摘 要：随着数字教育、互联网教育的发展， 在线作业系统逐渐成为数字教育、数字教学中的一种重要应用。然而， 一些传统的作业系统， 仅仅是从教师的角度出发， 减少教师批改作业的工作量， 并没有给学生提供一个可自主学习、个性化学习诊断的平台， 教师也没有能够收集到学生答题的数据， 更不能进行个性化辅导。文章阐述了运用ASP.NET技术， 结合Microsoft Visual Studio 2013的集成开发环境、SQL Server 2008数据库所研发的基于知识体系框架、支持个性化组卷的在线作业系统的实现方法。
关键词：SP.NET; 在线作业； 知识体系； 智能组卷；
Abstract:With the development of digital education and internet education, on-line work assessment system has gradually become an important application in digital education and digital teaching. However, some of the traditional online work assessment system, is just starting from the perspective of the teacher, to reduce the workload of teachers correcting homework, and not to provide students with an independent learning, personalized learning diagnosis platform, teachers are not able to collect students answer data, which can not be personalized counseling. This paper describes the implementation of online work assessment system based on knowledge system framework and personalized test paper developed by ASP.NET technology, integrated development environment combined with Microsoft Visual Studio 2013, and SQL Server 2008 database.
Keyword:ASP.NET; on-line work; knowledge system; intelligent test paper composition;
随着信息技术的发展以及互联网的普及， 各种教学管理信息系统已经广泛地运用到学校的教学管理中。随着学校的信息化建设的步伐不断加大， 改变了过去传统的教学管理方式方法， 为广大师生带来了极大的便利。在线作业系统作为教学管理信息系统的一种， 服务教师与学生， 同时架起师生沟通的桥梁。然而传统的作业系统， 更多只是为了减少教师批改作业的工作量， 学生做完作业后， 老师并不知道哪些题目学生答得不好， 哪些知识点学生掌握得不够。对于学生而言， 也仅仅是为了完成教师布置的作业而被动地在使用这个平台， 学生做完作业后， 并不知道自己到底哪个方面薄弱， 哪个知识点需要不断地巩固和加强。如何帮助教师实现个性化教学并且提高学生学习主动性， 建立一个基于知识体系、智能诊断、智能组卷的作业系统极其重要。
1、 需求分析
1.1、 系统功能性需求
新的在线作业系统除了要能完成传统作业系统能实现的功能需求外， 还需拥有知识体系框架管理， 以及根据学生的答题情况， 智能组卷、生成学习报告的功能。
该在线作业系统的用户包括管理员、教师、学生三类。管理员可以对系统进行配置， 对班级、学生、教师信息进行管理， 以保证系统正常地运行。教师可以进行题库管理、知识体系框架管理、组题、阅卷、查询学生成绩和答题情况等操作， 用以提高自己的工作效率以及对班级、对学生进行有效的评价和个性化诊断。学生能进行在线练习， 在线的练习可以来自教师布置的作业， 也可以来自系统智能出题。另外， 学生还可以查看成绩和学习分析报告， 以检测自己学习的情况。
