基于模糊理論的在線考試系統設計與實現探究

陳琪琦 金海溶 謝蓉蓉 李家兵

[摘 要] 隨著互聯網在教育領域的發展，考試環節由原本的傳統模式向線上模式轉變。根據實際考試流程，在線考試系統需要不斷完善，提高其實用性以更好地替代傳統考試模式。通過研究基于模糊理論的在線考試系統設計與實現，采用B/S模式，運用JSP+SSM+MySQL架構，實現了試題管理、試卷管理、在線考試、答題情況分析等功能，同時應用模糊理論技術實現了主觀題自動判分操作，進一步減輕了教師工作量。本研究旨在設計低成本、高效率的在線考試系統，從而推動高校無紙化考試，加強其信息化建設。

[關鍵詞] 在線考試;B/S模式;模糊理論;自動判分

[基金項目] 2020年度福建師范大學教學改革項目“基于MOOC+教育云平臺線上線下混合模式的環境管理學教學研究與實踐”（I202002030）;2020年度福建師范大學“環境規劃與管理課程思政示范項目”（K202001041）

[作者簡介] 陳琪琦（1997—），女，浙江龍泉人，福建師范大學環境科學與工程學院2021級材料與化工專業碩士研究生，研究方向為計算機環境數學模型;金海溶（1979—），女，浙江海寧人，碩士，浙江工業大學之江學院信息工程學院講師（通信作者），主要從事計算機應用與數據庫技術研究。

[中圖分類號] G642.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）12-0104-04 [收稿日期] 2021-06-14

引言

信息技術高速發展，計算機網絡在教育領域發揮著越來越積極的作用，進一步推動了在線學習的步伐。隨著2020年初新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發，全國學生停課在家，在線教學和考試系統為廣大師生提供了“停課不停學”的有效途徑，讓學生能夠在家上課的同時也能像在學校一樣參加考試，檢驗學習成果[1]。除此之外，在線考試系統在高校的普及，也將推動高校考試信息化和無紙化管理的進程。

在傳統考試模式下，教師往往需要花費大量時間批改試卷，記錄班級每位學生的答題情況以便后續的試卷講解。本研究以環境類課程為例，教師用戶通過系統設計試題、試卷并安排考試;學生用戶通過系統進行在線考試，系統會自動判分，其中對于主觀題部分系統運用模糊理論進行處理，大大提高了判題的正確率，減少了誤判情況的發生。此外，系統以班級為單位統計各題各選項的答題情況，并進行數據分析，以圖表的形式展示給教師用戶，以便后續更有效地進行試卷答疑。因此，本系統不僅減輕了教師的工作負擔，節省了人力、物力和財力，同時還符合綠色校園的發展理念[2]。

一、在線考試系統的設計

在線考試系統采用B/S模式，教師/管理員用戶在系統后臺進行人員管理和考試管理等操作，學生用戶在系統前臺進行考試的相關操作，這些操作最終都對數據庫產生影響[3]。因此，在用戶和數據庫間搭建一個“三層體系”，通過這個三層體系實現客戶端與數據庫的交互。這樣分層使得結構直觀明確，系統設計更加標準化，同時降低了各層之間的依賴，使得服務器數據庫更安全。

（一）系統功能模塊概述

根據功能將用戶分為學生、教師和管理員三類。學生用戶主要功能有注冊登錄、在線考試、考試歷史查詢;教師、管理員用戶主要功能有基本信息查看、試題管理、試卷管理、考試安排、成績復核、答題情況分析查詢、考試歷史查詢。此外管理員還擁有基本信息管理、教師管理、用戶密碼重置、賬號注銷功能。

（二）基于模糊理論的主觀題判分設計

模糊理論是為了解決真實世界中普遍存在的模糊現象而發展起來的一門學科，它以模糊集合為基礎，將概念模糊不確定的事物量化成計算機可處理的信息[4]。在環境類課程考試中主觀題占比較大，作答內容也因人而異，這使得主觀題的批改更加費時費力。本系統基于模糊理論實現了主觀題的自動判題算分功能，大大減少了教師的工作量，提高了改卷效率。

本系統采用Zadeh表示法表示模糊集合，其定義為A=A（U1）/U1+A（U2）/U2+…+A（Un）/Un。其中論域U={U1，U2，…，Un}，U中U1，U2，…，Un為論域元素，A為模糊集合，A（Un）表示論域元素Un隸屬于模糊集合A的隸屬度[5]。系統將學生在主觀題中作出的答案看作一個模糊集合，將教師在設置題目時輸入的所有答案關鍵字段作為論域，以每個關鍵字段作為其論域元素，并將每個關鍵字段相對應的分值權重作為其對應論域元素的隸屬度。

