（教育技术学专业论文）试卷生成系统的设计与实现.pdf

原创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞塑整盘鲎或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 即： 论文作者签名：泐 日期：枷。年6 月。日 研究生学位论文使用授权说明 本人完全了解天津师范大学关于收集、保存、使用研究生学位论文的规定， 按照学校要求向图书馆提交学位论文的印刷本和电子版本； 图书馆有权保存学位论文的印刷本和电子版，并通过校园网向本校读者 提供全文与阅览服务。 图书馆可以采用数字化或其它手段保存论文； 因某种特殊原因需要延迟发布学位论文，按学位论文保密规定处理，保 ! 密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名：经2 陟 日期： 口年月，口日 导师签名： 鹅 7 日期：矽d 年；月，p 日 摘要 考试是对考生知识和能力水平的主要测量方式，它需要综合运用教育测量学、心理测 量学、教育统计学和计算机科学等多学科的知识，科学、客观和公正地设计试题。现有题 库管理系统大多没有统一的标准格式，试题资源不能有效共享，自动组卷功能还不完善， 无法有效地在教学过程中发挥其应有的作用，因此对现有题库资源进行有效管理、研究更 好的组卷方法具有重要的意义。 本文首先分析了题库系统的发展状况，然后根据考试的实际需要，设计了系统开发的 结构和方案，构建了基于w e b 的应用回溯试探法进行组卷的试卷生成系统，主要实现试题 管理、试卷生成、多媒体信息管理和试卷管理功能。系统界面友好，易于使用，通用性强。 录入系统能够录入包含文字、图像的各科目试题，从而生成不同科目的试题库系统。系统 可以手动组卷也可以自动组卷，两种组卷方式的成卷系统可以帮助教务工作人员轻松的得 到满意的试卷。系统还具有试卷打印以及套卷管理功能，以适应以往的传统考试模式。在 系统的设计中，针对以往考试系统的缺点和不足之处，本文提出了一些新的思路和设想， 并一一实现。 l 、多媒体试题数据的采编与处理 作为通用题库系统，必需具备适应多学科多专业的课程特点的特性。所以本系统必须 支持包含多媒体数据信息( 如公式、表格、图像、音频等多媒体类型类型) 试题的存储与处 理。 2 、对于试题的选择更加客观 提出了“预估得分率”和“实际得分率的概念，更客观和直观的反映出一道试题是 否有必要进入试卷。以便更客观的对教师和学生进行评价。 3 、降低分数和总分对试卷生成的约束 分数将在试卷生成时按照教师的要求进行分配，不设置总分限制，以便使成卷过程更 加简单，从而提高试卷生成的成功率。 通过系统的运行，验证了系统具有一定的通用性、可扩展性和安全性，能较好的满足 较复杂的组卷要求，有助于实现对试卷质量的控制，提高教学效率，推行教考分离。该系 统能适应多学科、多专业的需求。使用该系统能实施高效的教学管理和教学考核，有效地 考查教学效果与体现考生真实水平，不仅减轻了任课教师的负担，而且调动了教师的主动 性和积极性，能促进教考分离的尽快实现。 关键词：考试通用试卷生成系统自动组卷 a b s t r a c t e x a m i n a t i o ni sac o m m o n l y - u s e dw a yt om e a s u r eas t u d e n t sc a p a c i t yo fk n o w l e d g ea n dt h e a b i l 时t ou s ei t , w h i c hs h o u l db eb a s e do ns p e c i f i ct h e o r i e s ，i n c l u d i n ge d u c a t i o n a ls u r v e y i n g ， p s y c h o m e t r i c s ， e d u c a t i o n a ls t a t i s t i c sa n dc o m p u t e rs c i e n c e t h e r eo u g h tt ob en o to n l ya n o b j e c t i v ea n df a i ra t t i t u d eo nd e s i g n i n gi t ， b u ta l s oi nu r g eo fi t ss c i e n t i f i ce d i t i n g t h e e x i s t i n gi t e mb a n km a n a g i n gs y s t e m sa r em o s t l yi nl a c ko fu n i f i e df o r m a ts t a n d a r d sa n da n e f f e c t i v em e c h a n i s mf o ri t sl o c a lr e s o u r c e ss h a r i n g w h a t sm o r e ，s o m ef u n c t i o n a ld e f e c t so f g e n e r a t i n gt e s tp a p e r sa u