高校计算机基础课程无纸化考试系统的设计
2016-10-10罗如为阙清贤
罗如为，阙清贤
(湖南人文科技学院 信息科学与工程系，湖南 娄底 417000)
高校计算机基础课程无纸化考试系统的设计
罗如为，阙清贤
(湖南人文科技学院 信息科学与工程系，湖南 娄底 417000)
湖南人文科技学院信息科学与工程系研发的高校计算机基础课程无纸化考试系统支持多科目题库共存，院系优先排考，根据考试科目随机且无重复地抽题组卷；考试文件存放在性能稳定的考场服务器中，考生只能操作考生本人的文件夹；考试机故障突发时已做题目的保存；系统自动判分，生成标准的试卷，打包收集考生的操作文件。经过近两年1万余人次的考试验证，该系统运行稳定，满足高校计算机基础课程无纸化考试需求。
高校转型发展；计算机基础课程；无纸化考试；考核改革；自动判分；考试安全
目前很多高校在大学一年级开设C语言程序设计、大学计算机基础(包括Word、Excel、Powerpoint)和Access数据库等计算机基础课程，但由于这些课程涉及到程序的编译运行或者文档、数据库的操作处理，缺乏自动判分系统，所以很多学校对于这些课程的考试仍然采用传统的“一卷定成绩”方式，即由任课教师在每学期课程结束后选择能够用于笔试的知识点命题，印刷成纸质试卷，再统一安排教室进行考试，考试结束之后教师批阅试卷并进行统计分析。由于存在考试周期长、纸张消耗大、阅卷工作量大且易出现记分错误、不能有效地考查学生的实践能力等明显弊端，传统考试方式已经不能适应信息化时代的需要[1]。
当前，我国经济正处于产业转型升级的历史阶段，需要大量的高层次技术技能型人才。教育部正在引导和推动地方本科院校向应用技术型高校转型发展。地方本科院校应抓住这一历史发展机遇，进一步树立育人为本、以职业需求为导向的办学理念，加大技术技能型人才培养力度[2]。
在此背景下，将高校计算机基础课程的考核方式改变为考核学生的计算机综合应用能力和实际操作能力，显得尤为重要。无纸化考试系统有效利用了计算机网络技术和数据库技术，作为计算机辅助评价的手段，与传统考试方式相比，在学习评价和教育测量中体现了考试的快捷、准确、公正，同时大大减轻了考试组卷、评卷的工作量[3]，特别是它能比较客观地考核学生的计算机应用能力。无纸化考试系统常态化安装在公共机房，任课老师可布置作业和练习任务，学生在提交作业后，可及时查看自己的得分和错误之处。这样一方面减少了老师随堂核查的工作压力，从学生得分情况可以决定作业所涉及的知识点是否需要在课堂上再讲解；另一方面学生因为能够及时看到得分和对错，得分高有成就感，知道对错可以有针对性地改正，从而提高学生的学习兴趣和学习动力，对提高教学质量具有十分积极的意义。
湖南人文科技学院信息科学与工程系自主研发的无纸化考试系统，涉及到Windows操作系统、Word文字处理、Excel电子表格处理、Powerpoint演示文稿、Internet和邮件技术、C语言程序设计、Access数据库技术等多项软件技术的综合运用。考试系统根据功能分为两个子系统：管理子系统和考试子系统。
一 管理子系统功能设计
管理子系统由任课教师、考务管理人员使用，包括题库管理、排考管理、考试管理三个功能模块(如图1)。
图1 管理子系统功能模块图
(一)题库管理模块
在保证完成规定的课程内容、教学任务的前提下，为了提高学生的全国计算机等级考试(NCRE)通过率，将题库的建设定位在符合全国计算机等级考试大纲要求：一级Office的考试题型包括选择题(计算机和网络的基本知识)、操作题(Windows 操作系统的使用、Word 操作、Excel 操作、PowerPoint 操作、浏览器的简单使用和电子邮件收发)；二级Office考试题型与一级Office相比，删去了Windows操作和上网题；二级C语言程序设计的考试题型包括单项选择题(单从该课程来考核学生，不含公共基础知识部分)、操作题(填空题、改错题及编程题)；二级Access数据库技术的考试题型包括单项选择题(不含公共基础知识部分)、操作题(基本操作题、简单应用题及综合应用题)。
1.选择题题库建设
在建设选择题题库时，要区分知识点分块命题，比如将Access数据库技术的考核知识点分为4个知识块：基础知识、查询、窗体报表和VBA编程。在考试发卷时，从每个知识块分别抽取一定数量的选择题。为防止选择题重复出现，最好是安排一个教师负责一个知识块的命题，然后交叉审题，保证题目的正确性。选择题通常由题干和4个选项组成，教师命题时可以将参考答案固定在第一项(A)，在考试发卷时，系统会将4个选项随机排序。考生在考试过程中做选择题时，要选择的正确答案就不一定是第一项(A)了，即使两个考生抽到了同一道选择题，他们要选择的正确答案也可能不相同。
