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一种新的基于WEB的计算机科学教育在线考试系统

Yuan Zhenming¹, Zhang Liang², Zhan Guohua³

摘要 - 基于网络的考试系统是大众教育评估的有效解决方案。 我们开发了一个基于浏览器/服务器框架的新颖的在线考试系统，它对客观题和操作题进行检查和自动分级，例如编程，操作Microsoft Windows，使用Microsoft Word，Excel和PowerPoint等。 这个系统已成功应用于计算机科学基础操作技能的远程评估，例如大学计算机技术课程和中国浙江省高中毕业生全国考试。

索引条款 - 考试系统，自动分级系统，基于Web，DCOM

介绍

在中国，基础电脑操作技能教育得到广泛推广。 这些技能包括运行Windows，MS Office，网络技能等，这是不同课程的组合以及电子政务的基础。 现在，每个本科生必须通过计算机技能的过程，而每个公务员必须通过相应的计算机操作考试。 此外，高中的基础电脑教育正在进行中。 自20世纪90年代末以来，有数十万人在浙江省参加了不同级别的计算机教学和考试。 我们有必要为如此众多的人群建立一个网络化的学习和考试系统，作为大众学习和基础计算机教育评估的有效解决方案。

我们已经设计了几种基于Web的学习和测试系统，如WebCT [1]，QUIZIT [2]，ASSYST [3]和PILOT [4]。 基于Web的考试系统中最广泛使用的问题类型是客观测试和测验，它们假设可以在线正式检查和轻松评估的简单答案。 典型的问题仅限于是/否问题，多项选择/单一问题，多项选择/多重答案问题以及填写问题的字符串和数字答案。[5] 这些系统中更为丰富的答案需要由课程师或教师进行手动分级。 此外，这些系统不支持在客户端计算机中测试操作技能，如Windows打印机设置操作和Word编辑等。

我们的基本电脑操作技能考试系统具有以下特点：

（1）问题类型不仅包括客观题，还包括Windows，MS Word，MS Excel，互联网技能等操作问题。

（2） 学习和考试系统是培养实践技能。 因此，在客户机的实际环境中运行和测试是最好的学习方法。

（3）我们迫切需要开发一个可以对操作题和客观题进行评价以及进行分级的自动分级系统。

然而，以前的基于Web的学习和测试系统不能支持这样的功能。

我们开发了一种基于浏览器/服务器框架的新颖的在线检测系统，采用先进的计算机技术，对基本的计算机操作技能进行了考核，包括客观测试，Visual Basic编程，Microsoft Windows操作，Word，Excel和 PowerPoint编辑，互联网和电子邮件技能等。它还实现了在线自动分级。

系统架构

我们的基于Web的考试系统是基于DCOM技术的分布式协作系统。 它有四个主要部分：考试准备系统，考试系统，考试监控系统和自动分级系统。

• • 准备系统是用于管理问题存储，分配测试ID和安排测试。 我们的问题数据库由问题，一组可能的答案，问题类型和其他元数据组成，由主题，关键词，复杂性和难度等几个因素索引。数据库对教师开放，允许他们 通过模板添加问题和答案。
  • 考试系统是一个基于Web的测试界面，被称为WOES，其中包括以下主要功能：客户端控制，时间控制，安全控制和自动安装。 受益于DCOM技术，系统可以比C / S框架更方便地自动安装和更新。 由于系统建立在网络上，系统安全面临严峻挑战。 我们通过密码，实时监控系统和数据传输加密来保证安全。加密功能是用在考试前对学生进行识别验证。
  • 实时监控系统通过面部跟踪技术要求学生在考试期间不要离开计算机。 数据传输加密系统通过网络将考试问题和答案以保密的形式传送到服务器上。 考试监控系统也是考试系统的管理者，通过该考试系统可以监控考试过程，执行考试ID统计，收集答案等。
  • 自动分级系统是通过模糊匹配算法和宏编程技术设计的，该算法采用可变问题类型进行调优。

基于WEB的在线考试系统

• 1. 在线考试系统的目标

作为基础电脑操作教育的普遍考核制度，必须符合以下要求：

1. 一个合理的试题库，必须符合考试大纲
2. 一个实用的界面。 有两种类型的考试界面。 一个是模拟，另一个是实际环境。因为计算机技能的实际性质，第二个方案将使学生能更加灵活的操作。
3. 一系列试题类型，如客观题，操作题，设计题，信息检索，群体测试等。
4. 安全可靠的考核制度
   1. WOES的组成部分

基于Web的在线考试系统（WOES）是由Web服务器，数据库服务器，WOES中间件服务器，WOES客户端模块和浏览器（如Internet Explorer）组成的多层系统。 在这个系统中，我们使用Internet Information Server 4.0（IIS）作为Web服务器，数据库服务器是Microsoft SQL Server 7.0。

