Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết Giải pháp hệ thống thi trắc nghiệm khách quan ứng dụng công nghệ không dây giới thiệu về việc thiết kế, chế tạo thử nghiệm một hệ thống độc lập chuyên dùng cho thi trắc nghiệm. Hệ thống gồm một máy chủ và nhiều máy trạm kết nối bằng sóng radio với chức năng lưu trữ đề thi, làm bài thi, chấm bài thi cho kết quả ngay, đồng thời có thể truy xuất từ máy tính bằng phần mềm.
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 109 GIẢI PHÁP HỆ THỐNG THI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BUILDING OBJECTIVE TEST SYSTEM USING WIRELESS TECHNOLOGY Trương Minh Huy, Nguyễn Thanh Bình Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; ntbinh@dut.udn.vn Tóm tắt - Trắc nghiệm khách quan công cụ hiệu nhằm kiểm tra, đánh giá kết học tập Hiện nay, có nhiều mơ hình thi trắc nghiệm khách quan (sau gọi tắt thi trắc nghiệm) nhiều hạn chế phương pháp triển khai thời gian cho kết Bài báo giới thiệu việc thiết kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống độc lập chuyên dùng cho thi trắc nghiệm Hệ thống gồm máy chủ nhiều máy trạm kết nối sóng radio với chức lưu trữ đề thi, làm thi, chấm thi cho kết ngay, đồng thời truy xuất từ máy tính phần mềm Hệ thống hỗ trợ giảm tải áp lực thời gian, chi phí từ hoạt động triển khai thi, thu bài, chấm cơng bố kết Hệ thống ứng dụng rộng rãi sở giáo dục, đào tạo khảo thí Abstract - The objective test is an effective method to assess learning outcomes There are many models for objective tests but these ones represent restrictions on deployment methods and time to obtain test results This paper introduces the design and implementation of an objective test system to use in independent tests The proposed system consists of a server and workstations connected and communicated via radio, which allows us to compose tests, take a test and get the results immediately The main contribution of the proposed system is that it reduces time and operation cost compared to objective tests in paper The system can be widely employed in educational, training and testing institutions Từ khóa - thi trắc nghiệm khách quan; truyền liệu không dây; vi điều khiển; Arduino; LCD Key words - objective test; wireless data transfer; micro-controller; Arduino; LCD Đặt vấn đề Hiện nay, thi trắc nghiệm phương pháp ứng dụng phổ biến nhằm kiểm tra, đánh giá kết học tập học sinh So với phương pháp tự luận truyền thống, thi trắc nghiệm có nhiều ưu điểm đảm bảo tính khách quan, kiểm tra khối lượng kiến thức lớn, giảm thiểu tiêu cực phát sinh… Tuy nhiên hoạt động thi trắc nghiệm gặp nhiều hạn chế khâu triển khai thời gian cho kết Câu hỏi đặt làm để cải thiện tối ưu hóa việc thi trắc nghiệm, tiết kiệm thời gian, nhân lực chi phí cho hoạt động Sau xem xét mơ hình thi trắc nghiệm nay, nhóm tác giả đề xuất giải pháp thay cho mơ hình định chế tạo thử nghiệm hệ thống thi trắc nghiệm ứng dụng công nghệ không dây với đặc điểm: - Hệ thống gồm phần mềm PC; máy chủ nhiều máy trạm kết nối thành mạng khép kín - Máy chủ trao đổi liệu với máy trạm sóng radio băng tần 2,4GHz - Triển khai thi trắc nghiệm dễ dàng, có kết thi thí sinh nộp - Phần mềm lưu kết thi từ máy chủ thành tệp tin có định dạng bảng tính Excel - Máy trạm có khả tự khơi phục liệu làm thí sinh bị điện đột ngột Máy chủ có chức bảo vệ liệu phiên thi - Mơ hình phục vụ cho hình thức thi trắc nghiệm hoàn toàn với tối đa phương án trả lời cho câu hỏi 2.1 Mơ hình truyền thống Đề thi in giấy thí sinh phát phiếu trả lời trắc nghiệm (TLTN) Thí sinh tơ kín vào theo lựa chọn Hình thức chấm bài: Dùng bìa đục lỗ máy chấm dựa vào ảnh làm Mơ hình sử dụng phổ biến kỳ thi tốt nghiệp THPT, kỳ thi tuyển sinh đại học, kiểm tra sát hạch, thi sở đào tạo Tuy nhiên, hình thức thi có nhiều nhược điểm không cho kết thi, trình triển khai tốn kém, cồng kềnh lượng thí sinh lớn… 2.2 Mơ hình thi trắc nghiệm trực tuyến Đề thi chuẩn bị máy PC dùng làm máy chủ thi mạng LAN mạng Internet Máy chủ chấm thí sinh nộp Mơ hình ưa chuộng tính ưu việt thời gian cho kết thi Có nhiều phần mềm thi trắc nghiệm có phí miễn phí xây dựng [5]; hệ thống e-Learning Moodle sử dụng rộng rãi sở đào tạo nhiều nước giới [6] Mơ hình tốn cần nhiều PC; đồng thời khâu chuẩn bị thi nạp đề vào hệ thống phức tạp Các mơ hình thi trắc nghiệm Sau trình tìm hiểu giải pháp triển khai thi trắc nghiệm nay, tổng hợp phân loại thành hai mơ hình chính: mơ hình thi trắc nghiệm trực tuyến mơ hình truyền thống đề thi, làm lưu giấy Giải pháp đề xuất Giải pháp đề xuất hệ thống độc lập, chuyên phục vụ thi trắc nghiệm Kiến trúc hệ thống gồm thành phần: máy chủ, máy trạm phần mềm minh họa Hình Máy chủ máy trạm thiết kế thành thiết bị hồn chỉnh tự tạo nên mạng khơng dây độc lập Trong đó, máy chủ trung tâm truy vấn liệu chủ động kết nối để nhận yêu cầu phục vụ từ máy trạm Phần mềm có chức truy vấn liệu phiên thi máy chủ tạo đáp án đề thi (BĐAĐT) Máy chủ: Là thiết bị dùng để chứa đáp án đề thi, triển khai thi, chấm điểm lưu, xuất kết thi Đáp án đề thi nhập trực tiếp từ bàn phím ma trận nạp từ PC thông qua phần mềm Kết thi đáp Trương Minh Huy, Nguyễn Thanh Bình 110 án thi lưu nhớ bên trong; kết thi truy vấn phần mềm kèm theo Mỗi máy chủ phục vụ thi cho 50 máy trạm, liên lạc qua sóng radio băng tầng 2.4GHz Hệ thống tự tạo mạng không dây độc lập nhằm hạn chế truy cập từ thiết bị khơng hợp lệ đơn giản hóa q trình triển khai Hệ thống tự phục hồi liệu phiên thi bị điện đột ngột Máy trạm: Mỗi thí sinh sử dụng máy trạm phiên thi mình; đáp án nhập từ bàn phím ma trận, hiển thị lên hình LCD dạng ma trận điểm đơn sắc Máy trạm có nhớ EEPROM lưu tạm làm thí sinh tự phục hồi phiên thi cho thí sinh bị điện đột ngột Bài làm gửi lên máy chủ để chấm điểm kết thi hiển thị lên hình Phần mềm PC: Dùng để tạo liệu đáp án đề thi, nạp BĐAĐT vào máy chủ, truy vấn liệu ca thi xuất bảng điểm theo định dạng bảng tính Excel Phần mềm liên lạc với máy chủ thông qua giao thức RS232 Điện áp hoạt động 1,9 – 3,6 (V) Số kênh truyền 128 Hình Mơ đun RF 4.3 Màn hình hiển thị LCD sử dụng có kích thước hiển thị 128x64 điểm ảnh, thuộc loại LCD đồ họa đơn sắc Chip điều khiển cho LCD ST7920 Mỗi lệnh thực thi với chu kỳ trung bình 74µs Hình LCD 128x64 ST7920 Hình Mơ hình tổng quát hệ thống Thiết kế phần cứng Hệ thống