t o m a t i c a l l ya r es t i l li nn e e do fi m p r o v i n g a n dt h a ti sj u s tw h yt h e y c a n n o tb eu s e de f f i c i e n t l yu n d e rar e a lp r o c e s so ft e a c h i n g t h u si ti sn e c e s s a r yf o ru st oi n t e g r a t e t h e e x i s t i n gm a n a g i n gs y s t e m sc o m p r e h e n s i v e l y a n d s t u d y b e t t e rt h e a l g o r i t h m s o n a u t o - g e n e r a t i n gt e s tp a p e r s a tf i r s t ，t h ea u t h o rm a k e sa na n a l y s i so nt h ed e v e l o p m e n to ft h ee x i t i n gi t e mb a n k s a n d t h e n ，a c c o r d i n gt oa c t u a lr e q u i r e m e n t sf o rac e r t a i ne x a mt h ew r i t e rm a n a g e st od e s i g nam o r e r e a s o n a b l es y s t e md e v e l o p m e n ts t r u c t u r ea n ds c h e m e w h i c hi sb a s e do n aw 曲e n v i r o n m e n t a n df e a t u r e si ni t sf u n c t i o n s ， s u c ha s q u e s t i o n sa s s e s s m e n t ，p a p e rg e n e r a t i o ns y s t e m ， m u l t i m e d i ae l e m e n t sm a n a g e m e n t ，a n dp a p e r sp r e v i e wa n di t ss u b m i t t i n g ，i th a saf r i e n d l y p l a t f c l r i 1a n di sm e a n tt ob eu s e dw i d e l yw i t h o u tm a n yd i f f i c u l t i e s a f t e rb e i n ge x a m i n e da n d a p p r o v e d ，t h et e s tq u e s t i o n sr e c r u i t e dc a nb ep u ti ns t o r e ，a n dt h es y s t e mc a nm a k eu s eo f w h a ti si nb a n ko nd i f f e r e n ts u b j e c t sn om a t t e rs c r i p t so ri m a g e s t h es y s t e me n a b l e st e s t p a p e r st ob eo r g a n i z e da u t o m a t i c a l l yo rb yh a n d ，w h i c he n s u r e st e a c h i n gs t a f ft og e tt h er e s u l t s a t i s f y i n g i ta l s oh a st h ef u n c t i o no fp r i n t i n ga n dm a n a g e m e n to fs e t so ft e s tp a p e r s ，w h i c h e n a b l e se x a m st ob ed o n ei nat r a d i t i o n a lw a y 1 1 1 ed e s i g no ft h i ss y s t e mi sf o c u s i n go ns o m e w e a kp o i n t sa n dd e f i c i e n c i e st h a tw e r ef o u n di nt h ef o r m e ro n e sa n da i m sa ts u g g e s t i n gs o m e n e wa p p r o a c h e st os o l v i n gp r o b l e m sa sf o l l o w ss t e pb ys t e p 1 o p e r a t i o no fm a s sa c q u i s i t i o nd a t a u s e d 嬲ag e n e r a