基于B/S模式的在線考試管理系統的分析與設計

葉欣 陳磊 楊小國 劉柳 朱接文

摘要：該文從調研現有考試方式入手，結合在線考試的實際情況，對基于B/S模式的在線考試系統進行了系統分析，針對自動組卷的關鍵問題，選擇并使用了遺傳算法作為自動組卷算法，接著對系統進行了設計和實現，實踐證明，該系統具有一定的應用價值。

關鍵詞：自動組卷算法;在線考試;B/S

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）35-0048-03

考試是各級各類教育、教學、培訓中十分重要的一個環節，考試工作的方式與質量也就擺在了極為突出的位置。傳統考試大都以紙質試卷、筆等為材料，每次考試都要浪費大量的材料，且工作試卷的批閱、整理需要大量時間，致使考試的工作效率低下。鑒于這些原因，及時對考試工作進行改革顯得十分必要。

當今世界信息技術的迅速發展，正掀起一場前所未有的社會變革，該變革逐步滲透到國民經濟的各行各業、人們生活的各個方面，并催生了許多新業態、新模式。考試領域也不例外，信息技術與傳統考試的深度融合，誕生了在線考試的新模式，在線考試由于其具有實時、高效率、可信度高等特點，將逐步占據傳統考試的份額。

本文從分析在線考試所需的技術入手，以煤礦管理人員考試實際，詳細分析在線考試系統的業務過程和自動組卷算法選取等重要問題，通過對系統進行設計，實現了在線考試系統的全部功能 [1-3]。

1 相關技術

1.1 B/S模式

B/S模式，即Browser/Server模式，中文全稱是瀏覽器/服務器模式，是當今流行的軟件開發模式，與傳統的C/S模式相比，即Client/Server（客戶端/服務器模式），B/S模式具有占用客戶機內存較小、服務端反應迅速、使用靈活方便等特點，其完全能夠滿足在線考試系統的相關要求，故B/S模式適合開發在線考試系統。

1.2 LAMP體系

LAMP體系是指Linux+Apache+MySQL+PHP的技術組合開發模式，該體系使用功能強大、性能穩定、開源共享的Linux作為Web服務器的操作系統，Web服務器采用靈敏、健壯的Apache服務器，數據庫服務器采用當今十分流行、靈活精悍的MySQL作為數據庫管理工具，服務器端的編程語言使用PHP作為動態Web開發技術，鑒于此，該體系符合在線考試的技術需求。

2 系統分析

為了保證所設計的在線系統能保證常規考試的正常進行，必須先在全面、深入調查煤礦管理人員傳統考試現狀的基礎上，結合在線考試相關技術，對其進行具體的需求分析。

2.1 用戶需求分析

首先，從用戶的角度來說，本在線考試系統有三種類型的用戶，分別是考生、教師、系統管理員。由于用例圖具有正確捕捉用戶功能性需求的作用，以下先分別對三種用戶使用用例圖進行需求分析，該三種用戶對應的用例圖分別如圖1、圖2、圖3所示。

如圖1所示，考生用例圖包括在線考試、查看成績、退出系統三個基本需求。

如圖2所示，在在線考試系統中，教師用例圖具有試題庫數據維護、學生成績維護、退出系統等功能需求，其中試題數據庫維護又包含對單選題、多選題、判斷題等多種題型的管理，以單選題為例，教師還可以進行添加單選題、刪除單選題、修改單選題、查詢單選題等操作。

除了考生、教師外，在線考試系統還包含系統管理員用戶，如圖3所示，系統管理員具有考試管理、考生管理、數據庫維護管理、推出系統等使用需求，其中考試管理又包括新增考試、查看考試、開考管理、考試管理等內容，考生管理又包括添加考生、考看考生、導入考生、檢查相片等功能[4]。

2.2 系統業務流程分析

如圖4所示，結合傳統考試的實際情況，分析在線考試的整個業務過程如下：

l）系統管理員初始化系統，并在系統中新增考試，添加配置教師、考生等用戶，并將其導入到在線考試系統中。

2）教師按照考試試題的屬性，如試題的題型、難度等，添加、配置相應的試題。

3）試題配置完成后，考生可輸入考生信息，登錄到本系統進行在線考試，此時考生的信息將被保存系統中。

4）在線考試系統按照事先確定的自動組卷算法，從題庫中按照要求選擇相應試題組成試卷，本系統分配給不同學生的試題順序、試題內容不一樣，以防止學生作弊。

5）考生得到系統分發出的試卷后，開始試題作答，待題目回答完畢，通過點擊提交按鈕進行試卷提交。

6）系統在收到全部參與在線考試考生的試卷后，按照預先的規則，自動評閱試卷，并給出相應成績。

7）考生可在規定時間或在收到系統成績查詢的通知后，可登錄系統選擇相應考試科目進行本人成績的查詢，但不能查詢別人成績。

3 自動組卷算法

3.1 自動組卷算法的選取

目前常用的自動組卷算法包括隨機選取法、回溯試探法、遺傳算法三種[5-6]。

隨機選取法是指根據一定狀態空間的控制指標，通過計算機隨機抽取一道試題放入指定的試題庫，然后不斷重復此過程，直到組卷完畢為止，或者直到無法從題庫中抽取符合控制指標的試題為止。該方法雖結構較為簡單，一般對于單道題的抽取速度較快，但不適用于整個組卷過程，這樣因為組卷的成功率較低，且需要花費大量時間。特別是對于各狀態類型平均出題量較低的題庫，容易出現組卷失敗的情況。