phần cứng thiết kế gồm: mô đun RF dùng chip nRF24L01; LCD đồ họa 128x64 điểm ảnh, DATAFLASH 45DB161D; Vi điều khiển (VĐK) ATMEGA2560 4.1 Vi điều khiển VĐK sử dụng máy chủ máy trạm ATMEGA2560 hãng ATMEL Dịng VĐK có độ tin cậy cao, tốc độ xử lý nhanh nhớ lớn Platform Arduino sử dụng cho dòng VĐK Bảng Bảng thông số VĐK ATMEGA2560 [2] Thông số kỹ thuật Giá trị Xung nhịp 16 MHz SRAM 8KB EEPROM KB Flash 256 KB Điện áp hoạt động 5V Số kênh truyền 128 4.2 Mô đun truyền liệu không dây Hệ thống dùng mô đun truyền liệu không dây sử dụng IC nRF24L01 băng tần 2.4GHz, mơ đun cịn có mạch giảm nhiễu khuếch đại tín hiệu Bảng Bảng thơng số mô đun RF[4] Thông số kỹ thuật Giá trị Băng tần Tốc độ truyền liệu tối đa 2,4 GHz 2Mbps 4.4 Chip lưu trữ Hệ thống sử dụng EEPROM AT24C64 để lưu thơng tin cấu hình liệu tạm thời phiên làm việc Giao thức I2C [1] sử dụng để giao tiếp với VĐK DataFlash AT45DB161D dùng để lưu trữ đề liệu phiên thi Chip giao tiếp với VĐK qua giao thức SPI [3] Thiết kế phần mềm Chương trình điều khiển máy chủ máy trạm viết ngôn ngữ Wiring [2] platform Arduino Phần mềm PC viết ngôn ngữ Java Phần mềm PC trao đổi liệu với máy chủ qua giao thức RS232 Hệ thống sử dụng nhiều giải pháp để thực hiện, có giải pháp trình bày 5.1 Giải pháp đa truy cập máy chủ máy trạm Trong mơ hình hệ thống, máy chủ phải liên lạc với tất máy trạm để cung cấp loại đáp án đề thi, chấm điểm làm thí sinh gửi lên… Nhằm nâng cao tính bảo mật đề thi, hệ thống sử dụng phương máy chủ truy vấn yêu cầu từ máy trạm để giải tốn đa truy cập khơng dây Giải pháp giúp tránh tình trạng tải cho máy chủ máy trạm không tự động gửi yêu cầu xử lý mà chờ đến máy chủ truy vấn yêu cầu Máy chủ có đồng hồ thời gian thực gửi thông tin đến máy trạm nhận lệnh yêu cầu từ máy trạm để xử lý Mỗi chu kỳ quét máy trạm cách nhiều 80ms, máy chủ truy vấn máy trạm khơng có u cầu máy chủ đồng thời gian chuyển sang truy vấn máy trạm khác Máy trạm chờ tín hiệu phản hồi từ máy chủ 80ms sau chu hiển thị xử lý phím nhấn Q trình máy chủ giám sát trạng thái máy trạm cần diễn liên tục để cảnh báo kịp thời rủi ro kết nối ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 liệu thi thí sinh Nếu quét tất máy trạm theo định kỳ tốn nhiều thời gian, vậy, máy chủ sử dụng mức độ ưu tiên quét máy trạm để giảm thời gian trễ Bảng Bảng Bảng mức độ ưu tiên quét máy trạm Trạng thái máy trạm Mức ưu tiên WAITING OFFLINE DISCONNECTED TESTING Số lần quét toàn kỳ Giải pháp đa truy cập máy chủ máy trạm có phần cốt lõi sơ đồ chuyển trạng thái máy trạm máy chủ thực kết nối mô tả Hình Hình Sơ đồ chuyển trạng thái máy trạm Hình Quy trình PC tải liệu phiên thi từ máy chủ 111 5.2 Thuật toán truy vấn liệu ca thi máy chủ từ phần mềm PC Việc hiển thị kết thi máy chủ có nhiều hạn chế khả hiển thị LCD Phần mềm PC có chức tải liệu phiên thi từ máy chủ qua giao thức RS232 Để tải liệu này, cần cung cấp thông tin mã số phiên thi mật mã truy xuất máy chủ Kết làm thí sinh lưu thành tệp tin theo định dạng bảng tính Excel Q trình trao đổi liệu từ PC máy chủ diễn theo lưu đồ Hình Nhằm hạn chế trường hợp nhiều thiết bị khác sử dụng giao thức RS232 nối với PC, hệ thống sử