基于模糊理论的在线考试系统设计与实现探究

陈琪琦 金海溶 谢蓉蓉 李家兵

[摘 要] 随着互联网在教育领域的发展，考试环节由原本的传统模式向线上模式转变。根据实际考试流程，在線考试系统需要不断完善，提高其实用性以更好地替代传统考试模式。通过研究基于模糊理论的在线考试系统设计与实现，采用B/S模式，运用JSP+SSM+MySQL架构，实现了试题管理、试卷管理、在线考试、答题情况分析等功能，同时应用模糊理论技术实现了主观题自动判分操作，进一步减轻了教师工作量。本研究旨在设计低成本、高效率的在线考试系统，从而推动高校无纸化考试，加强其信息化建设。

[关键词] 在线考试;B/S模式;模糊理论;自动判分

[基金项目] 2020年度福建师范大学教学改革项目“基于MOOC+教育云平台线上线下混合模式的环境管理学教学研究与实践”（I202002030）;2020年度福建师范大学“环境规划与管理课程思政示范项目”（K202001041）

[作者简介] 陈琪琦（1997—），女，浙江龙泉人，福建师范大学环境科学与工程学院2021级材料与化工专业硕士研究生，研究方向为计算机环境数学模型;金海溶（1979—），女，浙江海宁人，硕士，浙江工业大学之江学院信息工程学院讲师（通信作者），主要从事计算机应用与数据库技术研究。

[中图分类号] G642.1 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）12-0104-04 [收稿日期] 2021-06-14

引言

信息技术高速发展，计算机网络在教育领域发挥着越来越积极的作用，进一步推动了在线学习的步伐。随着2020年初新型冠状病毒肺炎疫情的暴发，全国学生停课在家，在线教学和考试系统为广大师生提供了“停课不停学”的有效途径，让学生能够在家上课的同时也能像在学校一样参加考试，检验学习成果[1]。除此之外，在线考试系统在高校的普及，也将推动高校考试信息化和无纸化管理的进程。

在传统考试模式下，教师往往需要花费大量时间批改试卷，记录班级每位学生的答题情况以便后续的试卷讲解。本研究以环境类课程为例，教师用户通过系统设计试题、试卷并安排考试;学生用户通过系统进行在线考试，系统会自动判分，其中对于主观题部分系统运用模糊理论进行处理，大大提高了判题的正确率，减少了误判情况的发生。此外，系统以班级为单位统计各题各选项的答题情况，并进行数据分析，以图表的形式展示给教师用户，以便后续更有效地进行试卷答疑。因此，本系统不仅减轻了教师的工作负担，节省了人力、物力和财力，同时还符合绿色校园的发展理念[2]。

一、在线考试系统的设计

在线考试系统采用B/S模式，教师/管理员用户在系统后台进行人员管理和考试管理等操作，学生用户在系统前台进行考试的相关操作，这些操作最终都对数据库产生影响[3]。因此，在用户和数据库间搭建一个“三层体系”，通过这个三层体系实现客户端与数据库的交互。这样分层使得结构直观明确，系统设计更加标准化，同时降低了各层之间的依赖，使得服务器数据库更安全。

（一）系统功能模块概述

根据功能将用户分为学生、教师和管理员三类。学生用户主要功能有注册登录、在线考试、考试历史查询;教师、管理员用户主要功能有基本信息查看、试题管理、试卷管理、考试安排、成绩复核、答题情况分析查询、考试历史查询。此外管理员还拥有基本信息管理、教师管理、用户密码重置、账号注销功能。

（二）基于模糊理论的主观题判分设计

模糊理论是为了解决真实世界中普遍存在的模糊现象而发展起来的一门学科，它以模糊集合为基础，将概念模糊不确定的事物量化成计算机可处理的信息[4]。在环境类课程考试中主观题占比较大，作答内容也因人而异，这使得主观题的批改更加费时费力。本系统基于模糊理论实现了主观题的自动判题算分功能，大大减少了教师的工作量，提高了改卷效率。

本系统采用Zadeh表示法表示模糊集合，其定义为A=A（U1）/U1+A（U2）/U2+…+A（Un）/Un。其中论域U={U1，U2，…，Un}，U中U1，U2，…，Un为论域元素，A为模糊集合，A（Un）表示论域元素Un隶属于模糊集合A的隶属度[5]。系统将学生在主观题中作出的答案看作一个模糊集合，将教师在设置题目时输入的所有答案关键字段作为论域，以每个关键字段作为其论域元素，并将每个关键字段相对应的分值权重作为其对应论域元素的隶属度。

