B／S模式下的網(wǎng)絡(luò)化題庫平臺(tái)研究與實(shí)現(xiàn)

張景韶，周利平，馮 立

（四川廣播電視大學(xué)教學(xué)處，四川成都610073）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助的題庫系統(tǒng)作為智能計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)的核心，越來越受到人們的重視．傳統(tǒng)考試的組織管理方式不僅工作任務(wù)繁重，而且對(duì)于試卷的標(biāo)準(zhǔn)化程度、難易程度、涉及知識(shí)點(diǎn)的多少等問題難以進(jìn)行很好地控制．如何提高教學(xué)質(zhì)量，規(guī)范考試過程，盡量減少人為因素對(duì)考試的影響，使考試更具有客觀性、科學(xué)性，是教育界多年來追求的目標(biāo)．利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成試卷，并通過積累逐步形成有效的試題庫，能使試題和試卷的管理變得高效而便捷，對(duì)于提高教學(xué)效率，有效利用資源和試卷管理逐步走向正規(guī)化、自動(dòng)化都將起到十分重要的作用．

我們?cè)谏钊胝{(diào)研分析現(xiàn)有題庫系統(tǒng)后，結(jié)合實(shí)際學(xué)校工作的需求，討論了網(wǎng)絡(luò)題庫平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的題庫系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)．應(yīng)用題庫平臺(tái)可以很大程度上減小廣大教師在試題命制及試卷審核工作上的工作量，提高工作效率，保證試卷的質(zhì)量，也帶動(dòng)其他與題庫相關(guān)資源的建設(shè)．為此，根據(jù)廣播電視大學(xué)教學(xué)資源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范［1]，四川廣播電視大學(xué)于2010年上半年開始建設(shè)基于B／S網(wǎng)絡(luò)模式下的網(wǎng)絡(luò)化題庫平臺(tái)（Item Bank Online Platform，IBOP）．

1 網(wǎng)絡(luò)題庫平臺(tái)構(gòu)建

1．1 IBOP設(shè)計(jì)思想及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)電大教學(xué)教務(wù)管理的實(shí)際運(yùn)行模式，平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想如下：（1）平臺(tái)應(yīng)具有技術(shù)先進(jìn)的開放結(jié)構(gòu)，并能夠合理地利用現(xiàn)有設(shè)備和存儲(chǔ)空間；（2）人機(jī)界面清晰、友好，具備良好的可操作性和人機(jī)交互功能；（3）平臺(tái)與教務(wù)數(shù)據(jù)能接口，能與其他信息系統(tǒng)集成及與學(xué)校已有應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)耦合；（4）運(yùn)行在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，因此平臺(tái)應(yīng)提供有效的安全服務(wù)機(jī)制．

在上述設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，為了提高系統(tǒng)的封裝性、科學(xué)性和可靠性，更好地復(fù)用代碼，IBOP采用了基于B／S模式的四層架構(gòu)［2－3]，自上而下分別是界面層（UI）、業(yè)務(wù)功能層（BFL）、業(yè)務(wù)對(duì)象層（BOL）和數(shù)據(jù)訪問層（DAO），結(jié)構(gòu)如圖1所示．

圖1 IBOP的四層架構(gòu)

1．2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

IBOP由主控模塊和多個(gè)功能模塊構(gòu)成，采用自頂向下的方法進(jìn)行編程，每個(gè)功能模塊完成其特定的工作．根據(jù)B／S模式下，按數(shù)據(jù)流劃分為以下4種角色，如圖2所示．

系統(tǒng)管理者：其主要功能是對(duì)平臺(tái)管理．具體有：平臺(tái)初始化、平臺(tái)的運(yùn)行和維護(hù)，具有定義用戶和分配用戶權(quán)限．

教學(xué)管理員：教學(xué)管理員主要對(duì)命題單、任務(wù)書、試卷終審、試卷抽卷進(jìn)行管理．

教研室主任：主要是涉及本教研室的試卷審核工作，初審?fù)ㄟ^后提交給教學(xué)管理員．

教師用戶：該用戶是平臺(tái)中最重要的一類用戶，每門課程為一個(gè)用戶，一般根據(jù)課程任務(wù)書中教師擔(dān)任．其最重要的任務(wù)是建立課程題庫，根據(jù)考試命題單編組試卷試題．

