基于B／S架构的在线考试系统的设计与实现

　　这个是我的Web课程设计，用到的主要是JSP技术并使用了大量JSTL标签，所有代码已经上传到了我的Github仓库里，地址：https://github.com/quanbisen/onlineexam，如果喜欢的话请帮我Mark个Star。

由于仓库有点大，GitHub clone失败的用码云吧，地址：https://gitee.com/quanbisen/onlineexam，如果有用，在GitHub帮我mark个star。

　　随着计算机软件技术的高速发展，现代社会正快速迈入了一个互联网应用时代，Web应用在各行业都得到了广泛的应用，如小型公司的运销存管理系统，高校的教务管理系统等都是通过B/S架构搭建的Web应用。在过去的几年中，在线考试系统应用在很多行业都得到了广泛的应用，但在教学管理考核中难以普及。因此，本文针对当前在教学考核中遇到的实际题目进行分析，设计出了一款基于B/S架构的教学考核在线考试系统。

　　本文主要介绍一个通过JSP（Java Server Page）技术和Tomcat服务器搭建的一个在线考试系统的设计与实现。针对目前的教学考核都普遍存在有选择题和判断题，而这两种题型都是有固定的答案形式。本在线考试系统设计成可以录入选择题和判断题，其中使用了MySQL作为系统的数据库支撑，相关的考试题目和角色信息都可以存储在MySQL数据库表中。

　　本在线考试系统的设计主要分为两个角色设计，一个管理者角色管理考试相关的信息（相当于教师），一个考生角色参加管理者发布的考试。其中管理者可以添加、删除、修改和查看考生信息，可以查询统计成绩，可以管理发布考试试题；考生可以查看本人的详细信息并且自定义上传头像信息，可以查询考试信息以及成绩信息，可以参加在线考试。另外，两个角色都提供了修改登录密码的功能。最后，对本文中设计实现的所需功能进行了功能测试，测试结果表明，该系统可以满足教学考核中选择题和判断题的考核需求。

　　关键词： B/S架构  在线考试  选择题  判断题  JSP 

 

基于B/S架构的在线考试系统的设计与实现 

摘 要 

1 绪论 

1.1 背景 

1.2 本文的主要工作 

2 系统需求分析 

2.1 系统可行性分析 

l 市场可行性分析 

l 技术可行性分析 

l 应用可行性分析 

2.2 功能需求分析 

l 考生需求 

l 管理者需求 

2.3 非功能需求分析 

4.4.1 界面美观 

4.4.2 操作简单 

4.4.3 多用户在线考核 

4.4.4 运行稳定 

3 系统整体设计 

3.1 总体结构设计 

3.2 业务流程设计 

3.3 系统框架设计 

3.4 主要功能模块设计 

3.4.1 登录模块设计 

3.4.2 考生管理模块设计 

3.4.3 试题管理模块设计 

3.4.4 成绩统计模块设计 

3.4.5 修改密码模块设计 

3.4.6 在线考试模块设计 

3.4.7 我的信息功能模块设计 

3.5 服务器端设计 

3.5.1 Web服务器设计 

3.5.2 数据库服务设计 

4 系统功能实现 

4.1 服务器框架设计 

4.2 浏览器端框架设计 

4.3 登录功能模块的实现 

4.4 考生管理功能模块的实现 

4.5.1 修改时修改了考生ID 

4.5.2 分页显示 

4.5 试题管理功能模块的实现 

4.5.1 试题模板的下载 

4.5.2 试题的发布 

4.5.3 已发布试题的删除 

4.6 成绩统计功能模块的实现 

4.6.1 已发布试题的显示 

4.6.2 选择查询已发布的试题的成绩统计 

4.7 修改密码功能模块的实现 

4.8 在线考试功能模块的实现 

4.8.1 考生信息的显示 

4.8.2 浏览器端倒计时的实现 

4.8.3 试题题目的显示 

4.8.4 各个题目的导航 

4.8.5 题目回答的业务处理 

4.8.6 交卷的业务处理 

4.9 我的信息功能模块的实现 

4.9.1 考生个人信息的显示 

4.9.2 上传头像文件成功后的数据库信息更新及原头像文件删除 

5 系统测试 

5.1 测试环境 

5.2 测试内容 

5.3 测试方案及结果 

5.3.1 系统功能测试 

5.3.2 用户体验测试 

6 总结 

参考文献 

 