为便于理解，以一道主观题S作为样例进行说明。假定题目S的总分为q，答案的关键字段为S1、S2、S3，其对应分值权重分别为G1、G2、G3，学生作答的答案为p。系统在题目S被添加至题库后会自动计算生成不同得分情况下的模糊集合，并一一对应存放于数据库以便考试后判分使用，以满分作答情况下的模糊集合A为例，A=G1/S1+G2/S2+G3/S3，其中S1、S2、S3整体作为其论域U，单一字段则作为其论域元素U1、U2、U3，p字符串中全部内容作为模糊集合A，而每个答案关键字段对应分值权重G1、G2、G3作对应论域元素的隶属度。该学生此题在判分过程中，系统将在字符串p中寻找是否存在字段S1、S2、S3，得出实际作答情况下的模糊集合B=G1/S1+G2/S2（此处假设学生仅作答出关键字段S1、S2）。若模糊集合A与B为等集，则该学生此题得全分;若模糊集合B为空集，则该学生该题得零分。同理，系统亦会将模糊集合B与数据库中存放的不同得分情况下的模糊集合进行比对，若有等集出现，则其对应分值即为该学生此题得分。

除此之外，系统为防止判题出现误判，为学生设置了主观题得分复核申请功能。若学生对某一主观题得分有异议，可以通过此功能进行申诉，由教师本人进行二次判分;若系统在判题过程中捕捉到系统异常，也会触发分数复核功能，即将该题反馈至教师端，由教师进行二次判分，以减少误判情况的发生。

（三）答题情况分析的设计24D4F802-07DE-49A7-9AA4-9898777CBAA0

每场考试结束后，通常会有错题分析环节，详细的答题数据有助于教师更有针对性地选择题目进行深入讲解。本系統设定于整场考试结束后开始判分，同时以班级为单位统计分析出学生考试的答题情况，并以图表的形式展示给教师。

系统在考试倒计时归零，即考试自动结束后进行判分。在判分的过程中会生成2个数组A、C，以及一个字符串组B，以下标作为三个组的对应标记，在A中存放试卷题号，B中存放题目选项或答案关键字段，C中存放该题该选项或该答案关键字段作答率。系统将设置C的初始值为0，系统在判题过程中，若题目为选择题，则当学生此题有作答时，则会先搜索对应题号在A数组中首次出现的位置，将该位置下标记录为M1，再在字符串组B中以M1为首个匹配对象进行查找，寻找到与学生作答选项对应的答案位置，该位置下标记录为M2，然后在数组C中下标为M2的位置获取该题该选项原作答率E1，通过公式（E1*班级总人数+1）/班级总人数得出新作答率E2，将E2存入数组C的M2位置中，更新此题此选项的作答率;若题目为填空题，系统则在学生作答正确时，搜索对应题号在A数组中出现的位置，该位置下标记录为M1，再在数组C中M1位置拿出该题原作答率E1，并通过上文所述公式进行计算并更新此题正确答案的作答率;若题目为主观题，则系统仅当学生作答得分不为零时，方才进行上述操作，其中系统会记录批改结果中学生作答内容覆盖的答案关键字段的字段号，并以此作为和B中数据匹配的内容。在所有学生试卷批改完毕后，系统将逐条把数组A、C和字符串组B中数据存至试卷分析表中，教师即可在考试情况分析功能下查看该班级在考试中各题目各选项的作答率。

二、在线考试系统的实现

（一）试题管理

试题管理功能包括试题的增删改查操作，其中试题新增方法有手动逐题增加和批量导入两种。手动增加试题方法：点击试题列表中的“添加”按钮，弹出试题编辑页面，在此页面选择试题类型，不同试题类型的编辑页面略有不同，这里以单选题为例进行简要说明[6]。选择“单选题”类型，在对应编辑框中输入题目与选项内容，并勾选正确选项，设定难易程度、所属年级、所属科目及试题分值，点击“提交”即生成一道试题。批量导入试题方法：选择“导入试题”，跳转显示试题导入页面，在此页面设定所属年级与科目，设置好导入信息后，选择试题文件导入。导入文件必须为Excel表格，内容需按照固定格式填写，即表格第一行为标题，具体内容：“题目|选项A-D|正确答案1-4|分值1-4|试题类型|难易程度”;第二行开始根据标题填写试题对应内容，每一行为一道题[7]。

（二）试卷管理与考试安排

维护好试题库后，教师可设计试卷，之后安排考试。本系统的试卷管理功能包括试卷的增删改查操作。新建试卷将基本信息填写提交后，可进行组卷操作，即给试卷添加试题。系统设有人工组卷和自动组卷两种方式。人工组卷即组卷者在试题库中自主选择试题;自动组卷即系统根据设定的科目、年级、各题型的试题数量和难易程度四个组卷条件自动添加试题[8]。教师设计好试卷后，可安排学生考试。选择“添加考试”，需设置的考试信息内容包括：考试班级、考试科目、考试试卷和开考时间。完成考试的安排后，对应考试班级的学生可登录系统，查看自己待参加的考试。

（三）在线考试

学生用户登录系统后可点击进入考试中心，根据考试安排，学生在系统中只能看到本人可参加的考试场次，包括已到开考时间但未逾期的场次和尚未到开考时间的场次。若开考时间超过15分钟，则本场考试将被刷新移除，学生无法参加此次考试。

