基于Web的在线考试系统的设计与实现报告

目 录

一、背 景...................................................................................................................2 （一）开发系统的必要性....................................................................................... ......2 （二）国内外同类作品的研究与应用现状.................................................................3 （1）国内外同类作品的研究.....................................................................................3 （2）国内外同类作品的研究成果.............................................................................3 （3）国内外同类作品的应用现状.............................................................................3 二、作品的功能描述........................................................................ ...........................6

1.学生功能模块.............................................................................................................7 2.管理用户模块.............................................................................................................7 3.教师功能模块.............................................................................................................7

三、作品的技术方案...................................................................................................8

1.B/S三层模式.............................................................................................................8 2.Tomcat应用服务器.....................................................................................................9 3.Eclipse开发工具......................................................................................................9

四、作品的技术创新点和实用性...............................................................................9

1.技术创新点................................................................................................................................9 2.实用性.......................................................................................................................................10

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基于Web的在线考试系统的设计与实现报告

摘 要：该系统阐述了基于B/S技术的上机考试平台的设计和实现过程。该考试系统的开发主要为教学提供了一个良好的考试平台，通过功能需求分析，确定了软件的总体结构，利用Jsp和SQL Server 2000数据库开发技术，实现了题库管理和自动组卷功能，提高考试效率。文中以在线自动组卷功能为重点，并辅以代码详细说明了其实现的过程和方法。

关键词：在线考试；自动组卷；B/S；

一、背景

（一） 开发在线考试系统必要性

考试的实质就是利用各种方式来考察学生对于知识的掌握程度，从而把这些信息反馈给教师或学生，以便及时恰当地调整下一步的教学活动，进一步提高教学质量及效果。随着计算机技术的发展，计算机功能越来越强大，人们开始利用计算机来实现这一目的，于是就出现了各种各样的计算机考试系统。基于Web的远程考试系统也将成为考试系统的一种发展趋势。

通过在线考试，教师可以了解学生的学习情况和教学效果，改进教学方法，提高教学质量。学生则可以通过在线考试了解自己对内容的掌握情况，有目的地进行学习。

在高等教育飞速发展的今天，各高校的招生人数和规模在不断扩大。同时，高等院校也出现了师资严重不足的问题。许多教师现在承担着以往几倍的教学工作，在实验、批改作业、课堂教学等环节上都是疲于奔命。因此教学的质量和效果也就比以前有了明显的滑坡。在考试这个环节上也存在以下问题：

1、试题重复率高

在考试命题这个环节上出现了不同程度的偷工减料现象，导致试题重复率较高。 2、手工阅卷的主观失误增多

面对成百上千份相同的考卷，教师在批改试卷的过程中也会由于疲劳而产生厌烦情绪，使得试卷的评阅出现较多的错误。

3、批改试卷的工作量过大，严整影响其他教学环节。 4、成绩反馈慢

学生在考试结束后想尽快知道考试成绩，而目前的状况是，学生需要耐心等待。 计算机在线考试客观公正，教学信息反馈迅速，用户端只需使用Web浏览器，无需任何

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附加软件，使用简单方便。

本研究的目的就是利用校园网作为平台，充分利用Jsp技术和Java语言的优点，在计算机网络环境下对学生进行考试，实现命题、组卷、答题、阅卷和公布成绩全部自动化，实现教考分离、无纸化考试。

在传统的考试中不能摆脱印刷试卷，课堂考试，人工填写成绩单，教务部门将成绩输入学生成绩管理系统等一系列环节。通过对计算机网络技术、Jsp技术和Java语言、数据库技术、组件复用等技术的深入研究，实现基于Web的在线考试，将任课教师从考试这些环节中出来，使他们能有更多的时间去研究课堂教学和实验等环节；对于学生来说，这种形式的考试也更客观、更公平、更公正，避免出现人情分。同样也为学校节约了考试经费，对促进校园网这个平台也有很强的实际意义。

（二） （二）国内外同类作品的研究与应用现状

I、国内外同类作品研究

计算机技术与网络技术的不断发展，利用计算机网上考试取代传统的手工考试已成为一种趋势。国内外在用的考试系统品种繁多，其中自动抽题组卷算法、自动评分算法及功能设计等等也较成熟。系统的研究方向主要包括两大块内容：J2EE技术架构与MVC设计模式、系统的设计与实现方案，其中，后者被研究的较多。 系统的设计与实现方案主要从5方面进行研究：

