陈明忠

（汕头职业技术学院计算机系，广东汕头 515078）

1 引言

随着计算机技术和网络技术的迅速发展，传统考试模式逐渐被网上考试系统所代替.网上考试系统具有很多无可比拟的优越性，它可以将传统考试过程中的各个环节交给计算机网络自动完成，既提高了考务工作的科学性，又大大减轻了教师的工作强度，提高了工作效率.

近年来，伴随着网络应用的不断深入，各学科的网上考试系统如雨后春笋般出现，但多数网上考试系统以客观试题为主，客观题的自动阅卷实现起来比较容易，一般采用的办法就是用考生的答案与预先设置的标准答案进行比较，比较结果一致，则答案正确，否则答案错误[1].然而，有些学科的考试可能会以主观题为主或者全部是主观题，这样，网上考试系统就无法应用在这些学科的考试当中.由于主观题的答题特点和复杂性，目前还没有一种网上考试系统能很好地完成其自动阅卷.

笔者研发的适应于所有计算机科目的网上考试系统，克服了以往网上考试系统的一些弊端，具有如下特点：组卷算法先进；可以满足主观题、客观题多种题型测试；考试时间灵活控制、意外中断及时处理；采用语义理解的主观题自动阅卷；考试过程的安全性高.系统基于B/S架构，采用ASP作为开发工具，SQL Server2005作为DBMS，实现自动组卷、在线考试、自动阅卷、成绩查询、试卷分析等功能于一体.

2 系统功能设计

2.1 系统总体设计

网上考试系统设置三种用户类型[2]：系统管理员、任课教师和考生，不同用户具有不同的操作权限.系统的使用流程是：首先由系统管理员创建试题库、增删任课教师资料和增删考试科目；然后由任课教师对相关科目的试题库进行维护、录入考生资料、设置组卷参数生成固定试卷或随机试卷的结构；最后由考生登录考试系统，在固定试卷或随机试卷上进行在线考试.整个考试系统被划分为三个子系统：系统管理员子系统、教师子系统、考生子系统，各子系统又细分出多个模块.系统功能模块如图1所示.

图1 系统总体框架图

2.2 管理员子系统的设计

（1）科目管理：用于增删、修改考试科目.

（2）试题库创建：用于创建新增科目的试题库表，使每个科目占用一个试题库表.

（3）教师管理：用于增删、修改任课教师的个人资料，包括用户名、真实姓名、密码等.

（4）新闻管理：用于发布、编辑各种考试新闻.

（5）数据库维护：用于对数据库进行备份和恢复.

2.3 教师子系统的设计

2.3.1 试题库维护

为保证每个学科有一个成熟的题库，使题库全面反映学科的全部知识点，系统应当允许任课教师对题库的试题及答案进行增删、修改、保证题库不出现雷同或相近的题目，增强题库的生命力.试题库表结构为：题库ID、题型、试题内容、标准答案、难度系数、所属章节、答案解析.

2.3.2 试卷管理

（1）试卷参数管理：包括设置试卷参数、修改试卷参数、删除试卷参数.

设置试卷参数：根据考试科目的特点，任课教师拟定将生成的试卷结构，包括试卷编号、科目ID、题型、题分、数量、难度系数、考试时间和能否查询成绩等.每次考试均有一个唯一的试卷编号.

修改试卷参数：当某次考试的全部试卷评分完毕后，任课教师将试卷结构中的“能否查询成绩”改为“能”，让相关人员查询本次考试的成绩.

删除试卷参数：当删除一个试卷编号时，将同时删除满足该试卷编号的固定试卷、考生答卷和考生成绩.

（2）自动组卷[3]：系统提供随机试卷和固定试卷供教师选择.

当任课教师选择“随机试卷”后，试题不会从试题库中随机取出，必须等到考生单击【开始考试】按钮，试题才会从试题库中随机取出到考生试卷中，每个考生的试卷均不同.

当任课教师选择“固定试卷”后，试题马上从试题库中随机取出到固定试卷表中，教师可以根据需要人工调整试题内容，所有考生从固定试卷表提取试题，所有考生的试卷均相同.

（3）系统可存放历次考生的答卷，随着考试科目、考试次数的增加，数据库的容量变得越来越庞大，任课教师可以将几年前某个试卷编号的考生答卷和考试成绩删掉.