圖2 數(shù)據(jù)流劃分的角色模塊研究圖

1）主控模塊：由主菜單及操作提示行組成，是系統(tǒng)的控制核心，主控模塊包括系統(tǒng)各項(xiàng)菜單．用戶角色不同，功能模塊權(quán)限不同．

2）題庫管理：包括課程題型、課程結(jié)構(gòu)、試題建立等功能，題庫必須是在收集和編審高質(zhì)量大量實(shí)體的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通常一個(gè)課程的試題數(shù)量不少于四、五百道試題．

3）組卷策略：能根據(jù)不同考試要求，設(shè)置組卷的參數(shù)（總分值、難度系數(shù)等）．

4）題庫組卷：根據(jù)用戶設(shè)定的組卷策略，系統(tǒng)根據(jù)題庫數(shù)據(jù)自動(dòng)地生成一份結(jié)構(gòu)良好，分布均衡合理的試卷．用戶可再依據(jù)出題要求，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整．

5）命題任務(wù)：根據(jù)教務(wù)處命題通知單，設(shè)置課程與題庫之間的關(guān)系．

6）試卷管理：包括試卷合成、試卷審核、試卷抽取、試卷分析、試卷打印等功能．

7）系統(tǒng)模塊：包括用戶管理、教研室管理、教師管理、系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)等功能．

1．3 系統(tǒng)安全性考慮

1．3．1 硬件安全性

IBOP基于B／S架構(gòu)開發(fā)的特性使得系統(tǒng)可能遭到惡意攻擊．系統(tǒng)服務(wù)器安裝在學(xué)校中心機(jī)房，通過內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行訪問，這樣物理上有效的避免了外網(wǎng)的影響．若需外網(wǎng)訪問，則通過VPN連接建立虛擬局域網(wǎng)．因此，外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)之間的屏障非常重要，目前機(jī)房硬件為整套Cisco網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，使用Cisco ASA5520SERIES Adaptive Security Appliance防火墻以及Cisco ASA 5500系列自適應(yīng)VPN，Cisco防火墻可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理，對(duì)不同的VLAN實(shí)施不同的安全防范措施，大大提高了系統(tǒng)防范外界攻擊的能力．每臺(tái)服務(wù)器還安裝了瑞星企業(yè)版軟件防火墻，其出色的攔截技術(shù)能夠有效防止服務(wù)器受到來自內(nèi)網(wǎng)的各種惡意攻擊．

1．3．2軟件安全性

題庫系統(tǒng)中，用戶的信息安全非常重要．我們從下面四個(gè)方面來解決．

1）對(duì)關(guān)鍵字段加密

用戶密碼以密文形式存儲(chǔ)，保證了用戶數(shù)據(jù)的安全．當(dāng)?shù)卿浵到y(tǒng)進(jìn)行用戶驗(yàn)證時(shí)，對(duì)用戶密碼加密后與數(shù)據(jù)庫中的密文進(jìn)行比較．具體利用ASP．NET中System．Web．Security．FormsAuthentication類的靜態(tài)方法．HashPasswordForStoringIn－ConfigFile（string password，string pwdword）對(duì)字段進(jìn)行MD5加密后存儲(chǔ)起來．

2）防止SQL注入攻擊

（1）替換危險(xiǎn)字符，防止攻擊者修改SQL命令的含義．我們采用SafeRequest（string str）函數(shù)在實(shí)現(xiàn)過程中替換危險(xiǎn)字符．

（2）用存儲(chǔ)過程來執(zhí)行所有查詢．SQL參數(shù)的傳遞方式將防止攻擊者利用單引號(hào)和連字符實(shí)施攻擊．

3）動(dòng)態(tài)生成隨機(jī)校驗(yàn)碼

系統(tǒng)動(dòng)態(tài)生成5位數(shù)字的驗(yàn)證碼（由字母和數(shù)字組成），用戶正確輸入驗(yàn)證碼才能進(jìn)行關(guān)鍵操作．

