医学院校在线考试系统的设计与实现研究

沙 飞　张 楠　刘文艳　王 珂　杨 淼　翟阳阳　谢 艳

目前，随着计算机和互联网的广泛应用，电子化的考试方式也在逐步取代传统考试方式，而电子化考试较之传统纸质试卷的优势十分明显。电子化考试是指通过电脑实现考试过程，分为单机考试和联网考试两类。目前的电子化考试以网络为基础，在线考试极大地丰富了电子化考试的功能，提高了师生的工作和学习效率，节约了纸张和印刷成本，使考试相关的各种数据以动态的方式保存，既利于数据重复使用和更新，又节省传统介质保存的空间，同时还降低了数据资料丢失损坏的风险[1-2]。本研究针对在线考试系统的选择、运行环境的搭建、结构功能设计及应用、再开发及优化展望等方面，结合医学院校的特点研究和实现在线考试系统。

1　在线考试系统的选择

1.1　网络应用程序

对于各种硬件终端和软件操作系统下的网络应用程序(软件)而言有两大种类：①客户端程序与服务器端程序(client/server，C/S)；②浏览器与服务器端程序(browser/server，B/S)[3-4]。两种应用程序运行模式存在一些区别，从用户体验角度而言，其主要区别是用户终端的使用界面不同，C/S使用单独开发的客户终端程序，B/S使用通用的客户终端程序—浏览器。从设计结构角度而言，C/S相对复杂，除了真正意义上的服务器和客户终端外，在其之间还存在中继服务器或网关来分担功能和访问的压力；而B/S的结构更简单，服务器和客户终端未直接参与其他元素。C/S和B/S在结构上的差别使得其适用于不同的场合，前者适用大型的考试环境，通常是基于互联网的大型考试，如省市甚至全国范围的考试。而B/S更适合局域网，如校园内部的小范围考试。虽然C/S模式的功能更加强大，运行稳定性更好，但是B/S同样具备搭建门槛低，更新维护便利的优势。两种模式各具特点，各有利弊，无法完全互相取代，关键在于应用到合适的环境里，其各自的优势才能得到体现。

1.2　B/S模式的考试系统

通过B/S模式考试系统的应用，使得医学院校的考试更加高效便捷。目前已开发运行的考试系统有很多，包括商业和开源[5]项目，本研究最终选择的是开源B/S项目TCExam系统。开源项目除节省购买成本外，更重要的是具备二次开发的可能，使得其功能可以根据用户的需要不断扩展。

2　TCExam系统的技术特点

TCExam是国外的一款基于LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)架构[6]的开源软件项目，于2004年问世，经历多次更新升级，是一款运行稳定的院校级考试系统。开源项目的最显著优势是代码公开，更改升级方便，功能扩展空间广阔，使用成本低廉，甚至非商业场合可免费使用。TCExam是由PHP编程语言代码编写，默认连接MySQL数据库的考试及管理平台。PHP与C、C++及Java等编程语言的语法非常相似，并且同时支持面向对象和面向过程的编程逻辑结构，有类似语言编程经验的开发者极易适应PHP的代码编写。相对于其他高级编程语言，PHP省去了编译的步骤，而是由服务器对PHP代码解释运行，方便了开发者[7]。以上这些特点使得PHP被公认为当今最优秀的网络编程语言之一，被国内外广泛使用。运行平台方面，PHP可搭配多种伺服系统和操作系统，具备突出的跨平台性[8]。虽然PHP更多时候被推荐在Unix/Linux平台上运行，但其在Windows平台上运行的稳定性也较好，降低了TCExam用户的技术门槛，使得对Unix/Linux平台的维护开发不太擅长的用户也能轻松使用，以Windows作为替代平台，降低了本地开发的成本。

MySQL同样被视为LAMP项目的经典开发工具。MySQL数据库继承了标准SQL语言，其建立的数据库具备很强的可移植性。MySQL同样具有很好的跨平台性，在Unix/Linux和Windows平台上的运行性能都很好。MySQL在功能模块加载方面具有突出的灵活性，其与Oracle、SQLServer等大型关系数据库相比，功能定制更加自由，通常体现为更快的运行速度。对于TCExam这类院校级的中型项目，选择MySQL作为后台数据库很恰当。