（4）当某次考试结束后，任课教师可删除本次考试使用的固定试卷.

2.3.3 手工阅卷

考生提交试卷后，客观题（包括选择题、判断题、填空题）由系统自动评分，主观题按其答案是否固定分为两类：一类是答案比较固定的题型，如名词解释和简答题，这类题可采用多关键词智能阅卷.另一类是答案不固定的如论述题和编程题等，系统提供考生的主观题答题页面，由任课教师人工评阅.

当教师选择一个试卷编号，即可浏览到全部考生答卷的列表.批阅时教师可以看到客观题自动评分结果、主观题标准答案和考生答案.

2.3.4 成绩查询

当某次考试的全部试卷评分完毕后，任课教师可以查询所有考生的考试成绩，以及每位考生的答卷情况，了解考生对各知识点的掌握程度.

2.3.5 考生管理

包括添加考生、删除考生、修改考生考试状态（未考试、正在考试、已交卷）和修改考生信息四部分.

删除考生要同时删除考生的个人资料、该考生的答卷和考试成绩.

2.4 考生子系统的设计

2.4.1 在线考试

（1）当考生登录，并选择一个考试科目后，便进入“考生注意事项”界面.考生阅读注意事项，并单击“开始考试”按钮后，系统会提供一份固定试卷或随机试卷给考生，考生可开始答题.

（2）当考生开始考试时系统自动计时，并在试卷主界面显示剩余时间，当考试剩余15分钟会显示对话框，提醒考生抓紧答题.

（3）在答题过程中，如出现故障，考生可重新登录，“考生注意事项”界面中的“开始考试”变为“继续考试”.当单击“继续考试”按钮时，系统不重新抽题，考生在原来的试卷继续考试.

（4）在试卷主界面中，当考生单击“保存”按钮，就会将考生的答案保存到考生答卷中，考生可继续考试.当考生单击“交卷”按钮，就会保存考生的答案，退出考试系统，考生不能继续考试.

（5）当考试时间用完，系统会强制交卷，中止考生的考试.

2.4.2 自动阅卷

对于客观题，如单选题、多选题、判断题、填空题，把考生答案与题库中的标准答案进行对比，并记录考生的考试成绩.

对于答案比较固定的主观题，如名词解释和简答题，也可采用自动阅卷评分.主观题的自动阅卷是本网上考试系统中的一个关键问题，它涉及到词法分析、语义识别等人工智能、模式识别等方面的问题[3-4].主观题在答题时一般采用文字叙述，由于每个人对问题的理解程度不一样，思维方式也不尽相同，很难将考生的答案同标准答案完全匹配.系统通过模拟教师人工阅卷的过程，将学生答案与标准答案之间的特征作为相似度识别重点，设计了一套基于语义理解的文本相似度的自动阅卷算法[4].

（1）分词处理：采用基于词典的分词方法将考生答案和标准答案分割为一系列词汇.

（2）关键词提取：只抽取对句子意义表达起决定作用的实词，忽略掉没有实在意义的虚词.

（3）词汇语义相似度计算：根据知网语义树，将词语相似度的计算转化为概念之间相似度的计算，又将概念相似度计算归结为义原相似度的计算，而义原相似度的计算可以根据义原树结构的相对位置关系很容易得出.

（4）句子语义相似度计算：根据词汇的相似度就可计算出两个句子的相似度，从而在语义层面比较了学生答案与标准答案的相似度.学生答案与标准答案相似度越高，其得分也越高.

2.4.3 成绩查询

当某次考试的全部试卷评分完毕后，考生可以查询自己的考试成绩和答卷情况.

3 数据库设计

根据系统功能设计，首先设计了E-R图，再转化为各数据表.

（1）系统用户表：存储系统管理员、教师的登录信息.表结构为：（用户名，真实姓名，密码，用户身份），其中用户身份为系统管理员、教师.

（2）考生用户表：存储考生的个人资料和考试状态（未考试、正在考试、已交卷）.表结构为：（学号，科目ID，姓名，密码，性别，出生日期，联系电话，工作单位，考试状态）

（3）科目表：存储考试科目的名称和对应的数据库表，每个科目都有一个主管教师.表结构为：（科目ID，科目名称，试题库表名，主管教师）

（4）试题库表X：每一个科目占用一个试题库表.表结构为：（题库ID，题型，试题内容，标准答案，难度系数，所属章节，答案解析），其中难度系数为难、中、易.

