基于移动端的业务知识评测系统设计研究

李 霞，马景奕，闫文君，李雅雯，杨 斌

（中国气象局气象干部培训学院甘肃分院,甘肃 兰州）

随着计算机技术和互联网技术的快速发展, 在新的信息教育生态下, 现有的在线考试评测系统也将不断地更新迭代, 以期实现对教育资源的低成本、高效率、集中共享式地开发和管理。在多种结构模式中,以B/S(浏览器/服务器)体系结构考试系统居多,采用服务器群集方式,即服务器端承载所有数据,在Web 环境下的在线考试系统, 考生只需在连接到互联网的计算机上登录即可进行答题测试[1],但它们对移动设备均不友好,并且整个系统的运营维护成本高,负荷能力有限,常导致意外情况。目前也有越来越多的学校、企业、培训机构已经开始支持移动端,较为前沿的有考试酷、云测库、考试云等,它们主要采用成熟的在线表单及数据统计技术生成试卷,有一定的行业测试题库,但这些软件更多偏向在线测试及练习[2-3]。

另外,在全国气象教育培训中,针对学员知识点掌握情况的评价太过笼统和片面, 没有对重点教学内容做系统性的评价测试, 并且各省针对大规模远程培训阶段性测试更是少之又少, 最主要的原因是没有满足自身需求的评测平台和大量的试题作辅助。另外,气象部门的各类业务知识竞赛也没有完整的在线考试平台,更没有与之匹配的试题训练和学习系统,导致试题重复储存,试题科目结构混乱,新旧试题难以区分,试题难易程度无法快速掌握,试题使用频率无法统计,快速自由组卷困难,学员考试结果无法长期、系统地追踪评估,学员共性和个性问题难以掌握等诸多问题。

基于云计算,通过虚拟化技术,以网络为依托,提供系统基础架构以及平台、软件服务等,极大地整合数据和应用等资源,这种方式能够将数据同步更新,有效地避免数据信息丢失等意外情况, 云计算服务提供了强大的技术支持[4]。同时,伴随5G 时代的到来,带动了移动端产业的迅猛发展, 各类小程序、APP 爆发式增长,移动端评测系统也必将成为在线考试中最璀璨的“明星”,大规模在线考试完全可以减少服务器端管理员的维护成本,提高学员在线考试的流畅度、清晰度和稳定性,让学员在考试中能更好地集中注意力,为用户提供更好的体验。因此,在云计算服务的基础上,设计移动端的业务知识评测系统具很有重要的现实意义, 用户无需下载安装软件, 直接通过微信小程序进行在线考试、随堂测试、自主训练等操作,管理员通过后台WEB端可进行试题管理、试卷管理、考试管理、阅卷管理等操作,对评测结果进行可视化分析,极大提高了培训工作者的工作效率，减轻了工作负担。

1 总体架构设计

用户前端与资源管理后台开发使用“微服务”架构设计,微服务架构有别于更为传统的单体式方案,可将应用拆分成多个功能模块。每个模块都被称为一项服务,可以单独构建和应用,每个服务运行在其独立的进程中,各项服务在工作或出现故障时不会相互影响。服务与服务间采用轻量级的通信机制互相沟通(通常是基于HTTP 的RESTful API)。每个服务都围绕着具体业务需求进行构建, 并且能够被独立地安装到生产环境、类生产环境等。

具体应用模块、用户识别系统及数据库全部采用分布式系统开发部署, 使用ESB-HUB 应用组件方式,将系统各功能按照数据应用分类设计成独立多个小的应用组件,独立封装、独立部署,然后通过app-hub把这些小应用集成到一起形成一个大型应用, 每个微应用独立开发、部署、升级,可以选用不同的技术框架,互相之间不会产生直接的影响,即使一个微应用崩溃,也不会影响其他微应用正常使用。最后通过与应用编程接口(API) 进行各组件模块之间的通信, 在数据及API 调用过程中, 利用增强PWA ( Progressive Web Apps 渐进式应用)技术，并通过日志聚合,实现全链路监控,完成对于大数据集合的监测和分析诊断。

移动端是本系统的核心应用前端, 主程序采用React、Vue 等框架模型开发客户端与服务器、小程序逻辑开发,移动教学管理应用、移动学习应用、云服务器构成了交互服务。小程序前端使用React SSR(非页面组件渲染技术)的WXSS 和WXML(程序)技术进行渲染, 后台业务逻辑使用JS 实现, 并通过Page 中的setData API 进行数据界面更新,实现数据和界面的交互。

2 系统数据库表设计及功能实现

系统延续了常规评测流程:出题-组卷-答题-监考-阅卷-分析, 涵盖了气象部门业务试题、评测形式、应用范围、评价分析等各方面, 因此在试题管理、组卷形式、应用模式和分析策略等方面做到了全覆盖。