　　在十几年前，由于教学资源的缺乏，考试的考核大多使用的是人工考试，人工成绩计分，有的贫困山区的学生的考卷甚至是手抄的。但近几年来，我国第三产业发展迅速，尤其软件事业，逐渐出现了一些专业的考试系统软件，这些软件大多是针对某一行业定制开发的，无法满足其它行业的业务需求；也有一些系统功能相对中庸，只能够适用于一些通用性较强的行业。加上目前我国经济水平的迅速发展，贫困山区的学生的教学资源基本上少数的教学资源还是可以使用到电脑的。考试是教学过程中的一个重要环节，纸质考试的方式往往使人们受到时间和空间等各种各样的限制，造成很多不利。因此，设计一个在线考试系统可以解决传统的纸质考试中繁琐的人工计分过程，还可以解决教师对学生成绩的统计过程。

　　本文主要结合目前国内教学工作中遇到的实际问题以及对软件系统的使用需求，设计了基于B/S架构的在线考试系统。最终开发出一款能够解决当前传统教学考核中选择题和判断题题型考核的人工计分考核的繁琐过程的Web应用。本文涉及的内容主要包括以下几个方面：

　　市场可行性分析主要是分析项目在实现后是否能够在市场中得到广泛应用，具备推广价值。本项目的目标用户主要是教育部门或培训机构等具备选择和判断考题题型的传统考核或未从传统考核方式中解脱出来的贫困山区，目前我国正在大力推进城乡一体化措施，贫困地区的教育资源会逐渐得到补充，传统人工考核的繁琐方式将会被逐渐取代。通过本系统可以解决传统的考核方式中人工计分的繁琐任务，具备一定的市场需求和推广价值。

　　技术可行性是通过对本项目实现所涉及的技术进行系统分析，找出技术难念及解决方案，保证系统在技术实现环节不出现灾难性问题而导致无法继续。本系统主要涉及到的是Web技术，这种技术的应用已经非常广泛，自身有着很多技术解决方案的积累，所以遇到问题应该都能找到很多资料进行查阅。Web技术是传统的B/S架构，它具有稳定性、可扩展性等优点，本项目最终决定选用JSP技术进行具体的实现。

　　目前我国还具备着传统人工计分的考核方式，教师亟需一种信息技术能够帮助他们解决繁琐的选择判断题型等具备固定答案的试题的批改计分问题，同时信息技术在人们日常生活中也得到广泛的使用，所以无论是管理者还是考生都对这种软件的管理方式熟悉了。所以，本系统在教育方面能够得到应用，并能解决传统教育考核的人工计分繁琐任务。

　　在系统中不同类型的角色有着不同的功能需求，角色需要完成哪些工作，达到什么样的目标，系统需要分哪些模块去完成等等都是系统需求分析中需要考虑的重要因素，为了充分了解不同角色对系统的使用需求，我对不同角色进行了需求分析，主要的功能需求包括以下几个方面：

　　考生是这个系统中用户量最多的角色，主要通过电脑浏览器进行登录完成考试，可以查看考试信息、完成的考试的成绩及个人信息。考生的登录初始账号统一由管理者进行添加分发，考生通过自行登录后，可以根据需求决定是否更改登录的密码，另外还提供一个个性化的个人信息头像上传功能。

　　考生角色登录系统时要求系统界面简单明了，能够符合大部分的考生的操作。关于最主要的考试功能，在考试期间需要可以导航到任意的题目号进行显示，需要可以显示出已经选择了答案的题目的答案并且能够更改原来选择的答案，需要可以在试题计时结束后自动提交试题答案，需要可以在提交试卷时进行试题的得分计算并且能够导航到成绩显示的页面供考生查看。除此，在考试的页面还需要给出适当的提示，如“离开此页面将没有成绩”等提示。大致的功能需求如图2-1所示：

 

　　管理者主要需要对整个系统进行管理，需要完成考试的发布和对已发布考试的删除，考生信息的录入、查看、修改、删除。在实际的应用中，一般情况下考生的数量都是大于40个人的，因而有必要在考生管理的页面进行考生信息的分页显示。管理者的需要完成的任务繁多，其中试题的录入这一项工作最为繁琐，因此，需要提供一个excel中间文件完成一次性上传考核的题目。为了保证试题录入的时系统的正确性，提供一个试题的模板给管理者参照录入自己需要考核的题目，并且提供考试相关信息描述的录入，如考试时间，考试的描述（期中考试，期末考试，英语考试，物理考试）。

　　在考生管理中录入考生信息完成和考试的发布完成后，考生可以通过登录系统完成发布的考试，在考生完成了考试后，管理者可以在成绩统计中查询已发布的考试的成绩统计（最高分、最低分和平均分）和未完成考试的考生信息。大致的功能需求如图2-2所示：