為便于理解，以一道主觀題S作為樣例進行說明。假定題目S的總分為q，答案的關鍵字段為S1、S2、S3，其對應分值權重分別為G1、G2、G3，學生作答的答案為p。系統在題目S被添加至題庫后會自動計算生成不同得分情況下的模糊集合，并一一對應存放于數據庫以便考試后判分使用，以滿分作答情況下的模糊集合A為例，A=G1/S1+G2/S2+G3/S3，其中S1、S2、S3整體作為其論域U，單一字段則作為其論域元素U1、U2、U3，p字符串中全部內容作為模糊集合A，而每個答案關鍵字段對應分值權重G1、G2、G3作對應論域元素的隸屬度。該學生此題在判分過程中，系統將在字符串p中尋找是否存在字段S1、S2、S3，得出實際作答情況下的模糊集合B=G1/S1+G2/S2（此處假設學生僅作答出關鍵字段S1、S2）。若模糊集合A與B為等集，則該學生此題得全分;若模糊集合B為空集，則該學生該題得零分。同理，系統亦會將模糊集合B與數據庫中存放的不同得分情況下的模糊集合進行比對，若有等集出現，則其對應分值即為該學生此題得分。

除此之外，系統為防止判題出現誤判，為學生設置了主觀題得分復核申請功能。若學生對某一主觀題得分有異議，可以通過此功能進行申訴，由教師本人進行二次判分;若系統在判題過程中捕捉到系統異常，也會觸發分數復核功能，即將該題反饋至教師端，由教師進行二次判分，以減少誤判情況的發生。

（三）答題情況分析的設計24D4F802-07DE-49A7-9AA4-9898777CBAA0

每場考試結束后，通常會有錯題分析環節，詳細的答題數據有助于教師更有針對性地選擇題目進行深入講解。本系統設定于整場考試結束后開始判分，同時以班級為單位統計分析出學生考試的答題情況，并以圖表的形式展示給教師。

系統在考試倒計時歸零，即考試自動結束后進行判分。在判分的過程中會生成2個數組A、C，以及一個字符串組B，以下標作為三個組的對應標記，在A中存放試卷題號，B中存放題目選項或答案關鍵字段，C中存放該題該選項或該答案關鍵字段作答率。系統將設置C的初始值為0，系統在判題過程中，若題目為選擇題，則當學生此題有作答時，則會先搜索對應題號在A數組中首次出現的位置，將該位置下標記錄為M1，再在字符串組B中以M1為首個匹配對象進行查找，尋找到與學生作答選項對應的答案位置，該位置下標記錄為M2，然后在數組C中下標為M2的位置獲取該題該選項原作答率E1，通過公式（E1*班級總人數+1）/班級總人數得出新作答率E2，將E2存入數組C的M2位置中，更新此題此選項的作答率;若題目為填空題，系統則在學生作答正確時，搜索對應題號在A數組中出現的位置，該位置下標記錄為M1，再在數組C中M1位置拿出該題原作答率E1，并通過上文所述公式進行計算并更新此題正確答案的作答率;若題目為主觀題，則系統僅當學生作答得分不為零時，方才進行上述操作，其中系統會記錄批改結果中學生作答內容覆蓋的答案關鍵字段的字段號，并以此作為和B中數據匹配的內容。在所有學生試卷批改完畢后，系統將逐條把數組A、C和字符串組B中數據存至試卷分析表中，教師即可在考試情況分析功能下查看該班級在考試中各題目各選項的作答率。

二、在線考試系統的實現

（一）試題管理

試題管理功能包括試題的增刪改查操作，其中試題新增方法有手動逐題增加和批量導入兩種。手動增加試題方法：點擊試題列表中的“添加”按鈕，彈出試題編輯頁面，在此頁面選擇試題類型，不同試題類型的編輯頁面略有不同，這里以單選題為例進行簡要說明[6]。選擇“單選題”類型，在對應編輯框中輸入題目與選項內容，并勾選正確選項，設定難易程度、所屬年級、所屬科目及試題分值，點擊“提交”即生成一道試題。批量導入試題方法：選擇“導入試題”，跳轉顯示試題導入頁面，在此頁面設定所屬年級與科目，設置好導入信息后，選擇試題文件導入。導入文件必須為Excel表格，內容需按照固定格式填寫，即表格第一行為標題，具體內容：“題目|選項A-D|正確答案1-4|分值1-4|試題類型|難易程度”;第二行開始根據標題填寫試題對應內容，每一行為一道題[7]。

（二）試卷管理與考試安排

維護好試題庫后，教師可設計試卷，之后安排考試。本系統的試卷管理功能包括試卷的增刪改查操作。新建試卷將基本信息填寫提交后，可進行組卷操作，即給試卷添加試題。系統設有人工組卷和自動組卷兩種方式。人工組卷即組卷者在試題庫中自主選擇試題;自動組卷即系統根據設定的科目、年級、各題型的試題數量和難易程度四個組卷條件自動添加試題[8]。教師設計好試卷后，可安排學生考試。選擇“添加考試”，需設置的考試信息內容包括：考試班級、考試科目、考試試卷和開考時間。完成考試的安排后，對應考試班級的學生可登錄系統，查看自己待參加的考試。