2.操作题题库建设
操作题由于记分点的多样性，命题难度很大。比如，考核Word文字处理中为一个词设置指定的颜色，命题教师需要分别给出：题号、段落号、指定词语、考核点(文字颜色)、颜色值、分值等各项指标值。
C语言程序设计操作题题库的建设相对Office和Access来说，要容易很多。下面以C语言程序设计为例，介绍其操作题题库的建设。
(1)给出C语言程序的源代码文件。给程序填空题命题时，源代码文件统一命名为“blank1.c”，源文件存放在以题号命名的文件夹下。在源代码中给出独占一行的“/**********found**********/”标记，在标记下方给出需填写源码的空号，如“n=__1__;”。程序改错题和程序设计题的源代码文件分别统一命名为“modi1.c”和“prog1.c”。程序改错题的源代码中在出错行的上一行给出“/**********found**********/”标记，程序设计题的源代码中，通常给定实现指定功能的函数的函数头，将函数体留空，需要考生补充完成。
(2)编写该题的题干(如图2所示)。先给出源代码程序的功能说明，并给出样例说明，最后给出不能更改文件保存位置和不能修改其它代码的声明。
图2 程序填空题的题干样例图
(3)给出参考答案或输出结果。命题教师要给出填空题和改错题的参考答案，如果参考答案有多种表达方式，要尽可能给出各种常规表达形式的备选答案。命题教师要给出编程题的测试数据，以特定格式保存为in.dat文件，还必须给出与测试数据对应的输出结果。
(4)给出题目分值。通常填空题18分，改错题18分，编程题24分。
(二)排考管理模块
排考管理是根据考试科目、考试用机房(考场)及其可以容纳的考试人数，对需要采用无纸化考试系统的考生安排考试批次和考场。
从教务处获取考生名单，整理之后得到一个包含考生信息的Excel文件，考生信息包括考生所在系部或学院名称、班级名称、学号、姓名和考试科目信息。在排考之前需将考生信息文件通过无纸化考试系统导入到数据库中。
排考前，还需要清查各考场可用的计算机数量，然后在系统中对考场名称、考场编号和可容纳考生人数进行添加、删除、修改、保存。
1.排考
因为学生还有其它科目的考试，通常是各个系部会统一安排考试进度，所以为了配合其它考试工作，确定以系部优先安排无纸化考试批次，尽量将一个系部的考生安排在同一批次考试，并且同一班级的考生尽量安排在同一考场，这样也便于将考试时间和考场通知到考生。确定了系部优先的策略后，计算出所有考场的各种组合容考人数，由系统自动根据班级人数选择最适合的考场组合，尽可能实现同系部考生在同一批次，同班级考生在同一考场。
因直接按照上述方法排考，可能存在一个班只剩余1-2名考生没有安排到同一考场。但在实际操作中，必须预留几台考试机备用，因此还是可以将这1-2名考生增加到这个考场中，所以要修正上述排考方法：假定管理子系统在预排A班级的考生到考场i之后，判断A班级剩余的考生人数是否小于等于2；如果是，则仍然将A班级剩余的考生排进考场i，否则将他们排进考场i+1。
假定最后剩余的考生人数为N(N>0)，各考场还能够增加的考生人数为M，如果N
如果排考后发现最后一个考场的人数过少，则可以稍微下调各考场的可容纳考生人数，再重新排考。这样调整后，使得各考场有更多的备用考试机，减轻各考场的容考压力。
2.抽题
在考试之前，通过一定规则将所有已排考考生的题号抽取出来；在开考前几分钟，只需要监考教师通过系统完成发卷和开启考试。
排考之后，可能会出现同一批次同一考场，也就是同一时间段，会考试多门课程，所以在抽题之前要统计出这一考场各门课程的考生人数。再对这一考场同一门考试课程的所有考生统一随机抽题。以C语言程序设计课程考试的抽题为例，分析抽题方法。
抽题算法：
假定已选择批次pc(pc=1)，考场kc(kc=1)，考试科目km为C语言程序设计。考试C语言程序设计的考生人数为N。每个考生的考试试卷中，选择题题量为M(M=40)，分布在k(k=5)个知识块中，则每个知识块中抽取的选择题数量为mi(1≤i≤k)，满足m1+m2+…+mk=M；填空题、改错题和编程题各1道。
假定题库中每个知识块的题量分别为CH1,CH2,…,CHk，题库中填空题、改错题和编程题的题量分别为T1,T2,T3。
如果N≤T1，则从1～T1中随机抽取不重复的N个数；否则将抽取到重复的数据。所以通常在建设题库时，题量要大于一个考场的最大考生数。将抽取的N个数据加上填空题的初始序号，即可得到抽取的N个填空题题号，再将这N个题号分别分配给N个考生。