图1 多层WOES结构

WOES的内核是WOES中间件服务器和WOES客户端模块，根据Microsoft DCOM标准设计。 DCOM是二进制COM对象的扩展连接LAN，WAN和Internet，可以通过不同的网络实例绑定对象。 它是一种高级网络协议，用于与不同位置的两个进程的基于COM的组件配合使用。 WOES中间件服务器是提供WOES客户端与Web服务器或数据库服务器之间通信接口的服务器端组件。 WOES客户端是由浏览器调用以控制客户端计算机并从WOES服务器提交或接收信息的客户端组件。 该技术保证了测试系统的灵活性和扩展潜力。 此外，它允许访问本地文件，而在常规系统中，IE安全性可防止此类访问

图2 客户与服务器的沟通

受益于DCOM，WOES客户端可以从互联网上的WOES中间件服务器自动下载或更新。 他们也可以从一个客户端移动到另一个客户端，并与WOES服务器进行通信。 该系统像代理协会一样，它是一个仅由WOES服务器控制的集中式代理系统。

• 1. WOES的关键技术

1. 友好的用户界面

我们使用浏览器作为用户界面， 浏览器界面具有统一和一致的用户界面。 几乎每个人都能够巧妙地使用它。 因此，这个系统可以消除各种考试制度的差异，并保证公平考核。

1. 简单的系统维护

由于系统是基于浏览器/服务器架构，所以教师可以更新系统或试题数据库，或仅在服务器中检查学生的数据库。 客户端/服务器必须的更新客户端系统操作是不必要的。

1. 集中的考试管理

从中央控制系统中，老师可以轻松地控制考试的开始和结束，收集答案，并在屏幕上监控学生的考试状况。

1. 安全性

基于B / S的系统面临的最严重的困难是安全性，因为原则上每个人都可以在城市的互联网或WAN上访问基于Web的考试系统。

• 所有的试题，材料和答案在编码后以比特流格式传输，而不是文件格式。 它既可以确保传输过程中的安全性，也可以保护系统不被入侵。
• 当一名学生开始考试时，系统会根据客户的硬件和操作系统环境向他发送一个密码。 它可以防止犯罪分子从其他客户端模仿这名学生进行登录。
• 最新的方法是利用人脸检测和识别技术防止远方的学生离开客户端。 在考试开始之前，要求学生坐在可以监控整个场景的电脑摄像头前面。 那么系统会自动识别学生的面孔和身份。 一旦进行验证，学生必须留在相机前，直到考试完成。

图3 友好的考试系统用户界面

自动分级系统

自动分级系统可自动对考试系统收集的答案进行分级。 它帮助教师轻松统计分数。

分级有两种类型：客观题和操作题。 可以通过准确的匹配或模糊匹配来有效地分级客观问题，如选择题，是/否问题和填空问题。 但是很难通过简单的匹配技术对操作问题进行分级。

一个可能的解决方案可能是：

直接阅读答案文件并将其与密钥文件进行比较。 但这并不实用，因为Microsoft Office文件的格式很复杂。

另一个解决方案是：

使用Office OLE对象进行分级。

这种方法方便高效，但是具有很大的缺点：分级系统的源代码与具体问题密切相关，当问题发生变化时，会产生大量的工作。

我们提出了一个在关键知识数据库的基础上进行的普遍分级制度。

图4 通用的自动分级系统

首先，我们提取所有可能的知识点，并将它们存储在三重格式中：（键，值，位置）。 然后我们通过直接标注问题点来生成试题文件; 系统将相应的问题键添加到标准密钥库中。 所以，自动升级系统的最后一个过程是将应答文件与标准密钥库进行比较。 自动分级系统还允许教师将自己的试题添加到我们的考试系统中。

结论

我们已经开发了一个实用的计算机技能考试系统的整体解决方案。 为浙江省高校毕业生提供了大学基础电脑教育，公务员培训和全国考试等各种问题的用户友好平台，数十万学生和教师利用这一制度并且同意这有效提高了学习和测试的效率。

参考文献

[1] WebCT,“Web Courses Tolls”,http://www.webCT.com.

[2] Tinoco, L., Fox, E. and Barnette, D. “Online evaluation in WWW-based courseware”, In Proceedings of the 28th SIGCSE Technical Symposium(1997), pp. 194-198.

[3] Jackson, D., Usher, M. “Grading student programs using ASSYST”, In Proceedings of the 28th SIGCSE Technical Symposium (1997), pp.335-339.

[4] Stina, B., Michael T., Stephen G., Roberto T., “PILOT: An Interactive Tool for Learning and Grading”, SIGCSEB: SIGCSE Bulletin,2000.

[5] Peter Brusilovsky and Philip Miller, “Web-based Testing for Distance Education”, Proceedings of WebNet99, World Conference of the WWW and Internet, Honolulu, HI, Oct. 24-30, 1999, AACE, pp. 149-154

[6]RuiMin Shen, Yiyang Tang, Tongzhen Zhang, “The intelligent assessment system in Web-Based Distance Learning Education”, FIE 2001.

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