1、系统体系结构。考试系统体系结构有三个部分组成：表示层、服务层（应用服务层、公共服务层）和资源层。

2、系统功能设计（各个模块）考试系统总体包括模块如下：系统登录、试题录入、试卷批阅、自动组卷、在线考试、成绩查询、考试管理。

3、MVC模式在考试系统中的设计。它包括了模型的设计、视图层的设计、控制层的设计。

4、MVC模式在考试系统中的实现。它将数据的前端表现和数据访问的实现相分离，由前台的JSP页面和后台的JavaBean程序组成。JSP页面用于显示数据，JavaBean用于访问数据库及实现复杂业务逻辑和算法。

5、数据库。基于面向对象技术的组态软件实时数据库系统的设计思想。针对实时数据库的特点．提出了一种在J2EE环境下，利用设计模式缓存数据提高访问效率的方法，给出了实时数据库和其他应用的接口实现方式和通信方法，利用该方法建立的实时数据库具有全面的开放性、可维护性和可扩充性。

II、国内外同类作品研究成果

1、应用系统架构：客户端用户分为学生、教师、管理员 3类角色，使用Browser访问服务器。服务器分为4层（如图1），由上至下依次为：表示层、应用服务层、公共服务层

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和资源层。四层的各个模块相互配合，共同实现整个系统的个性化策略。结构清晰，各层功能明确，易于扩展，如果增加新的业务功能，只需在应用服务层增加功能模块，比C/S或 B/S两层结构模式更能适应业务应用快速发展变化的需要。

（1）表示层提供个性化的界面和内容，即导航首页。导航首页是其他功能模块的人口，用户经过身份认证后，可看到自己的导航页面。不同用户的导航首页是不同的。

（2）应用服务层提供与教学应用直接相关的功能，包括学习和交流两大类功能模块。学习类模块包括资源共享、交互式课件点播、交互式作业练习、个性化自测评价、智能答疑等几个模块。交流类模块是系统中用户之间的交流渠道，包括新闻公告、教学论坛、在线实时答疑、个人消息几个模块，支持实时交流和非实时交流两种方式。应用服务层是系统的核心教学功能层，可通过增加功能模块进行扩展。

（3）公共服务层位于应用服务层之下，和应用服务层共同组成服务层。公共服务层为应用服务层提供基础的公共服务，主要包括用户管理、资源管理、权限管理、日志管理、搜索帮助、智能向导、信息过滤器等几个模块。

（4）资源层即数据库层，用于存放各种数据。

2、数据库关键技术：考试系统通过JDBC技术与试题数据库进行连接，并且利用JavaBean技术实现。JDBC的实现由连接、SQL语句、结果集构成，其主要作用有三个方面：第一，建立和管理与数据库的连接；第二，构造SQL命令，向数据库发起查询请求；第三，处理数据库返回结果。JavaBean为应用程序提供了可重用的代码，提升了应用程序的开发速度，并减少了系统的出错因素和调试工作量。通过JavaBean实现与数据库的连接。JDBC技术实现

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的 对数据库的各种操作以JavaBean的形式保存在指定的目录中，在JSP程序中通过执行UseBean语句与指定的组件相联系，并变化参数实现具体的操作。这种实现方法对试题数据库的全部操作均被封装在JavaBean中，具有良好的安全性，同时因JavaBean中的组件在被凋用时无需重新编译，故运行效率较高。

3、用例分析：试题管理模块是网上考试系统的一个重要组成部分，试题管理需要实现对试题的增加、编辑和删除功能，并能对指定试题的属性进行查找和统计，属性包括试题类型、难度、认知层次和所属知识点等。同时 ，对于这些试题的属性同样需要增加、编辑、删除和查找功能。试题除这些属性外，还包括作者、估计完成时间、题干和答案等。题干和答案还应依据试题的不同形式(填空、选择、问答等等)有不同的表现形式。按照面向对象的设计思想，对以上具有名词属性的概念进行抽象，按照经验，最终抽取的实体类为：试题(question)、难度(Difficulty)、认知层次(Renzhicengci)、题型(Tixing)、知识点(Zhishidian)。而按照功能划分，可以将以上五个类划分到两个不同的包中：试题包 (com。XXX。exam。system。entity。question)，包中有Question类试题属性包(com。XXX。exam。system。entity。qustlib) ，包中包括Difficulty、Renzhicengci、．Tixing和Zhishidian四个类。这些类都是数据实体类，类中封装对应实体的数据和访问控制方法。就MVC模式而言，这些类属于 Model这个层次，MVC模式中的Controller这个层次将通过应用这些实体类来实现数据的存取。

