基于B/S構(gòu)架的氣象觀測(cè)員培訓(xùn)考試系統(tǒng)研發(fā)

羅宇　夏德奇

摘 要：本文介紹了基于B/S構(gòu)架開發(fā)氣象觀測(cè)員上崗考試系統(tǒng)，應(yīng)用MVC設(shè)計(jì)典范，綜合應(yīng)用多種軟件發(fā)技術(shù)，采用基于遺傳算法的自動(dòng)組卷策略，最大程度實(shí)現(xiàn)了考試的公平性合理性，提升了氣象觀測(cè)培訓(xùn)效果。

關(guān)鍵詞：氣象觀測(cè)培訓(xùn)；在線考試；遺傳算法

地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)是總和氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的重要組成部分，是我國各級(jí)氣象觀測(cè)站所承擔(dān)的主要任務(wù)之一[ 1 ]。根據(jù)相關(guān)文件要求，中國氣象局對(duì)氣象觀測(cè)員實(shí)行持證上崗，并由人事司組織開展氣象觀測(cè)員上崗資格考試。相關(guān)題庫中試題的按照考試大綱編寫，但人工組卷在一定程度上不能很好反映上崗人員的真實(shí)能力水平，缺乏信度和效度分析。因此，有必要在實(shí)現(xiàn)題庫的數(shù)字化基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的上崗培訓(xùn)考試系統(tǒng)平臺(tái)，通過分析試題各項(xiàng)指標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型，完成在多重約束條件下的機(jī)器自動(dòng)組卷，提高考試質(zhì)量和效率，進(jìn)一步推動(dòng)氣象教育培訓(xùn)信息化。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 總體結(jié)構(gòu)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，相較于傳統(tǒng)C/S（客戶端/服務(wù)器）構(gòu)架的考試系統(tǒng)，B/S（瀏覽器/服務(wù)器）構(gòu)架技術(shù)可以大大的降低客戶端電腦載荷，降低維護(hù)及升級(jí)成本，使教師和學(xué)員通過瀏覽器方便的接入系統(tǒng)，利于推廣使用。本系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架，將所涉及的軟件功能劃分為表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）和數(shù)據(jù)訪問層（DAL）的三層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1）表示層。表現(xiàn)層位于系統(tǒng)最上層，基于瀏覽器提供一套標(biāo)準(zhǔn)的交互界面，以接收用戶（教師、考生）輸入信息或向用戶顯示數(shù)據(jù)。用戶在交互界面中的操作或請(qǐng)求，通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層封裝的事務(wù)處理接口來響應(yīng)。

2）業(yè)務(wù)邏輯層。根據(jù)系統(tǒng)需求，業(yè)務(wù)邏輯層制定并封裝各種業(yè)務(wù)規(guī)則和業(yè)務(wù)流程，使得各獨(dú)立的對(duì)象都有明確的目的和功能。本考試系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層主要包括試題庫管理、組卷管理、閱卷管理、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)管理等功能模塊。

3）數(shù)據(jù)訪問層。數(shù)據(jù)訪問層位于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，也稱為是持久層，包括用戶哭、試題庫、試卷庫、成績(jī)庫等數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其功能主要是為業(yè)務(wù)邏輯層提供服務(wù)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫相關(guān)操作，如數(shù)據(jù)表的選擇、插入、更新、刪除，以及對(duì)象和數(shù)據(jù)表之間的映射等。

1.2 功能模塊

根據(jù)前期需求分析，系統(tǒng)功能劃分為7個(gè)模塊供不同角色用戶調(diào)用。

1）試題庫管理模塊。用戶通過該模塊提供的查詢、添加、刪除、修改等功能，對(duì)試題庫進(jìn)行維護(hù)、管理和分析。

2）組卷管理模塊。該模塊采用基于遺傳算法的自動(dòng)組卷策略，在題型、知識(shí)點(diǎn)、難度、區(qū)分度、總分等多重約束條件下自動(dòng)生成符合考綱要求的試卷。

3）閱卷管理模塊。對(duì)于試卷中的客觀題，該模塊提供自動(dòng)閱卷評(píng)分功能；在此基礎(chǔ)上將剩余主觀題分發(fā)給相關(guān)閱卷老師，并提供參考答案供其閱卷評(píng)分。

4）統(tǒng)計(jì)分析模塊。該模塊為系統(tǒng)提供學(xué)員情況、試題及試卷等統(tǒng)計(jì)分析功能，如統(tǒng)計(jì)考生中的最高分、最低分及每道題目的使用情況、正確率等；并提供靈活的自定義數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，方便各類復(fù)雜數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。

5）在線考試模塊。在線考試模塊通過驗(yàn)證考生輸入的個(gè)人身份信息，接受其進(jìn)入考試系統(tǒng)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行答題，并每隔一定時(shí)間后自動(dòng)保存考試進(jìn)度；若規(guī)定時(shí)間內(nèi)未完成答題，系統(tǒng)自動(dòng)交卷。

