基于Bootstrap+spring boot框架的在线考试系统开发
2019-12-07叶惠仙沈文杰
◆叶惠仙 沈文杰
基于Bootstrap+spring boot框架的在线考试系统开发
◆叶惠仙 沈文杰
（福建农业职业技术学院 福建 350007）
Internet的开放分布性特点使各种考试突破了时间和空间限制，该在线考试系统设计使用Bootstrap+spring boot框架，实现用户管理，题库管理、成绩管理、考试自动组合出卷与评卷管理等功能。本框架能够减少底层开发工作量，系统模块之间具有高内聚、低耦合的特点，进而提升系统的可用性和可维护性。本系统能满足各科课程教学考试考核需求，简化并改善传统纸质考试模式，提高考试效率与学院信息化建设。
在线考试系统；Bootstrap；spring boot框架；信息化
随着计算机技术的不断发展，校园信息化建设程度已是评估一个学校现代化发展的重要指标，这其中就包含教学信息化建设，传统的期中期末考核测试，由于它涉及试卷命题的组织，打印试卷，考试流程安排，人工阅卷等主观因素，是教职工期中或是期末的一项重要任务，从出卷、考试到批卷，时间长，工作量大，严重阻碍了我院信息化建设的发展。我院有数千名学生，每次考试时，监考教师和考场都不能满足需要。建立一套具备现代化的、新型的在线考试系统是尤为重要。
我国在线考试系统在一些专业技能考试上应用较为成熟，如国家普通话等级考试、计算机高新考试、车辆驾考中的科目1 科目四考试等，而在高职院校中应用于通识课、专业课的在线考试系统还不太成熟，目前缺乏通用性，所以本考试系统在设计上，更强调阶段性，高校通用性及简捷性的测试方式。
1 在线考试系统的技术分析
Spring Boot是一个简化Spring开发的框架。它整合了很多优秀的框架，去繁就简，立即就能创建一个独立的，产品级的应用。此项目中使用Spring Boot时只需要配置相应的Spring Boot就可以用所有的Spring组件，不用自己手动的去写一堆xml配置然后进行配置[1]。Spring Boot将所有的功能场景都抽取出来，做成一个个的starters（启动器），只需要在项目里面引入这些starter 相关场景的所有依赖都会导入进来。要用什么功能就导入什么场景的启动器。
Bootstrap简洁、直观、强悍的前端开发框架，让Web开发更迅速、是最受欢迎的 HTML、CSS 和 JS 框架，用于开发响应式布局。编译后的文件可以快速应用于任何web项目[2]。
在线考试系统总体架构主要包括三层，分别是表示层、业务逻辑层和数据访问层。表现层主要是用户通过浏览实现各个界面的操作，如用户添加、测验查询、题库查看等。业务层主要包括题库管理、试卷管理、考生信息管理、成绩管理、考试管理、题型管理等具体的业务功能[3]。数据访问层主要是对用户信息及操作信息、题库数据、试卷数据、成绩数据等进行处理及存储，三者的相互交互构建了在线考试系统的总体架构[3]。
2 在线考试系统功能设计
本设计采用框架开发法，使用Bootstrap+spring boot框架来开发在线考试系统，完善系统考试功能。以问卷的形式获知管理员、教师、学生的需求，并且获取用户体验数据，作为反馈系统设计开发的参考数据。系统功能需求上，拥有简洁美观的操作界面。本系统的用户可分为管理员、学生和教师用户三类。他们之间的功能如图1所示：
图1 在线考试系统功能图
管理员功能：主要负责基本资料，科目，用户，成绩，试卷、系部的管理等；管理员可以对用户的资料进行查询、删除。
教师功能：包括试卷管理，题库管理，成绩管理。可以从课程，各种题型的数量等方面对某份试卷提出一定的要求并生成试卷。同时，还可以对库中已有的试卷进行修改和删除，添加新试卷等。教师可以设置题干、答案等属性。教师登录要负责对题型、试卷生成，阅卷管理等，对学生做错的题目进行分析。可以查看考生的考试成绩，并针对不同的课程进行成绩统计，包括考试人数、最高分、最低分、平均分以及各分数段得分人数等。
学生功能：可在线考试及成绩查询。考生可在规定时间内进行在线考试，考试结束后，系统会根据系统题库中已有的标准答案进行自动评卷；考生可在线查询以前参加过的各科考试成绩。
3 系统模块设计
（1）用户管理
注册登录：用户通过页面点击注册，使用邮箱或手机号码，选择身份注册，用户输入正确的用户名与密码，系统自动通过搜索数据库进行身份认证，只有找到相应的用户信息才能进入系统，进入系统前，系统又会自动搜索数据库，根据此用户是学生还是教师进行判断，进入到相应的考试系统界面中。个人信息修改：进入到个人信息中心，可修改个人信息，如姓名、电话号码、密码等修改。用户通过前端以学生、教师的身份登录系统，管理员由指定的地址进入后端，管理员不能进入前端，学生与教师不能进入后端，保证系统的安全性。学生用户可以修改自己的个人信息与个人密码，学生信息以班级为单位，任课教师可将所任课的班级学生信息批量导入，也可以通过老师的邀请码登入任课教师的班级[4]。教师用户可以修改个人信息，试卷信息，科目信息等；管理员可通过后台修改学生用户与教师用户的信息、试卷信息、科目信息及成绩管理等。用户信息表如表1所示。
表1 用户信息表
