【分布式网络阅卷系统的设计与实施】 常见的分布式系统

　　随着信息技术的发展，网络阅卷系统在各类考试中逐渐得到应用，减少了人工阅卷方式在试卷处理、试卷评阅及成绩处理等环节的工作量。高考改卷采用网络阅卷系统较早，由于受电脑数量、评卷教师人数等因素限制，高考改卷一般采用分科集中阅卷的方式，每个学科由300人至400人分组单独阅卷，后期通过人工合成各科成绩。由于集中式网络阅卷在人员安排、电脑配置上的局限性，因此，需要研究在教育城域网内如何实现分布式网络阅卷，解决更大规模人数的阅卷问题。下面以我市为例介绍解决方式。
　　台州市9个县区的学校有高中阶段每个年级各约2万考生，参加10个科目的统考。自2008年实施分布式网络阅卷系统（以下简称本系统）以来，台州市教育系统经过对本系统的多次调整优化，目前可以实现2400人同时评阅高中段6万考生的试卷，在2天内完成所有阅卷工作，并自动生成相应的学生成绩表及分析报表。本系统由网络系统、硬件系统及软件系统三部分组成。
　　一、网络系统设计
　　网络系统是实施分布式阅卷的基础，用于各个分布式阅卷点的网络接入。因为各个学校网络接入形式不一致，既有通过县区教育城域网统一出口的学校，也有直接接入互联网的学校。另外，各类考试的保密要求不同，如中考阅卷具有保密性要求，而高中期末考试则无相应要求。因此，本系统应考虑多种网络接入方式，无保密性要求的网络阅卷可通过互联网接入，具有保密要求的网络阅卷则可以通过专网接入，可采用MPLS VPN或SDH等方式通过光纤组网，确保系统运行时与其他网络物理隔离。
　　首先，需要考虑本系统网络的稳定性问题。由于SDH方式组网后对广播风暴抑制能力较弱，台州市中考阅卷采用MPLS VPN网络接入，每个县区设置一个接入点，用于当地阅卷客户端的接入及扫描数据上传。高中期末联考则采用MPLS VPN网络与互联网接入混合的方式。
　　其次，需要考虑本系统互联网出口带宽及MPLS VPN汇聚带宽的问题。经多次网络阅卷运行测试，每个评卷客户端在阅卷时主要传送试卷切分图片，所需平均带宽为40Kbps至50Kbps。台州市高中段一个年级2万考生所有学科评阅卷所需带宽约为72Mbps至80Mbps，按这样的带宽考虑本系统扩充问题，以及后期教育资源共享等应用业务的开展，互联网出口采用100Mbps专线，MPLS VPN网络采用1000Ｍbps专线。
　　二、硬件系统设计
　　1.服务器系统
　　服务器系统包括数据库服务器、评卷服务器、图像服务器，是分布式阅卷软件运行的基础平台。数据库服务器为数据库系统的稳定运行提供保障，对CPU资源要求较高。本系统采用ORACLE 9i作为后台数据库。经实际测试，在2×2CPU+4G内存配置的单台服务器平台上同时进行高中段10个科目，每个科目单个年级段有2万条记录的网络评卷，系统运行稳定。评卷服务器实现网络阅卷界面的登录，主要负责HTTP请求，对服务器的内存及CPU性能要求较高，在2×4CPU+8G内存配置单台服务器平台上，可实现超过1500人的同时接入。图像服务器实现切分试题图像的分发，以网络资源及磁盘读写占用为主，考虑数据的安全性及系统的稳定性，本系统采用大容量光存储系统作为存储介质。
　　2.大容量存储系统