4、应用模式设计：在面向对象的实现方法中，对一个对象的产生可以是直接定义或者在需要使用时动态申请( new方法)。但是，简单的使用这两种方法会对系统的真正应用带来很多的、问题和隐患 ，对效率的要求也不可能太高。在实际开发中，这样功能的实现是在实体类的基础上再实现一个操作类，由这个类来完成对数据实体的操作，因此在试题包 ( com。XXX。exam。system。entity。question)中含有4个类：Question类、QuestionManager和SearchQuestionData类以及QustLib类。Question类中增加特殊的产生获取对象的方法，QuestionManager和SearchQuestionData两个类对试题的搜索功能的控制进行实现。而QustLib类用来封装对所有试题属性：题形、认知层次、难度和知识点四种对象的的控制操作。从设计模式的角度上来讲，在对试题和试题属性两种类的操作上采用了工厂方法 ( Factory Method)，在具体的应用中对这种方法作了变形的处理。

5、QustLib 类细节设计： QustLib类中实现对试题属性的四个类的控制 ，实现它们的对象的产生。这些属性的操作主要是添加、删除和修改，以及通过列表列出让用户指定的操作。因此在QustLib中针对每个属性都有这么一套方法 ：add( )、remove( )、modify ( ) 、get( ) 、getList( )，同时，由于采用 Lazy Loading的方法，对每个属性类又有一个初始化方法int ( )。采用这种方法，在QustLib中有四个私有ArrayList类型的变量，分别转载四种属性的所有对象，考虑到属性在应用时修改编辑较少而数据量又不大，所以在每次Qustlib的唯一实例初始化时要对这四个ArrayList进行装载动作，即将数据库中的实体对

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应的数据全部取出实例化为对象，并将各类的所有对象都装入相应的ArrayList中，这样在系统的内存中就装载了所有的属性对象，在使用时直接从ArrayList中取就可以了。

6、实时数据库实现：（1）利用XML存储组态参数，利用单例模式读取组态参数并缓存到内存区，大大提高了数据的访问速度。（2）利用Timer实现数据采集算法和定时算法分离，利用Facade定义实时数据库向外提供的接口，使实时数据库具有很强的性和开放性，降低了和其他模块的耦合度。（3）利用 Web Service定义实时数据库的分布式接口，使实时数据库具有了良好的分布式能力。 III、国内外同类作品应用现状

目前在国内外就网络化考试系统在理论研究和技术实践方面的探索，大体经历的三个阶段发展。

一、单机化考试。即基于单机的计算机考试系统，典型的例子如“山东省文化基础考试系统”、“全国计算机等级水平考试系统”等。单机化考试，考前逐机安装考试系统，考后，逐机手工阅卷，用软盘回收成绩，然后将成绩汇总上报，在回收过程中一旦软盘或软驱发生故障则需要换盘或修复软驱后重新回收。这种“半手工半机器”的单机化考试，更没有充分利用网络的优点。在当今学校规模不断扩大，参加考试的学生不断增加的情况下，单机化考试的考务工作量越来越重。

二、C/S架构下的网络化考试。这是一种基于局域网的考试，典型的例子是美国ATA公司研发的“ATA考试系统”，它用于考试的机器分为服务器(Server)和客户机(Client)两种，优点是作到了对客户机的灵活控制和试卷的自动回收，缺点是需要分别开发和安装相应的考试服务系统和考试客户系统，在这点上与单机化考试的考前准备工作量相比是有增无减。