改错题和编程题的题号抽取方法与填空题的抽题方法一样。
如果m1×N≤CH1，则从1～CH1中随机抽取不重复的m1×N个数；否则将抽取到重复的数据，将抽取的m1×N个数据加上选择题第一个知识块的初始序号，即可得到抽取的m1×N个选择题题号，再将这m1×N个题号分别分配给N个考生。用同样的方法抽取其它知识块的选择题题号分配给考生。
距离直接影响到声音的清晰度和直达声与混响声的比例，而角度关系到声音的音色。在使用传声器语言拾音一般拾音距离为20～30cm，但录制中还要根据室内混响时间的长短进行调整，必须控制好直达声和混响声的比例，混响时间长，可近一点；混响时间短，则稍远些。另外，拾音的距离与传声器的指向性也有关系，使用者根据传声器不同的指向性调整好拾音的距离。一般拾音的距离不宜过近（特殊需求除外）。对于现场节目主持人形式的拾音要注意掌握嘴部与传声器的距离和角度，不宜过近，避免出现“喷话筒”和“抽气声”。
如果这一考场还有其它科目，则按照上述方法抽取题号。
按照类似的抽题方法，当完成第1个考场的抽题后，再进行第2个考场的抽题。当完成第1批所有考场的抽题后，再进行第2批各考场的抽题，直到完成所有考场的抽题并将题号分配给考生。
(三)考试管理模块
考试管理主要包括考试环境的配置、考试过程的控制及考试结果的处理。因考试中涉及目录共享、目录授权，并且在考生考试过程中，考生的操作文件和考试结果均需要安全存储，所以需选择安装有windows server2008的性能稳定的计算机作为考试服务器。
1.配置考试环境
首先要创建考试用的目录：总目录UCTE及其3个子目录(数据库存放目录DB，考生试卷、考场成绩单和考生操作文件包存放目录StuAns，考生文件夹存放目录WEXAM)，并设置UCTE共享。然后授予Administrator对UCTE目录具有全部权限；创建UCTE用户组，授予UCTE用户组对StuAns和DB目录具有读写权限。
目录创建完成后，将考试数据库存放到DB目录。创建考试目录和用户组并授权，在管理子系统中要一键完成。
设置考场号，便于选择该考场的考生信息和抽题题号。还需设置该考场各考试科目的考试时长，用于限定考生考试的时间长度；设置考试的类型：正式考试或模拟考试，正式考试将在考试状态显示中看不到考生交卷后的成绩，如果选择模拟考试，则可即时看到考生交卷后的得分。
在开考前几分钟，根据考生的题号完成发卷工作，这样考生在登录考试时不用浪费等待发卷带来的时间耗费。因为考场号已设置，所以只需要选择正确的批次，就可以确定下一场将要参加考试的考生信息。
根据确定考场号和批次的考生信息，创建以考生考号命名的考生目录(如14436101)和用户(如k14436101)，并将用户k14436101添加到UCTE用户组，使得考生对考试数据库有读写权限，授予用户k14436101对考生目录14436101及其子目录具有全部使用权限。还需创建临时存放考生所抽取的选择题信息的文件。考生文件夹(考生目录)只有考生本人拥有全部使用权限，无权删除其它考生文件(夹)。
考生目录创建完成后，根据考生抽取的操作题题号，将相应的操作文件从题库目录复制到考生目录下；对选择题系统随机生成ABCD四个选项的顺序，以避免相邻机位出现完全一致的选项顺序，有效规避相邻机位的舞弊现象，为实现此功能，系统自动将题号、ABCD的新序及相应参考答案存放到考生选择题信息文件中。
如果完成了发卷，则完成了本场考试的考试环境配置。
2.控制考试过程
考生进入考场后，可以先登录考试系统，浏览考试须知信息并等待考试开始。考试时间一到，监考教师在管理子系统中点击“开始考试”，考生可进入考试，管理子系统将每隔30秒将考试剩余时间更新到数据库。管理子系统可更新查看考生登录、交卷状态。
针对个别特殊考生，可修改该考生在考试数据库中的考生信息，使考试顺利进行。如果某一考生因特殊原因迟到30分钟而不能登录考试，只要监考教师同意，可以通过系统修改迟到标记“允许迟到考生考试”；如果某一考生在做选择题遇到考试机故障异常退出，监考教师可以通过系统修改已保存选择题标记“允许重新进入选择题”；如果某一考生在考试过程中遇到考试机故障，无法继续考试，监考教师可以通过系统修改考试机IP地址“允许换机”；如果某一考生因考试机系统软件问题无法正常交卷，则可以由监考教师在管理子系统中“异常收卷”，因为考生的考试结果全部存放在考试服务器上，在管理子系统也可以实现考试子系统中的自动判分、生成试卷等功能，所以可以实现监考教师代考生交卷。
3.处理考试结果