　　大容量存储系统用于存储扫描试卷的切分图片，每个科目2万考生的平均数据量为3GB，本系统采用Raid 5方式组成4TB的存储系统，实现阅卷平台的稳定运行以满足数据备份要求。另外，每张试卷切分试题图像容量水平为40KB至120KB，磁盘系统对于小图片的存取存在较大的性能瓶颈，可先把各个小图片按索引写入一个大文件，阅卷时通过软件进行检索，该措施可提高访问速度及节约数据备份时间。前期本系统采用小图片存储，传输时延达2分钟至5分钟，每次考试数据备份需要大约８小时；后期对本系统进行调整优化，采用大文件存储，在2400人同时在线阅卷的情况下，图片传输时延在3秒以内，且每次考试的数据备份时间仅需半个小时。
　　三、软件系统设计
　　软件系统包含如下子系统：
　　数据报送系统可以实现评卷教师信息及考生考场编排数据的上传，高中阶段联考涉及30多所学校，初中阶段的中考涉及250多所学校。试卷扫描系统实现纸质扫描试卷到图片格式文档的转换，通过预先定义的试卷格式，经扫描后按切分区域自动分割成各个相应的阅卷区域。以学科为单位把图片格式的文档打包成一个文件，传输至台州市信息中心图像服务器，用于分发评阅试卷。
　　评阅软件系统是整个阅卷系统中的核心组件，采用浏览器/服务器模式以适应各种环境，采用J2EE构架保证高并发下系统的稳定性。经实际运行测试，采用Java第三方组件作为类库开发系统，单台服务器500个并发数就会引起中间件的崩溃。后期采用Java原生代码编写后，1500个并发数时在相同配置单台服务器上运行也非常稳定。
　　成绩合成系统在网络阅卷工作全部结束后开始，自动合成主观题成绩及客观题成绩，并以此为基础生成各类分析报表。成绩分发系统按地市、县区、学校三级进行权限控制，学校管理员以相应账号登录后，系统将检索相关学校考生数据，以Excel文档形式下载至本地，方便学校对数据进行二次处理。
　　四、系统运行效果
　　2011年1月，台州市教育局教研室组织了两次考试：1月10日~11日组织了浙江省普通高中证书会考，客观题在试卷拆封后统一进行机器阅卷，主观题全省统一采用手工阅卷形式；1月17日~19日组织了台州市重点高中期末联考，主观题也采用分布式网络阅卷的形式进行。两次考试结束后的各项工作安排及费用如表格1。
　　
　　首先，采用本系统可节省大量费用。对比两次考试后工作安排，会考在考试结束后需安排专用车辆由专人上送试卷，地市一级在接收试卷后，在试卷拆封环节需15人连续工作7小时，阅卷结束后，在分数录入环节需50人连续工作15小时，各个环节人工费用、评卷教师的住宿及餐饮等费用累计达15万元。采用分布式网络阅卷后，期末试卷由各学校分点扫描后通过网络上传，无需安排专人进行试卷拆封，在评卷完成后直接由阅卷软件自动生成成绩及报表。
　　其次，采用本系统可提高阅卷效率。以化学学科为例：高二年级普通高中会考人数为30523人，卷面主观题分值为30分，改卷教师136人，连续工作时间为16小时，按此计算教师的平均阅卷速度为37.4份整卷/小时。高二年级重点中学期末考人数为15435人，卷面主观题分值为60分，改卷教师1191人，连续工作时间为4小时，按此计算教师的平均阅卷速度为32.4份整卷/小时。如不考虑期末考试阅卷难度高于相同学科会考卷的因素，把主观题60分折算成30分计算后，网络改卷的平均阅卷速度可以达到64.8份整卷/小时。
　　再次，采用本系统可有效控制差错。高中期末评阅采用单次评阅，每科安排一名质量检测人员进行改卷质量监控，对于给分过高及过低的改卷教师进行及时提醒并退回重评。中考评阅采用双次评阅，与系统保证两次评阅的教师不同，引入仲裁机制，如果同一考生两位评卷教师的给分差值超过误差限定，系统将自动把试卷发给学科组长处理。自从本系统引入中考评卷，在公平、公正性方面受到社会的一致肯定。
　　（作者单位：浙江台州市教育局教研室）