智能化在线考试及数据可视化系统

第一章 前言

由于当前疫情造成的影响，利用Java技术，充分将所学理论与实践相结合设计智能化在线考试及数据可视化分析系统以解决学生线上考试问题。同时市面上有大量的考试系统，但是它们都有各种各样的缺点，比如发布考试繁琐，试卷批阅不够智能，缺少可视化统计。

因此，为了满足系统对于智能化阅卷，和大数据可视化等方面的要求，设计智能化在线考试及数据可视化分析系统。系统总体架构设计采用先进的基于B/S的三层体系结构，Spring boot技术和大数据可视化技术。方便老师和学生进行线上考试和阅卷，解决传统考试系统中，考试批卷不够智能，考试成绩显示死板的问题。

1.1 研究背景

考试是学校检验教学效果的重要方法，在教学工作中占重要地位，但是在现在常见的教学手段中，进行一次考试，首先老师需要设计试卷，准备试卷，分配考场，监考，收集试卷，批改试卷，再将试卷成绩填写到系统中，这无疑需要大量的人力、物理和时间的投入。于此同时，受到国内疫情的影响，为了保证学生和老师的安全，很多时候无法进行线下考试，在这种背景下线上考试就成为一种不可或缺的考试手段。

1.1.1 国内研究现状

在国内，在线考试已经成为了一种趋势，大量企业和高校开始研究和应用在线考试系统，大量的考试系统如雨后春笋版出现。众多高校都开始使用自己教学系统，大量的学校、机构等都拥有了自己的教务系统，并且已经将教务系统融入到日常教学中。很多高校已经开始使用自己研发的考试系统，如北京师范大学、上海交通大学等都开始使用自己的线上考试系统，并取得了不错的效果。还有一些学校选择使用其他的一些软件作为线上考试的平台，其中比较有名的像超星学习通、智慧树等学习软件如今都已经非常成熟了。

1.1.2 国外研究现状

在国际社会上，经过长时间的打磨和完善，在线考试系统已经拥有了长足的进步，有大量的机构正在使用使用线上考试系统对考生进行测试，并取得了不错的进展。如微软等级认证考试就使用了线上考试的做为考试手段[1]。类似的还有托福考试、美国研究生入学考试等都使用了线上考试的方法。

1.2研究的目的与意义

线上考试系统研究的目的是对传统考试的一种改革，在互联网所带来的方便和便捷的基础上，便捷的对学生进行考试，降低组织考试所带来的工作量，方便老师和学生组织考试。同时避免了大量机械重复的工作。

在线考试系统意义在于大大减轻了学校和老师对于准备一场考试所耗费的时间和精力，以及花费的资源，减去了传统考试所需要的繁琐的步骤，老师只需要在考试系统中创建试卷，发布考试就可以解决考试问题，不再受时间和空间影响。同时在线考试系统可以进行智能阅卷。降低因人为原因造成误判的可能性。

1.3 相关技术介绍

这智能化在线考试系统使用流行的SSM框架开发的B/S架构，使用Spring boot做为基础框架，在数据库方面则使用了Oracle公司旗下的MySql数据库，使用Jsp技术结合Vue和Element编写前端页面，使用Tomcat作为系统服务器。

1.4论文结构

本文首先描写了论文研究的背景，结合现实生活中的需求，按照软件设计的标准流程进行开发，结合论文的实际功能。论文主要从以下五个章节展开分析：

第一章前言，介绍该课题在国内和国外的研究现状，表明课题的背景及意义，对系统使用的相关技术进行了基本的介绍。

第二章需求分析，主要介绍系统的需求分析，研究系统的可行性，以及实现该系统所设计的人物及功能。

第三章系统设计，主要介绍了系统的总体设计，概括了系统的功能机构划分并进行了数据库设计和表结构设计。

第四章系统实现，重点介绍系统中每一个模块所包含的功能是如何实现的，以及对实际完成的界面进行展示。

第五章系统测试，主要介绍本系统的测试，对系统进行测试工作，查找问题，更改错误。

第二章 需求分析

考试是检验学生学习效果的最好方法，但现如今随着学生数量的增加，传统考试方式已变得非常不方便，安排考试、印刷试卷、发放试卷、收集试卷、批改试卷、统计成绩占用了老师大量的时间和精力，为了解决这些问题，我进行了智能化在线考试系统及数据可视化分析的系统开发。