考试结束后，必须进行考试结果回收。在正式回收之前，先校对StuAns目录下考生试卷和本场考生的考试信息，校对后须提供缺考名单和已参加考试但没有生成试卷的考生名单。如果是缺考，监考教师应在考场记录表记录相关信息；如果是已参加考试但没有生成试卷，需要监考教师根据相应名单备份该考生的考生文件夹。
正式回收考试结果包括：导出本考场成绩单；将试卷、成绩单(excel文件)、考生交卷时生成的操作文件压缩包再次加密压缩；生成的压缩包存放到回收专用目录下。
所有批次的考试结束后，汇总回收的所有加密压缩包；解压所有的包；遍历所有成绩单文件导入到系统数据库中；最后导出本次考试的所有考生成绩单，即汇总成绩单。
二 考试子系统功能设计
考生使用考试子系统进行考试的流程如图3所示。
图3 考试子系统流程图
正式开考之前，考生可以打开考试系统，输入正确的考号登录，核对考生信息，等待开始考试。
考试开始时，考生可以看到考试题型窗口和考生信息、倒计时信息。为便于考生处理文件，允许考试窗口可以移动，可以显示或隐藏。
一旦进入选择题考试，考生通过选择题号按钮切换题目。切换题目之前，将当前题目的考生答案存入考生答案数组，并存储到考生答案文件，防止考试机断电或故障，避免考生丢失已做答案；然后加载切换后的题目、考生已选答案。
选择题考试窗口必须设置为全屏、置顶，不允许考生切换窗口。考生完成选择题后，保存退出，修改数据库中选择题保存标记，不允许考生重新进入选择题窗口。
操作题考试时，考生需根据题目打开相应的软件平台或窗口，如VC++6.0、Word、Excel、Windows窗口、Access数据库。根据题目中的要求完成相应操作，文件类操作通常需要保存。
考试子系统的计时器在考试剩余时间只有5分钟时会自动弹出窗口提醒。如果剩余时间为0时，考生仍没有交卷，考试系统锁定屏幕，由监考教师输入密码解锁，延长5分钟让考生完成交卷。
考生选择交卷后，计时器停止计时，考试系统强制关闭Word、VC等工具软件，再调用自动评分程序为考生的选择题、每个操作题评分，汇总分数，记录成绩到数据库；按格式生成考生试卷，将考生操作文件打包，并将试卷和打包文件存放在考试服务器的StuAns目录下
选择题、判断题的自动评分：直接将考生答案与标准答案进行字符串匹配，单项选择题或判断题的两种答案完全匹配才算正确并给分；多项选择题可以根据规则，判定匹配正确的数量确定得分值。
操作题的自动评分：基本标准是按计分点判断考生答案的正误并计算相应分值。以C语言程序设计课程考试中程序填空题(通常是3个空，每空6分)为例，如果考生的一个填空答案与相应参考答案中的任一种表达形式完全匹配，则得6分，否则得0分。参考答案中尽可能给出常规的表达形式，例如有一个空需填写单独的变量i增加1的表达式，则常规写法有：i++、++i、i+=1、i=i+1、i=1+i、i=(i+1)、i=(1+i) 。
程序改错题(通常是2个错，每错9分)，评分方式与程序填空题完全类似，只是分值有区别。
程序设计题(通常是补充一个函数体的代码，24分)，要求考生补充代码后，必须运行程序，并且程序能够正确运行；运行时，程序会读出题目给定的in文件中的测试数据，并生成输出结果到out文件中。此题的判分是根据out文件中正确的输出结果数确定得分值。假定参考答案中正确结果数量是10，考生的out文件中正确结果数量是2，则考生此题的得分是：24*2/10=5分，计算结果会四舍五入折算成整数。
交卷成功后，考试系统自动关闭退出，不需要监考教师手工关闭考试系统。
三 结语
高校计算机基础课程无纸化考试系统主要用于大学计算机基础、C语言程序设计和Access数据库技术的期末考试和开学初的补考。无纸化考试系统的投入使用，从根本上改变了考核方式，从原来的理论性考试改变为考核学生对计算机软件的操作技能，真正做到了理论与实践相结合，提高了学生计算机的实际操作能力以及解决实际问题的能力[4]。考试系统运行稳定，自动阅卷功能完整，评分比人工批阅更公正、更准确，可以极大地提高考试的灵活性、公正性、可信度和工作效率。
该系统正逐步运用到日常实践教学过程中，任课教师通过该系统发布实践任务，记录学生的每次实践成绩，上机操作的成绩应严格按照一定的计算公式计算到课程的总成绩中，让学生明确上机操作的重要性，自觉加强能力的培养[5]；学生通过该系统学习，可以及时看到实践成绩和操作的对与错，可以及时改正错误，提高学习兴趣，从而彻底改变计算机这门操作性较强的课程的教与学，提高教学质量，提高学生的实践能力，提高学生在全国计算机等级考试中的通过率。
此外，该系统无需更改就可以推广应用于其它科目的单选题、多选题、填空题和判断题等客观题的考试。
