高安全性高智能化医学网络考试系统的设计与实现

张 稳，石 平，顾红培

(卫生管理)

高安全性高智能化医学网络考试系统的设计与实现

张 稳，石 平，顾红培

研制基于Java 2平台企业版(Java 2 Platform Enterprise Edition，J2EE)的高安全性、高智能化医学专业网络考试系统。系统采用主观题自动评判技术、在线考试故障恢复、“交换卷”技术及Rijndael加密技术来保证系统的高安全性与高智能化。实现了系统随机出题、在线考试、在线自测、故障恢复、随机试题、题库智能分析等功能。该考试系统具有高自动化、可靠性、公正性、保密性、高效性及智能分析等特点，可较好地满足医学网络考试要求。

医学;信息;J2EE;高安全性;高智能化;网络考试系统

0 引 言

信息与互联网技术的迅速发展、各医学院校校园网的普及、远程教育的推广以及军队医院“军卫1号”系统的应用，为新型医学考试方式——“网络考试”提供了条件［1－2］。一个完整的网络考试系统应拥有丰富的试题、科学的组卷方法、系统的考试管理，使网络考试达到真实的考试效果，从而替代传统的纸面考试形式［3］。

近年来，国内外基于网络教学平台的考试系统层出不穷，有效地减轻了繁重的考试、评卷工作。但这些平台普遍存在以下缺点:①许多系统组卷方式较为简单，试卷不能根据教师设定的要求动态生成，学生在考试时使用同一套试卷，②过多注重考试管理功能的实现，而忽略了实际考试过程中的考务管理;③大多数系统只提供客观题的自动评卷，而对主观题的自动评卷实现不合理或根本没有实现。针对以上不足，文中提出的基于J2EE架构的网络考试系统(以下简称考试系统)。除实现基本考试功能外，还考虑包括:提供座序绑定，“变换卷”及动态生成试卷3种功能防止舞弊，根据知识点、难度、题型、题量科学地生成试卷，实现主观题自动评卷，对考试过程进行动态监控，并能对考试过程中出现的异常情况进行处理等。

1 系统功能特点

考试系统主要针对教师、学生、考务管理员3类用户。一个良好的考试系统不仅要求具有方便快捷的操作、简单有效的管理，且应具有科学的试卷组织、高级别的系统安全性以及较强的通用性。按相关功能把考试系统分为以下几个功能模块。

1.1 题库管理模块 该模块主要供教师使用，其功能包括题库管理、试题管理、试卷生成。题库从级别上分为公共题库和个人题库，其中公共题库提供给所有教师使用，而个人题库完全是教师为教学需要自己编撰的题目，考察角度和方法具有很大的灵活性，但在精确性和严格性方面无法保证。由于个人题库的存在，教师在组卷时不仅可以选择公共题库中的试题，还可加入符合当前教学内容的自拟试题，从而使题库更好地满足教师的个性化网络教学需要。试卷中的试题可以从题库中逐题添加，也可以设定题型、难度、知识点、题量后，从题库中批量添加。对于动态组卷的试卷，教师只需设定题型、难度、知识点、题量、分值，系统将在学生考试时动态地从题库中抽取试题进行组卷。

1.2 在线考试模块 该模块主要提供学生使用，其功能包括登陆、考试、计时、查看已评试卷。考生进行考试时，系统安装考生座序分配考生试卷，使得考场中前后、左右相邻考生的试卷互不相同，减轻考场监考人员的监考压力，预防考试作弊。为避免考试过程中由于系统故障导致考试中断从而丢失考试信息，系统在学生每答完一道题后自动保存该题做答。当出现意外情况导致考试中断时，学生可以在断点处继续答题，从而最大限度地保护已有的考试数据，确保考试继续正常进行。

1.3 教师评卷模块 该模块主要供教师使用，其功能包括自动评卷、人工评卷、统计分数。选择题、判断题、排序题、连线题、填空题由系统按标准答案进行自动评卷;简答题自动评卷以基于知识点的带权匹配技术来实现。

