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中小学信息技术学业评价系统的设计与实现
周建良
（宁波华茂外国语学校,浙江宁波 315192）
摘 要 介绍了针对学校现有硬件与网络资源而开发的，应用于象山县初中信息技术学业测评的上机考试系统。文中着重介绍了系统功能模块设计、系统运行流程规划及系统实现中关键问题的解决方法。 关键词 中小学；信息技术；考试系统
0 引言
为了更好地培养学生动手能力，象山县教育局教科研中心从几年前开始着手建立信息技术学科学业测评的上机考试体系，2009年起开始使用笔者开发的信息技术上机考试系统实施初三学生信息技术学科学业评价考试，两年来，该系统在不断地改进中得到了极大的完善，下面介绍该考试系统的一些主要技术问题。 1 考试题型的设计
信息技术课程的特点是要求学生不仅了解一些基本知识与基本概念，而且要求学生掌握一些常用信息处理软件的操作方法，即对于计算机基础知识的掌握能力和对于计算机的使用、操作能力[1]。考试主要分三个部分：基础知识（单项选择题）、操作能力(包括Windows，Word、PowerPoint和Excel等的操作)和文字输入能力。有关Internet的操作融合在上述操作中完成考核。
上述操作考核均要求上机完成，所以系统应该能够自动批阅单项选择、Windows操作、Word操作、PowerPoint操作、Excel操作和文字输入等六种题型，同时也必须考虑系统应该具有良好的开放性，可以方便地增加可自动阅卷的新试题。
2 系统功能模块及运行流程
2．1 系统功能模块的设计
整个系统可划分为考务管理子系统、试题管理子系统、考核子系统和成绩处理子系统。系统结构如图1所示。
1）考务管理子系统
考务管理子系统主要包括试题库管理、考场管理员管理、考试时间安排和系统日志查询等功能。 2）试题管理子系统
试题管理子系统提供对试题的增加、修改、删除、导入等功能。具体模块有知识点管理、数据字典管理、试题信息管理、阅卷代码生成、试题文件生成和上传等功能。其中试题阅卷代码生成是该子系统中最重要也是最难实现的部分。
3）考核子系统
考核子系统是整个系统的核心部分，采用客户机/服务器结构。考试环境是由一台考试服务器与多台考试客户机通过TCP/ IP 协议互连成的一个局域网。
考试服务器部署在每个考场，负责考生信息管理、试题文件升级、考生身份验证、试题文件分发、考试过程实时监控、收卷、重考与续考管理、考试包检查等工作，由考场管理员操作。
客户端安装在考生上机操作的计算机上，主要功能包括试题的显示、时间控制、考生操作结果收集、考试异常情况处理、自动阅卷、考生操作结果备份上传等。考生根据准考证号在指定的客户端登录，经考试服务器身份验证确认后进行答题操作。当考生完成考试交卷时，自动批阅考生的考试结果，并将考试结果加密压缩打包后以文件形式上传至考试服务器，同时保存考试成绩到服务器端数据库中。
4）成绩处理子系统
成绩处理子系统主要用于对考生成绩及答题情况的数据进行处理。系统解压缩经过加密的考试包文件，可以还原考生的考试操作结果，以便于核查考生的实际考试成绩。导出考生成绩到Excel文件，包括总成绩和分类成绩等均可及时地显示统计。 2．2系统运行流程的规划
系统运行流程包括：考前工作流程、考试中操作流程、考后运行流程。考试流程如图2所示[2]。 考试中心
1）考前工作流程
录入考生信息：根据考生信息Excel模板文件格式录入考生信息，然后批量导入到考试服务器数据库中。 试题库下载：登录考试服务器端软件，通过因特网与考务服务器连接，下载本场考试的试题库文件到考试服务器端。
考前初始化：对考生考试状态、考试成绩以及考试包文件等进行数据初始化。
服务器 所有考生考试包 考试参数考试题库 考点 服务器 考生考试包 随机生成的试卷 客户机 图2 考试流程图
2）考试中操作流程
系统启动：客户端启动时首先查找考试服务器，然后检测客户端上的试题库版本，如低于服务器上试题库版本，则从服务器接收新的试题文件。接着进行续考和重考状态的检查，考生续考或重考，需要考场管理员输入密码确认。
考生登录：考生在客户端输入准考证号码，并通过网络发送至考试服务器，服务器对该号码是否允许考试进行确认，如果允许登录，服务器返回一个允许考试指令，同时服务器自动记录考生登录的详细信息，包括开考时间、客户端计算机名称和IP地址等信息；如不允许登录，则返回不允许登录原因的提示信息。
抽题组卷：考试客户端收到从服务器返回的允许登录指令后，系统自动建立一个虚拟磁盘作为考试操作目录，以随机方式完成试题的抽取并组卷，进入考试主界面，此时系统将开始记时并允许考生进行各项考试操作。此后的考试过程中，客户端与服务器互不通信，直到客户端请求交卷。
交卷退出：考生交卷或考试时间到，客户端自动保存考生正打开的文档并关闭，进入自动阅卷程序。完成阅卷后，系统将考生操作结果加密压缩打包后以文件的形式上传至考试服务器，同时保存考试成绩到服务器数据库中。交卷完成并收到服务器返回的确认信息后，系统初始化本机考试环境，等待下一位考生。
3）考后运行流程
上报数据：由考场管理员对考试包文件进行完整性检查，然后将所有考试包文件和成绩数据库文件压缩成一个文件并上报。
成绩导出：根据上报的数据，将成绩导出到Excel文件，包括考生的总成绩和分类成绩。 3 系统实现关健技术分析
