蘇婉怡，揣小龍，趙國(guó)松，王煜堯

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,吉林 吉林 130000)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用技術(shù)在高校的普及，線上教育教學(xué)模式已成為一種新的教育手段和方法。傳統(tǒng)的筆試考試已經(jīng)難以滿足課程考試的需求，線上考試系統(tǒng)成為一種新的考試方法，一種當(dāng)前高校課程考核的新手段[1]。

線上考試已經(jīng)是一個(gè)成熟的技術(shù)領(lǐng)域，考試系統(tǒng)通過(guò)在線的方式可以隨時(shí)隨地進(jìn)行考試，不再受眾多因素約束。試卷會(huì)根據(jù)設(shè)置好的參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)組卷，通過(guò)極簡(jiǎn)化的操作流程減少了管理人員不必要的重復(fù)操作，后續(xù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化處理。

1 系統(tǒng)框架

Spring Boot是基于Spring的全新單體框架，與Spring相比，集成了第三方庫(kù)配置，使搭建和開(kāi)發(fā)變得更容易，讓開(kāi)發(fā)人員更加注重業(yè)務(wù)模塊，增加了功能的多樣性[2]。

Spring Cloud是一套當(dāng)下流行的微服務(wù)框架，是Spring Boot的有序集合，將各個(gè)獨(dú)立的Spring Boot系統(tǒng)通過(guò)接口間的調(diào)用組合起來(lái)，形成一個(gè)微服務(wù)系統(tǒng)[3]。

通過(guò)深入分析系統(tǒng)所需的功能，發(fā)現(xiàn)使用Spring Cloud框架會(huì)更方便。各子系統(tǒng)間粘連性不高，可進(jìn)行獨(dú)立的開(kāi)發(fā)，更節(jié)約開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

首先，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行需求分析，做出功能模塊。其次，根據(jù)功能模塊得到所需的各種屬性，根據(jù)屬性做出系統(tǒng)各個(gè)功能的表。最后，為避免將多屬性寫(xiě)進(jìn)一張表里出現(xiàn)錯(cuò)誤，將其分為多個(gè)部分。當(dāng)有些功能需要共同使用的表的數(shù)量超過(guò)一個(gè)時(shí)，使用數(shù)據(jù)庫(kù)的左鏈接可以得到相關(guān)信息。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題及解決方法

3.1 考試方面

3.1.1 試題模塊

題庫(kù)的導(dǎo)入導(dǎo)出使用的是EasyExcel技術(shù)，EasyExcel是Excel的開(kāi)源項(xiàng)目，在節(jié)約內(nèi)存的條件下支持讀寫(xiě)Excel。

導(dǎo)入Excel表格，前端將通過(guò)API傳值到后端，之后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。前端即為編寫(xiě)頁(yè)面，負(fù)責(zé)將文件的值傳到后端。

后端的編寫(xiě)：首先，引入依賴；其次，在controller層寫(xiě)一個(gè)接口承接前端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，讀取Excel數(shù)據(jù)的方法為“ExcelUtil.readExcel(file)”；隨后通過(guò)在service 接口層中寫(xiě)入這個(gè)方法的接口，實(shí)現(xiàn)類里有存入題目的方法體；最后，在dao數(shù)據(jù)層使用實(shí)現(xiàn)類中的方法體和數(shù)據(jù)的添加代碼，可以將題目存入數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行使用。

3.1.2 試卷模塊

本系統(tǒng)具有自動(dòng)組卷功能，在此功能中使用了遺傳算法。遺傳算法借鑒了達(dá)爾文進(jìn)化論中自然選擇和遺傳學(xué)中基因突變、基因重組原理的方法[4]。

(1)設(shè)試題庫(kù)中有m道題，將這m道題編為A1，A2，A3……，當(dāng)A1為1時(shí)該題被選中，A1為0時(shí)則該題未被選中。需要注意的是，編碼時(shí)應(yīng)將相同類型的題目放在一起。同時(shí)，為了避免試卷中出現(xiàn)重復(fù)的知識(shí)點(diǎn)，各知識(shí)點(diǎn)在每條染色體中的編碼必須相同。

(2)生成隨機(jī)初始體Z(0),設(shè)群體規(guī)模為H，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在100～250中確定適應(yīng)度數(shù)。

(3)將個(gè)體按照適應(yīng)度逐一遞減的順序進(jìn)行排序，如個(gè)體適應(yīng)度值沒(méi)達(dá)到規(guī)定范圍，則對(duì)該個(gè)體進(jìn)行淘汰，并從庫(kù)中選擇新的個(gè)體替代。

(4)相同題型整段進(jìn)行交叉。令RANDOM(N)為0，n的隨機(jī)數(shù)i(N為題型數(shù),i為整數(shù)),若交叉條件滿足RANDOM(N)

(5)題目的適應(yīng)度值達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí),在輸出最優(yōu)解后,算法停止。