1.4 考务管理模块 该模块主要供考务管理员使用，其功能包括人员管理、考试监控、资源管理。考务管理员可以管理教师、学生的人员信息及动态监控考试，并可对考试中出现的异常情况进行处理。当出现机器故障时，考务管理员可以更新学生的座序绑定，允许学生重新登录，保证学生可以从断点处继续进行考试。

2 系统技术实现

2.1 技术方案 为使考试系统具备更高的稳定性与可靠性，在客户端或服务端任何一方出现问题的情况下，最大限度地保护已有的考试数据，确保考试继续正常进行［4］。结合网络训练平台的要求，考试系统选用核对Oracle 10g数据库，基于Sun公司推出的J2EE平台，提供系统的开放性和可扩展性，加强系统的可移植性和可维护性。J2EE目前已得到广泛应用，其优势主要是为搭建具有可伸缩性、灵活性、易维护性的业务系统提供了良好的机制，包括大量用来访问限制企业信息系统的标准应用程序编程接口(application programming interface，API)。同时，J2EE平台支持一个简化的基于组件的开发模块，可以通过多种途径增强应用程序开发的能力，简化结构和开发过程。

2.2 关键技术 网络考试系统实现了基本考试功能，教师可以动态、科学地生成试卷，考生可以在线考试。但网络考试要完全替代传统的纸面考试，需要进一步提高系统智能化和数据安全性［5］。因此，该系统在设计时，除强化了对主观题的自动评判，还对数据的安全性进行了考虑。

2.2.1 基于知识点的主观题自动评判技术 主观题与客观题的最大区别在于并不要求标准答案是唯一、完全匹配。主观题自动评判技术将知识点的表述方式归纳为解释型、集合型、判断型，将知识点的关键词切分为等价类、相似类、反义类，并为关键词定义了并列、顺序、依赖、互斥4种逻辑关系及权值分配。在进行自动评判时，首先搜索试题答案，完成词语切分、知识点定位，然后分析知识点的表述是否正确，查找关键词，按关键词准确度和逻辑关系计算知识点权值。最后，按试题分值和知识点的权值计算分数。系统采用了具有自动学习功能的关键词库(即如果定义的关键词在关键词库中不存在，则将该词添加到关键词库中)，使得某一课程或学科知识点的关键词更加全面，评判过程更加灵活，评判结果更加准确。

2.2.2 “变换卷”技术 所谓“变换卷”方法是指将题库中抽取或由专家命制的基准卷，按规则随机打乱其题目和选项顺序，生成若干用于考试的等量同质的变换卷，并将变换卷和考场考生座序结合进行分配的方法。其关键技术是变换卷的生成和变换卷的分配［6］。

变换卷生成的过程称之为试卷变换。试卷变换的目的是为降低考生通过不良途径获利的可能性。因此，试卷变换一般需要遵循以下3项基本原则:①变换卷的题序和选项顺序排列均具有随机性。使得各变换卷在相同题号下，不同变换卷之间对应的题目及选项顺序可能不同。这是试卷变换最基本的要求。②各变换卷在相同题号下，所对应的正确答案选项不同。从而使得考生之间抄袭填涂信息点获利的可能性大大减少。③各变换卷中正确答案的选项数目和位置分布大体均匀，使得考生猜中答案的概率基本均等。

变换卷生成后，必须和考场考生座序结合起来进行分配，以达到预期的目的。变换卷的分配需满足如下要求:①考场中前后、左右相邻考生的试卷互不相同;②考生不能推测出其周围考生的变换卷类型。

2.2.3 Rijndael加密算法 数据库及其管理系统作为信息数据的存储地和处理访问地，应具有对信息数据的安全存储和安全访问提供服务的功能，并具有安全防范的能力。根据AES加密算法原理，基于J2EE平台编写程序，实现对考试系统数据库中数据的加密。

