李 霞，馬景奕，閆文君，李雅雯，楊 斌

（中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院甘肅分院,甘肅 蘭州）

隨著計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展, 在新的信息教育生態(tài)下, 現(xiàn)有的在線考試評測系統(tǒng)也將不斷地更新迭代, 以期實現(xiàn)對教育資源的低成本、高效率、集中共享式地開發(fā)和管理。在多種結(jié)構(gòu)模式中,以B/S(瀏覽器/服務(wù)器)體系結(jié)構(gòu)考試系統(tǒng)居多,采用服務(wù)器群集方式,即服務(wù)器端承載所有數(shù)據(jù),在Web 環(huán)境下的在線考試系統(tǒng), 考生只需在連接到互聯(lián)網(wǎng)的計算機上登錄即可進(jìn)行答題測試[1],但它們對移動設(shè)備均不友好,并且整個系統(tǒng)的運營維護(hù)成本高,負(fù)荷能力有限,常導(dǎo)致意外情況。目前也有越來越多的學(xué)校、企業(yè)、培訓(xùn)機構(gòu)已經(jīng)開始支持移動端,較為前沿的有考試酷、云測庫、考試云等,它們主要采用成熟的在線表單及數(shù)據(jù)統(tǒng)計技術(shù)生成試卷,有一定的行業(yè)測試題庫,但這些軟件更多偏向在線測試及練習(xí)[2-3]。

另外,在全國氣象教育培訓(xùn)中,針對學(xué)員知識點掌握情況的評價太過籠統(tǒng)和片面, 沒有對重點教學(xué)內(nèi)容做系統(tǒng)性的評價測試, 并且各省針對大規(guī)模遠(yuǎn)程培訓(xùn)階段性測試更是少之又少, 最主要的原因是沒有滿足自身需求的評測平臺和大量的試題作輔助。另外,氣象部門的各類業(yè)務(wù)知識競賽也沒有完整的在線考試平臺,更沒有與之匹配的試題訓(xùn)練和學(xué)習(xí)系統(tǒng),導(dǎo)致試題重復(fù)儲存,試題科目結(jié)構(gòu)混亂,新舊試題難以區(qū)分,試題難易程度無法快速掌握,試題使用頻率無法統(tǒng)計,快速自由組卷困難,學(xué)員考試結(jié)果無法長期、系統(tǒng)地追蹤評估,學(xué)員共性和個性問題難以掌握等諸多問題。

基于云計算,通過虛擬化技術(shù),以網(wǎng)絡(luò)為依托,提供系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)以及平臺、軟件服務(wù)等,極大地整合數(shù)據(jù)和應(yīng)用等資源,這種方式能夠?qū)?shù)據(jù)同步更新,有效地避免數(shù)據(jù)信息丟失等意外情況, 云計算服務(wù)提供了強大的技術(shù)支持[4]。同時,伴隨5G 時代的到來,帶動了移動端產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展, 各類小程序、APP 爆發(fā)式增長,移動端評測系統(tǒng)也必將成為在線考試中最璀璨的“明星”,大規(guī)模在線考試完全可以減少服務(wù)器端管理員的維護(hù)成本,提高學(xué)員在線考試的流暢度、清晰度和穩(wěn)定性,讓學(xué)員在考試中能更好地集中注意力,為用戶提供更好的體驗。因此,在云計算服務(wù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計移動端的業(yè)務(wù)知識評測系統(tǒng)具很有重要的現(xiàn)實意義, 用戶無需下載安裝軟件, 直接通過微信小程序進(jìn)行在線考試、隨堂測試、自主訓(xùn)練等操作,管理員通過后臺WEB端可進(jìn)行試題管理、試卷管理、考試管理、閱卷管理等操作,對評測結(jié)果進(jìn)行可視化分析,極大提高了培訓(xùn)工作者的工作效率，減輕了工作負(fù)擔(dān)。

1 總體架構(gòu)設(shè)計

用戶前端與資源管理后臺開發(fā)使用“微服務(wù)”架構(gòu)設(shè)計,微服務(wù)架構(gòu)有別于更為傳統(tǒng)的單體式方案,可將應(yīng)用拆分成多個功能模塊。每個模塊都被稱為一項服務(wù),可以單獨構(gòu)建和應(yīng)用,每個服務(wù)運行在其獨立的進(jìn)程中,各項服務(wù)在工作或出現(xiàn)故障時不會相互影響。服務(wù)與服務(wù)間采用輕量級的通信機制互相溝通(通常是基于HTTP 的RESTful API)。每個服務(wù)都圍繞著具體業(yè)務(wù)需求進(jìn)行構(gòu)建, 并且能夠被獨立地安裝到生產(chǎn)環(huán)境、類生產(chǎn)環(huán)境等。