以当前场景为例，环境类期末考试尚未到开考时间，因此点击参加该场考试，则弹出提示框提示考试暂未开始，无法考试。而当前环境类考试已到开考时间且未逾期，因此可点击参加该场考试。进入课程考试后，考生开始作答。作答页面右上角显示考试剩余时间，下方显示题号，点击题号跳转显示对应题目，本系统根据题目是否作答显示不同颜色，防止出现考生漏答的状况。此外，考生可在考试结束前半小时内交卷，而当考试时间剩余15分钟时，系统将自动提示：注意掌握时间。待考试结束后，系统自动交卷，考生无法再作答，同时系统开始对本场考生的答卷进行判分。

（四）考试历史查询与成绩复核

教师和学生用户均拥有考试历史查询功能。教师可查看自己所安排考试场次的考生考试具体情况，班主任可查看本班学生各科考试情况;学生只能查看本人历次考试情况。

在考试结果公布后的规定期限内，学生可通过系统申请复核成绩。若系统在批卷时出现判分异常，也将触发复核申请。系统将复核申请发送给本场考试负责人，由其对相应试题进行重新判分，待复核完成提交后，系统自动更新相关数据，进一步保障了判分功能的有效性。

（五）答题情况分析查看

本系统以班级为单位对考生的答题正误情况进行分析。根据教师需求，可以选择以表格或者图的形式展示数据，且不同题型的格式不尽相同。以选择题为例，若以表格形式呈现数据，表格首列为题号，后续列依次为选项A、B、C、D的作答率;若以三维柱状图形式呈现数据，其X轴为题号和答案，Y轴为选项A、B、C、D，Z轴为作答率。

结语

当今时代是非常重视教育的时代，随着网络信息技术的高速发展，在线教育在人们生活中逐渐普及。本系统不仅对选择题和填空题进行自动判分操作，更基于模糊理论实现了主观题的判分功能，节省了教师在试卷批改上所花费的时间。同时本系统会对每场考试的答题情况进行数据分析，并将结果提供给教师，以便其快速了解学生的答题情况，使得教师无须花费大量时间用于统计分析题目的正误率。

在未来的开发过程中，本系统还会在数据分析上做出更多改进，提供更多的优质数据给教师与学生，如对多份同科目试卷的题目分析总结出易错考点等。不仅为教师的教学内容提供更多的有效建议，也为学生提供更多的信息，让学生也可以及时发现自己的薄弱之处，着重去学习，从而有效提高自己的成绩。24D4F802-07DE-49A7-9AA4-9898777CBAA0

參考文献

[1]杨铮，赵毅，蔡新军，等.疫情期间远程在线考试的实践与思考[J].计算机教育，2020（10）：8-11+16.

[2]贾寒霜，黄军峰.浅析在线考试系统的发展现状与趋势研究[J].电脑迷，2018（11）：271.

[3]石亚妮.基于B/S构架的远程教育学生在线考试系统设计[J].自动化技术与应用，2018，37（7）：48-51+54.

[4]李郎达.模糊理论在信息检索上的应用[J].情报科学，2004（3）：343-345.

[5]任永昌，邢涛，刘大成.基于模糊理论的软件开发成本估算[J].计算机科学，2010，37（10）：130-134+142.

[6]高欣，张建莉，刘环，等.移动终端在线考试系统的设计与实现[J].软件工程，2017，20（2）：34-36+33.

[7]李刚.通用试题库系统设计[J].电脑知识与技术，2017，13（32）：97-98.

[8]GUAN Lian-cheng. The design of the automatic generative system of examination papers[C]// Sixth international conference on future generation communication technologies. IEEE， 2017：1-4.

Research on the Design and Implementation of Online Examination System Based on Fuzzy Theory： Taking Environmental Courses as Examples

CHEN Qi-qi1a，1b，2， JIN Hai-rong2， XIE Rong-rong1a，1b，1c， LI Jia-bing1a，1b，1c

（1. a. College of Environmental Science and Engineering， b. Digit Fujian Internet-of-Things Laboratory of Environmental Monitoring， c. Fujian Key Laboratory of Pollution Control & Resource Reuse， Fujian Normal University， Fuzhou， Fujian 350007， China; 2. College of Information Engineering， Zhijiang College of Zhejiang University of Technology， Shaoxing， Zhejiang 312030， China）

Abstract： With the development of the Internet in the education field， the examination process has gradually changed from the traditional mode to the online mode. According to the actual examination process， the online examination system needs to continuously improve its practicability so as to replace the traditional examination mode. The paper studies the design and the implementation of the online examination system based on fuzzy theory. It adopts B/S mode and JSP+SSM+MySQL architecture to realize the functions of the question management， the test paper management， the online examination， and the answer analysis， etc. The fuzzy theory technology is applied to realize the automatic grading operation of subjective questions， which further reduces the workload of teachers. The paper hopes to design a low-cost and efficient online examination system， so as to promote the paperless examination in colleges and universities and strengthen their information construction.

Key words： online examination; B/S mode; fuzzy theory; automatic scoring24D4F802-07DE-49A7-9AA4-9898777CBAA0