（三）在線考試

學生用戶登錄系統后可點擊進入考試中心，根據考試安排，學生在系統中只能看到本人可參加的考試場次，包括已到開考時間但未逾期的場次和尚未到開考時間的場次。若開考時間超過15分鐘，則本場考試將被刷新移除，學生無法參加此次考試。

以當前場景為例，環境類期末考試尚未到開考時間，因此點擊參加該場考試，則彈出提示框提示考試暫未開始，無法考試。而當前環境類考試已到開考時間且未逾期，因此可點擊參加該場考試。進入課程考試后，考生開始作答。作答頁面右上角顯示考試剩余時間，下方顯示題號，點擊題號跳轉顯示對應題目，本系統根據題目是否作答顯示不同顏色，防止出現考生漏答的狀況。此外，考生可在考試結束前半小時內交卷，而當考試時間剩余15分鐘時，系統將自動提示：注意掌握時間。待考試結束后，系統自動交卷，考生無法再作答，同時系統開始對本場考生的答卷進行判分。

（四）考試歷史查詢與成績復核

教師和學生用戶均擁有考試歷史查詢功能。教師可查看自己所安排考試場次的考生考試具體情況，班主任可查看本班學生各科考試情況;學生只能查看本人歷次考試情況。

在考試結果公布后的規定期限內，學生可通過系統申請復核成績。若系統在批卷時出現判分異常，也將觸發復核申請。系統將復核申請發送給本場考試負責人，由其對相應試題進行重新判分，待復核完成提交后，系統自動更新相關數據，進一步保障了判分功能的有效性。

（五）答題情況分析查看

本系統以班級為單位對考生的答題正誤情況進行分析。根據教師需求，可以選擇以表格或者圖的形式展示數據，且不同題型的格式不盡相同。以選擇題為例，若以表格形式呈現數據，表格首列為題號，后續列依次為選項A、B、C、D的作答率;若以三維柱狀圖形式呈現數據，其X軸為題號和答案，Y軸為選項A、B、C、D，Z軸為作答率。

結語

當今時代是非常重視教育的時代，隨著網絡信息技術的高速發展，在線教育在人們生活中逐漸普及。本系統不僅對選擇題和填空題進行自動判分操作，更基于模糊理論實現了主觀題的判分功能，節省了教師在試卷批改上所花費的時間。同時本系統會對每場考試的答題情況進行數據分析，并將結果提供給教師，以便其快速了解學生的答題情況，使得教師無須花費大量時間用于統計分析題目的正誤率。

在未來的開發過程中，本系統還會在數據分析上做出更多改進，提供更多的優質數據給教師與學生，如對多份同科目試卷的題目分析總結出易錯考點等。不僅為教師的教學內容提供更多的有效建議，也為學生提供更多的信息，讓學生也可以及時發現自己的薄弱之處，著重去學習，從而有效提高自己的成績。24D4F802-07DE-49A7-9AA4-9898777CBAA0

參考文獻

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[6]高欣，張建莉，劉環，等.移動終端在線考試系統的設計與實現[J].軟件工程，2017，20（2）：34-36+33.

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Research on the Design and Implementation of Online Examination System Based on Fuzzy Theory： Taking Environmental Courses as Examples

CHEN Qi-qi1a，1b，2， JIN Hai-rong2， XIE Rong-rong1a，1b，1c， LI Jia-bing1a，1b，1c

（1. a. College of Environmental Science and Engineering， b. Digit Fujian Internet-of-Things Laboratory of Environmental Monitoring， c. Fujian Key Laboratory of Pollution Control & Resource Reuse， Fujian Normal University， Fuzhou， Fujian 350007， China; 2. College of Information Engineering， Zhijiang College of Zhejiang University of Technology， Shaoxing， Zhejiang 312030， China）

Abstract： With the development of the Internet in the education field， the examination process has gradually changed from the traditional mode to the online mode. According to the actual examination process， the online examination system needs to continuously improve its practicability so as to replace the traditional examination mode. The paper studies the design and the implementation of the online examination system based on fuzzy theory. It adopts B/S mode and JSP+SSM+MySQL architecture to realize the functions of the question management， the test paper management， the online examination， and the answer analysis， etc. The fuzzy theory technology is applied to realize the automatic grading operation of subjective questions， which further reduces the workload of teachers. The paper hopes to design a low-cost and efficient online examination system， so as to promote the paperless examination in colleges and universities and strengthen their information construction.

Key words： online examination; B/S mode; fuzzy theory; automatic scoring24D4F802-07DE-49A7-9AA4-9898777CBAA0