用户注册方法
@ApiOperation（value = "用户注册"， notes = "用户注册信息"， response = UserRegristForm.class）
@ApiImplicitParams（{
@ApiImplicitParam（paramType = "query"， name = "username"， value = "用户名"， required = true， dataType = "String"），
@ApiImplicitParam（paramType = "query"， name = "email"， value = "邮箱"， required = true， dataType = "String"），
@ApiImplicitParam（paramType = "query"， name = "telphone"， value = "手机号码"，required = true， dataType = "String"），
@ApiImplicitParam（paramType = "query"， name = "password"， value = "密码"， required = true， dataType = "String"），}）
@PostMapping（value = "/register"）
public String handleUserCreateForm（Model model， @Valid @ModelAttribute（"form"） UserRegristForm form， BindingResult bindingResult） {
if （bindingResult.hasErrors（）） {
model.addAttribute（"error"， bindingResult.getFieldError（）.getDefaultMessage（））;
return "register";} else if （userResitory.findByEmail（form.getEmail（）） != null） {
model.addAttribute（"error"， "邮箱已被注册"）; return "register";}
else if （userResitory.findByTelPhone（form.getTelphone（）） .isPresent（）） {
model.addAttribute（"error"， "手机号已被注册"）; return "register";}
else if （!form.getPassword（）.equals（form.getRepassword（））） {
model.addAttribute（"error"， "密码输入不一致"）; return "register";}
User user = userService.registerNewAccount（form）;
（2）科目信息管理：对考试科目与对应课程进行设置
表2 科目表（Subject）
科目信息显示与修改代码如下：
（3）试卷信息管理
试题类型分为单选题、多选题、判断题、填空题和分析题，教师逐个题型或逐题上传生成试卷及对自己上传的试卷进行修改、删除、查询.；试卷信息主要包括科目类型、试题类型与试题题目的建设3个方面。主要是由任课教师完成。任课教师需要在数据库中增加考试科目，也可以对现有的科目进行修改、删除，并将数据保存在试题表单数据库中[4]。添加试卷及生成试卷实现代码如表3所示：
表3 试卷信息表
添加试卷信息功能部分代码如下：
@GetMapping（value="/examAddition"）
public String AddExam（Model model）{
List
log.info（"subjectList科目显示"+JSON.toJSONString（subjectList））;
model.addAttribute（"subjects"， subjectList）; return "examAddition";}
@PostMapping（value="/examAddition"）
public String AddExam（Model model， @ModelAttribute（"form"） AddExamForm addExamForm）{ Exam save= iExamService.save（addExamForm）;
if （save != null） { model.addAttribute（"result"， "成功"）;}
else { model.addAttribute（"result"， "失败"）;}
return "examAddition";}
（4）试卷评审管理