dụng mã định danh để nhận dạng loại thiết bị trước trao đổi liệu 5.3 Khôi phục liệu phiên thi máy trạm Dữ liệu làm thơng tin thí sinh lưu EEPROM máy trạm cập nhật liên tục để tránh thất thoát Cờ trạng thái phiên thi EEPROM sử dụng để biết tình trạng phiên thi máy trạm nhằm khơi phục liệu q trình cấp nguồn bị gián đoạn Trong trường hợp máy trạm bị hỏng ngoại vi VĐK hoạt động, máy trạm khác kết nối đến máy trạm hỏng để tải liệu Để tải liệu, máy trạm cần nhập mật cung cấp từ máy chủ trình thi tiếp tục với liệu khôi phục Hệ thống kết Sau chế tạo thử nghiệm, hệ thống cho kết khả quan độ tin cậy, giao diện dễ sử dụng khả triển khai đơn giản 6.1 Nhập BĐAĐT phần mềm BĐAĐT tạo phần mềm PC Khi gửi đáp án đề thi vào máy chủ - qua giao thức RS232 - nhận ID, người cho thi dùng ID mật truy xuất để triển khai thi Nhằm tạo giao diện trực quan tạo BĐAĐT, đáp án nhập vào phần mềm, giao diện Hình Người dùng nhấn chuột trái vào lựa chọn để thay đổi xoay vòng trường hợp: - đáp án nhất; - đáp án đúng; - Đáp án đúng/sai Người dùng nhấn chuột phải để hủy chọn BĐAĐT nạp vào máy chủ tất câu hỏi có đáp án hợp lệ Hình Giao diện chọn đáp án cho câu hỏi Trương Minh Huy, Nguyễn Thanh Bình 112 6.2 Nhập BĐAĐT máy chủ Giao diện nhập BĐAĐT hình bên dưới: Hình Giao diện nhập đáp án đề thi Phím chuyển loại câu hỏi dùng để thay đổi xoay vòng loại câu hỏi trước nhập đáp án phần mềm PC Trong đó, ký hiệu biểu trưng cho loại câu hỏi Bảng Bảng Bảng ký hiệu loại câu hỏi Ký hiệu O V □ Ý nghĩa loại câu hỏi Có lựa chọn Câu hỏi “đúng/sai” Câu hỏi có lựa chọn 6.4 Thực thi máy trạm Những máy trạm có địa liên lạc hợp lệ đăng ký thi với máy chủ Quá trình thi máy trạm diễn theo sau: - Máy trạm đăng ký vào máy chủ - Máy chủ gửi danh sách mã đề hợp lệ cho máy trạm - Thí sinh nhập thơng tin cá nhân mã đề phát, máy trạm kiểm tra mã đề hợp lệ đăng ký thi với máy chủ - Máy chủ gửi loại câu hỏi tính thời gian làm - Thí sinh nhập đáp án, máy trạm kiểm tra tính hợp lệ đáp án theo loại câu hỏi - Thí sinh nộp bài, máy chủ chấm điểm gửi điểm cho máy trạm - Máy chủ lưu làm thơng tin thí sinh vào nhớ trong, cho phép máy trạm nhập vào lượt thi - Máy trạm vào giao diện chờ đăng ký thi Giao diện nhập phương án trả lời máy trạm Hình 11 6.3 Triển khai thi máy chủ Người coi thi cần ID BĐAĐT mật truy xuất để triển khai thi Trên máy chủ có ba giao diện để giám sát trình thi Hình 8, 10 Hình 11 Giao diện nhập phương án trả lời máy trạm Thí sinh thay đổi phương án lựa chọn làm Hình Giao diện giám sát phiên thi Hình Giao diện giám sát máy trạm Thử nghiệm đánh giá Môi trường thử nghiệm gồm máy chủ máy trạm với số liệu thử sau: - Máy chủ cấu hình có 50 máy trạm hợp lệ quét; - Gán ID cho máy trạm: 01, 03, 10 43; - Máy chủ chứa đề thi: mã đề thi, 20 câu hỏi/mã đề; - Mỗi máy trạm thi 10 lần phiên thi; - Máy trạm có ID 01 10 bị ngắt điện lần trình thử nghiệm Trong đó, máy có lần bị giả định hỏng ngoại vi Các thông số đánh giá hệ thống tập trung vào thời gian đáp ứng có yêu cầu máy trạm độ xác kết thi Kết đo đồng hồ bấm giây với sai số 0,1s 7.1 Thời gian chờ phản hồi 7.1.1 Thời gian nhận loại đáp án đề thi Bảng Bảng thời gian máy trạm