摘 要:針對目前傳統(tǒng)考試方式的不足，介紹一個在Web環(huán)境下，利用ASP.NET/ADO.NET技術(shù)開發(fā)基于Brower/Server模式的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的總體方案。使用遺傳算法針對自動組卷問題進(jìn)行特別的設(shè)計，使其能夠滿足組卷要求。通過大量測試，提出并解決了異常因素對考試過程的影響，提高了系統(tǒng)的安全性和健壯性。試卷按照組卷算法生成，可以避免考前的壓題，減小作弊的可能。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)考試; NET; SQL Server; 遺傳算法

中圖分類號:TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)08-0064-03

Design and Implementation of Network Exam System Based on ASP. NET/ADO. NET Technology

ZHANG Liang， ZHAO Na

(China University of Petroleum， Dongying 257061， China)

Abstract:In view of existing defects of the traditional examination， the scheme of an online examination system based on Browser/Server mode using ASP. NET/ADO. NET techniques under Web environment is introduced. The auto-generating exam paper is designed by genetic algorithms. Furthermore， by a large number of testing，the impact of abnormal factors on examination process were eliminated and the security of the system was improved. The exam paper can be produced by generating algorithm， so it can prevent phenomenon from guessing the exam questions before examination and decrease the possibility of cheat.

Keywords:network examination; .NET; SQL Server; genetic algorithm

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸滲入社會生活各個層面的今天，傳統(tǒng)考試模式已經(jīng)越來越不適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)的需要，而網(wǎng)絡(luò)考試則是一個很重要的方向，它可以利用網(wǎng)絡(luò)的無限廣闊空間，隨時隨地地對考生進(jìn)行考試，加上數(shù)據(jù)庫技術(shù)的利用，大大簡化了傳統(tǒng)考試的過程。目前，各地出現(xiàn)了一批網(wǎng)絡(luò)測評系統(tǒng)和實現(xiàn)類似功能的系統(tǒng)，如上海交通大學(xué)遠(yuǎn)程教育中心開發(fā)的遠(yuǎn)程考試系統(tǒng)、計算機等級考試和Microsoft，CISCO等計算機公司的資格認(rèn)證考試等。在此，提出網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，該系統(tǒng)采用B/S模式[1-2]，由瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成，并利用.NET技術(shù)[3]，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005[4]

1 系統(tǒng)的詳細(xì)分析與設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計

該系統(tǒng)的用戶分為管理員、教師、考生三種。工作流程分為題庫與組卷和考試及批閱兩個階段。支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分為:用戶記錄、超級用戶、教師記錄、試題表、成績登記表以及試卷名稱表。系統(tǒng)的功能模塊分別為:試題管理、試卷生成、身份確認(rèn)、考試與提交、試卷批閱、統(tǒng)計分析、成績查詢等。

該系統(tǒng)總體設(shè)計流程如圖1所示，考試系統(tǒng)分四個階段，即準(zhǔn)備階段、登錄階段、考試階段和考后階段。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計流程

1.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分析與設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能的設(shè)計，在SQL Server 2005里創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫TestOnline，其中主要數(shù)據(jù)庫表如表1~表4所述。

2 關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

2.1 遺傳組卷算法[5-8]

遺傳算法(Genetic Algorithm，GA)是一種演化算法，在求解TSP，SAT，NLP等NP難問題時，有更高運算效率、更好的魯棒性和良好的并行性。運用遺傳算法求解問題首先需將所要求解的問題表示成二進(jìn)制編碼，然后根據(jù)環(huán)境進(jìn)行基本的操作:selection，crossover，mutation，…這樣不斷進(jìn)行地所謂“生存選擇”，最后收斂到一個最適應(yīng)環(huán)境條件的個體上，得到問題的最優(yōu)解。

表1 YHJL(用戶記錄)

字段數(shù)據(jù)類型寬度說明

UserNameNvarchar50用戶名

UserPwdNvarchar50用戶密碼

UserAuthorityNvarchar50權(quán)限

UserStateNvarchar50當(dāng)前狀態(tài)

表2 SJMC(試卷名稱表)

字段數(shù)據(jù)類型寬度說明

PaperIdInt4試卷標(biāo)識

PaperNameNvarchar50試卷名稱

TpReal4總分

TimeReal4時間

DifficultyNvarchar20難度

ExaminationInt4試題

ZyNvarchar40專業(yè)

MarkReal4分?jǐn)?shù)

表3 STTK(試題題庫表)

字段數(shù)據(jù)類型寬度說明

PaperIdInt4試卷標(biāo)識

ZyNvarchar40專業(yè)

PtNvarchar20試題類型

PdNvarchar20試題難度

PmReal4試題分?jǐn)?shù)

StNvarchar20試題

DaNvarchar20答案

表4 CJDJ(成績登記表)

字段數(shù)據(jù)類型寬度說明

UserNameNvarchar50用戶名

UserPwdNvarchar50密碼

TimeNvarchar50時間

ZfNvarchar50總分

CjReal 4成績

PaperNameNvarchar50試卷名稱

UserStateNvarchar50當(dāng)前狀態(tài)

