摘要：本文結(jié)合自己多年開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化機試系統(tǒng)的經(jīng)驗，詳細闡述常用機試系統(tǒng)的原理、缺陷，提出改進方法及新的解決方案，并在已有基礎(chǔ)上，設(shè)計出更加科學(xué)實用的系統(tǒng)，發(fā)展并拓寬現(xiàn)有考試系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。最后給出無相鄰重復(fù)的隨機抽題算法，以確保隨機抽題的公正性。
　　關(guān)鍵詞：機試系統(tǒng)；連通圖著色；隨機抽題
　　中圖分類號：TP27 文獻標(biāo)識碼：A
　　
　　在我國高等教育體制中，計算機教育一直被擺在重點位置。幾乎所有高等院校的所有專業(yè)都至少開設(shè)有一門計算機課程�！坝嬎銠C文化基礎(chǔ)”（以下簡稱“計文”）或相關(guān)課程是必不可少的。工科專業(yè)一般開設(shè)有C/C++、Java程序設(shè)計，文科會學(xué)習(xí)VB、VFP等。
　　有教學(xué)過程就必然要有科學(xué)規(guī)范的評價機制。計算機課程的教學(xué)評價一般通過筆試和機試兩種方式進行。作為非常注重培養(yǎng)實踐能力的學(xué)科，機試加筆試顯然比單純筆試更加適合計算機課程教學(xué)。筆試可以勝任像C/C++、Java代碼編程和計算機原理概念的考查。但像計算機操作水平或VC、VB可視化編程等，就只能通過機試才可得到真正科學(xué)的評判。
　　本文所探討的機試，專指編程或計算機操作類機考，不涉及用機考代替筆試的無紙化考試。以下將針對機試系統(tǒng)開發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新等問題進行討論。
　　
　　1 常用標(biāo)準(zhǔn)化機試系統(tǒng)的原理、缺陷及改進
　　
　　標(biāo)準(zhǔn)化機試系統(tǒng)常采用以下兩種原理實現(xiàn)：
　　
　　1.1 截屏法
　　截屏法的原理較為簡單�？忌�面對的不是真正的軟件界面，而是靜態(tài)的截圖界面。在每個靜態(tài)截圖的相應(yīng)位置設(shè)置熱點區(qū)，比如活動的菜單、按鈕、工具欄等。每一屏的輸出結(jié)果是唯一的。如果考生根據(jù)考題要求，點擊了當(dāng)前正確的熱點區(qū)，則認為操作正確，屏幕將立刻顯示下一截屏。否則，系統(tǒng)停在此屏，等待考生正確點擊。如果考生放棄此題或中途交卷，系統(tǒng)會根據(jù)考生最終到達了該題的哪一步來給出相應(yīng)得分。
　　例如，在Visual Basic窗體中設(shè)計一個“退出”按鈕，功能是點擊按鈕后窗體退出：
　　
　　上圖中每一個方塊代表一個屏。截屏法用屏幕的變化來模擬真實的軟件環(huán)境，但同時產(chǎn)生了路徑唯一性問題�？忌�只有點擊了正確的區(qū)域，或者輸入正確的命令后才可進入下一屏。這與真實的軟件環(huán)境差距甚遠。考生在不了解考題意圖的情況下，會感覺無所適從。加上軟件中能夠?qū)崿F(xiàn)同一功能的操作有多種，而每個人的操作習(xí)慣又不可能完全一樣，這都影響了截屏式系統(tǒng)的通用性。比如上述圖例中第三步“查看代碼”，還可用菜單操作和右鍵操作實現(xiàn)，但考生只有點擊了“查看代碼”按鈕后才能進行下一步。
　　要想提高題目的通用性，必須通過在實現(xiàn)同一功能的所有區(qū)域設(shè)置熱點來改進。但考題設(shè)置的工作量也隨之加大，同時很難顧及到點擊或輸入錯誤時的軟件變化。
　　截屏法的技術(shù)含量不高，對系統(tǒng)的要求較低，并且沒有軟件環(huán)境的限制。其最大優(yōu)勢在于能架設(shè)在B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式上。因為瀏覽器中很難包含真正的軟件環(huán)境，而截屏法規(guī)避了這一難點。
　　
　　1.2 文件比較法
