“互联网+”背景下网络考试平台分析与设计*
李从明
(江苏开放大学 教务处，江苏 南京 210036)
网络考试系统，也称网络考试平台，具备在线考试的组织、实施与管理的功能，是开展线上各类考试的关键基础。
国外对于网络考试系统的研究和使用已经比较成熟，美国考试委员会在上个世纪 70 年代开始对计算机考试系统进行研究，1983年推出了计算机辅助考试系统(CAES)。计算机辅助考试系统(CAES)因不受时间、空间等条件的限制，能够进行智能化组卷、对试卷进行自动批阅、自动评分以及对成绩的分析报表等功能，得到了广泛认可，许多大型的考试，如托福考试、MBA 考试、GRE 考试等都使用了这种考试系统。
国内教育部2018年印发的《教育信息化2.0行动计划》(教技〔2018〕6号)在发展目标中提到：“努力构建"互联网+"条件下的人才培养新模式、发展基于互联网的教育服务新模式、探索信息时代教育治理新模式。” 随着“互联网+ ”背景下课程教学模式趋于多元化，那么建立开放的、智能的、与新型教学模式相适应的考试平台，既是高等教育与互联网技术的相互促进与融合，也是高等教育教育质量提升、实现内涵式发展的需要。
网络考试平台是适用于不同类型、不同规模的综合网络考试平台，具备题库管理、试卷库管理、组卷策略管理、考试管理和在线考试等功能。支持PC、智能手机等多终端应用，支持统一数据标准下的数据集成及融通。
通过网络考试平台的设计与建设，采用多样化的网络考试形式，不仅可以大大节约考试成本，提高考试工作效率，规范考试管理，提升考试组织管理水平，而且大大减轻了考试组织者的考前工作量和工作强度。
(一)遵循整体规划、分布实施的总体建设思路
依据系统建设不断发展的特点，在整体规划的前提下，根据各个阶段的实际情况，分步实施，动态调整。在建立平台基础业务框架、技术架构的基础上，不断完善和扩充，逐步建成全方位、多功能的网络考试平台。
(二)遵循统一标准、统一规范的平台建设思路
网络考试平台作为一个重要业务延伸平台，应遵循教学教务平台统一的技术开发标准、技术架构、资源描述、数据交换规范、数据存储、文档规范，并贯穿平台建设的各个阶段与所有环节
(三)遵循开放性与先进性相结合的平台发展思路
平台建设应考虑开放性原则，为用户增长、业务发展、模块变化及技术升级留出可扩展空间。采用先进的技术设计方案与设计理念，保持平台的先进性及可扩展性。
(一)支持灵活的考试组织
平台支持普通考试、随到随考、随学随考、自测练习等不同类型的在线考试与测试。提供统一的考试组织管理流程和规范，实现题库管理、试卷库管理、策略组卷管理、考试组织管理、考生管理、考场分配、在线考试、考试过程监控、自动评卷、考试结果发布、考试结果查询、统计分析等考试全过程管理。
(二)具备多维度题库
从专业、难易程度、使用性质等维度建立题库，减少题库的冗余，解决试题应用单一、重复建设、维护困难、不能共享等问题。
(三)灵活的试题形式
支持单选、多选、判断、计算、填空、简答、论述等多种题型，每道题都可以定义不同的试题难度等级，不同的专业知识分类，不同的使用性质，便于组织试卷。
试题内容及选项支持文字、图片、音频、视频、动画等多媒体元素，满足各种实际应用需要。
(四)灵活强大的组卷策略
提供人工组卷和策略组卷两种方式。
人工组卷由管理人员或被授权的教师手工录入或从题库中选题组成试卷。
策略组卷通过平台中定义的组卷策略，按不同维度、题型、难度、等级等设置抽题范围和抽题比例，系统根据组卷策略自动从题库中提取试题组成试卷。试卷建立后，还可人工进行调整，平台同时提供通用策略模板管理，可供组卷重复使用。
(五)分层分级管理机制与严格的权限控制
在统一管理的基础上，遵循多层分级管理机制，分配不同操作权限。保证数据的安全性、一致性和完整性。
(六)严格的安全控制与防作弊策略
严格的身份验证和权限控制机制，人脸识别技术在网络考试平台的应用可对考生身份进行有效识别、此外平台采用了考生信息的多样化呈现，考点监考人员管理、试题管理、考生考试状态监控、作弊行为记录等多种防作弊手段，可有效控制和预防作弊行为的发生。
(七)考试过程控制
网络考试平台提供了考试用机自动检测功能，对考生计算机的相关设置进行检测，主要包括对浏览器版本、插件安装及插件功能进行检测，帮助考生顺利参加考试。
可灵活设定考试的开始和结束时间，超过考试开始时间则不能参加考试，考试具备倒计时功能，考试结束后平台自动收卷，保证考试的公正性。