通过上述的需求分析， 笔者设计出系统的用例图。本系统用例图是从在线作业系统设计的实体对象及主要行为的角度出发对系统的抽象表示。由管理员发起的用例， 如图1所示， 由教师和学生发起的用例， 如图2所示。
图1 管理员用例图
图2 教师和学生用例图
1.2、 系统非功能性需求
该系统的非功能性需求包括：适用性要求、可靠性要求、性能要求、可扩展性要求。
1.2.1、 适用性要求
（1） 系统的参数可以随时修改； （2） 当网络环境发生变化时， 系统应能适应； （3） 系统易上手、易学习， 对于新用户培训时间小于等于半天。
1.2.2、 可靠性要求
当系统出现故障时， 应有系统日志， 并能快速定位问题；用户的操作应产生相应的操作日志。
1.2.3、 性能要求
（1） 本系统应能支持300个以上用户同时在线使用； （2） 一般常规操作响应速度应在5s内， 对于复杂的操作， 响应速度应在10s以内； （3） 当单台服务器性能不足时， 支持扩增服务器， 实现负载均衡。
1.2.4、 可扩展性要求
（1） 系统应留有相应的API接口， 以便与其它系统对接、交换数据； （2） 系统应当有一定的发展能力和容纳能力， 以便出现新的功能需求时， 快速纳入。
2、 系统设计
2.1、 系统技术架构
系统采用B/S （浏览器/服务器） 的软件架构， B/S是C/S （客户端/服务器） 模式在Internet上基于web应用的一种实现方式。B/S模式简化了客户端的安装、易于升级和维护等优势， 是目前软件开发架构的首选， 因此该系统采用B/S模式进行开发。
另外， 系统采用的是ASP.NET的简单三层架构， 以及使用了少部分服务器端控件。采用ASP.NET的简单三层架构的原因是， 考虑到系统逻辑结构并不太复杂， 为了节省时间并方便日后的管理员修改， 所以一个简单三层架构已经足以应付。ASP.NET三层架构自底向上分为：数据访问层 （DAL） 、业务逻辑层 （BLL） 和表示层 （PL） .
数据访问层 （DAL） :使用了一个强类型的Data Set作为数据访问层， 只是单纯的对数据进行增、删、改， 查询和判断是否存在等较通用的数据访问方法 （由SQL语句来提供） , 不应该有“事务”存在。
业务逻辑层 （BLL） :业务逻辑层是在数据访问层和表示层之间进行数据交换的桥梁， 按业务需求调用数据访问层中的方法组合， 集合了各种业务规则到一个BLL中， 例如通过条件进行判断的数据操作或“事务”处理。BLL都是以类库 （Class Library） 的形式来实现的。部分BLL类图如图3所示：
图3 部分BLL类图
表示层 （PL） :表示层是为客户提供用于交互的应用服务图形界面， 帮助用户理解和高效地定位应用服务， 呈现业务逻辑层中传递的数据， 用ASP.NET页面来实现。简单三层架构的逻辑图如图4所示：
图4 简单三层架构的逻辑图
2.2、 系统功能架构
根据需求分析， 本系统分为三类用户：学生用户、教师用户和管理员用户。根据角色的模块划分方式， 可以将系统分成三个模块， 即学生角色模块、教师角色模块、管理员角色模块。不同模块拥有不同的功能， 如图5所示。
图5 系统模块及功能
2.3、 系统功能架构
2.3.1、 管理员功能详细设计
管理员负责对系统的维护和教师、学生等初始数据的导入， 具体功能如下：
（1） 班级管理。管理员可对班级数据进行管理， 可以开设、修改班级。
（2） 教师、学生管理。管理员可对教师、学生数据进行新增、修改、删除等。
（3） 选课管理。管理员可对班级、教师、学生三者进行关联。
2.3.2、 教师功能详细设计
教师功能包括知识体系框架管理、题库管理、作业管理、成绩管理、消息管理5个功能。
（1） 知识体系管理。教师可对自己的所授课程建立知识体系框架， 以便与题库中的试题进行关联， 为后续的智能组卷、数据分析做好基础。
（2） 题库管理。题库管理是老师对系统中试题的管理功能， 包括试题的录入 （导入） 、修改、删除、标引、查询等功能。
（3） 作业管理。作业管理是老师对系统中作业的管理功能， 包括作业的添加、修改、删除、查询等功能。