　　文件比較法以真實的軟件作考試環(huán)境，并且要事先做好標(biāo)準(zhǔn)答案文件，因而一般架構(gòu)在C/S（客戶端/服務(wù)器）模式上�？忌�通過操作相應(yīng)軟件生成或修改考題所要求的文件。考試完畢后。系統(tǒng)將考生做的文件與標(biāo)答文件詳細對照。如果對照一致，則給出相應(yīng)得分。
　　對于C/C++、Java一類代碼編程的考試，只需要對考生源程序和標(biāo)答源程序做逐行掃描，根據(jù)對比源程序字符來判分。同一功能可能還有多種寫法，都應(yīng)設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)答案中。如果是純粹的函數(shù)編寫，應(yīng)設(shè)置輸出結(jié)果文件。通過比較輸出的結(jié)論評分。
　　這種忽略操作過程、分析結(jié)論評分的方法比截屏法更加客觀公正，能夠檢驗考生真實的計算機操作和編程水平�？荚囅到y(tǒng)完善之后，考題就十分容易設(shè)置和變化。
　　國內(nèi)高校中開設(shè)VFP數(shù)據(jù)庫課程的專業(yè)較多。下面以VFP機試系統(tǒng)為例，說明文件比較法機試系統(tǒng)的開發(fā)與關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)：
　　
　　系統(tǒng)用VFP9編寫，因為在VFP環(huán)境下啟動考試環(huán)境和處理VFP體系的文件都具有一定優(yōu)勢。并且VFP9也能夠勝任C/S模式軟件的高效開發(fā)。服務(wù)器端用SQL Server數(shù)據(jù)庫儲存考試信息、考試時間、考題和標(biāo)準(zhǔn)答案。考試機（客戶端）必須獲得了這些信息后才可參與考試。因此，服務(wù)器端能夠完全掌控考試的類型和具體要求。
　　1.2.1 抽題
　　傳統(tǒng)的機試系統(tǒng)往往簡略甚至忽略這一環(huán)節(jié)，只是保證每一臺考試機上的考題是隨機抽取。但如果相鄰的考試機抽到一樣的考題，那么考試的公正性就有可能會打折扣。所以必須使任意相鄰的考試機抽到不同的考題。
　　可以利用同一局域網(wǎng)各聯(lián)網(wǎng)機器IP地址的不同，在每場考試之前由服務(wù)器端生成一個抽題方案表，儲存在數(shù)據(jù)庫中。開考時，每臺考試機都訪問這個抽題表，獲得各自題號，再下載相應(yīng)數(shù)據(jù)進行考試。
　　無相鄰重復(fù)的隨機抽題算法在本文的第四節(jié)給出。
　　1.2.2 評分
　　傳統(tǒng)的評分方案僅僅只是評判某些題目要求的文件是否生成，或者比較字符類文件和表文件。這對于C/C++、Java等代碼類的考試是適用的。
　　但如果為可視化編程，如VC、PB、VFP等，或計文中的Word、Excel辦公軟件，涉及文件繁多，有窗口、菜單、程序、文檔、數(shù)據(jù)。這些文件的類型、格式都不相同。這一類的評分只有采用掃描二進制文件內(nèi)容的方法才可進行。所以必須先分析出這些文件的內(nèi)部構(gòu)造，才能設(shè)置相應(yīng)的評分程序。
　　比如要在數(shù)據(jù)庫中兩表間建一個永久關(guān)聯(lián)。分析DBC文件后發(fā)現(xiàn)，永久關(guān)聯(lián)會在DBC文件中增加256個字節(jié)的內(nèi)容，格式為：
　　Relation Relation 1……Field（字段名）…Field（字段名）…
　　對應(yīng)16進制為：
　　52 65 6C 61 74 69 6F 6E 20 20 52 65 6C 61 74 69 6F 6E 20 31……46 69 65 6C 64…46 69 65 6C 64…
　　通過讀取DBC文件的二進制內(nèi)容，并查找此16進制代碼，就可以判斷考生是否回答正確。只要得到一次這樣的代碼，就能相應(yīng)作出其它類似題目的判分程序。利用這一方法，幾乎可以設(shè)置出任何一種軟件科目的判分機制。