提供考试状态监控功能，可实时查看考场分配情况、考生进入考试情况、交卷情况，随时掌握考试整体状况，可实现即时通知、作弊标记、强制交卷等功能。
提供考试故障恢复，考试过程中即使出现断电、断网、电脑死机等突发故障，考生只需在解决故障后再次登录考试系统，就可以恢复到故障前的答题情况，继续考试，不会丢失已作答的答案。
(八)考试结果与试卷统计分析
平台具备完整的成绩单呈现和考试结果统计分析功能，包括答卷状态统计、交卷情况统计、通过情况统计、成绩分布统计、按试题的得分与正确率统计分析等。
(九)支持多终端应用
平台支持PC、移动App、微信公众号等多终端应用。
网络考试平台功能架构主要包括：网络考试系统网页、考生端考试服务功能、管理端考试管理功能、卷库、题库管理功能、考试系统管理功能等，平台基础框架如下图所示：
网络考试平台技术架构的设计对应于整个网络考试业务流程及需求，按系统功能模块化处理，预留出可根据网络考试具体需求进行的平台功能扩展部分，在保证系统各功能模块稳定、安全运行的前提下，提升了网络考试系统的可扩展性，为未来网络考试平台对于考试改革发展的支撑提供可能性。同时，通过采用跨平台技术框架，实现主流终端数据贯通融合。
(一)服务端技术架构
网络考试平台服务端采用SpringMVC模式实现MVC多层架构，采用Spring IoC实现业务组件松散耦合，采用Spring声明式事务在业务逻辑层进行事务管理，采用面向接口编程为系统提供良好的扩展性。
服务端技术架构主要应用于PC端的业务管理和为手机端提供相应的数据接口。模块包括基础架构(Spring、SpringMVC、MyBatis等)，数据库文件的管理及服务提供，后台管理的业务逻辑及页面展示，为移动应用提供的接口逻辑和服务，为数据交换提供的接口逻辑和服务等[1]。
系统技术架构图如下：
(二)PC客户端技术架构
PC客户端技术架构主要应用于PC终端进行考生在线身份验证及在线考试的应用程序支撑，支持目前应用软件市场所有主流浏览器和插件及工具等。
(三)移动端技术架构
主要应用于移动终端进行考生在线身份验证及在线考试的应用程序支撑。模块主要包括iOS、 Android系统的基础服务、PhoneGAP基础架构、JQuery组件、HTML5规范、Plugins插件、安全组件(用于身份认证及权限控制)，通用自定义插件(如加载插件)、业务应用逻辑页面展示等[1]。
(四)系统技术架构特点
网络考试平台技术架构具有如下特点：
参照国家有关标准与行业标准，符合国家对计算机系统安全的有关规定和标准；
基于稳定安全的J2EE技术架构，采用多层次技术架构；
B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)系统模式，基于web技术开发，用户无需安装考试客户端，可直接打开浏览器输入网址，验证身份后，登录平台进行操作；
网络考试系统兼容目前软件应用市场中的各主流浏览器；
针对在线考试并发量大、对系统性能要求高等业务特点，采用分布式技术、缓存技术及消息队列技术，提供高并发性能响应，通过分布式考试部署、服务器集群或云考试系统部署迅速扩大承载能力；
采用特殊的插件技术，实现考试过程中突发故障情况下，考生的答题信息不会丢失，可再次登录续考；
在基础数据方面，网络考试平台可以通过开放性的API接口，实现与江苏开放大学在线学习平台的系统的对接，实现基础数据统一、考试登录集成与考试成绩统一管理；
系统模块化设计与微服务化设计使得系统具备很强的可扩展性，业务功能扩展相互不影响，系统响应性能可根据实际在线用户数进行线性扩展，可满足未来考试业务长期发展的要求。
对于系统数据的安全问题，网络考试平台提供了针对性的方案。包括防止敏感信息泄漏、系统数据的快速恢复、原始数据的备份及防篡改等，系统安全架构遵循应用系统安全防护要求，具备安全管理机制，保证数据处理、传输和存储安全，保证系统能够正常运行，禁止被非授权访问，防止攻击破坏。
统一身份认证
系统用户登录采用统一身份认证的方式，通过验证预设用户名和个人口令进行判断用户是否为平台合法用户。统一身份认证与权限控制系统相关联，一旦用户的身份通过认证以后，及可确定用户权限。
统一权限管理
网络考试平台基于“用户-角色-权限”的三元权限控制模型，通过该模型实现统一授权管理、用户统一身份管理及单点认证支撑，从而实现用户一次登录、网内通用，避免多次登录到多个应用的情况。同时，对各系统的权限分配和权限变更进行有效的统一化管理，实现多层次统一授权，审计各种权限的使用情况，防止信息共享后的权限滥用，规范应用系统的建设[2]。