4）做好系統(tǒng)日志

做好數(shù)據(jù)庫操作日志，為系統(tǒng)安全分析提供依據(jù)．

2 主要模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2．1 知識(shí)點(diǎn)管理

課程章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的管理和操作是題庫系統(tǒng)的核心，包括對(duì)知識(shí)點(diǎn)的添加、刪除、修改與移動(dòng)，如圖3所示．設(shè)計(jì)中，采用了課程知識(shí)節(jié)點(diǎn)樹的方式來實(shí)現(xiàn)資源的管理．節(jié)點(diǎn)實(shí)際就是一個(gè)容器，它下面可以包涵各種設(shè)計(jì)題型．知識(shí)節(jié)點(diǎn)樹利用節(jié)點(diǎn)的遞歸計(jì)算，利用泛型作為入口參數(shù)，可以有效避免C＃編程語言的裝箱和拆箱操作，并且泛型類型檢查是在編譯時(shí)間進(jìn)行，而不是在運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行的，這樣就大大提高了平臺(tái)的運(yùn)行效率．

圖3 課程章節(jié)知識(shí)點(diǎn)管理

2．2 組卷算法

為了科學(xué)組卷，題庫中的單元試題具有多種屬性：題型、知識(shí)點(diǎn)、分值等．每一項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)應(yīng)一個(gè)約束條件．組卷時(shí)，教師先選擇題型，再為每一種題型選擇一個(gè)或多個(gè)約束條件，這些約束條件的實(shí)現(xiàn)都通過題型的性能指標(biāo)完成［3－6]．假設(shè)單元試題為n維向量（試題分值為a1，難度系數(shù)為a2，課程知識(shí)點(diǎn)為a3，試題題型為a4，估計(jì)時(shí)間為a5，……），m為一份試卷包含的試題數(shù)目（組成試卷的試題不存在重復(fù)的現(xiàn)象），那么，一份試卷的m個(gè)試題，n項(xiàng)指標(biāo)就決定了一個(gè)m×n的矩陣：

按照組卷的要求，建立數(shù)據(jù)模型，目標(biāo)矩陣應(yīng)滿足以下的基本約束條件：

約束條件一＝100，試卷100分制，用戶給定的試卷分?jǐn)?shù)；

約束條件三＝Zj，Zj為j知識(shí)點(diǎn)的題分，其中當(dāng)ai3＝j(luò)時(shí)，C1i＝1；否則，C1i＝0；

約束條件四：＝Qj，Qj為j題型題分，其中當(dāng)ai4＝j(luò)時(shí)，C2i＝1；否則，C2i＝0；

從上述的試卷的構(gòu)成可以很容易地得知，無論試題庫的結(jié)構(gòu)如何，都需滿足用戶所給出的這些條件，或者說只要是滿足這些條件的解，都是可以滿足用戶要求的一個(gè)解．因此，組卷算法的求解問題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有多個(gè)約束條件的0／1背包問題．0／1背包問題可抽象為如下的模型：

式中：m對(duì)應(yīng)試題庫中的單位試題的數(shù)量，n對(duì)應(yīng)于每個(gè)單元試題所具有的屬性類型數(shù)，aii為第i道試題的第j種屬性類型所對(duì)應(yīng)的屬性值，bi對(duì)應(yīng)于用戶針對(duì)i種屬性所給定的約束范圍，X（x1，x2，…，xm）對(duì)應(yīng)某組卷算法的一個(gè)解，其中xi的取值為0或1，當(dāng)xi＝1時(shí)，表示在組卷過程中第i道單元試題入選；xi＝0則表示在組卷中沒有選擇該道試題．組卷信息數(shù)據(jù)以XML格式［7]回傳給客戶端，客戶端解析回傳數(shù)據(jù)更新頁面．