 

　　注意：除上述的考生角色和管理者角色外，还有一个数据库管理者。数据库管理者是管理者角色用户登录的管理，本系统的所有数据都存储在数据库中，数据库管理者是整个系统的最高管理者，但不在本系统的设计角色之内。

　　基于B/S架构的在线考试系统通过浏览器（Browser）和服务器（Server）交互的方式实现，在登录、管理、考试这些整体功能的界面应当遵循界面简洁、操作简单的原则，避免繁琐问题给用户增加工作量等，具体的要求包括：

　　系统的操作需要同时兼顾管理者和考生的使用需求，同时更要对常用功能和易出错功能给与人性化的提示，并且能够拥有操作结果的反馈信息。

　　本系统是目标用户是教育部门，系统至少需要能够40个考生同时进行在线考试的并发量要求。

　　在线考试系统是教育考核的一种新方式，在考核的过程中必须保证应用的稳定性，避免发生崩溃导致考生需要重复考等故障。

表3-1 系统平台配置表

　　基于B/S架构实现的在线考试系统的整体结构可以划分为数据库服务器，Web服务器（Tomcat）和系统管理功能三大结构。总体架构如图3-1所示：

 

　　根据需求分析，系统的角色分为管理者和考生两个角色，业务的流程可以分为两个分支，具体的业务流程图如图3-2和图3-3所示：

 

　　考生登录本系统后可以有两个业务流程，一是查看本人的信息是否正确或决定是否个性化上传头像，二是查看管理者发布的试题和查看之前已考的试题的成绩，如果有试题，考生可以开始在线考试，答题完成后可以交卷，交卷完成后可以查看考试的成绩。

管理者登录本系统后可以有三个业务流程，一是考生信息录入，根据新加入学的学生信息录入本系统，如果录入错误还可以修改删除，二是试题发布，管理者可以根据需要是否下载试题的模板，根据模板的格式录入考题的相关信息，然后添加试题的描述信息和试题的考试时间，最后发布本试题到系统中，三是成绩统计，待试题发布成功和考生登录系统完成考试后，管理者可以在成绩统计中查看以发布的试题的成绩统计。

　　系统的使用是通过浏览器访问Web服务器的，系统整体设计分为两个角色，分别为管理者和考生。管理者角色主要提供考生管理、试题管理和成绩统计三大功能模块；考生角色主要提供我的考试、我的信息两大功能模块。

　　管理者角色功能框架如图3-4所示：

 

　　考生角色功能框架如图3-5所示：

 

　　本系统的设计主要是解决当前传统教学考核中选择题和判断题题型考核的人工计分考核的繁琐过程，主要的功能模块可以分为七大功能模块，分别为系统登录模块、考生管理模板、试题管理模块、成绩统计模块、修改密码模块、在线考试模块和我的信息模块。

　　系统登录模块是本系统的入口，根据需求分析，登录模块需要提供管理者和考生两个角色进入系统的入口。具体的业务流程如图3-6所示：

　　考生管理模块是提供给管理者角色录入考生信息的。在考生管理模块中，管理者可以添加、修改、查看和删除考生的信息。其中查看考生信息时，由于考生的数量一般情况下都会大于40人，所以需要根据考生的id号进行排序然后分页显示。具体的业务流程如图3-7所示：

 

 

　　试题管理模块是提供给管理者管理试题发布试题供考生考核的。试题的数量比较多，需要提供模板给管理者批量导入到系统中，因而设计了允许使用Excel文件批量导入。导入过程中还需要提供发布这次试题的相关信息，如考试的描述和考试的时间限制。具体的业务流程如图3-8所示：

 

　　成绩统计模块是提供给管理者查看试题的考核情况的。根据需求分析，成绩统计需要显示已发布的试题和查询已发布试题的考生考核情况，包括未考的学生，已考学生的分数信息。具体的业务流程如图3-9所示：

 

　　根据需求分析，修改密码是两个角色用户都要有的功能，具体的业务流程如图3-10所示：

 

　　在线考试模块是提供给考生完成管理者发布的试题考核的。根据需求分析，提供题目导航和已选答案的显示，还有考生个人信息的显示，考试剩余时间的倒计时，其中系统支持选择题和判断题，需要为考生提供的选项选择方式。具体的业务流程如图3-11所示：

 