[1]徐光迎,贾国芳.开放式考试平台的设计与实现[J]〗.计算机工程与设计,2012，33(6):2516-2521.
[2]夏鲁惠.地方本科院校如何转型发展[N].中国教育报，2014-10-20(10).
[3]周晨,陆正,高莺.基于SSH2的无纸化考试系统的设计与实现[J].软件，2013，34(12)：103-106.
[4]贾文峰.全国计算机等级考试改革及应对措施探讨[J].电脑知识与技术,2013,9(7):1591-1592.
[5]宋斌,鲁洪伟,高珉.全国计算机等级考试无纸化模式对计算机教学的导向[J].电脑知识与技术,2013,9(6):1398-1399.
(责任编校：杨丽英)
Design of Paperless Examination System for Basic Computer Courses
LUO Ru-wei,QUE Qing-xian
(Department of Information Science and Engineering,Hunan University of Humanities,Science and Technology,Loudi 417000,China)
Department of Information Science and Engineering of HUHST has developed a paperless examination system for basic computer courses in colleges and universities.The system supports a multi-subject question bank,provides examination scheduling according to the priority of each school or department,and allows random extraction of questions without repetition.Examination files are stored in an exam server which has stable performance.Examinees have access to their own files only.Questions that have been done will be automatically saved in case of machine fault or network failure.After the examinees submit their paper answers,automatic paper rating and scoring begin,and later a standard examination paper will be generated and operational files compressed.The system proves stable with more than ten thousand examinations completed in the recent two years,thus is capable of meeting the demand of paperless examination from colleges and universities for basic computer courses.
transformational development of colleges and universities; basic computer courses; paperless examination; examination reform; auto scoring; examination security
2014-11-23.
湖南省教育厅教学改革项目“计算机基础课教学方法改革的教学与实践”(湘教通[2013]223号No.464)，湖南人文科技学院教学改革项目“计算机公共课辅助教学模式研究与实践”(RKJGZ1314)。
罗如为(1974—)，男，湖南邵东人，湖南人文科技学院信息科学与工程系实验师，博士，研究方向：数字图像处理、虚拟现实；阙清贤(1973—)，男，湖南涟源人，湖南人文科技学院信息科学与工程系副教授，研究方向：网络存储、系统结构。
G642.47
A
1673-0712(2016)01-0122-07