2．3 Word的Web中間件

試題最終以Word文檔形式生成，以便教師修改及印刷制卷．因此，我們采用了SOAOFFICE中間件組件，將ASP．NET與Word很好地集成在一起，為用戶提供了強(qiáng)大的文字處理功能．設(shè)計(jì)中運(yùn)用Word Basic宏命令結(jié)合VBA技術(shù)［5]，解決了自動(dòng)生成的試卷還需要手工調(diào)整其格式的弊端，完全實(shí)現(xiàn)了試卷的全自動(dòng)排版功能，輸出的試卷標(biāo)準(zhǔn)如圖4所示．

圖4 Word的Web中間件

2．4 數(shù)據(jù)庫訪問

平臺(tái)采用C＃為服務(wù)器端腳本開發(fā)語言，數(shù)據(jù)庫訪問接口采用的ADO．NET．在對(duì)數(shù)據(jù)庫的讀取方式中，利用DataAdapter、DataSet、DataTable等對(duì)象，可以實(shí)現(xiàn)SQLServer數(shù)據(jù)庫的各種操作［8]．

在平臺(tái)系統(tǒng)中，很多方法、數(shù)據(jù)是可以共享的．為了盡量減少重復(fù)開發(fā)，可以通過建立一些公共的類的方法，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)讀寫方法．利用ADO．NET提供的API函數(shù)封裝數(shù)據(jù)庫操作類（CD－bOperHandler），實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)訪問的方法．其中包括執(zhí)行帶返回值的SQL語句、執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢以及一些用戶控件的數(shù)據(jù)綁定，通過對(duì)這些操作方法的封裝，方便開發(fā)．需要調(diào)用時(shí)，通過傳遞參數(shù)來選擇不同的方法，進(jìn)行不同的操作．

3 平臺(tái)呈現(xiàn)效果

網(wǎng)絡(luò)題庫平臺(tái)定位于構(gòu)建題庫和試卷庫資源的管理與建設(shè)作為設(shè)計(jì)開發(fā)關(guān)鍵思想．同時(shí)，在資源的建設(shè)中引入了電大的教學(xué)與考務(wù)管理模式．因此，平臺(tái)具有極強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)用性．平臺(tái)采用框架結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)頁左邊的框內(nèi)顯示各章標(biāo)題，單擊章標(biāo)題號(hào)后目錄展開顯示本章下面的節(jié)標(biāo)題，如圖5所示．點(diǎn)擊節(jié)標(biāo)題后，在右側(cè)框架中顯示對(duì)應(yīng)頁的內(nèi)容．網(wǎng)絡(luò)題庫平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了建設(shè)管理簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、安全可靠、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)，為各專業(yè)課程教師提供了易于操作與維護(hù)的工具．

圖5 平臺(tái)展示

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的基于B／S的網(wǎng)絡(luò)化題庫平臺(tái)，可動(dòng)態(tài)、分布式、實(shí)時(shí)地對(duì)題庫資源進(jìn)行維護(hù)和管理．課題的研究方法和內(nèi)容來自于教學(xué)教務(wù)管理實(shí)踐，使研究的結(jié)果具有極強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)用性，符合目前學(xué)校的教學(xué)實(shí)際，具有實(shí)用價(jià)值和可操作性．文中提出的網(wǎng)絡(luò)化題庫平臺(tái)建設(shè)思想，將對(duì)推動(dòng)教學(xué)改革、實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理的科學(xué)化、規(guī)范化起到積極的促進(jìn)作用．

［1] 中央廣播電視大學(xué)資源協(xié)會(huì)．廣播電視大學(xué)教學(xué)資源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（2010）［M] ．北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2010：68－91．

［2] 李中華．基于WEB環(huán)境的通用在線考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J] ．電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（12）：89－93．

［3] 黃江波．一種基于自適應(yīng)遺傳算法的統(tǒng)一潮流控制器［J] ．重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（3）：65－68．

［4] 魯立，劉楨．基于ADO．NET在線考試意外中斷處理機(jī)制的研究［J] ．微計(jì)算機(jī)信息，2010（9）：89－93．

［5] 李美滿，夏漢鑄，易德成．基于COM技術(shù)的通用考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J] ．計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2007（1）：245－248．

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