li t e m sb a n k ，t h es y s t e mh a st ob ea d a p t a b l ea n dc o m p r e h e n s i v ee n o u g ht o v a r i o u ss u b j e c t s t h e r e f o r ei ti sa s k e dt oo f f e raw i d er a n g eo fm u l t i m e d i ae l e m e n t s ，s u c ha s f o r m u l a , t a b l e s ，i m a g e s ，o re v e na u d i oi n f o r m a t i o n 2 o b j e c t i v ep i c k - u po ft e s t i n gp o i n t s p u tf o r w a r dan e wi d e ao f e x p e c t e ds c o r i n gp o t e n t i a l a n d p r a c t i c a ls c o r i n ga b i l i t y w h i c h m a k e st h en e c e s s i t yo fw h e t h e rt oi n v o l v eac e r t a i nq u e s t i o no rn o tm o r eo b j e c t i v ea n do b v i o u s 3 f r e eb o u n d a r yf r o mo p e ns c o r i n gs y s t e m i no r d e rt os i m p l i f yt h ep r o c e s so fp a p e r - f o r m a t i o na n dt h e r e f o r et og e tm o r er e a s o n a b l e p o s s i b i l i t i e s ，e a c hp a r tw i l lb ee v a l u a t e di ni t ss c o r eo c c u p a n c y r a t ea f t e r w a r d sb yt e a c h e r t h es y s t e mi sp r o v e dh a v i n gt h eu n i v e r s a l i t y ，e x p a n s i b i l i t ya n ds e c u r i t yt h r o u g hp r a c t i c a l o p e r a t i o n i tc a ns a t i s f yac o m p l e xt e s t b a s e dq u a l i t y - c o n t r 0 1 i tc a nh e l pal o ti ni m p r o v i n gt h e t e a c h i n ge f f i c i e n c y a n dm a k i n gt h ei d e ao fs e p a r a t i n gt e a c h i n ga n dt e s t i n gp o s s i b l e i ta l s o r e d u c e st e a c h e r s w o r k l o a d a r o u s e st h e i ri n i t i a t i v ea n de n t h u s i a s mw h i c ha l li nt u r n sp r o m o t e s t h es e p a r a t i o no ft e a c h i n gf r o me x a m i n a t i o nt ob er e a l i z e ds o o n e ro rl a t e r k e yw o r d s ：e x a m i n a t i o n ，c o m m o n l yu s e dt e s tp a p e r s ，a u t o - - - g e n e r a t i n gt e s tp a p e r 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景l 1 2 相关文献综述2 1 2 1 试题库系统研究状况2 1 2 2 试卷生成系统研究状况5 1 3c a i 的现状与发展方向7 1 4 目前存在的问题9 1 4 1 局域网题库系统9 1 4 2 广域网题库系统9 1 4 3 具体问题的提出l o 1 5 研究目的与意义1l 1 5 1 研究目的ll 1 5 2 研究意义1 2 1 5 3 研究目标13 1 6 课题研究方法1 4 第二章理论依据1 6 2 1 教育测量与教育统计理论。1 6 2 2 考试学学科理论16 2 3 题库建设理论17 2 4 经典测量理论( c c t ) 。