三、B/S架构下的网络化考试。这是一种基于Web的网络化考试，目前应用比较广泛，如清华大学的“清华网络学堂”、“清华在线教育”等网络教学平台中都采用了这种考试方式，以适应和促进网络教学和远程教育。它将软件、试题、成绩等全部存放在服务器上，客户机只要是能上网的微机即可；它突破时空，可在任何时间、任何能够上网的地点进行远程考试和考务工作。它可自动生成和打印试卷:它能实现中途换机等意外情况下的继续考试；考试结束时可迅速给出客观题考试成绩，主观题部分也是以网上阅卷的方式进行并实时提交成绩。这种阅卷给了考生最大的公平感。这些都使得网络化考试比传统的纸面考试和单机化考试具有无以比拟的效率和公平上的优越性，是现代化考试发展的方向。国内著名的工商管理考试GMAT于1999年就开始实行计算机考试，2000年后GRE，TOEFL考试也开始采用计算机考试，向着网络化方向发展。近年来出现的各种认证考试以及英语专业和雅思考试已经是一种基于计算机网络的考试，完全摆脱了纸和笔。目前国内成熟的网络考试系统多为QS模式，比如清华毫太网络考试系统，B/S模式的比较少，其中基于JavaZ技术的网络考试平台则更少。

二、作品的功能描述

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通过对系统需求的分析，同时整合网站总体功能，可以分析出在线考试平台大致可以分为三个模块：学生考试管理、管理用户模块、教师系统管理。内含：考生注册、实时考试、密码管理、成绩查询、信息修改、权限管理、评卷功能、试卷管理、成绩统计。具体如图1所示。

考生注册 实时考试 密码管理 成绩查询 信息修改 权限管理 评卷功能 试卷管理 成绩统计 学生考试管理 管理用户模块 教师系统管理 在线考试系统

1、学生功能模块 （1）考生注册

系统管理员在考生参加考试前，将考生信息录入系统。以保证每个考生都有唯一的登录名登录系统答题。考生也可自行注册。

（2）实时考试

在本在线考试系统中，教师可以根据试卷类型随机从题库中抽取题目，组成个性化试卷；自动计算考试时间；自动保存考生作答情况，保留考试现场；防止考生利用网络技术进行作弊。

（3）密码管理

本在线考试系统提供考生对自身密码进行校验、修改的功能。在线考试时，避免别人恶意登录，查询成绩时，也可以避免考试成绩的曝露。

（4）成绩查询

本在线考试系统提供考生查询自己考试成绩功能。根据学生的用户名和密码登录成绩查询模块，可以看到自己的成绩状态，有4种具体情况：“你还未考试”、“考试进行中”、“您的分数是-1”、“您的分数是90”。

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2、管理用户模块 1）信息修改

在管理用户模块中，管理员可以增、删、查、改所有用户的信息。 2）权限设置

在管理用户模块中，管理员可以为不同的教师配置不同权限，个性化用户操作。 3、教师功能模块 （1）评卷功能

本系统采用自动评卷和手工评卷相结合的方式。对于客观题，系统自动进行答案检验；对于主观题，则由教师根据学生作答情况，给予评分。教师可以对已阅试卷进行复查，重新评估。

（2）试卷管理

试卷管理指的是为考试提供试卷模板，教师可以根据自己课程的特定，组成个性化试卷。设置的内容包括题目类型，分值，考试时间等等。

（3）成绩统计

当教师对学生的试卷批改完毕后，可以查阅考试人数，统计缺考情况，设置考生状态，对学生的最终成绩进行查询、排序，甚至是重新审核。

三、作品的技术方案

1、B/S三层模式。

这种模式在逻辑上将应用功能分为三层：客户显示层、业务逻辑层、数据层。 客户显示层是为客户提供应用服务的图形界面，有助于用户理解和高效的定位应用服务。表示层数据由多个JSP页面显示，提供用户和系统交互的界面，人机会话系统在该层中得到实现。本系统表示层客户端是基于浏览器的Web客户端，通过Web浏览器访问Web服务器并下载由JSP和Servlets生成的动态页面，所能执行的操作只能限于提供给客户的表单上，因此，安全性有了一定保证。业务逻辑层位于显示层和数据层之间，专门为实现企业的业务逻辑提供了一个明确的层次。它接受Web层发来的请求数据，并依此进行相应的动作，完成事先定义的任务，并且把下一步的要求回送给Web层。数据层用来定义、维护、访问和更新数据并管理和满足应用服务对数据的请求。

业务需求：学生登上平台，得到一份考试课程的试卷，从开始考试起到规定的时间结束，自动交卷，另外能够查阅成绩，修改密码；管理员能对学生的资料进行管理，对教师的权限进行修改；教师能够对试卷进行组合，对考试的题库进行管理，可根据自定义属性自动生成试卷，批阅试卷，对成绩进行查询和管理。