学生通过选择科目类别，点击开始考试按钮，系统据设计好的各题题量自动出题，学生即可在线考试，在考试过程中，可以反复提交答案，以最后一次提交为准。点击结束考试，或者考试时间结束的时候，系统停止考试，自动评分。评审时，单选题、多选题、判断题、填空通过与数据库的答案一一匹配来评审，问答题通过模糊匹配，搜索与数据库标准答案的关键字来进行评审。教师也可手动修改评分。使用机器学习中的knn算法和贝叶斯算法，针对学生考试情况进行分析，在学生下一次考试，或是下一届考生时，基于前几次的错题知识点分析，系统自动出卷的内容会针对这些错题知识点而更加关注[5]。评审表信息如表4所示。
表4 评审表
自动评审试卷代码如下：
Public String taking（Model model，@ModelAttribute（"addQuestion"） TakingExamForm takingExam，HttpServletRequest httpRequest）
{HttpSession session = httpRequest.getSession（）;List
Integer examid = Integer.valueOf（httpRequest.getParameter（"examid"））;
List
List
List
List
List
表5 考生单选题答案表（UserSingleAnsewr）（多选题类同）
字段名类型说明 id自动编号主键码 userId文本用户ID examIdVarchar试题ID userSingleAnswerint考生选择答案
（5）考生成绩管理
学生可以查看成绩、导出成绩、自己的成绩在班级的排名，教师可以查看班级学生的考试成绩、每个学生的成绩排名、导出成绩。成绩表如表6所示。
表6 成绩表
考生成绩显示：
public String showScoreAndExamName（HttpServletRequest servletRequest， Model model） {
HttpSession session = servletRequest.getSession（）;
Integer uid = （Integer） session.getAttribute（"uid"）;
List
List
Exam examname = examRepository.findAllById（score.getExamId（））;
log.info（"examnamevexamnameexamname11"+ JSON.toJSONString（examname））;
ScoreDo scoreDo = new ScoreDo（）;scoreDo.setExamname（examname.getExamName（））;
scoreDo.setScore（score.getScore（））;scoreDos.add（scoreDo）; model.addAttribute（"scores"，scoreDos）; log.info（"scoreDo成绩信息为："+scoreDo）; }
return "/studentscore";}}
（6）系统的非功能性分析
学生信息、试卷信息与成绩的管理对系统的安全性及保密性是较高的要求。学生在校成绩是终身存档，系统需要存储大量的试卷数据、用户信息，因此需对数据库进行优化；在可维护性上，系统需要有自动备份的功能，防止各种意外的产生而造成数据丢失；安全性：在数据库中，对用户密码使用MD5加密，防止因数据库被人攻击，而对用户造成的直接损失，管理员只能在特定的网络中才能登录后台系统，防止网络在传输中，被人抓包，导致数据泄露[6]。
4 系统部署环境
在线考试系统的特殊性，确保考试期间出现意外如断电等，能快速恢复相关信息。完善错误处理机制构建，避免单点故障、服务器采用集中管理、统一配置。当某些应用访问量升高时，通过增加服务器节点达到整个服务器集群的性能稳定，该Web前端系统基于Tomcat主机平台，提供服务端程序运行环境。
5 总结
本在线考试系统应用Bootstrap+spring boot框架进行开发，采用B/S 架构，在实现考试功能的基础上不用过多的安装考试客户端，满足了原有考试教学辅助能力不足的问题，考试端无须特殊的计算机硬件要求，节省考试成本，提高工作效率，为学院校园信息化、示范性建设添砖加瓦，本系统不仅能实现选择题、判断题等客观题的自动阅卷，还能实现主观题的自动阅卷，可通过扫描班级二维码加入班级中。随着系统的应用，继续加强对主观题的自动评卷及成绩管理这个模块，在应用中发现问题，改进问题，使该系统应用范围更广，更好地为学院教育教学提供便捷的服务。
[1]钟叶.Bootstrap框架在响应式Web开发中的应用与研究[J].科技广场，2017（02）.
[2]丁莲，张玲，杜巍.基于BootStrap的WEB前端开发应用研究[J].电子制作，2016（20）.
[3]史永哲.大型在线考试系统的设计与实现[J].电子设计工程，2016（07）.
[4]金圣道.在线考试及试卷分析系统的设计与实现[J]. 电子技术与软件工程，2018（07）.
[5]叶惠仙，黄伟刚，沈文杰.基于ThinkPHP框架的高职校在线考试系统的设计与实现[J].网络安全技术与应用，2019（06）.
[6]谭敏，范强，童宇.在线考试系统的研究与设计[J].信息通信，2017（09）.
院级科技类科研项目（2019JS013）。
