基于ASP.NET在线评测系统的设计与实现

　　摘 要

　　我国《义务教育数学课程标准（2011 版）》明确指出："运用教育多元化结 合现代化信息技术实现多种课程资源的开发与利用，合理使用现代化信息技术， 重视课程内容与信息技术间的有效融合，实现教育模式的改革，使得课堂教学取 得的成果与效益更高[1]."

　　数学不仅作为初中生学习的关键性学科，同时还是为将来学习综合性更强的 学科打下基础的学科。一名普通的初中数学老师一般需要面对至少两个班级超过 一百名学生，传统的考试以及作业会使教师重复大量的机械劳动，为此笔者希望 利用信息技术和网络技术搭建适合初中数学的在线评测系统，来提高初中数学教 师的整体工作效率，具有重大的现实意义。

　　本文在阅读了国内外文献，分析了大量的相关课题后，从一般中学实际需求 出发，最终决定采用 B/S 模式，选用 SQL Server 2008 为本系统数据库，应用的开 发环境为 Visual Studio 2010,选择 ASP.NET 为本系统的开发技术，加入遗传算法 改进组卷效率，设计出一个适合初中数学的在线评测系统。该系统实现了自动组 卷、自动评分、在线考试、题库管理、系统管理、在线书籍管理等功能。 所研究设计的在线评测系统进行相关部署、测试后，经前期试用能够满足实 验学校的需要，进一步修改完善后可以推广使用。

　　关键词：B/S 模式；ASP.NET;遗传算法

Abstract

　　The mathematics curriculum standard of compulsory education （2011 Edition） in China clearly points out that "the development and utilization of various curriculum resources, the rational use of modern information technology, the effective integration of curriculum content and information technology, the reform of education mode, and the achievement and benefit of classroom teaching are higher."

　　Mathematics, as a basic subject, is not only a key subject for junior high school students to learn, but also a subject to lay a foundation for the future study of more comprehensive subjects. An ordinary junior middle school mathematics teacher generally needs to face at least two classes with more than 100 students. Traditional examinations and assignments will make teachers repeat a lot of mechanical labor. Therefore, the author hopes to use information technology and network technology to build an online evaluation system suitable for junior middle school mathematics to improve the overall efficiency of junior middle school mathematics teachers, which is of great practical significance.

　　After reading the domestic and foreign literature and analyzing a large number of related topics, this paper finally decided to adopt the B / S mode, choose SQL Server 2008 as the database of the system, and the application development environment is visual studio In 2010, asp.net was selected as the development technology of this system, and genetic algorithm was used to improve the efficiency of paper formation. An online evaluation system suitable for junior high school mathematics was designed. It realizes the functions of automatic test paper formation, automatic scoring, online examination, question bank management, system management, online book management, etc.

　　After relevant deployment and testing, the online evaluation system designed by the research can meet the needs of the experimental school through preliminary trial, and can be extended and used after further modification and improvement.

　　Key words: B/S mode;ASP.NET;Genetic algorithm

目 录

　　第 1 章 前言

　　1.1 本课题研究的背景和意义

　　1.1.1 研究背景

　　我国颁布的《义务教育数学课程标准（2011 版）》中提出："运用教育多元 化结合现代化信息技术实现多种课程资源的开发与利用，合理使用现代化信息技 术，重视课程内容与信息技术间的有效融合，实现教育模式的改革，使得课堂教 学取得的成果与效益更高[1]."学生通过考试成绩能够了解自身对知识点的掌握程 度，教师也能从学生的考试成绩了解学生是否熟练掌握了所学的知识。但传统的 试卷大多都是纸质化考试，纸质化考试会导致纸质资源浪费、试卷存放困难等问 题，这会增加教育人员的劳动量，导致教师没有更多时间放在对学生的教育管理 和知识技能传授上。随着互联网发展的多元化，在线考试系统的搭建也被提上了 日程，通过搭建一个完善的在线考试系统不仅能够帮助教师提高教学质量，还能 帮助教师提高工作效率。

　　当前，在线考试系统在整个教育教学工作中扮演重要角 色。目前国内大部分高校有着属于自己的在线考试系统，但是在基础教育中，由 于学校学生人数众多，考试时间也大多一致，这就要求学校的网络宽带速度达到 一定的标准，系统的硬件条件过硬，因此很少有学校有能够适应自身学校教学特 点的系统。传统考试中，由于评分环节都是人工阅卷，主观性强，阅卷教师本身 可能会受制于人情世故等，导致对试卷批改尺度不一致，这在一定程度上影响了 考试的公平性。