3　在线考试系统运行平台的搭建

在线考试系统的应用目标是医学院校的日常测试及期末上机考试，同时在线考生人数分别为300人以内。为了降低应用开发门槛，且早日投入使用，将TCExam系统运行在Windows平台上，其版本选择TCExam-12.1.012。

编程语言PHP和后台数据库MySQL已确定前提下，首先要选择伺服器[9]—Apache或互联网信息服务(internet information services，IIS)工具。Apache在世界范围内已被众多项目所验证，其在Unix/Linux和Windows平台都能正常工作，但在Unix/Linux平台上可以发挥出更加出众的性能。而IIS工具是微软平台下默认伺服器，虽然具有配置方便的优势，但是现实中几乎无法与Unix/Linux平台搭配。考虑到日后将TCExam系统向Unix/Linux平台上移植扩展，以获得更加出色的性能和更加稳定的运行状态，选择Apache，版本号为2.2.14。TCExam采用完全的面向对象模式编写，不需要支持面向过程，因此编程语言PHP的版本选择5.2.17；数据库MySQL的服务器版本为5.5.8。

由于本项目的定位不仅在于对TCExam的应用，未来必将涉及代码修改、功能扩展等再开发领域，因此除以上核心软件外，还安装了后台数据库管理维护工具phpMyAdmin，以便直观深入了解数据库的设计结构，便于再设计。phpMyAdmin数据库管理维护工具安装的版本为3.3.9.1。安装部署完成后的主界面如图1所示。

图1　在线考试系统运行平台界面图

4　在线考试系统的设计与功能实现

4.1　TCExam功能结构设计

(1)TCExam平台。TCExam目前的主要功能包括测试和管理两大板块。测试为前台应用层面，即用户参加考试；管理体现在多个层面或功能上，分为题库创建及维护、试卷组题及考试设置维护、考试实时监控管理、试卷分析及成绩管理以及后台用户数据维护管理，不同的功能针对不同性质或权限的用户。TCExam是个多权限多用户的平台，预设置了0～10共11个权限等级，等级越高权限越大。

(2)TCExam在实际应用中0～10级的11个等级归结为4种权限：①系统管理员，10级是具有所有操作权限的系统管理员用户；②普通管理员，9、8、7、6、5级是具有相同的限制管理权限的管理员用户；③普通用户，4、3、2、1级是无管理权限，但可以登录系统参加考试的用户；④匿名用户，0级则只能登录无法进行任何操作。将权限细化为11个级别，是为系统再开发时的功能扩充预留接口，以满足不同用户多样的需求[10]。同级权限下可注册多个用户，系统管理员拥有全部权限，可以进行任何操作；普通管理员的权限可以完成题库创建及维护、试卷组题及考试设置维护、试卷分析及成绩管理等操作；普通用户能参加测试以及进行与本人账户相关的信息操作；匿名用户目前只能登录系统，无任何操作权限，可为今后再开发扩充功能留出接口。

4.2　TCExam在本项目中的应用

通过TCExam系统来满足医学院校日常测验或期末考试的需求，提高考试和阅卷的效率。为达到这个目标，需要完成3个基本步骤：①建立用户信息和权限分配；②题库结构设计和题目信息创建；③试卷生成和考场信息设定。采用TCExam系统进行分子生物学考试的界面如图2所示。

图2　分子生物学考试界面图

4.3　建立用户信息和权限分配

系统中默认的顶级权限用户admin，一切操作从开始admin属于系统的默认组default。将具备题库创建管理权限的教师设置为7级用户，将参加考试的学生设置为1级用户。与操作系统类似，用户在创建时必须指定一个或多个组。教师组名可以学院名或学系名指定，亦或是两者组合命名；而学生组名按照其所在教学班来设置。当学生学籍变动时，此类学生将被设置在曾经所在的班所命名的多个组中，这样既保留了变化的痕迹，数据更新操作也非常简单。要求具备唯一性的用户名，分别以教师职工号和学生学号命名。