　　我的信息模块提供考生核实管理者录入的信息是否有误，有误需要联系管理者修改。此功能模块额外提供了个性化的头像上传功能。具体的业务流程如图3-12所示：

 

　　本系统采用B/S架构实现，采用Tomcat服务器技术和JSP动态Web技术完成本系统的用户的业务处理，只要在局域网内部署Tomcat服务器，局域网内的用户就可以使用Web浏览器访问Tomcat服务器了。整个系统的操作请求和返回结果都是通过http方式传送的。

　　数据库是以一定方式储存在一起、能与多个用户共享、具有尽可能小的冗余度、与应用程序彼此独立的数据集合。本系统的设计是基于关系型数据库设计的，可以使用MySQL开源的关系型数据库。数据库服务设计主要是设计数据实体和数据表。

 

　　考试这个实体包含的信息主要有唯一性ID标识、考试的描述详细和考试的时间限制。如图3-14所示：

　　试题这个实体包含的信息主要有记录号（自动增加）、题目的描述、选项的提供、正确的选项、各自的分值和类型。如图3-15所示：

表3-2 用户登录验证表（administrators和users）

　　考生详细信息表如表3-3所示：

表3-3 考生详细表users_information

　　考试描述表如表3-4所示：

表3-4 考试描述表exam_description

　　试题详细信息表如表3-5所示：

表3-5 试题详细信息表questions

　　考试记录信息表如表3-6所示：

表3-6 考试记录信息表examrecord

　　本系统的实现是基于B/S架构下的，服务器选用了Tomcat，使用与其配套的JSP Web技术实现了服务端的设计与开发，系统的开发主要是服务器端的开发。由于系统中有大部分的操作是需要进行数据库数据表的查询、添加、修改和查询，因此引用了JSTL来方便服务器端进行数据库的业务逻辑处理。JSTL是JavaServer Pages Standard Tag Library，JSP标准标签库的缩写。

　　根据需求分析中角色的分配，本系统的实现内容可分为了三份文件夹和登录功能实现文件，其中三份文件夹命名为Administrator、Student、src（Java源文件，处理部分JSTL无法实现的业务处理）。Administrator、Student、src文件夹和登录功能实现文件具体的内容如下表4-1、4-2、4-3和4-4所示：

表4-1 Administrator文件夹内容

表4-2 Student文件夹内容

表4-3 src文件夹内容

表4-4 登录功能实现文件

　　浏览器端的功能实现采用目前流行的Web技术HTML5、CSS和Javascript结合实现，其中HTML5负责浏览器的显示内容，CSS负责界面的美化，Javascript负责浏览器的提示操作提示信息。浏览器通过http请求发送到服务器端，服务器端Tomcat对收到的请求进行业务处理后作出响应，把响应的结果返回给浏览器供用户查看。

　　根据需求分析，系统的角色分为管理者和考生，因此系统登录功能模块需要为这两个角色提供进入本系统的入口。登录模块的具体实现思想是取出输入的用户名、密码与选择的角色类型，依据角色类查询数据库服务器中对应的数据表中是否存在有与输入用户名和密码相一致的记录。如果有就重定向进入相应的管理页面；如果没有就携带失败参数重定向到登录页面，由登陆页面在加载时对参数的信息进行合理的信息提示。登录模块功能页面、部分代码实现及参数说明如图4-1、4-2和表4-5所示：

 

 

表4-5 具体的参数说明

　　考生管理功能模块包括对考生信息的增加、删除、查看和修改，其中查看需要做分页显示，增加、删除和修改都是对数据库服务器数据的更新（修改时如果修改了考生ID除外），在此列举修改时修改了考生ID和分页显示的具体实现。考生管理功能页面如图4-3所示：

 

　　修改考生信息时修改了考生的ID时需要完成的处理是先把新的考生ID和考生信息插入到数据库服务器中，然在再把原考生ID的相关的记录从数据库服务器中删除，插入操作和删除操作都成功后携带成功参数重定向到考生管理页面，由考生管理页面在加载时对参数的信息做出提示信息的反馈；反之则携带失败参数重定向。其部分的代码实现以及参数说明如图4-4和表4-6所示：

表4-6 修改时修改了考生ID的参数说明

　　分页显示的关键在于计算出总页数和实现页面循环显示，总页数是根据记录数与页面的大小计算出来的，页面循环显示是控制当前页出界后链接到第一页或最后一页，确保当前页不会出界。其关键实现及其参数说明如图4-5、4-6和表4-7所示：