（5）试卷结构：每次考试都要拟定一个试卷结构，每个试卷结构都有唯一的试卷编号.表结构为：（试卷编号，科目ID，题型，题分，难题数，中题数，易题数，总题数，考试时间，成绩查询），其中成绩查询为bit型，1表示可查询，0表示不能查询.

（6）固定试卷表：存储从试题库中随机取出的固定试卷.表结构为：（试卷编号，题号，题型，题分，试题内容，标准答案，答案解析）

（7）考生答卷：用于存储试卷各道题的标准答案和用户答案.表结构为：（学号，试卷编号，题号，题型，题分，试题内容，标准答案，答案解析，用户答案，用户得分）

（8）成绩表：用来存储考生的学科成绩和考试用时.表结构为：（学号，试卷编号，成绩，考试用时）

4 考试计时的实现

要使考试顺利进行，整个过程的时间控制相当重要.由于计算机的软硬件故障、考生操作熟练程度均可能影响考生的开考时间，导致开考时间的不统一性，因而不可能像传统考试那样要求统一结束，因此，让计算机自动计时、时间用完自动结束考试成为设计中的重点[5].

4.1 考试计时的核心问题

当考生开始考试时，系统自动计时，并在试卷主界面显示剩余时间，考试计时的核心问题有四个：

（1）考试计时应以服务器端时间为准，若根据客户端时间计时，容易发生用户篡改本机时间，造成考试的不公平.

（2）客户机意外死机或掉线时，应暂停计时.

（3）客户机恢复考试时应继续计时.

（4）考试时间用完，系统应强制交卷，禁止考生继续答题.

4.2 流程描述

当考生“开始考试”时，系统向成绩表插入该生的考试用时为0分钟，并在试卷主界面显示剩余时间为：考试时间.当考生单击试卷主界面的“保存”或“交卷”按钮时，系统不仅将考生的答案保存到考生答卷表中，而且向成绩表修改该生的考试用时，新的考试用时等于考试时间减去剩余时间.考虑到死机或掉线的意外情况，系统每隔5分钟就自动保存考生的答案和考试用时.当考生重新登录，按“继续考试”按钮时，系统会从成绩表读取该生的考试用时，并在试卷主界面显示剩余时间为：考试时间-考试用时.

例如：考试时间为90 min，开考时间是9:00，9:30时考生按过“保存”按钮，9:40时客户机意外死机或掉线，9:50考生恢复考试，那么9:40考生的考试用时为40 min，9:40开始暂停计时，9:50继续计时，此时考生的考试用时仍为40 min，试卷主界面显示的剩余时间为50 min（00:50:00）.

4.3 程序实现

倒计时界面如图2所示，其中第2个单元格的id为“clock”.

图2 倒计时界面

（1）从试题结构表中取出考试时间sj

（2）当考生开始考试时，系统向成绩表插入该生的考试用时为0分钟，剩余时间为考试时间，当考生继续考试时，系统从成绩表读取该生的考试用时，剩余时间为：考试时间-考试用时.

5 结束语

本考试系统设置了三种用户类型：系统管理员、任课教师和考生，实现的主要功能包括试题库维护、组卷参数管理、考生管理、在线考试、自动阅卷、成绩查询等，对考试的自动计时进行了深入的研究，并给出算法实现.通过功能测试和压力测试表明，该系统具有操作方便、功能完备、安全性高、实用性强等特点，对改善试卷质量、减轻教师的工作负担、提高考试的科学化、规范化水平起到了积极的作用.目前，该系统已投入使用且运行良好.

[1]欧阳炜昊.基于NET的网络考试系统的设计与实现[D].长沙：中南大学，2007.

[2]杨勋.基于Web的在线考试系统的设计与实现[J].计算机时代，2012，10：50-52.

[3]李小勇.题库管理系统中的自动化组卷算法[J].西北师范大学学报：自然科学版，2002，38（4）：80-82.

[4]金博.基于语义理解的文本相似度算法[J].大连理工大学学报，2005，45（2）：60-62.

[5]郑向阳，陈胜凯.网络考试系统的安全性研究[J].温州大学学报，2004，17（3）：57-58.