随着对称密码的发展，数据加密算法(data encryption standard，DES)数据加密标准算法由于密钥长度较小(56位)，已经不适应当今分布式开放网络对数据加密安全性的要求。故1997年，美国国家标准与技术研究院公开征集新的数据加密标准，即AES。经过3轮的筛选，比利时Daeman和Rijmen提交的Rijndael算法被提议为AES的最终算法。此算法将成为美国新的数据加密标准而被广泛应用在各个领域中。尽管人们对AES还有不同的看法，但总体上AES作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。AES设计有3个密钥长度分别为128、192、256位。相对而言，AES的128密钥比DES的56密钥强1021倍。AES算法主要包括轮变化、圈数和密钥扩展3个方面。

AES是分组密钥，算法输入128位数据，密钥长度也是128位。用Nr表示对1个数据分组加密的轮数(加密轮数与密钥长度的关系)。每1轮都需要1个与输入分组具有相同长度的扩展密钥Expandedkey(i)的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限，所以在算法中要用一个密钥扩展程序把外部密钥K扩展成更长的比特串，以生成各轮的加密和解密密钥。

2.2.4 数据库设计 明确题库的存储格式对整个系统的设计至关重要。考试系统包含单项选择题、多项选择题、填空题、判断题、简答题和组合题6种类型试题，各种试题类型的构造方式不同，例如选择题由题目和选项组成，而简答题则只有题目。为便于不同类型试题的存储，在数据库设计时，系统使用了主-辅(prime-sub)的见表方式，试题主表中存储试题的公告信息(如知识点、难度等)，其试题答案和选项则存入试题子表(sub)里。其他辅助性的表还包括答卷表(准考证号、大体内容)，考场表(考生ID、IP地址、准考证号)，资源表(用户ID、资源名、权限)和成绩表(试卷号、课程号、学生ID、成绩)。

3 结 语

目前，该平台已实现安全、公正和高效地面向医学专业网络考试，解决了自动生成试卷、在线考试和评卷等一系列考试过程。但网络考试完全替代传统的纸面考试还需要进一步对系统进行完善，尤其是主观题的自动评判技术涉及到人工智能、模式识别和自然语言理解等方面需要得到进一步解决。

［1］ 汪惠霞，胡 敏，于京杰.医院无线接入的信息安全分析［J］.医学研究生学报，2011，24(8):859-861.

［2］ 汪惠霞，王慧琳，李风华.住院患者护理信息系统的应用［J］.医学研究生学报，2011，24(1):72-74.

［3］ 陈 鹏，赵成知.临床医学网络考试系统的研发及运行思考［J］.中国医学教育技术，2007，4(1):157-158.

［4］ 王 晔，李 甜.网络医学教学及指导系统的组建［J］.医疗卫生装备，2007，28(8):40-41.

［5］ 赖永凯.网络考试分析系统设计研究［J］.电脑知识与技术，2006，3(1):92-93.

［6］ 肖国亮，曹 佳.“变换卷”方法预防考试作弊之研究［J］.中国考试(研究版)，2005，1(1):27-28.

A high-security and high-intelligence network examination system:Development and implementation

ZHANG Wen1，SHI Ping1，GU Hong-pei2
(1.Training Center for Medical Professionals，Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command，PLA，Nanjing210002，Jiangsu，China;2.Outpatient Department Hospital of Unit73061，Xuzhou221008，Jiangsu，China)

We developed a highly secure and highly intelligent medical network examination system based on J2EE，using automatic evaluation technique，online test fault recovery，the exchange volume technique and AES encryption to achieve high security and high intelligence.With this system，we realized random production of test samples，online examination，online self-testing，fault recovery，random questions，and question bank intelligent analysis.The examination system，characterized by high automation，reliability，fairness，security，high efficiency and intelligent analysis，can satisfactorily meet the requirements of medical network examinations.

Medicine;Information;J2EE;High security;High intelligence;Network examination system

R197.324

A

1008-8199(2012)02-0192-03

南京军区医药卫生科研基金(09MA091)

210002南京，南京军区南京总医院干部训练中心(张 稳、石 平);221008徐州，73061部队门诊部(顾红培)

石 平，E－mail:spnz@163.com

2011-12-31;

2012-01-20)

(责任编辑:闻 浩;英文编辑:罗永合)