（4） 成绩管理。系统支持客观题自动批改， 主观题可选择教师批改或让学生自己批改， 支持单题批注。可以根据学号、班级、时间段等条件查询已完成的作业 （组卷） 列表。支持Excel导出和打印；同时还可以根据题目所关联的知识点进行易错题、易错知识点查询和分析统计。
（5） 消息管理。教师可向全体学生、某些班级、指定学生发送留言消息， 与学生互动。
2.3.3、 学生功能详细设计
学生功能是系统的核心模块之一。主要功能包括作业作答、作业查看、消息查看。
（1） 作业作答。作答的作业来自两个部分， 一个是来自教师布置的作业， 另一个是来自系统自动生成的作业。前者需要相关教师发布相关作业， 学生在指定时间内完成；后者是指学生可以自己选择课程、题目类型、难度等条件生成试卷， 答卷完毕后系统直接给出答题结果和答案。
（2） 作业查看。学生完成答题后， 可以查看之前的答题情况与成绩。同时系统还可以按照课程、时间统计出学生的答题错误率、易错知识点等数据。
（3） 消息查看。可以查看、回复教师的留言。
2.4、 数据库详细设计
数据库详细设计， 如表1所示。
表1 数据库设计
在此系统中， 部分核心功能的E-R图如图6所示：
图6 部分核心功能E-R图
3、 系统实现
3.1、 系统开发技术概述
系统采用的开发平台是Windows Server 2008+IIS 7.5+ASP.NET+.NET Framework 4.0, 后台数据库采用的是SQL Server 2008, ASP.NET的前端开发工具是Visual Studio 2013, 同时采用基于Restful协议的Web API技术提供接口服务， 无论是理论上还是实现技术上都具有一定的先进性。
3.2、 系统部分功能模块实现
以介绍智能组卷模块的实现为例。
现在很多在线作业系统功能都比较单一， 仅仅是学生在线作业的答题与提交， 并不关心学生的学习效果如何。该系统的最大特点是可以基于学生的答题情况， 结合所关联的知识点进行智能组卷， 让学生针对自己的弱项， 反复练习。
要做到智能组卷， 必须给入库的题目打上尽可能多的标引， 比如章节、难度、来源， 并且最重要的就是所关联的知识点。知识点来源于知识体系表， 笔者参考初中英语的知识体系， 把知识体系表做成了一个类似图7的树形结构。题目入库时， 将题目关联到所涉及的知识点既可。如果该题目涉及多个知识点， 还可以给该题目同时关联多个知识点， 并且可以给每个知识点设置关联权重。
图7 知识体系树形结构
学生端登录系统后， 选择智能组卷功能， 系统将提供以下几种组卷方式：
（1） 错题练习。系统从学生选中的课程、章节中找出学生答错过的题目， 根据题目的答错次数与答题时间产生试卷。
（2） 错题相关练习。系统从学生选中的课程、章节中找出学生答错过的题目， 根据这些题目所关联的知识点， 判断出学生的弱项， 再从题库中抽取相关的题目， 产生试卷。
（3） 随机练习。系统根据学生提交的参数 （如：课程、章节、难度、知识点等） , 随机抽题练习。
其中， “错题相关练习”中找出相关错题所涉及到的题目的实现代码大致如下：
4、 结论
相比于一些学生只能被动作答的传统作业系统， 本文提出了一种基于知识体系框架的可智能组卷的在线作业系统的设计和实现方案， 具有以下的特点。
（1） 具有传统作业系统的大部分功能， 有效的实现了无纸化作业。教师可在线发布各种题型的作业。题目添加方式简单易用， 方便灵活， 批改作业方便， 可自动批改、手动批改， 兼顾了效率与质量的平衡。
（2） 可对题目进行章节、难度、来源、标签、解析的标引， 还可以定义学科的知识体系框架， 与题目关联， 一道题目还可以关联多个知识点， 并设置权重。
（3） 可对学生的答题情况进行分析统计， 支持正确率统计、易错知识点统计等， 学生亦可看到与自己相关的答题情况分析。系统还会根据学生易错的知识点， 自动生成作业， 让学生不断练习， 大大提升了学生的学习主动性。
（4） 系统留有相关的API接口， 可与其它系统轻松对接、交换数据， 同时也支持后续移动客户端的接入。
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