统一数据管理
网络考试平台中的基础数据，如专业分类数据、考试组办方数据、考生数据、考试管理人员数据等需要进行统一定义、管理和共享，确保数据的一致性、完整性和对业务的支持, 网络考试平台基础数据同步于教学教务管理平台，以教学教务管理平台数据作为主要数据源。
平台具备开放性和互操作性，易于扩充与维护；
支持多种网络访问；
当网络考试系统因未知问题导致系统宕机，针对此类情况，应提前做好合理的系统数据备份恢复方案，保障系统的快速恢复而不影响网络考试的正常组织；
应确保服务器及使用端数据的安全，系统体系安全应符合等级保护要求，做到内外兼防，保护服务器不被恶意攻击，确保敏感数据的不泄露；
在条件允许的情况下，系统应采用双机热备、双机并行或者外部负载均衡的设计尽可能避免因单点故障导致的系统停摆。
(一)集中部署
网络考试系统全部硬件将进行集中部署及统一管理，考试系统并发量参照江苏开放大学历年报考人数，系统并发量为3500人，可同时支撑4000-5000人在线考试。集中部署方案的系统拓扑结构如下图所示：
(二)分布式部署
由主节点和分布式节点构成。主节点实现题库考试管理及考试分发与调度，分布式节点提供在线考试支持。主节点部署在省校，分布式节点可以根据实际情况灵活部署，可以部署在各分校，也可以多个分校共用一个分布式节点。
分布式部署方案的系统拓扑结构如下图所示：
网络考试系统的考试管理功能由管理端应用服务器提供支撑、考生端功能由考生端应用/自测练习应用服务器提供支撑、考试相关业务数据由数据库服务器提供支撑、网络考试移动端业务由移动应用服务器提供支撑、网络考试数据备份业务由备份服务器提供支撑，新增功能测试及原系统BUG处理由测试服务器提供镜像测试环境，分布式节点可采用集群形式，各部分服务器硬件数量可根据网络考试业务量进行配置。
网络考试系统可采用数据扫描的方式以数据增量备份的形式将各功能模块在业务运行中产生的新数据分类别备份至数据中心，与此同时在网络考试系统运行一个周期后应采用系统全数据备份的形式将平台数据全部备份。运行周期时间不宜过长，可根据实际业务运行情况自行设置。
(一)定制化开发实施计划
江苏开放大学网络考试平台，依据开放大学实际情况进行定制化开发。项目实施采用驻场开发服务方式，由合格的项目经理、技术经理、开发人员、设计人员、测试人员、实施人员等技术人员在现场进行系统开发。
项目验收后，仍将安排技术实施人员、运维人员及技术服务人员提供运维与支持服务。
(二)项目实施流程
开发实施工作将严格按照软件工程项目管理过程实施，主要分成如下步骤：
1.项目准备。主要内容包括确定项目范围与进度计划、成立项目小组、召开项目启动会并正式启动项目。
2.需求分析。收集需求及业务流程，定义系统功能及用户界面，进行系统原型设计，形成需求规格说明书。
3.系统设计。在需求分析基础上完成系统总体设计、概要设计、详细设计、数据结构设计，完成用户界面设计，形成系统总体设计说明书、概要设计说明书、详细设计说明书。
4.系统开发。在需求分析与系统设计的基础上进行编码和单元测试。
5.系统测试。在需求分析与系统设计的基础上形成测试方案，对系统整体进行业务功能测试、用户界面测试、性能测试、数据库和数据库完整性测试、接口测试、容量测试、安全性和访问控制测试、配置测试和安装测试，形成测试报告。
6.安装调试。安装部署系统并对系统参数进行优化配置，安装完成后依据测试方案进行联调测试，保障系统稳定正常运行。
7.使用培训。制定培训计划，编写培训教材，组织培训，对用户、业务管理人员及系统管理人员进行培训。
8.初步验收。组织系统初验，依据原始需求、测试方案对系统进行验收测试。
9.试运行。初验结束后进入试运行阶段，及时解决试运行过程中出现的各种业务与技术问题，保持系统稳定运行。
10.最终验收，正式运行。
通过对网络考试平台的设计、开发及应用，能够很好的为各级各类的网络考试提供支撑服务，紧扣教育部“努力构建"互联网+"条件下的人才培养新模式、发展基于互联网的教育服务新模式、探索信息时代教育治理新模式。”的主题，紧跟教育模式改革发展的步伐， 最终达到“以考促学、以考促教”，提升教育质量，解决工学矛盾，彰显办学特色的目标。
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