回溯試探法是在隨機選取法的基礎上將產生的每一狀態類型先記錄下來，當搜索失敗時釋放上次記錄的狀態類型，之后再通過選擇一定的規律（正是這種規律破壞了選取試題的隨機性）變換一種新的狀態類型進行試探，該方法最終通過不斷地回溯試探直到試卷生成完畢或退回原來出發點為止，對于這種有條件的深度優先算法，在狀態類型和出題量都較少的題庫系統的情況下，具有較高的組卷成功率，但是此算法在具體的應用時耗用大量內存，并且結構相對復雜、試題選擇缺少隨機性，組卷所需的時間較長，而這是用戶不能同意的，所以這種組卷算法也有待于改進。

遺傳算法是適合于給定約束條件下求問題的最優解，一種并行的、自進化（自組織、自適應、自學習性）的算法，該算法模擬遺傳學規律，以種群為研究單位，在編碼的基礎上，通過不斷選擇、交叉、變異，逐漸生成新的、具有更好適應度的種群，最后通過解碼得到具有最大適應度的個體作為輸出。該算法本質上是一種把自然界生物的優勝劣汰和自然選擇與一個種群中個體與個體之間的隨機信息交換機制相互結合的查找算法，顯然，直接依據一定的組卷規則從數據庫中獲取一定數量的試題生成一套試卷，因為次數有限，無法保證這樣組卷得到的結果是合適的，并且更難滿足這樣得到的結果是最優的。所以，我們需要一個優秀的自動組卷算法，遺傳算法具有自進化、并行執行等特點，就非常適合解決自動組卷的問題。

3.2 遺傳算法在自動組卷中的應用

本系統所采取的遺傳算法的流程如下[7-8]：

1）初始化：隨機生成一個規模為N的種群，設置最大進化次數以及停止進化條件。

2）計算適應度：適應度是評價種群中個體質量的指標，并且具有唯一性。

3）選擇：選擇是從種群中選擇一些優秀的個體來產生下一代。由于在一定程度上選擇會影響種群的進化方向，所以選擇算法十分重要。常用的選擇算法包括隨機抽取、競標賽選擇和輪盤賭模擬法等。

4）交叉：交叉是種群中的兩個個體繁衍下一代的過程，實際上是子代從父親和母親中獲取部分基因，即基因重組。常用的交叉方法包括單點交叉和多點交叉等。

5）變異：變異即模擬染色體基因突變的過程。通過變異，種群中的個體變得多樣。但是變異是有一個概率的事件。

本遺傳算法使用的編碼方法、適應度函數、選擇算子、交叉算子、變異算子如下：

1）編碼方法：將試題根據題型分段，再進行題號染色體的編碼。

2）適應度函數：受題號、題型、難度、知識點、章節組成的五維向量所約束。

3）選擇算子：輪盤賭模擬法。

4）交叉算子：單點交叉。

5）變異算子：設置變異閾值，進行分段變異。

4 系統設計與實現

4.1 系統設計

經過前一節的系統分析，我們可以得到，本系統可以包括三個子系統：考生用戶子系統、教師用戶子系統、系統管理員用戶子系統，這三個子系統分別面向考生用戶、教師用戶、系統管理員用戶三種人員，此系統的總體結構如圖5所示[9-10]。

系統管理員用戶子系統主要為系統管理員提供考試整個過程的信息管理服務，涉及考試管理、考生管理、數據庫維護等方面。教師用戶子系統包含管理試題庫、考生成績管理等功能。學生用戶子系統的主要功能是為考生參加相應考試提供服務，如在線考試、查看成績等。此系統功能模塊如圖6所示。

4.2 系統實現

5 結束語

本文所設計的基于B/S模式在線考試系統，以遺傳算法為自動組卷算法，具有實用性、可靠性、無紙化，能夠較大提高考試的效率，為師生參與教育教學提供方便。

參考文獻：

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[3] 王嫻，劉輝，倪遠平.B/S與C/S體系結構的應用研究[J].信息技術，2006，30（6）：53-55.

[4] 王繼成，高珍.軟件需求分析的研究[J].計算機工程與設計，2002，23（8）：18-21.

[5] 張健.在線測試系統中自動組卷算法的探討[J].計算機時代，2004（12）：43-44.

[6] 王宇穎，侯爽，郭茂祖.題庫系統試卷自動生成算法研究[J].哈爾濱工業大學學報，2003，35（3）：342-346.

[7] 歐薇.基于遺傳算法的在線考試系統的設計與實現[D].廣州：華南理工大學，2012.

[8] 胡木林.基于遺傳算法的在線考試系統組卷設計[J].中國教育技術裝備，2018（12）：23-27.

[9] 曹鑫.高校在線考試系統的設計與實現[D].石家莊：河北科技大學，2011.

[10] 謝海.攀鋼職工培訓在線考試系統研究與實現[D].成都：電子科技大學，2010.

【通聯編輯：朱寶貴】