用户需求：描述了用户使用产品必须要完成的任务。本在线考试系统中，学生通过在登录界面输入用户名和密码成功登入平台，进行在线考试；试卷完成后点击保存试卷按钮退出

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平台。教师在考试前对试卷的类型进行设置，考试结束后，对试卷进行批改，并做到能查询成绩。

功能需求：定义了开发人员必须实现的软件功能，使用户利用系统能够完成他们的任务，从而满足了业务需求。在本在线考试系统中，具体要实现一些基本功能和主要功能。一般功能主要包括：登录功能，修改密码，查询成绩，用户权限的修改，学生信息的管理等；主要功能主要包括：自动组卷，交卷，自动保存，成绩管理，试卷类型管理等等功能。由于传统的考试平台是基于C/S的，往往需要在同一个局域网内实现功能，不能满足目前的需求。此外，C/S模式下，需要在每台联网电脑上都安装相应的软件，忽略了安全性，并增加了维护的复杂度。

因此，在该系统的开发上，考虑到适用范围、安全性、维护等各方面的因素，采用B/S三层架构的模式。如图1所示，分别为表示与会话层、业务逻辑层、数据层。相较之传统模式，B/S的模式具备一下功能：

（1）安全保护：主要用于用户的身份认证、提交的答案的加密与防窃听等，实现对考试过程中数据的安全保密，维护考试的公平，公正性。

（2）数据完整性校验：主要用于当系统出现故障或数据恢复时，对用户的考试数据进行检测，保证其提交的答案、身份等与考试相关信息的一致性。

（3）系统冗余备份：作为考试平台，其可靠性是十分关键的，为了保证本文设计的系统可靠性，设置了冗余热备份系统，它可以实现当工作系统出现故障时，立刻代替原工作系统进行工作，从而实现本系统高可靠性。

2、Tomcat应用服务器

Tomcat是一个免费开源的Servlet容器，它是Apache基金会的Jakarta项目中一个核心项目，由Apache、Sun和其它一些公司及个人共同开发而成。由于有了Sun的参与和支持，最新的Servlet和Jsp规范总能在Tomcat中得到体现。Tomcat还具备了作为商业Java Web应用容器的特征。小巧、免费，集成度好，是中小型Web应用的首选应用服务器。

3、Eclipse开发工具

Eclipse 是一个开放源代码的、基于 Java 的可扩展开发平台。就其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件构建开发环境。Eclipse 附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具。同时还包括插件开发环境（PDE），允许构建与 Eclipse 环境无缝集成的工具。由于 Eclipse 中的每样东西都是插件，对于给 Eclipse 提供插件，以及给用户提供一致和统一的集成开发环境而言，所有工具开发人员都具有同等的发挥场所。这种平等和一致性并不仅限于 Java 开发工具。尽管 Eclipse 是使用 Java 语言开发的，但它的用途并不限于Java语言；例如，支持诸如 C/C++、COBOL 和 Eiffel等编程语言的插件已经可用，或预计会推出。当前Eclipse已经成为开发Web应用最方便强大高效的IDE工具。

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四、作品的技术创新点和实用性

1、 技术创新点

相比传统的考试方式，基于WEB的在线考试系统的主要好处是一方面可以动态地管理各种考试信息，只要准备好足够大的题库，就可以按照要求自动生成各种试卷；另一方面，考试时间灵活， 可以在规定的时间段内的任意时间参加考试；另外计算机化的考试的最大特点是阅卷快，系统可以在考试结束时当场给出客观题考试成绩，计算机阅卷给了考生最大的公平感。在计算机网络环境下对学生进行考试，实现命题、组卷、答题、阅卷和公布成绩全部自动化，实现教考分离、无纸化考试。 2、实用性

网络信息的加速发展，使数字化教育方式体现了其独特的优势。本办公自动化上机考试系统的建立，若能投入实际使用中，则很好地做到了标准化，使题库有层次，管理更方便，组卷更省时，题目随机抽取，避免了题目外漏的现象。

基于WEB的在线考试系统的自动评阅、计分、成绩存档功能将有效地避免资源的浪费，有利于环保，减少人员，提高效率。

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