6）在線練習(xí)模塊。在線練習(xí)模塊可為考生按題型、知識(shí)點(diǎn)、難度、區(qū)分度等提供習(xí)題在線練習(xí)，方便考生備考。

7）系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)分為教師和考生兩類用戶，教師負(fù)責(zé)系統(tǒng)維護(hù)、題庫管理及考試設(shè)置等；考生則可進(jìn)行在線考試、在線練習(xí)和成績(jī)查詢等操作。

1.3 考試流程

系統(tǒng)考試流程分為服務(wù)器端考試設(shè)置流程和瀏覽器端考生考試流程，分別如圖2、圖3所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 考試題庫數(shù)字化

根據(jù)《氣象觀測(cè)員資格考試大綱》，結(jié)合教育部《現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育資源建設(shè)規(guī)范（試行）》，對(duì)氣象觀測(cè)員試題特征進(jìn)行提取并抽象形成11位編碼，分別對(duì)應(yīng)試題的科目、大類、知識(shí)點(diǎn)、順序碼（2位）、題型碼、年代位、掌握程度標(biāo)識(shí)位、填空題標(biāo)識(shí)位、難度標(biāo)識(shí)位、區(qū)分度標(biāo)識(shí)位。如編碼“13572341032”的題目，表示：科目1“氣象科學(xué)基礎(chǔ)”中，第3大類“大氣中的水分”下的第5知識(shí)點(diǎn)“降水分布”知識(shí)點(diǎn)下的題目，該題是此知識(shí)點(diǎn)內(nèi)所編寫的“多項(xiàng)選擇題”題型中的第2道試題，編寫于2014年，掌握程度為“理解”，難度為中等，區(qū)分度位中等，如圖4所示。隨后將編碼號(hào)的試題庫導(dǎo)入SQL Server進(jìn)行保存及管理，提升系統(tǒng)訪問、管理效率及安全性。

2.2 自動(dòng)組卷算法研究

自動(dòng)組卷算法是觀測(cè)員上崗考試系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系著考試是否能夠充分反映考生對(duì)知識(shí)掌握水平。傳統(tǒng)的組卷數(shù)學(xué)模型并沒有建立一個(gè)適應(yīng)智能組卷的體系[ 2 ]。常用的隨機(jī)組卷策略[ 3 ]、回溯組卷策略[ 4 ]、基于深度與廣度搜索算法自動(dòng)組卷[ 5 ]和基于項(xiàng)目反應(yīng)理論的自適應(yīng)測(cè)試方法[ 6 ]，存在著組卷成功率低、算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、選取試題缺乏隨機(jī)性及有效性缺乏驗(yàn)證等缺陷。基于遺傳算法的自動(dòng)組卷策略是一種隨機(jī)尋優(yōu)算法，具有全局搜索、收斂速度快等優(yōu)勢(shì)，因此系統(tǒng)采用遺傳算法生成試卷。

首先對(duì)系統(tǒng)所涉自動(dòng)組卷問題進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化模型建模，考慮如下的屬性約束條件：1）總分約束，指試卷總分值一定；2）題量約束，指試卷中包含試題的多少以及每一種題型的數(shù)量；3）知識(shí)點(diǎn)約束，指根據(jù)考綱要求的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)分值情況；4）難度約束，指試卷總體難度屬性，不同難度的題目在試卷中服從正態(tài)分布；5）區(qū)分度約束，指得分高低差距，和難度屬性共同決定試卷的鑒別力。

隨后采取面向試卷的基因段編碼方式，設(shè)定適當(dāng)?shù)某跏技簲?shù)量、以及自適應(yīng)的交叉和變異概率。經(jīng)測(cè)試，該算法可在500代生成滿足需求的試卷，組卷結(jié)果平均最大適應(yīng)度為0.8216。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)主要基于.Net平臺(tái)的C#語言，綜合應(yīng)用MVC、Entity Framework及jQuery等技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。

3.2 運(yùn)行環(huán)境

客戶端的軟件環(huán)境：操作系統(tǒng)Window XP，瀏覽器IE8.0；硬件配置：處理器Pentium 4，內(nèi)存1G。服務(wù)器端的軟件環(huán)境：操作系統(tǒng)Windows7，SQL Server 2005，IIS 7.0；硬件配置：酷睿雙核，4G內(nèi)存；后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

4 小結(jié)

建設(shè)觀測(cè)員上崗培訓(xùn)題庫及系統(tǒng)能夠提高相關(guān)氣象教育培訓(xùn)考試的可靠性、有效性和工作效率，降低考試成本，為學(xué)員提供更全面、更靈活的培訓(xùn)考核方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員全面準(zhǔn)確的跟蹤和評(píng)價(jià)，進(jìn)一步提升培訓(xùn)效果，發(fā)揮氣象教育培訓(xùn)工作在氣象人才隊(duì)伍建設(shè)工作中的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：羅宇（1984-），男，四川巴中人，氣象教育培訓(xùn)工程師，從事氣象教育培訓(xùn)工作。