表4-7 分页显示的参数说明

　　试卷管理功能模块是提供给管理者发布试题的使用。它包括试题模板的下载、试题的发布和对已发布试题的删除。其功能页面如图4-7所示：

 

　　试题模板的下载是事前准备模板文件放置在部署Web项目的文件中，当Tomcat服务器启动后，使用客户端的浏览器通过http请求，发送获取资源的路径给服务器，服务器对所请求的资源做出响应，然后浏览器就可以与服务器进行传输文件连接完成试题模板的下载。

　　试题的发布需要完成的处理有试题文件的上传、试题文件的读取和试题文件对应的数据库表的更新。试题发布用到的工具文件UploadFileUtil.java和ReadExcelUtil.java文件说明如表4-8和表4-9所示：

表4-8 UploadFileUtil.java的方法说明

表4-8 ReadExcelUtil.java的方法说明

　　管理者选择试题文件、输入试题描述和时间限制单击交卷后，提交给服务器调用处理uoloadFile()函数完成文件的上传，然后再调用readExcelList()函数读取excel文件，返回记录excel文件记录的集合。在调用readExcelList()函数中会使用readExcel()函数获取excel文件的工作本，还会使用getCellFormatValue()函数获取excel单元格的字符串型值，最后将上传试题的信息插入到数据库服务器的exams_description表，把读取到的excel文件集合插入到数据库服务器的questions表格。具体的业务流程如图4-8所示：

 

 

表4-9 已发布试题删除的参数说明

　　成绩统计功能模块包括已发布试题的显示、选择查询已发布的试题的成绩统计和选择查询已发布的试题中未参加此次试题考试的考生信息。其功能页面如图4-10所示：

 

 

　　选择查询已发布的试题的成绩统计包括显示已考考生的成绩统计、详细成绩和未考考生的信息。其主要的实现是通过数据库查询语句查询得到结果，然后进行遍历显示结果集。详细的SQL语句说明见图4-12、4-13和4-14所示：

 

　　在线考试功能模块是提供给考生参加管理者发布的试题的，其主要包括考生信息的显示、浏览器端倒计时的显示、试题题目的显示、各个题目的导航、题目回答的业务处理以及交卷的业务处理六个内容。其中发布试题的查看与管理者角色的成绩统计模块中的发布试题的查看类似，因此在此不再具体说明实现。在线考试模块的功能页面如图4-16所示：

 

 

　　浏览器端的计时器是用Javascript的setInterval(function(),millionSecond)函数结合浏览器的session存储功能实现的。其具体实现的流程图如图4-18所示：

 

  

 

  

　　交卷需要完成的业务处理是计算出试题的总分与考生作答的所得分数，然后更新数据库服务器的记录表。其具体的业务流程图如图4-21所示：、

 

　　我的信息功能模块包括考生个人信息的显示、自定义头像的上传和上传头像文件成功后的数据库信息更新与原头像文件删除。其中自定义头像的上传与Excel试题文件的上传处理的方式大致相同，在此不再具体说明。我的信息模块的功能页面如图4-22所示：

 

　　数据库信息更新根据考生的唯一性标识执行的，原头像文件的删除需要先查询数据库中的记录头像url的信息，即查询要比更新先执行。其具体的业务流程图如图4-23所示：

 

系统测试内容主要包括两个部分：

　　系统的功能测试是测试系统能否在使用过程中正常运行，数据能否正确的添加、修改、删除和查询，功能的输入输出能否正确的实现并且没有发生错误。

　　用户体验测试主要是针对系统功能的操作方式、页面的布局以及显示方式、操作的提示信息等内容进行测试，确保系统的使用符合用户的日常使用习惯，系统中的操作流程符合用户的实际业务流程。

表5-2 登录功能模块测试结果

　　考生管理功能模块测试结果见表5-3所示：

表5-3 考生管理功能模块测试结果

　　试题管理功能模块测试结果见表5-4所示：

表5-4 试题管理功能模块测试结果

　　成绩统计功能模块测试结果见表5-5所示：

表5-5 成绩统计功能模块测试结果

　　修改密码功能模块测试结果见表5-6所示：

表5-6 修改密码功能模块测试结果

　　在线考试功能模块测试结果见表5-7所示：

表5-7 在线考试功能模块测试结果

　　我的信息功能模块测试结果见表5-8所示：

表5-8 我的信息功能模块测试结果

　　用户体验测试主要为了保证各个功能页面操作简洁、方便并且有适当的提示信息反馈，页面操作响应符合要求。

　　用户体验测试结果见表5-9所示：

表5-9 我的信息功能模块测试结果