SjNvarchar50試卷

2.1.1 組卷數(shù)學(xué)模型

由于每種題型的試題個數(shù)在染色體進(jìn)行編碼時就固定在子染色體中，因此在該系統(tǒng)中數(shù)學(xué)模型設(shè)計為一個5維向量(題號a1，題型a2，難度系數(shù)a3，知識點a4，題分a5)來表示。如果一份試卷一共有m道題，那么一個m×5的矩陣，就可以決定一份試卷。

S=a11a12a13a14a15

a21a22a23a24a25

 

am1am2am3am4am5〗

2.1.2 算法設(shè)計

(1) 染色體編碼方法。

用遺傳算法求解問題，首先要將問題的解空間映射成一組代碼串。該系統(tǒng)采用實數(shù)編碼的遺傳算法。將一份試卷映射成一個染色體，組成試卷的各個試題映射成基因，基因的值直接用試題的題號表示，且同種題型的試題標(biāo)號組在一起形成段，每一段編碼反映一種題型，各個題型各自進(jìn)行實數(shù)編碼，在組卷中所得的可行解就為一份試卷，染色體中編碼的個數(shù)就是試卷中試題的個數(shù)。這樣染色體的編碼可表示為:(G1，G2，…，Gn)，其中Gi(i=1，2，…，n，n為試卷的試題數(shù))。

(2) 適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計。

組卷問題時一個多重約束的求解問題，可以把這些組卷約束條件轉(zhuǎn)化為試卷的目標(biāo)函數(shù)，通過試卷模型中各個參數(shù)的取值來體現(xiàn)，因此可以把各個試卷參數(shù)取值的限定作為實現(xiàn)組卷的多個目標(biāo)。所以目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)造如下:

F=∑5i=1gi+|EP-P|

式中:gi表示第i種題型考察知識點的重復(fù)次數(shù);EP為實際生成試卷的難度系數(shù);P=∑Di(Si/∑Si)為用戶期望的難度系數(shù)，可以看出目標(biāo)函數(shù)的值越小越好，而適應(yīng)度函數(shù)是值越大越好。因此可以采用如下方法將目標(biāo)函數(shù)F轉(zhuǎn)換為適應(yīng)度函數(shù)f:

f=100-F， F<100

0， F≥100

(3) 產(chǎn)生初始種群。

本系統(tǒng)組卷算法是依據(jù)組卷要求從每一類題型中隨機產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)目的題號，把該題號作為基因，按題型有序的存入個體的染色體中。保證同種題型的各題號必須相異，以免在同一份試卷中出現(xiàn)重復(fù)的試題，而且每個題號均在相應(yīng)題型的題號定義域中產(chǎn)生。

(4) 遺傳算子設(shè)計。

組卷流程中涉及到的算子主要有三個:選擇算子，交叉算子與變異算子。該系統(tǒng)選擇算子時采用適度比例方法，使用公式Pi=fi/∑mj=1fj來表示個體i被選取的概率。交叉算子的設(shè)計是遺傳操作設(shè)計中的核心部分，其具體操作是:γ對兩個配對個體的每一個基因先隨機產(chǎn)生一個0~1的實數(shù)γ， 如果γ

2.2 身份驗證和權(quán)限設(shè)置

系統(tǒng)具有很嚴(yán)格的身份認(rèn)證程序，考生、教師要想登錄該系統(tǒng)，都必須經(jīng)過身份驗證。對于不同的用戶來說，其用戶權(quán)限也不相同。用戶登錄采用ASP.NET來訪問SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)[9-10]，并將數(shù)據(jù)以網(wǎng)頁的形式顯示。登錄頁面使用了一個用戶記錄表(YHJL)。在登錄頁面里需要引用這個表的用戶名(UserName)，密碼(Userpwd)和權(quán)限(UserAuthority)字段進(jìn)行用戶身份鑒別。訪問權(quán)限代表了用戶對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀取、插入、刪除和修改操作的權(quán)限組合。

2.3 程序的移植

為了方便程序移植，這里將與數(shù)據(jù)庫的連接寫在webconfig文件里面更方便，并且易于修改。由于webconfig是底層的東西，可以保證程序的安全性，可以通過如下代碼實現(xiàn):

value=\"uid=sa;password=;database=TestOnline;server=201DMT20;\" />

2.4 考試過程中突發(fā)事件的處理

如果考試期間發(fā)生突發(fā)事件，導(dǎo)致考生無法繼續(xù)考試，那么在考生二次登錄后，需要還原考生的考試環(huán)境;如果考生的考試環(huán)境未遭到破壞，則可以使用原來的考試環(huán)境;如果考試環(huán)境遭到破壞，則可以利用備份目錄。

該系統(tǒng)為每位考生設(shè)置了備份目錄，該備份目錄為隱藏屬性，內(nèi)容和考生的考試環(huán)境目錄相同。系統(tǒng)設(shè)置考生的考試文件每分鐘定時存儲，備份目錄和考生的考試環(huán)境同步更新，將備份目錄隱藏通過函數(shù)setFolderHidden()實現(xiàn)。

3 結(jié) 語

由于采用了B/S結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性和可擴充性，如果考試科目內(nèi)容有所調(diào)整，只要對題庫作調(diào)整即可。而ASP.NET技術(shù)的運用使得網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)靈活易用，具有良好的安全性和可擴展性。采用基于遺傳算法的自動組卷算法，克服了傳統(tǒng)組卷算法的隨機性和偶然性。

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