2.1 可行性研究

此项目是否可行，除了应用本身的作用，还应判断是否具有经济上的价值，在技术层面上和操作层面上是否可行。

2.1.1 技术可行性分析

随着时代不断的发展，Spring boot框架已经非常成熟，越来越多的系统开始使用Spring boot作为基础框架，因此本系统采用Spring boot 作为基础框架，使用MySql 作为数据库。开发简单、效率很高。因此技术上是可行的。

2.1.2 经济可行性分析

随着互联网技术的不断发展，计算机硬件经过不断的升级迭代，硬件价格也不断降低[3]。根据市场调研，这方面的考试模式用户乐于接受并完全有能力承担必要的基本开销[2]。而且，智能化在线考试系统所需的硬件资源可以依附在学校现有的教务系统上。提高人员利用率，人力资源分配合理，达到资源优化的目的。在线考试系统提高了数据的安全性与共享性，同时减去了传统考试所带来不必要的花费，反而降低了花费，因此经济上是可行的。

2.1.3 操作可行性

在线考试系统需要硬件条件支持，在硬件设施飞速发展的今天，硬件条件完全能够满足智能化在线考试系统的需求，这方面无需担心过多[4]。

2.2 系统功能需求

一个智能化在线考试系统需要使用程序来替代人工完成考试中所需要的步骤。为了保证系统正确、流畅的运行，系统应实现以下目标[5]：

首先，采用先进、科学的系统结构，达到在线考试的目的。组织一次考试时先由教师或者管理员用户编写题库，然后根据学校的考试安排，确定考试的各项基本信息。其次，由于考试是面向学校的学生，为了方便学生进行考试，所以学生登陆系统所需要的账号，就应该是自己的学号。考生进入考试系统后，应该可以根据学校的考试安排选择相应的考试科目。另外，系统应根据创建考试时设置的时间进行倒计时，当倒计时结束会自动交卷，在考试结束后系统应根据试题答案进行判卷，并将考生成绩保存到数据库中。

根据系统可行性分析以及系统功能需求分析的结果，智能化在线考试及数据可视化分析系统应具有以下特点；

1. 系统应根据不同角色的角色ID进行区分，系统会根据角色ID显示不同的页面。
2. 系统管理员可以管理所有用户。
3. 教师用户可以管理题库、考试和学生。
4. 学生用户可以在系统中查询自己的成绩，而教师用户则可以查看所有学生的成绩。
5. 学生用户可以参加考试，以及使用留言功能。
6. 在学生提交试卷或考试倒计时结束后后，系统会根据试卷的答案直接给出成绩。降低老师阅卷的压力，方便快捷。
7. 同时在学生和老师查询查询成绩时，系统会根据学生的成绩进行统计，生成可视化图表，显示学生考试的各项数据。

2.2.1 识别系统相关者功能需求模型建立

根据以上分析得到的结果，系统建立了三个系统相关者，分别为学生、教师和管理员。系统相关者词汇如表2-1所示。

表2-1 参与者词汇表

系统整体用例词汇表如表2-2所示。

表2-2 用例词汇表

2.2.2 确定业务参与者

在设计系统之前应先确定业务参与者，业务参与者是对系统有交互的人或事务，确定业务参与者首先要确定参与者的业务范围。他们的要求就是系统需求的来源。从而确定系统如何进行设计。

1.管理员角色用例图

管理员用户拥有管理学生和教师的权限，还可以管理考试的信息、安排考试计划、管理题库、以及查询学生的成绩。管理员用例图如图2-1所示。

图2-1 管理员用例图

1. 教师角色用例图

教师角色设计了学生管理，考试管理，题库管理，成绩查询等功能，教师用例图如图2-2所示。

图2-2 教师用例图

1. 学生角色用例图

学生用例可以保存学生的各项信息。学生用例图如图2-3所示。

图2-3 学生用例图

4.根据对管理员用例、教师用例和学生用例的分析，其中学生管理、考试管理、题库管理和查询成绩是管理员和教师用户所共有的功能，而参加考试、进行练习、和留言是学生独有的功能，如图2-4所示。

图2-4 系统用例模型图

2.2.3 模块用例描述

1.登录用例表

2-3 登录用例表

续表2-3