2.1 系统数据库表设计

业务知识评测系统采用标准MySQL 数据库引擎,MySQL 是目前使用最广泛的开源数据库,也是Web 应用方面最好的RDBMS (Relational Database ManagementSystem,关系型数据库管理系统)之一。MySQL 可使用标准的SQL 语句添加、删除及修改数据库中的内容。设计高质量的数据库不仅能满足用户合理存储数据的需求,对系统的功能和扩展性起着决定性作用,还能发挥自身的安全性和稳定性。数据库设计过程中使用布隆过滤器及内嵌RocksDB 状态后端优化数据库,选用Rabin Fingerprint 算法作为rolling hash 完成可变分块的数据去重, 实现大数据环境下的实时数据降重、去重。业务知识评测系统的数据库主要包含培训班管理表、试题库管理表、考试管理表、系统用户表、资源管理表等, 不同信息模块之间的数据内容存在关联。

2.2 系统主要功能实现

(1) 试题管理(见图1):学科可设置到三级,根据需求可以随时添加和修改学科,试题信息新增、修改和删除的操作。试题相关信息包括试题名称、创建日期、创建人、关键字、使用频率、题型类型,以及对应的题库类别,无论是题干还是选项都可以加入图片、特殊字符、公式等。试题可以单条增加也可以批量导入,每一条增加的记录都经过查重,避免试题重复录入。输入的试题都采用统一的要求规则录入,如:题干和答案中的所有标点符号采用中文全角; 填空题题干中统一使用中文括号,括号里面两空格;单选题和多选题题干中的下划线、括号,统一使用括号,括号里面无空格;题干中的公式、图片,通过编辑处理成不超过2 M 的图片; 题干和答案中除了填空题的括号里面有空格,其他的空格需全部删除。

图1 试题管理

(2) 试卷管理(见图2):试卷新增、修改和删除,试卷信息包含试卷名称、试卷分类、四类组卷方式、考试时间、试卷总分、及格分数、分值分配智能计算、试卷是否公开、成绩是否显示等。固定试卷分两类,一是题型不变、题序不变；二是题型不变、题序打乱,此类试卷主要应用于针对性考核。自由组卷采用随机算法,根据设置的学科和需求在相应科目下抽取一定数目试题,生成不同的试卷,适合大规模、长周期的远程培训考核和社会类考试,自动组卷不用人工选试题,根据策略仅生成一套试卷。

图2 试卷管理

(3) 阅卷管理:阅卷管理包含了独立的阅卷接口、封闭阅卷(无学员信息)、成绩订正、智能提示和阅卷人等信息。

(4) 评价分析(见图3):实现评价内容横向到边纵向到底的可视化显示结果,包括从整体到个体、从学科到考点、从同比到类比的交错分析结果。

图3 评估分析

(5) 智能监控: 移动端采用智能动态数据标记技术建成监控系统, 考试过程中对学员的操作行为数据进行储存,通过行为数据模拟分析还原评测场景,可准确掌握关键节点用户行为。另外,在教师/班主任移动端也设置了监控模块,主要监督学员的在线情况,通过不同的色标展示未参加人员、正在考试人员和已提交人员等。

(6) 移动端考试（见图4）:主要功能有常规考试、习题训练、随堂测试、自我评测等功能,考试界面设置考试倒计时、提交按钮、已答题、未答题、总题数以及答题过程中的温馨提示(弹出进入多选题、是否提交、提交成功等)等。

图4 移动端考试

3 基于“云”端的安全机制

(1) 系统采用安全云服务架构,建立了基于“云”端的安全机制。基于“云”端的数据架构和安全机制,能够很好的解决评测应用的网络带宽、物理安全、稳定性等关键问题,通过多种评测加密技术,达到全方位检测和防护,杜绝泄露行为,大幅节省评测平台维护成本和降低平台运营的安全风险。

(2) 系统使用安全云端安全机制, 支持基础的安全打击能力,通过安全打击来实现敏感词的拦截,不管用户发送什么内容,都会先经过天御的安全扫描,经审核通过后才会进行信息发布。同时,系统还支持自定义的敏感词检测,保证应用健康的运行。

结束语

业务知识评测系统利用分布式系统可提高资源共享和加快计算速度的优势, 并结合微架构资源重复利用率高、系统维护性强、产品迭代周期短的特点,突破了传统考试模式的时空限制, 实现了大规模的实时考试、训练、测试和针对性评测,完成了气象教育培训评测过程中输入和产出数据的收集、存储、管理和智能分析,提高了工作效率,节省经费开支,同时,提升了考核的客观公正性, 管理者通过组卷策略随机生成考卷,每个学员的试卷是不完全相同,并且只有在考试开始才能知道考卷内容, 避免了互相参看和试题提前泄露导致的不公平。