　　需要注意的是，如果將評分都交給服務(wù)器端完成，會給服務(wù)器造成很大的工作量。應(yīng)該為每一套題設(shè)置對應(yīng)的評分程序，并隨考題數(shù)據(jù)一起下載到考試機上。最后由考試機完成判分，將判分結(jié)果傳回服務(wù)器。為了不讓考生修改或刪除評分程序，或者在非考試環(huán)境里答題，考試系統(tǒng)應(yīng)在運行時屏蔽對考試系統(tǒng)以外的所有操作，以保安全。
　　考試的最終目的是為了指導(dǎo)和改進教學(xué)。因此，評分程序應(yīng)當(dāng)細化到題，甚至于知識點。這樣做能讓服務(wù)器獲得詳細的評分結(jié)果，以便統(tǒng)計具體的教學(xué)得失。
　　
　　2 一種更好的機試系統(tǒng)設(shè)計思路
　　
　　文件比較法也同樣有一定的缺陷。此法只是評判結(jié)果，完全忽略了過程。考生就算掌握了知識點，但在操作中有一點小失誤，導(dǎo)致結(jié)果未能生成或不完整，都會極大影響對該考生的公正評價。如果在對結(jié)果文件評判的同時，又能判斷操作的正誤，就能彌補評分的缺失。
　　可以另外用VC++或BCB設(shè)計一個外殼程序，隨答題環(huán)境一起運行，環(huán)境退出時關(guān)閉。外殼程序的任務(wù)是將考生的鼠標(biāo)操作記錄到一個文本文檔中。
　　用API函數(shù)SetWindowsHookEx建立Hook，將程序添加到Hook鏈中，目的是監(jiān)視Windows消息??[1]?：
　　tsHook =（HWND）SetWindowsHookEx（WH_MOUSE， MntProc， tsInstance， 0）；
　　MntProc函數(shù)得到每一次考生點擊的按鈕或菜單的標(biāo)號，并依次追加到鼠標(biāo)操作記錄userdo.txt文件中：
　　LRESULT CALLBACK MntProc（int nCode， WPARAM wParam， LPARAM lParam）
　　{
　　WPARAM bmid；
　　FILE *fp；
　　bmid = wParam； // bmid得到按鈕或菜單的標(biāo)號
　　……
　　fp = fopen（“d：\\cpexam\\pinf\\userdo.txt”，“a”）；
　　fprintf（fp， “%4d”， bmid）；
　　fclose（fp）；
　　……
　　return CallNextHookEx（tshook， nCode， wParam， lParam）；
　　}
　　函數(shù)返回CallNextHookEx（），繼續(xù)啟動下一個Hook傳遞消息。
　　當(dāng)考生點擊交卷或系統(tǒng)自動交卷后，用UnhookWindowsHookEx（）函數(shù)卸載Hook，并退出外殼程序。最后的userdo.txt中保存的文本為考生操作的按鈕和菜單的序列。
　　此類系統(tǒng)的評分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含兩方面。一方面是生成文件的得分，另一方面通過分析鼠標(biāo)操作記錄文件中按鈕和菜單標(biāo)號的前后關(guān)系給出操作得分。
　　
　　3 無相鄰重復(fù)的隨機抽題算法
　　
　　相鄰考試機抽到不同的考題，是保證考試公正性的重要環(huán)節(jié)。抽題前先要保證參與考試的機器IP地址或計算機名是順序的，比如計算機名為：cs1、cs2、cs3、…… cs[n]，并且順序擺放成如下矩陣：
　　
　　為保證每一臺機器抽到與四周8臺都不同的題，可以將此矩陣看成一個平面連通圖。故問題可歸結(jié)為連通圖的“五色”著色問題：用5種顏色可以給任一平面簡單連通圖G=＜V， E＞正常著色?[2]?。在實際算法中，只需考慮連通圖相鄰5個頂點中的某一點與其余各點均不同，并遍歷所有點。
　　具體規(guī)則如下：
　　（1）第一排每點不與左點相同
　�。�2）其余各排為：
　　 a最左點不與上點和右上點相同
　　 b最右點不與左點、左上點和上點相同
　　 c其余各點不與左點、左上點、上點和右上點相同
　　以下用VFP表述算法，其中pctt為考試機總數(shù)，tmt為總題量，a為當(dāng)前考試機編號：
　　dimension t（pctt）
　　t=0 && 初始化數(shù)組t
　　t（1）=int（1+tmt*rand（）） && 隨機初始化cs??[1]?
