和刪除。權(quán)限管理模塊主要對包括學(xué)生、教師和管理員的權(quán)限維護。權(quán)限管理模塊中管理員可以批量設(shè)置學(xué)生、教師或其他管理員的權(quán)限，例如，可以設(shè)置學(xué)生只能進行在線考試、查看以前的試卷；設(shè)置A用戶只能錄入試題、B用戶只能組卷等。

圖3 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Function modules of system

3.2 試題管理模塊

試題管理模塊包括章節(jié)維護、知識點維護、題型維護和題庫維護4類。根據(jù)大學(xué)考試試卷的特點，試題包括章節(jié)，所屬知識點，題型，難易度幾個屬性，并且要求試題的答案和試題一一對應(yīng)。因此錄入試題前，需要首先錄入所用教材的章節(jié)信息、某章節(jié)中的知識點和可用的題型，這些信息在錄入試題的過程中會使用到。可用的題型是指，當(dāng)某些題型設(shè)置為可用時（如選擇題、填空題等），才可以在錄入此種類型的試題。

錄入試題時，會要求用戶輸入此試題所在章節(jié)、所屬知識點、題型、難易程度以及參考答案。由于試題和參考答案中可能包括有公式和圖形，所以也以Word文檔的方式錄入也可直接上傳圖片。用戶保存這道試題時，系統(tǒng)將完成以下操作步驟：

1）將試題和答案的Word文檔分別以二進制的形式壓縮后保存到數(shù)據(jù)庫；

2）提取出Word文檔中的所有文本作為題目內(nèi)容單獨保存，以便在用戶界面上以文本方式顯示當(dāng)前試題內(nèi)容，并方便以后按關(guān)鍵字查找；

3）將Word文檔中有內(nèi)容的區(qū)域保存為jpeg格式和圖片，以二進制的形式保存到數(shù)據(jù)庫，為在線考試時使用，并方便以后開發(fā)B/S結(jié)構(gòu)的試題（或試卷）查看功能。

3.3 試卷管理模塊

試卷管理模塊包括試卷模板維護、隨機組卷、人工組卷和已有試卷維護4個功能。

很多考試的模板相同，即包含的題型，各個題型的數(shù)量，總分，每道題的分值都是相同的。為了節(jié)省操作步驟，用戶可以創(chuàng)建多個試卷模板，在每個試卷模板中指定試卷中包含哪幾種題型、每個題型中每道題目的個數(shù)和分數(shù)、試卷難易程度、考試時間、總分等，這樣在隨機組卷時，系統(tǒng)就會按照這些預(yù)先設(shè)定的條件選擇試題，而不需要每次都重復(fù)輸入同樣的條件。

隨機組卷時，用戶錄入試卷相關(guān)信息（考試還是自測用卷、試卷總分、考試時間、難易程度有效期等），選擇某個試卷模板或手工錄入每種題型的道數(shù)、分數(shù)，系統(tǒng)即可從試題庫中的各種題型中隨機挑選滿足要求的試題組成一份試卷。填空題比較特殊，因為一般來說填空題是按空給分的，一道填空題中可能包含不同個數(shù)的空格，所以填空題的挑選需要單獨處理。隨機組卷之后對某些不合適的題目可以進行手動更改。人工組卷時，用戶手工選擇各個題型中的試題，以及設(shè)定每題分數(shù)。

試卷使用前，可以添加、刪除或替換試卷中的試題，或查看試卷中的題型分布情況（各題型中題目道數(shù)、分數(shù)），或修改試卷有效期等。試卷一旦使用就不可修改和用來在線考試，但是可以查看，打印。

系統(tǒng)提供5種試卷預(yù)覽和導(dǎo)出功能，包括：試卷預(yù)覽（無答案）、試卷預(yù)覽（有答案）、Word試卷預(yù)覽或?qū)С觯o答案）、Word試卷預(yù)覽或?qū)С?（答案在對應(yīng)試題下方）、Word試卷預(yù)覽或?qū)С觯ù鸢冈谠囶}最后單獨顯示）等，以滿足不同的需要。為提高速度和減小服務(wù)器資源占用，預(yù)覽試卷時，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫依次讀取JPEG格式的每道試題，動態(tài)創(chuàng)建圖形控件顯示到用戶界面上；而當(dāng)用戶選擇Word試卷預(yù)覽或?qū)С鲈嚲頃r，則采用OLE的方式新建一個Word文檔，并調(diào)用Word中的VBA函數(shù)，插入試卷標(biāo)題等必要信息，將每道試題寫入這個Word文檔中，然后將Word文檔顯示到用戶界面。導(dǎo)出為Word方檔后的試卷與普通Word文檔一樣，可以手工任意編輯。

3.4 考試管理

考試管理包括在線考試、在線自測和查看以前的試卷。

由于理工科試題的特殊性，在線考試（或在線自測）只能選擇有限的幾種題型，如單選題、多選題、判斷題，或者加上少量的填空題，而簡答題、計算題等顯然不適合在線考試。學(xué)生登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)會顯示在有效期內(nèi)的試卷，學(xué)生選擇開始考試后，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中取出屬于這個試卷的JPEG格式的試題，排版后形成試卷，學(xué)生即可作答。單擊“交卷”按鈕，或考試時間已到，則終止考試，學(xué)生可在“查看以前的試卷”菜單中立即看到自己的考試情況（答對的試題道數(shù)、答錯的試題道數(shù)、成績、正確率等），并可看到做錯的試題的正確答案。學(xué)生也可以隨時選擇某個自測用卷作答，答完后會立即看到答對的試題道數(shù)、答錯的試題道數(shù)、得分、正確率等，并可看到做錯的試題的正確答案。自測用卷可反復(fù)使用多次。

4 結(jié)束語

文中針對理工科試題的特點，設(shè)計實現(xiàn)了一個分布式三層架構(gòu)的試題庫與組卷系統(tǒng)。系統(tǒng)使用Delphi2010開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫為SQL Server2000，運行速度快，性能穩(wěn)定。與其它試題庫管理軟件相比，本系統(tǒng)支持不同類型試題的答案選項個數(shù)可自定義，填空題可按空格給分，這更符合實際情況。

可擴展性方面，由于應(yīng)用服務(wù)器的存在，當(dāng)用戶數(shù)量增加，或系統(tǒng)壓力過大（如在線考試人數(shù)增加）時，可以通過增加應(yīng)用服務(wù)器的方式來實現(xiàn)負載均衡。同時，由于使用的dbExpress技術(shù)支持多種主流數(shù)據(jù)庫，只需稍微修改應(yīng)用服務(wù)器上的代碼就可以切換到其它數(shù)據(jù)庫，而客戶端不需做任何改變。另外，由于DataSnap技術(shù)支持HTTP協(xié)議和REST（Representational State Transfer），可以輕易增加一些附加功能（如通過B/S方式修改用戶權(quán)限等）。系統(tǒng)已在某高校化學(xué)化工學(xué)院穩(wěn)定運行一年時間，可以滿足用戶需求，使用效果明顯。

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[7]李維.Delphi 2006高效數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計——db Express篇[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[8]維基百科.DataSnap[EB/OL].[2010-11-29].http://en.wiki pedia.org/wiki/DataSnap.

[9]維基百科.ActiveX[EB/OL].[2011-01-27].http://en.wiki pedia.org/wiki/Activex.