4.4　题库结构设计和题目信息创建

(1)TCExam的题库自上而下有模块、主题和题目3层结构，依次向下包含。命名方式会因环境和思路不同而不同，但无论采用何种方式命名，3层所属关系需要保持。本项目中，将模块设计成各门课程，如分子生物学、计算机基础等。将主题设计成同一课程中针对不同对象或者不同难度级别的题目，目的是在生成试卷时，可以针对不同性质学生灵活有效地控制题目的难易比例。将1级设计为夜大书本题目，2级为本科书本题目，3级为低等难度题目，4级为中等难度题目，5级为高等难度题目，难度级别升序排列。

(2)题目创建。采用界面创建和导入创建两种方式创建题目，教师(次级管理员)和顶级管理员均具有操作权限。对系统不熟悉的用户或者首次创建题目时，推荐采用界面创建方式，此种方式直观明确，按部就班不容易出错。而对于系统管理员和有经验的教师用户而言，使用具备批处理性质的导入创建题目的方式更高效。TCExam支持两种题目文件导入XML和TSV格式，且均为文本格式。前者兼容性更好，很容易移植到其他系统和数据库中；后者则格式更加直观，便于理解。导入创建方式是直接向数据库写入大量数据，需要顶级管理员权限。

(3)TCExam中默认的题型有单选、多选、问答和排序4种类型，可以满足日常考试需要。对于医学院校而言，试题中常会出现图像甚至动态图像。TCExam支持各种常见文件格式，可以将图片、动画图片甚至视频上传到指定用户文件目录中，并将其运用到题目的题干或答案选项中。因为浏览器作为TCExam系统的客户端，许多格式的图像、动画或视频都被默认支持，特殊的格式文件可以通过安装浏览器插件[11]方式解决，此种优势明显提高了在线考试题目内容的丰富性，而多媒体方式呈现的试题是传统纸质试卷无法比拟的，充分满足了医学院校师生的需求。

4.5　试卷生成和考场信息设定

(1)题库生成后，通过TCExam系统可以将各模块下的任何主题中的题目自由地组合在一起，最终生成学生使用的考卷。此种方式可以将不同难度，不同形式的题目组合起来，既方便又高效，并且实现了题库资源的高度共享和重复利用。同主题下题目的顺序以及某一题目中的选项顺序，都可以设定随机生成。从考试角度而言，每位考生看到的试题都不尽相同，在保证考试公正的同时还提高了教室空间的利用率。

(2)考场信息设定方面，根据TCExam的功能设计，可以通过对考试时间、地点、对象等方面进行设置，更加充分地保证考试的安全性。考试时间指考试生效的时间范围，通常将生效时间范围设置为包含且大于实际考试时间段，开始前和结束后都留有富余时间应对突发和特殊情况；对于考试地点的限制通过IP范围的设定来实现，只有在有效IP地址范围内的电脑才有权限参加考试；对于参加考试对象的限制，通过设置特定组(教学班)来实现，非此范围内的组无权限参加考试。此外，设置考试密码加以配合，即开考前监考老师统一宣布考试密码，全体考生同时开始考试，以确保考试的公正性。

(3)通过TCExam系统，已经将本学院的多门课程以及其他医学专业课程考试成功上线。目前考试系统主要针对以客观题目为主的科目。对于成绩提取和统计方面，系统实现更加便捷。TCExam可以以班级(组)或个人的方式索引提取成绩，并且可以对每位考生的试卷进行还原，也可以进行多种形式的信息统计。

5　结语

TCExam系统的优势是安装、使用、维护及扩展方便，成本低廉，因此非常适合中小型网络环境。安全性方面和稳定性方面是短板，如考生身份验证，数据、网络突发情况的应对方面，与大型的商业化的C/S模式系统无法相比[12]。因此，这些方面需要人工辅助完成。考试系统无绝对的好坏，关键在于针对不同环境条件选择最合适的工具。

实现在线考试系统在Widows平台上的应用，就LAMP项目本身而言，想获得更高的稳定性、更好的用户体验以及更多的功能扩展，Unix/Linux系统是最优选择。尝试将TCExam向Unix/Linux平台移植，使其运行更加稳定，功能更加完善，以便更好的服务于医学院校的师生。无论何种考试系统、何种工作模式以及何种运行平台，在线考试系统必然会逐步取代传统纸质试卷。对于课程多信息量的医学院校而言，是今后发展的必然趋势。