　　在现实的教学过程中，教学质量的好坏或者说学生分数的高低在一定程度上 决定学校的发展，因此随时评测教学质量是至关重要的，目前最好的评测方法就 是考试。根据实际的研究，传统的纸质化考试和在线考试相比，在线考试的形式 更加规范、试卷结构更加合理、能够节省纸质资源和人力资源；减轻教育人员的 劳动量，使教师能将更多的时间放在对学生的教育管理和知识技能传授上。

　　笔者研究之前的考试平台，发现已经不能符合当前发展需要，由于组卷采用 随机算法，这会在一定程度上导致试卷质量不高，因此很难对教学质量进行客观 评估。通常，一个高质量的在线考试系统具备下列几种特性：首先，在功能上实现 老师与学生需求。第二，能够进行快速组卷，便于导入题库。第三，界面简洁， 响应速度快。教师能够利用该系统针对不同层次学生构建不同的试卷，帮助学生 客观了解知识的掌握情况。

　　数学不仅作为初中生学习的关键性学科，同时还是为将来学习综合性学科打 下基础的学科。为此，笔者希望搭建一个针对初中数学的在线评测系统，辅助初 中数学教师进行现代化教学。

　　1.1.2 研究意义

　　本研究搭建的在线评测系统能够有效帮助初中数学教师了解学生课前预习效 果、课后小结以及作业布置情况，实践意义与理论意义较强。

　　（1）理论意义。本文通过多种渠道汇总相关文献资料，整理总结国内外在线 评估系统发展现状、特征、基本概念及教学理论等，思考其中的问题发现"在线 评测系统"能够有效帮助教师了解学生课前预习效果、课后小结以及作业布置的 情况，针对学生面临的难题制定策略，对于普通教学研究与初中数学教学而言表 现出重要价值[2].

　　（2）实践意义。学生可从客户端进入在线评测系统，帮助学生更加方便的进 行测试，客观了解课前预习效果和知识的掌握情况。与传统的纸质化考试相比， 教师使用在线评测系统的优点是：在线考试系统的的形式更加规范、试卷更加合 理、能够节省纸质资源、节省人力资源；减轻教育人员劳动量；帮助教师将更多 的时间放在对学生的教育管理和知识技能传授上[3]. 应用"在线评测系统"辅助教师进行现代化教学，帮助教师整理分析考试数 据，总结此次实验效果，反思实验整个过程中是否存在漏洞。该方式向学生学习 数学提供一种理想的策略，同时其他老师也会受到该方式的启发，促进"在线评 测系统"的发展[4]. 1.2 本选题的国内外动向

　　1.2.1 国外的研究现状

　　在国外的一些发达国家对程序代码的自动判评研究得稍微早一些。计算机的 发源地美国，由于其信息化基础设备完整，而且重视教育事业，也愿意花费大量 资金将信息化与教育领域相结合，许多高校都结合自身特点建设了独特的在线考 试系统。新加坡国立大学早在 2000 年就进行在线评测，该学校使用 Online Judge 系统进行数据结构的考试。但是 Online Judge 系统的普及率并不是很高，绝大多数 的学生还是选择使用 FTP 服务器或者 E-Mail 的方式提交作业，然后老师耗费大量 时间去逐个检查每个同学的代码。 在2000 年，新加坡IOPT公司试运行了一个专门搭建在线评测系统的平台"The E*XPERT"",用户通过登录该系统能够进行在线程序竞赛以及部分计算机课程的 学习。经过 2 年时间对该平台的运行和改进后，在 2002 年该公司正式推出了相应 的软件。以后一些专业的比赛也开始采用本系统，IOPT 公司由此得到迅猛发展。 本系统开发成功后对其功能调试、升级，提高专业性。 因为各个国家地区的差异性，Online Judge 系统也发展成了各具特色的系统。