具體應(yīng)用模塊、用戶識別系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫全部采用分布式系統(tǒng)開發(fā)部署, 使用ESB-HUB 應(yīng)用組件方式,將系統(tǒng)各功能按照數(shù)據(jù)應(yīng)用分類設(shè)計成獨立多個小的應(yīng)用組件,獨立封裝、獨立部署,然后通過app-hub把這些小應(yīng)用集成到一起形成一個大型應(yīng)用, 每個微應(yīng)用獨立開發(fā)、部署、升級,可以選用不同的技術(shù)框架,互相之間不會產(chǎn)生直接的影響,即使一個微應(yīng)用崩潰,也不會影響其他微應(yīng)用正常使用。最后通過與應(yīng)用編程接口(API) 進(jìn)行各組件模塊之間的通信, 在數(shù)據(jù)及API 調(diào)用過程中, 利用增強PWA ( Progressive Web Apps 漸進(jìn)式應(yīng)用)技術(shù)，并通過日志聚合,實現(xiàn)全鏈路監(jiān)控,完成對于大數(shù)據(jù)集合的監(jiān)測和分析診斷。

移動端是本系統(tǒng)的核心應(yīng)用前端, 主程序采用React、Vue 等框架模型開發(fā)客戶端與服務(wù)器、小程序邏輯開發(fā),移動教學(xué)管理應(yīng)用、移動學(xué)習(xí)應(yīng)用、云服務(wù)器構(gòu)成了交互服務(wù)。小程序前端使用React SSR(非頁面組件渲染技術(shù))的WXSS 和WXML(程序)技術(shù)進(jìn)行渲染, 后臺業(yè)務(wù)邏輯使用JS 實現(xiàn), 并通過Page 中的setData API 進(jìn)行數(shù)據(jù)界面更新,實現(xiàn)數(shù)據(jù)和界面的交互。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表設(shè)計及功能實現(xiàn)

系統(tǒng)延續(xù)了常規(guī)評測流程:出題-組卷-答題-監(jiān)考-閱卷-分析, 涵蓋了氣象部門業(yè)務(wù)試題、評測形式、應(yīng)用范圍、評價分析等各方面, 因此在試題管理、組卷形式、應(yīng)用模式和分析策略等方面做到了全覆蓋。

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表設(shè)計

業(yè)務(wù)知識評測系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)MySQL 數(shù)據(jù)庫引擎,MySQL 是目前使用最廣泛的開源數(shù)據(jù)庫,也是Web 應(yīng)用方面最好的RDBMS (Relational Database ManagementSystem,關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))之一。MySQL 可使用標(biāo)準(zhǔn)的SQL 語句添加、刪除及修改數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容。設(shè)計高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫不僅能滿足用戶合理存儲數(shù)據(jù)的需求,對系統(tǒng)的功能和擴展性起著決定性作用,還能發(fā)揮自身的安全性和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中使用布隆過濾器及內(nèi)嵌RocksDB 狀態(tài)后端優(yōu)化數(shù)據(jù)庫,選用Rabin Fingerprint 算法作為rolling hash 完成可變分塊的數(shù)據(jù)去重, 實現(xiàn)大數(shù)據(jù)環(huán)境下的實時數(shù)據(jù)降重、去重。業(yè)務(wù)知識評測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包含培訓(xùn)班管理表、試題庫管理表、考試管理表、系統(tǒng)用戶表、資源管理表等, 不同信息模塊之間的數(shù)據(jù)內(nèi)容存在關(guān)聯(lián)。

2.2 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

(1) 試題管理(見圖1):學(xué)科可設(shè)置到三級,根據(jù)需求可以隨時添加和修改學(xué)科,試題信息新增、修改和刪除的操作。試題相關(guān)信息包括試題名稱、創(chuàng)建日期、創(chuàng)建人、關(guān)鍵字、使用頻率、題型類型,以及對應(yīng)的題庫類別,無論是題干還是選項都可以加入圖片、特殊字符、公式等。試題可以單條增加也可以批量導(dǎo)入,每一條增加的記錄都經(jīng)過查重,避免試題重復(fù)錄入。輸入的試題都采用統(tǒng)一的要求規(guī)則錄入,如:題干和答案中的所有標(biāo)點符號采用中文全角; 填空題題干中統(tǒng)一使用中文括號,括號里面兩空格;單選題和多選題題干中的下劃線、括號,統(tǒng)一使用括號,括號里面無空格;題干中的公式、圖片,通過編輯處理成不超過2 M 的圖片; 題干和答案中除了填空題的括號里面有空格,其他的空格需全部刪除。