3.1.3 防切屏模塊

為了控制切屏次數(shù)，首先，要在Vue生命周期的mounted里面添加一個(gè)監(jiān)聽(tīng)事件visibilitychange；其次，為事件添加一個(gè)函數(shù)，在此函數(shù)中獲取頁(yè)面元素的狀態(tài)document.VisibilityState；最后，調(diào)用后臺(tái)接口，獲取在考試管理中是否設(shè)置了開(kāi)啟切屏功能以及可切屏的最大次數(shù)和剩余次數(shù)的數(shù)據(jù)。

Window.addEventListener(“visibilitychage”, this.pageHidden)

上述即為添加事件監(jiān)聽(tīng)頁(yè)面顯示與隱藏事件的代碼，當(dāng)頁(yè)面的內(nèi)容變得可見(jiàn)或者被隱藏時(shí)，就會(huì)觸發(fā)visibilitychange事件[5]。

3.1.4 答題模塊

本系統(tǒng)采用前后端分離的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)該功能，當(dāng)用戶答完一道題后，通過(guò)API傳到后端。使用Ajax中的get，post，put等方法傳遞參數(shù)，參數(shù)通常是通過(guò)juery或者是body體傳遞。

數(shù)據(jù)傳到后端業(yè)務(wù)層后，先經(jīng)由controller層，該層是控制類，是前端請(qǐng)求的入口，負(fù)責(zé)前后端的交互一層。隨后到達(dá)service業(yè)務(wù)層，該層包括了service接口和serviceImpl實(shí)現(xiàn)類，其中service接口可實(shí)現(xiàn)接口與實(shí)現(xiàn)類的解耦，代碼的調(diào)用先于代碼的實(shí)現(xiàn)，可以先寫(xiě)好接口，用于controller層的調(diào)用，后續(xù)再到實(shí)現(xiàn)類去實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)交互接口，編寫(xiě)方法體。最后在dao層，該層Java與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，使用實(shí)現(xiàn)類中的方法體和具體數(shù)據(jù)庫(kù)添加、修改、刪除的代碼，即可將用戶的答案存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.1.5 時(shí)間模塊

規(guī)定時(shí)間收卷是每場(chǎng)考試的結(jié)果，線上考試同樣也不例外。在Java中實(shí)現(xiàn)收卷功能主要應(yīng)用了具有定時(shí)調(diào)用、能固定時(shí)間執(zhí)行功能的Timer和TimerTask類。

首先，定義一個(gè)Run方法中包含任務(wù)代碼的TimerTask的子類；其次，要實(shí)例化Timer類，創(chuàng)建計(jì)時(shí)器后臺(tái)線程，將任務(wù)對(duì)象(new RemindTask () )實(shí)例化；最后，用schedule方法指定執(zhí)行計(jì)劃，用一個(gè)參數(shù)delay延遲執(zhí)行的毫秒數(shù)，即在delay毫秒后第一次執(zhí)行來(lái)表示TimerTask對(duì)象，另一個(gè)參數(shù)period則是重復(fù)執(zhí)行的時(shí)間間隔，表示開(kāi)始執(zhí)行前的延時(shí)時(shí)間。

3.1.6 判卷模塊

判卷的本質(zhì)是題庫(kù)中的正確答案與提交答案的對(duì)比。這個(gè)模塊在bean中實(shí)例化對(duì)象，后端controller層編寫(xiě)判卷的接口。調(diào)用題庫(kù)系統(tǒng)先遍歷題庫(kù)，找到同一個(gè)題，然后使用一個(gè)增強(qiáng)for循環(huán)，里面用if語(yǔ)句判斷題庫(kù)中的正確答案與提交的答案是否相同，相同則加分，不相同則不加分。一直重復(fù)這兩個(gè)操作完成所有題。前端顯示分?jǐn)?shù)的接口來(lái)承接后端接口，前端即可顯示用戶得分。

3.2 用戶方面

3.2.1 密碼模塊

考試周期較長(zhǎng)是考試的特征。每個(gè)學(xué)生注冊(cè)賬號(hào)，難免會(huì)出現(xiàn)狀況，所以編寫(xiě)密碼模塊。

用戶需要提交賬號(hào)和新密碼，前端接收到信息，通過(guò)接口將參數(shù)傳給后臺(tái)controller層。給controller類的方法創(chuàng)建外來(lái)資源訪問(wèn)的名稱和相對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求方法，接收到前臺(tái)傳來(lái)的賬號(hào)和密碼參數(shù)值后，生成6位隨機(jī)數(shù)，并使用MD5方法對(duì)前臺(tái)傳來(lái)用戶輸入的密碼進(jìn)行加密處理，隨后再加鹽值生成出最終數(shù)據(jù)庫(kù)所需存儲(chǔ)的用戶密碼，將用戶新密碼的明碼和隨機(jī)生成的6位鹽值存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后把經(jīng)過(guò)加密的密碼加入map。