nhận loại đáp án đề thi ID Máy trạm Hình 10 Giao diện kiểm tra thí sinh máy trạm Khi thí sinh nộp bài, máy chủ chấm điểm lưu trữ làm thông tin thí sinh vào nhớ Dữ liệu phiên thi truy vấn từ PC phần mềm ID 01 ID 03 ID 10 ID 43 Thời gian nhận loại đáp án đề thi (trong 10 lượt thi) Nhỏ Trung bình Lớn 2,4 2,8 2,9 2,5 2,72 2,9 2,5 2,81 3,5 2,5 2,78 3,1 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 7.1.2 Thời gian chấm thi trả kết Bảng Bảng số liệu thời gian máy trạm yêu cầu chấm thi máy chủ gửi kết Thời gian chấm thi, trả kết (s) (trong 10 lượt thi) Nhỏ Trung bình Lớn ID 01 2,7 5,33 7,4 ID 03 3,2 5,75 7,2 ID 10 2,7 5,3 7,2 ID 43 2,8 5,38 7,5 Thời gian chấm thi bảng số liệu lớn so với thời gian nhận đề thi đăng ký thi mức ưu tiên dành cho máy trạm có trạng thái TESTING thấp Đồng thời, máy trạm nộp thi, thông tin gửi lên máy chủ thực lần chấm điểm nên thời gian chờ phản hồi giai đoạn lâu 7.2 Độ xác Độ xác hệ thống thể qua điểm thí sinh trình: tạo BĐAĐT; chấm thi lưu bảng điểm vào PC Trong trình thử nghiệm kịch nêu, hệ thống cho kết Bảng ID Máy trạm Bảng Bảng số liệu số lần xác q trình thi ID Máy trạm ID 01 ID 03 ID 10 Số lần thi có điểm xác (trong 10 lượt thi) 10 10 113 ID 43 10 Máy trạm mang ID 10 có lần không kết nối với máy trạm mang ID giả định bị hỏng, nên bị làm Những trường hợp khác cho kết Kết luận hướng phát triển Hệ thống thi trắc nghiệm khơng dây thể tính ưu việt hoạt động triển khai thi chấm thi trắc nghiệm, hạn chế thời gian chờ đợi sai sót q trình chấm thi, nhập liệu Nếu ứng dụng thực tế, hệ thống giúp tiết kiệm chi phí chun nghiệp hóa hoạt động tổ chức thi Để phát triển hoàn thiện hơn, hệ thống cần nâng cao tính ổn định mã hóa liệu truyền sóng radio, liệu đề lưu PC Một thiết bị lưu trữ chứa BĐAĐT nên sử dụng nhằm đơn giản hóa q trình triển khai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] Atmel Corporation, 24C64 Specification, July 2003 Arduino, http://www.arduino.cc Adesto Technologies, DATAFLASH AT45DB161D, May 2013 Nordic Semiconductor, nRF24L01 Product Specification_v2_0, July 2007 [5] Phạm Quang Dũng, Xây dựng triển khai Hệ thống thi trắc nghiệm khách quan web trường đại học nông nghiệp I, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Nơng nghiệp, Đại học Nông nghiệp I, Số 6, 2006 [6] Nguyễn Bảo Hoàng Thanh, Lê Thanh Huy, Ứng dụng mã nguồn mở Moodle e-Learning hỗ trợ kiểm tra đánh giá online nâng cao chất lượng đào tạo theo tín trường đại học, Tạp chí Giáo dục, Số 272, 2011 (BBT nhận bài: 03/12/2014, phản biện xong: 02/03/2015) ... triển Hệ thống thi trắc nghiệm khơng dây thể tính ưu việt hoạt động triển khai thi chấm thi trắc nghiệm, hạn chế thời gian chờ đợi sai sót q trình chấm thi, nhập liệu Nếu ứng dụng thực tế, hệ thống. .. đáp án đề thi, chấm điểm làm thí sinh gửi lên… Nhằm nâng cao tính bảo mật đề thi, hệ thống sử dụng phương máy chủ truy vấn yêu cầu từ máy trạm để giải toán đa truy cập không dây Giải pháp giúp... với máy chủ qua giao thức RS232 Hệ thống sử dụng nhiều giải pháp để thực hiện, có giải pháp trình bày 5.1 Giải pháp đa truy cập máy chủ máy trạm Trong mô hình hệ thống, máy chủ phải liên lạc với