　　例如波兰的 OJ 系统能够支持 C#、ADA 等语言程序代码的自动判别。国外著名的 Online Judge 系统主要有以下几个：

　　（1）PC 在线评测系统 PC2（ Programming Contest Control System）是为支持 ACM 大赛而专门开发的 评测系统[5].ACM/ICPC 是由国际计算机协会主办的国际大学生程序设计大赛，具 有悠久的历史和相当的权威性。其目的是培养学生运用计算机解决和分析实际问 题的专业思维和能力。 美国加里福尼亚大学学者共同开发的 PC2 系统是目前最具代表性的在线评测 系统，开发该系统目的是支持 ACM/ICPC 比赛，参与比赛赛事的人员可以利用网 络提交程序。该系统采用了 C/S 结构来搭建在线评测系统，开发人员使用 JAVA 语 言编写该系统，能够兼容任何操作系统。该系统具备在线评测系统的基本功能， 可以自动编译和执行用户提交的代码，在系统编译与运行结果基础上对程序运行 准确性、是否正常验证，基于 PC2 系统开展的赛事不会受到空间上的局限，具备 同时线下举办多场比赛的优点。PC2 系统能够检测各个参赛点的登录信息、提交 情况。系统检测的次数可以提前设置，因为它不受地域限制，这就需要网络必须 要稳定以及速度要快。进入 PC2 系统可以将 IP 地址、时间节点等参数加入已完成 比赛的选手信息中，便于工作人员现场查看选手信息。

　　（2）Valladolid 在线评测系统 西班牙 Valladolid 大学研发的 Valladolid OJ 是最古老和最著名的在线评测系 统，至今依旧流行，具有很大的影响力。如今，历经二十五年的时间，仍是国际 上公认最受开发人员青睐的一种直接技能竞赛比赛系统。来自不同国家和地区的 学生、ACM 爱好者们通过该系统相互讨论，提高自身的编程能力。甚至部分老师 会使用 Valladolid 在线评测系统中的题目进行讲解或者作为考试题目。国际计算机 协会为了推广 Valladolid 系统，在国际大学生程序设计大赛中使用该系统作为竞赛 系统，这不仅扩大了该系统的普及率，也推动了该系统的进一步发展。Valladolid 系统中存储大量 ACM 比赛题目，同时还有国际以往比赛的典型题目，随着时间的 推移会收录更多比赛信息，由于 UVA 在线评测系统中存储的题库数量巨大，已成 为计算机专业学生、开发人员最喜欢的系统之一。

　　（3）Topcoder Topcoder 网站是一个允许国内的计算机专业的学生参与竞赛的一个专业的在 线考试系统，因此，国内的程序员和计算机专业的学生利用该系统与全世界的学 生和程序员进行学术交流。 Topcoder 网站最具有特点的就是比赛模式，因为 Topcoder 网站支持的编程语 言有 Java、C++以及 C#等，参赛者可以根据自身情况任意选取编程语言。该网站 每周都会举行比赛，并且会根据参赛者的答题情况进行排名。该比赛主要有编码阶段、挑战阶段以及系统测试阶段。与 ACM/ICPC 大赛相比，Topcoder 网站新增 了系统测试阶段。在规定的时间内，参赛者完成题目并提交后，参赛的队员能够 互查，检查对方的程序代码是否正确，这种方法类似于白盒测试。

　　目前，在线评测系统主要使用 C/S 结构或 B/S 结构来搭建。

　　（1）C/S 结构的在线评测系统 传统的 C/S 结构的考试系统是由前端和后端组成，前端的客户机负责界面开 发，录入考试数据，检验数据的合理性，发送数据给后端服务器。后端服务器主 要负责数据的存储功能，客户机通过安装专用的客户端软件才能够使用参加考试、 试题检索，查询的功能。因为客户机还需要配置相关的数据库才能登录系统，这 就导致系统不能及时更新和维护，移植其它系统的难度也会增加。

　　（2）B/S 结构的在线考试系统 B/S 结构（Browser/Server,浏览器/服务器模式），是 Web 兴起后的一种网络 结构模式，客户端最重要的应用程序就是 Web 浏览器。客户机上仅仅需要安装一 个任意浏览器，如 Google Chrome 或 Internet Explorer,服务器上安装 ACCESS、 DB2、SQL Server、My SQL 等数据库。数据交互实现是客户机通过浏览器与 Web Server 和数据库相连接。 在 B/S 结构中，无论是对数据库的操作还是多数的处理计算工作都是放在服 务器端上来完成。因此服务器承担了整个系统的大部分工作，大大简化了客户端 的任务。这种使用 B/S 结构搭建的在线评测系统不需要安装专用的客户端软件， 能够及时进行维护和更新，应用范围更为广泛。