圖1 試題管理

(2) 試卷管理(見圖2):試卷新增、修改和刪除,試卷信息包含試卷名稱、試卷分類、四類組卷方式、考試時間、試卷總分、及格分?jǐn)?shù)、分值分配智能計算、試卷是否公開、成績是否顯示等。固定試卷分兩類,一是題型不變、題序不變；二是題型不變、題序打亂,此類試卷主要應(yīng)用于針對性考核。自由組卷采用隨機算法,根據(jù)設(shè)置的學(xué)科和需求在相應(yīng)科目下抽取一定數(shù)目試題,生成不同的試卷,適合大規(guī)模、長周期的遠(yuǎn)程培訓(xùn)考核和社會類考試,自動組卷不用人工選試題,根據(jù)策略僅生成一套試卷。

圖2 試卷管理

(3) 閱卷管理:閱卷管理包含了獨立的閱卷接口、封閉閱卷(無學(xué)員信息)、成績訂正、智能提示和閱卷人等信息。

(4) 評價分析(見圖3):實現(xiàn)評價內(nèi)容橫向到邊縱向到底的可視化顯示結(jié)果,包括從整體到個體、從學(xué)科到考點、從同比到類比的交錯分析結(jié)果。

圖3 評估分析

(5) 智能監(jiān)控: 移動端采用智能動態(tài)數(shù)據(jù)標(biāo)記技術(shù)建成監(jiān)控系統(tǒng), 考試過程中對學(xué)員的操作行為數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存,通過行為數(shù)據(jù)模擬分析還原評測場景,可準(zhǔn)確掌握關(guān)鍵節(jié)點用戶行為。另外,在教師/班主任移動端也設(shè)置了監(jiān)控模塊,主要監(jiān)督學(xué)員的在線情況,通過不同的色標(biāo)展示未參加人員、正在考試人員和已提交人員等。

(6) 移動端考試（見圖4）:主要功能有常規(guī)考試、習(xí)題訓(xùn)練、隨堂測試、自我評測等功能,考試界面設(shè)置考試倒計時、提交按鈕、已答題、未答題、總題數(shù)以及答題過程中的溫馨提示(彈出進(jìn)入多選題、是否提交、提交成功等)等。

圖4 移動端考試

3 基于“云”端的安全機制

(1) 系統(tǒng)采用安全云服務(wù)架構(gòu),建立了基于“云”端的安全機制?；凇霸啤倍说臄?shù)據(jù)架構(gòu)和安全機制,能夠很好的解決評測應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)帶寬、物理安全、穩(wěn)定性等關(guān)鍵問題,通過多種評測加密技術(shù),達(dá)到全方位檢測和防護(hù),杜絕泄露行為,大幅節(jié)省評測平臺維護(hù)成本和降低平臺運營的安全風(fēng)險。

(2) 系統(tǒng)使用安全云端安全機制, 支持基礎(chǔ)的安全打擊能力,通過安全打擊來實現(xiàn)敏感詞的攔截,不管用戶發(fā)送什么內(nèi)容,都會先經(jīng)過天御的安全掃描,經(jīng)審核通過后才會進(jìn)行信息發(fā)布。同時,系統(tǒng)還支持自定義的敏感詞檢測,保證應(yīng)用健康的運行。

結(jié)束語

業(yè)務(wù)知識評測系統(tǒng)利用分布式系統(tǒng)可提高資源共享和加快計算速度的優(yōu)勢, 并結(jié)合微架構(gòu)資源重復(fù)利用率高、系統(tǒng)維護(hù)性強、產(chǎn)品迭代周期短的特點,突破了傳統(tǒng)考試模式的時空限制, 實現(xiàn)了大規(guī)模的實時考試、訓(xùn)練、測試和針對性評測,完成了氣象教育培訓(xùn)評測過程中輸入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)的收集、存儲、管理和智能分析,提高了工作效率,節(jié)省經(jīng)費開支,同時,提升了考核的客觀公正性, 管理者通過組卷策略隨機生成考卷,每個學(xué)員的試卷是不完全相同,并且只有在考試開始才能知道考卷內(nèi)容, 避免了互相參看和試題提前泄露導(dǎo)致的不公平。