　　do case
　　case tmt＞=5 && 考慮“五色”情況
　　 for n=2 to a && 第一排每臺抽題與左邊不同
　　 do while .t.
　　 t（n）=int（1+tmt*rand（））
　　 if t（n）＜＞t（n-1）
　　 exit
　　 endif
　　 enddo
　　 endfor
　　 for n=a+1 to pctt && 除第一排外
　　 do case
　　 case （n-1）%a=0 && 每排最左邊需與上、右上都不同
　　 do while .t.
　　 t（n）=int（1+tmt*rand（））
　　 if t（n）＜＞t（n-a） and t（n）＜＞t（n-a+1）
　　 exit
　　 endif
　　 enddo
　　 case （n）%a=0 && 每排最右邊需與上、左上、左都不同
　　 do while .t.
　　 t（n）=int（1+tmt*rand（））
　　 if t（n）＜＞t（n-a） and t（n）＜＞t（n-a-1） and t（n）＜＞t（n-1）
　　 exit
　　 endif
　　 enddo
　　 otherwise
　　 do while .t.
　　 t（n）=int（1+tmt*rand（）） && 處于中間則需與上、左上、左、右上都不同
　　 if t（n）＜＞t（n-a） and t（n）＜＞t（n-a+1） and t（n）＜＞t（n-a-1） and t（n）＜＞t（n-1）
　　 exit
　　 endif
　　 enddo
　　 endcase
　　 endfor
　　endcase
　　考慮極端情況：題庫中只有4套題，即經(jīng)典的“地圖四色問題”，只能另設(shè)算法，讓抽題矩陣形成如下狀況：（數(shù)字代表題的編號）
　　1 2 1 2 1 2 1 ……
　　3 4 3 4 3 4 3 ……
　　1 2 1 2 1 2 1 ……
　　3 4 3 4 3 4 3 ……
　　……
　　如果題量再少，將無法使每一臺機器抽到與四周8臺都不同的題。如果題量較多，數(shù)量大于機器數(shù)，可考慮直接用考題數(shù)組覆蓋機器陣列。
　　每場考試前運行抽題程序，在服務(wù)器端生成抽題表。為使抽到的考題下載到考試機，客戶端程序用以下語句創(chuàng)建一個Winsock接口引用testpc，以便得到客戶端的計算機名（testpc.LocalHostName）：
　　testpc=createobject（“MSwinsock.Winsock”）
　　或者用testpc.LocalIP獲得客戶端IP。然后訪問服務(wù)器的抽題表，用計算機名或IP地址對應(yīng)查詢本場考試的考題編號，并下載考題到本機。
　　
　　4 結(jié)語
　　
　　文中涉及的原理與方法已在機試系統(tǒng)的實際開發(fā)中得以應(yīng)用，并獲得了良好收效。但不同學(xué)科有不同的教學(xué)特點和特定的評價機制，本文只是重點論述比較通行的技術(shù)和方法。此類系統(tǒng)還可進一步優(yōu)化。最好能將軟件環(huán)境內(nèi)嵌到考試系統(tǒng)中，由系統(tǒng)直接控制軟件操作，并根據(jù)操作直接評分。當(dāng)然，這需要軟件廠商的技術(shù)支持才能實現(xiàn)。
　　
　　參考文獻
　　
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　　[2]方世昌.離散數(shù)學(xué)[M]. 陜西：西安電子科技大學(xué)出版社，1996.

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