　　1.2.2 国内的研究现状

　　我国研究在线测评系统时间较短，应用在线测评系统也晚于其它发达国家， 然而我国在当前研究期间呈现迅猛发展趋势。目前，许多学校和单位都致力于结 合自身特点，开发一款具有自身特色的在线考试系统。在线考试系统的实际运用 也比较多，如：计算机等级考试、普通话等级水平考试、部分职业认证考试以及 著名的教师资格证培训软件"粉笔教师"等都是采用在线考试的形式。综上所述， 在线考试系统的使用率正在逐渐增加，考试形式呈现多样化，基于人工智能技术 的快速发展，未来在线测评系统也会趋于智能化方向发展，下面详细描述主要发 展趋势：

　　（1）试题抽取的智能化。目前大多数在线考试系统的组算算法都是采用随机 组卷来抽取试题，该方法随机性强、未体现出公平性，可能出现部分学生随机抽 取题目过于简单，而其他学生抽取题目难度较大的情况，对学生真实水平测评的 信度会大大降低。而今后，在线考试系统将会按题目的难易程度按照教师预设的 要求，一定比例进行抽题，可确保抽取题库中的题目次数、数量基本保持相同， 减少部分题目出现边缘化问题，完成组卷。目前，有少数在线考试系统能实现上述要求。

　　（2）试题评阅的智能化。目前，大多数自动评卷系统只能实现自动评判选择 题和判断题，部分在线考试系统能够自动评判填空题，极少数的在线考试系统能够 自动评阅简答题，所以简答题基本都是人工阅卷，这大大增加了教师劳动量，导 致教师就没有更多时间放在对学生的教育管理和知识技能传授上。今后，在线考 试系统能够自动批阅一整套题目，采用大量复杂性较高的算法，随着人工智能技 术的不断发展，笔者相信在未来就能实现自动批阅一整套试卷。

　　（3）基于数据挖掘的高等级智能分析数据。当前市场上绝大多数在线考试系 统分析测试数据过程中，都仅仅只是对考生的答题情况和分数进行最简单的统计 和分析。相信在不久的将来，智能化考试系统能够挖掘更深层次的数据，可以深 入挖掘大量考试成绩数据与无关数据取得更多有价值信息，协助管理者与教师得 到深层次的评价考试信息。

　　第 2 章 系统开发的相关技术

　　2.1 B/S 结构内容

　　2.2 SQL SEVER 数据库

　　2.3 C#语言

　　2.4 ASP.NET 简介

　　2.5 开发平台 VS2010

　　2.6 测试工具 Load Runner 9.0

　　第 3 章 组卷算法分析

　　3.1 该系统的组卷算法

　　3.2 常见的组卷算法分析

　　3.2.1 随机抽样法

　　3.2.2 回溯试探算法

　　3.2.3 启发式搜索法

　　3.2.4 遗传算法

　　3.3 基于遗传算法的组卷应用

　　3.3.1 组卷问题的数学模型

　　3.3.2 遗传算法在组卷中的应用

　　第 4 章 系统需求分析和总体设计

　　4.1 系统目标分析

　　4.2 可行性分析

　　4.2.1 技术可行性

　　4.2.2 经济可行性

　　4.2.3 操作可行性

　　4.3 系统需求分析

　　4.3.1 系统功能分析

　　4.3.2 用例图分析

　　4.4 数据库设计

　　4.4.1 建立数据库

　　4.4.2 数据库表之间的关系设计

　　4.4.3 数据库逻辑设计

　　4.5 数据库的访问

　　第 5 章 在线评测系统的功能模块设计

　　5.1 设置 IIS

　　5.2 登录功能模块

　　5.3 管理员功能模块

　　5.3.1 用户管理模块

　　5.3.2 新闻管理模块

　　5.4 教师功能模块

　　5.4.1 题库管理模块

　　5.4.2 考试试卷添加模块

　　0 5.4.3 考试评分

　　5.5 学生模块

　　第 6 章 在线评测系统的实现

　　6.1 系统开发环境

　　6.2 用户登录模块

　　6.3 学生事务管理模块

　　6.4 导入试卷模块

　　6.5 试卷管理模块

　　6.6 在线考试模块

　　6.7 成绩查询模块

　　6.8 账户管理模块

　　6.9 系统设置模块

　　6.10 过程管理模块

　　6.11 系统设置模块

　　第 7 章 在线评测系统的测试

　　7.1 系统测试的必要性 39 7.2 测试环境

　　7.3 系统测试工具

　　7.4 单元测试

　　7.5 集成测试

　　7.5.1 系统功能测试

　　7.5.2 组卷模块功能测试

　　7.5.3 试题管理模块功能测试

　　在线考试模块功能测试

　　7.6 系统性能测试

　　第 8 章 总结与展望

　　8.1 总结

　　本研究的主要工作，是在翻阅与查询许多中学生在线评测系统的资料和数据 的基础上，将在线考试系统的优势和劣势进行对比，把在线评测系统的优势进一 步扩大，不足之处加以改进，广泛应用于学生自测以及在线考试。 本系统是基于 ASP.NET 的初中数学在线评测系统，该在线系统界面设计简约， 考生进入页面非常方便，无需下载安装，打开网页链接或者浏览器便可以直接进 入考试，成绩查询入口简单明了，方便学生及时查看，获取学习进度[34].