3.2.2 用戶登錄模塊

為避免在考試過(guò)程中出現(xiàn)切換客戶端的情況，要保證用戶登錄的唯一性，以確?？荚嚥粫?huì)出現(xiàn)多人登錄同一個(gè)賬號(hào)，進(jìn)行多人答同一套試卷的行為，即一端登錄另一端便會(huì)強(qiáng)制下線。考試中每個(gè)人都需要一個(gè)Session，人數(shù)越多對(duì)Session的需求也越多，而大量Session存在服務(wù)器上會(huì)占用許多內(nèi)存，容易使服務(wù)器崩潰而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法使用，因此使用Cookie而非Session。

登錄時(shí)以用戶的id為key在緩存中保存時(shí)間戳，在Cookie中以一個(gè)全局變量為key保存時(shí)間戳。Cookie保存在瀏覽器本地，緩存保存在服務(wù)端。用戶在另一個(gè)終端登錄，會(huì)觸發(fā)相同的代碼，更新在服務(wù)端的緩存key相同，時(shí)間戳value就會(huì)發(fā)生變化。

接下來(lái)在每個(gè)頁(yè)面的引入功能寫(xiě)入功能js文件即可，寫(xiě)一個(gè)實(shí)現(xiàn)每次載入頁(yè)面都會(huì)定時(shí)器10執(zhí)行的查詢后臺(tái)的flag對(duì)應(yīng)的緩存value，并與本地Cookie中的時(shí)間戳相比較，如果不一致，則說(shuō)明用戶在別的客戶端登錄過(guò)，可以清空Cookie強(qiáng)制退出，由于后一次登錄更改服務(wù)器緩存的時(shí)間戳，所以前一次的登錄會(huì)被強(qiáng)制退出。

3.3 資源管理方面

3.3.1 數(shù)據(jù)模塊

首先，在前端HTML中添加視頻上傳的頁(yè)面，在js中添加上傳視頻/圖片的方法和組件，視頻/圖片上傳的前端執(zhí)行便完成。其次，新建一個(gè)文件，寫(xiě)視頻播放的頁(yè)面，再寫(xiě)接口將前端的值傳到后端，在后端controller層寫(xiě)兩個(gè)接口。隨后，在service業(yè)務(wù)層中，寫(xiě)service接口和serviceImpl實(shí)現(xiàn)類。需要添加這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)視頻表和圖片的實(shí)體類，這里的變量必須和數(shù)據(jù)庫(kù)的字段一樣，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)。最后，在dao層寫(xiě)用于后端鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)增、刪、改、查等操作的接口，視頻便能存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.3.2 視頻模塊

編寫(xiě)前端代碼。寫(xiě)出進(jìn)度條模型用代碼，運(yùn)行代碼檢查是否正確，確認(rèn)無(wú)誤后將寫(xiě)完的代碼放進(jìn)項(xiàng)目中，并且修改進(jìn)度條下數(shù)據(jù)的獲取途徑，改為request。

寫(xiě)兩個(gè)接口，一個(gè)用于獲取進(jìn)度條數(shù)據(jù)，一個(gè)用于刷新進(jìn)度條數(shù)據(jù)。前端寫(xiě)好這兩個(gè)接口是實(shí)現(xiàn)前后端數(shù)據(jù)交互的過(guò)程之一。

該項(xiàng)目中的進(jìn)度條主要用來(lái)體現(xiàn)觀看視頻的進(jìn)度，而觀看視頻進(jìn)度主要代碼邏輯在于觀看的時(shí)間和視頻總時(shí)間的比較，進(jìn)度條的數(shù)據(jù)計(jì)算方式是：百分?jǐn)?shù)=(觀看的時(shí)間/視頻的總時(shí)間)×100%。在controller層中新增兩個(gè)接口接前端，隨后在service業(yè)務(wù)層中，寫(xiě)service接口和serviceImpl實(shí)現(xiàn)類。最后在dao層，這層Java與數(shù)據(jù)庫(kù)連接，將進(jìn)度存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，下次觀看時(shí)直接從上次觀看處繼續(xù)播放。

4 結(jié)語(yǔ)

線上教育已經(jīng)成為一種新興的輔助教育模式，為了更充分地發(fā)揮線上教育優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)結(jié)合線上教育的實(shí)際情況，使用前后端分離的Spring Cloud框架做了線上考試系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理使用Redis緩存，MySQL儲(chǔ)存用戶信息，保證學(xué)習(xí)和考試功能的正常運(yùn)行。在考試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析，并確定解決問(wèn)題相關(guān)技術(shù)和方法，例如：使用了遺傳算法來(lái)自動(dòng)組卷、廣度優(yōu)先遍歷題庫(kù)，哈希算法來(lái)處理密碼等，這些算法和技術(shù)為線上輔助教學(xué)及考試提供保障。雖然為系統(tǒng)順利開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)做了充足的準(zhǔn)備，也具備了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的條件，但是這些算法都只是針對(duì)客觀題設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法完成主觀題相關(guān)解答。