3．1 并发处理
考试服务器网络信息交互并发处理是系统稳定运行的一个关键所在。考试服务器同时管理多台考试客户机，而考试往往同时开始，并集中在一段时间内结束，所以，同时登录与同时交卷是经常发生的事情，如果服务器并发处理解决不好，就可能发生试题文件更新失败、考试包错交、漏交等现象。本系统主要通过以下方法来处理并发问题：
1）服务器端采用动态WinSock 数组控件，将下标为0的WinSock控件固定作为服务器端口侦听对象。 2）当服务端收到一个新的连接请求时，服务器首先检查在已经加载的WinSock 数组对象中是否有空闲，如有，就使用该空闲WinSock 对象与客户机进行通信。否则，就动态加载新的WinSock对象。
3）在传输考试包等大容量文件时，由于WinSock控件一次只能接收不超过8KB的数据，所以数据必须分批发送和接收，在一对多通信状态下，系统必须跟踪每一个连接的状态。本系统使用了一个数组变量来跟踪每个连接的通信状态，以确定每个连接的数据是否发送完成。 3．2 数据压缩与加密
考试是一件非常严肃的事情，决不允许发生数据泄露事件，因此系统中的数据除了利用数据库本身的安全机制进行保护外，还必须再增加一道加密防范。
本系统中首先将试题库、考生操作文挡以及考试包文件压缩成标准的ZIP文件，然后利用数据加密算法RC4进行加密和解密。RC4 算法是目前最安全的加密算法之一，保密强度极高，实现速度也很快。考生成绩库中的
字段都是以密文的形式存储的，没有密钥即使得到了这些密文也无法解密，从而就保证了数据的安全性。 3．3 Internet 环境模拟
基于Internet的Web网页浏览操作也是信息技术课程上机实践操作考试的主要内容之一，而在正式考试中，接入Internet是不现实的。本系统提出了一个嵌入式Web 服务器的设计思想，把Web 服务器嵌入在客户端当中，即把客户机模拟成Web服务器。考试时由考试客户端来启动Web服务器程序，对于考生而言，其操作就如同真正上网一样。这样的设计，既方便了系统的安装，又提高了系统的稳定性与可维护性。 3．4 文件传输
考试试题库文件是保存在考试服务器上的，当客户机连接考试服务器时，首先判断客户机本地的试题库文件版本与服务器上的是否一致，如不一致则从服务器上接收新的试题库文件。
相对于字符的传送，文件的传送要复杂的多。因为文件数据量大，格式复杂，使得接收时难以控制。实践得知，当传送一个超过8KB的数据时，在接收方的Winsock控件会产生多次DataArrial事件，而且这个次数是不确定的。为了解决这个问题，本系统采取文件分块传送的方式，把要发送的文件按一定数据量为单位进行分割，然后依次发送。相应的，客户端也进行多次接收。整个过程如下[3]：
1）服务器以字符串的形式通知客户机要接收的数据量； 2）服务器以二进制的形式依次发送数据块；
3）客户机以二进制的形式依次接收数据块，并写入文件。
4）客户机判断已接收的数据是否等于要接收的数据量，如相等，文件传输结束。 3．5 自动阅卷实现
本系统将自动阅卷程序嵌入到考试客户端，在考生交卷后立即进入自动阅卷程序，阅卷结束后再将考生操作结果文档与阅卷结果加密打包，发送到考试服务器端保存。
单项选择题的评分过程比较简单，只须与标准答案比对即可以评分。文字输入则根据输入的速度与正确率来进行评分。
Windows 操作题主要考查考生对文件与文件夹操作、Windows设置以及IE操作等能力。文件与文件夹的操作可以使用VB的一些内部函数来获得相应的信息；Windows 设置项目和IE操作则需要使用Windows API函数或直接从Windows注册表中获取信息，然后与标准答案进行比对来实现评分。
Word、PowerPoint、Excel 等Office文档的自动阅卷相对来说难度大一点，因为很难用文档比对的方法来实现对这些操作文档的评分。本系统利用Visual Basic Application(VBA) 技术对操作文档相关属性进行分析，从而获取评分所需的文档信息，与标准答案进行比对来完成评分[4]。
自动阅卷系统应有足够的容错能力，必须考虑到考生可能出现的各种误操作，对于不正确的操作，系统除正常评分外，还必须保证不能出现由考生的误操作引起阅卷系统运行的中断，也不能使考生因某一步的错误操作而失去全部分数。 4 总结
利用上述方法所开发的信息技术上机考试系统，覆盖了试题编制、上机考核、自动阅卷和成绩统计等考试
环节，基本做到了对教学的即时有效反馈，同时也使得考试有较好的公开性、公正性和规范性。
最后，本系统对硬件要求低、软件安装维护方便，充分利用了学校现有的硬件与网络资源，易推广使用。
[1]
金炳尧，马永进，骆红波．一个信息技术等级考试系统的设计研究[J]．浙江师范大学学报(自然科学版)，2005，28(2)：159-163． [2]
黄英斌，竹翠．基于网络的新型计算机考试系统[J]．计算机工程，2001，27(8)：150-152． [3]
陈爱明，董朝霞．用Winsock实现在线考试[J]．计算机应用，2005，25(2)：490-492． [4]
周建良．Word操作题自动阅卷功能的实现[J]．宁波职业技术学院学报，2007，11(2)：83-85．
作者：周建良
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