　　本系统的难点是利用遗传算法提高组卷效率。在线评测系统的智能组卷、在 线考试、新闻发布、阅卷准确快速、成绩分析统计科学直观的特点，体现了当代 计算机在线考试的高效率，易于在短时间内收集所需的学生成绩信息，在很大程 度上简化了考试流程，减轻了教育人员的劳动量，能将更多的时间放在对学生的 教育管理和知识技能传授上。在线考试不仅锻炼了学生对考试的应变能力，也凸 显了教学评价的现代化和智能化。目前，该系统在通过测试后，在一个班级进行 了实际运行，绝大多数同学认为该系统页面整洁、功能强大、操作简单，能够有 效帮助自身提高对知识的掌握程度，但还存在着系统的响应速度不够快的问题。 该班的老师认为该系统在一定程度上减轻了自身的劳动，能将更多的时间放在对 学生的教育管理和知识技能传授上，但还存在着系统对学生成绩的分析不够透彻、 只有最简单的排名。教师希望该系统对数据统计还需要进一步加强[35].

　　8.2 展望

　　随着 5G 技术的到来，网络技术在生活中的普遍应用，冲击着教育行业，网络 技术更是彰显教育进步的力量，在线评测系统是时代发展的结晶之一，但仍需要 不断发展、完善。由于个人能力和精力的限制，很多功能还需要进一步完善，主 要体现在以下几个方面[54]:

　　（1）进一步提高系统安全性，从而确保学生个人信息不被泄露。 （2）在线评测系统在题库选题方面还需多样化，应包括题型多，涉及内容广。

　　（3）在线评测系统的数据统计与数据处理功能需要进一步增强，希望能够对 学生数据进行更深一步的挖掘。 （4）增加在线交流模块，方便师生互动，方便教师和学生的交流、沟通，提 高学生的主动学习能力。

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致 谢

　　行文至此，我的毕业论文即将完成，正值鲜花盛开的季节，放眼望去校园满 是鲜花、绿树，春风拂面，操场、篮球场挥洒汗水的背影让我不禁感慨时光流逝。 无论是在学习还是参加学校的组织活动我都尽自己所能做到最好，三年的研究生 生涯不仅仅是知识的进步，个人动手能力、组织能力及沟通能力上得到显著提升， 在寒暑假期间我更是让自己忙碌起来，实践的去从事自己的专业，在实践中吸取 经验，在经验中总结。即将离开校园，心中的感激、不舍、惋惜之情五味杂谈。

　　攻读学士学学位过程中认识很多学校里学识渊博的老师，同时与同学们朝夕相处， 丰富生活阅历的同时让我的视野更开阔，也学会了如何发现问题与处理问题。我 们朝夕相处共同学习、生活、讨论学术问题，在你们的帮助下我的论文内容与格 式更完善，同时感谢你们在生活上与学习上帮助我，关心我。在此向学弟学妹们 寄予期望，希望你们在未来学习道路上互帮互助，共同前进。

　　在此衷心感谢我的导师程国忠教授，撰写毕业论文期间，定期向您汇报论文 进展您都及时指正我的问题，并提出改进措施。无论是最初的课题选择、撰写开 题报告、中期答辩还是最后的论文定稿，您都一直在我身边指导我，向我提出大 量建设性建议，指导我需要完成相应的任务。谨向我的导师程老师表示我最真诚 的敬意和衷心的感谢！ 感谢研究生期间帮助过我的所有同学，感谢他们陪伴我度过了我的求学生涯。

　　他们给予了我许多帮助，在他们的支持与鼓励下让我在欢乐中度过最后的学生时 期。在此向我的父母表示感谢，他们给了我不求回报的支持，正是因为他们在精 神和物质上的支持，才使我能够安心完成学业！最后再次感谢所有帮助过我的老 师、同学和家人，正是因为他们，我才能够安心在学校学习，才能不断的进步， 衷心祝愿他们在今后的工作和生活中能够一帆风顺.

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