l8 2 4 1 经典测量理论18 2 4 2 经典测量理论的应用价值和局限性1 9 2 5 项目反映理论( i r t ) 1 9 2 6 概化理论( g t ) 2 1 2 7 经典测量理论在本研究中的应用2 l 第三章系统设计及实施方案2 3 3 1 总体设计2 3 3 1 1 系统总体结构。2 3 3 1 2 系统组成设计2 3 3 1 3 数据流程设计2 6 3 1 4 系统体系结构设计2 6 3 2 详细设计2 7 3 2 1 数据库设计。2 7 3 2 2 数据层设计3 0 3 2 3 业务逻辑层设计3 2 3 2 4 表示层设计3 3 第四章系统开发环境3 6 4 1 开发环境3 6 4 1 1b r o w s e r s e r v e r 体系结构3 6 4 1 2p h p 5 3 6 4 1 3a p a c h eh 1 1 ps e r v e r2 2 3 7 4 1 4m y s q l 3 8 i 4 1 5a j a x 3 9 4 1 6c k e d i t o r3 2 1 4 0 4 2 主要算法4 0 4 2 1 国内主要算法4 0 4 2 2 对本文应用算法的分析4 2 4 3 关键模块实现4 3 4 3 1 使用p h p 引用c k e d i t o r 4 3 4 3 2 使用c k e d i t o r 编辑试卷的试题及答案4 4 4 3 3 使用a j a x 局部刷新试题生成页面4 5 第五章结论4 7 5 1 课题研究结论4 7 5 2 研究中的不足4 7 5 3 研究展望4 7 参考文献4 8 j l | 【谢51 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着信息时代的来到和网络的普及，教育也面临着现代化、智能化。考试作 为教育的重要一环，人工出卷、批卷还是目前的主要方式，针对这种情况，为适 应时代需要，实现考试自动化，设计了这套试卷生成系统。 从总体上看，我们可以将学校的教学过程分为两个阶段，前一阶段为“教” 与“学”，后一阶段为“练习 与“测验”，前一阶段是教学过程的主体，后一阶 段为前一阶段提供教学效果的反馈信息。考试作为教学过程中不可或缺的一部分， 是对学生所学知识和能力的一种评价，也是检验教师教学成果的一种手段。通过 它可以发现学生的能力缺陷和教师的教学缺陷，为改善教学活动提供依据。 目前，许多考试的实施过程并不完全科学，考试手段，命题内容、评分标准 等由于受各种人为因素的干扰，缺乏普遍的可比性，考试信度较低。例如，传统 的考试是由任课教师分别主持的，由于命题原则不同，评分标准和评分方法不同， 所以，带有较大的主观性，不够客观和准确。随着计算机科学和网络技术的迅速 发展和广泛应用，计算机技术已进入现代教育领域并形成一门新兴的边缘学科 计算机辅助教学c a i ( c o m p m e r a i d e di n s t r u c t i o n ) 。利用计算机建立试题库， 实现计算机自动生成试卷，是c a 工程的重要组成部分，也是实现考试规范化、 科学化的重要措施，更是实现考教分离的一个重要手段。 传统的科举考试制度影响了中国一千三百年，应该说为考核和选拔人才做出 了很大的贡献。在当今科技飞速发展的今天，知识爆炸使每个人获得的知识都显 得微不足道，在知识的载体日益丰富的同时，应借助于新技术，改进考核方式， 以提高效率，促进教学与学习，全面调动教育者与被教育者的积极性。 利用计算机进行试卷生成，不仅能节省教师的时间，提高工作效率，而且能 消除试卷命题中人的主观意志的影响，使考试更加趋于标准、客观、真实和全面， 有效地反映教学的实际效果，有利于促进教学质量的提高。建立了试题库系统后， 有利于促进实行考教分离，促使任课教师按照教学大纲的要求认真备课，认真组 织教学内容，改进教学方法，对提高教学质量和整体教学水平有着非常重要的意 义。同时也可抑制学生的惰性和取巧心理，促使学生全面、认真地掌握所学的知 识。此外，每次考试后还可以利用计算机对试卷和考试分数进行分析和评价，减 少教师判卷的工作量，减少工作时间，提高判卷效率，使考试这一教学环节更加 科学化。考试是适应现代知识社会的需要对人的知识和能力进行测量的基本方法。 现代社会已进入以信息为核心的高新技术发展时代，这一时代被称为“知识经济 第一章绪论 时代 。随着现代社会的发展，信息的作用和价值越来越大。考试是对人的知识 和能力的一种测量，是对人的知识和能力的评价，而知识和能力恰是构成人才素 质的重要因素。因此，作为测试人的素质差异的一种手段，考试在现代社会获取 人才信息等方面的应用范围越来越广泛，其作用和功能越来越受到人们的重视。 考试是适应现代教育发展的要求，对教育进行评价的基本方法。现代社会经 济发展对教育提出了越来越高的要求。发展教育是现代社会实现发展的基本途径。 考试的作用在于评价教育即评价人才培养效果的手段，这是其他手段无法取代的。 这是因为教育需要评价，没有评价的教育是盲目的教育。考试是教育的一种重要 评价方法。在人才培养即教育过程中，考试是检查教学效果、取得反馈信息的方 法，是评定学生学业成绩、衡量其是否达到规定的教学目标的重要方法，是教育 行政部门检查各学校教学质量的重要手段。因此，现代教育的发展仍然要发挥考 试的重要作用。 我们生活在一个考试无处不在的世界。然而，一切不以公正作为前提的考试 都是糟糕的，既不能促进社会发展，也不能促进人的发展。考试贯穿教育的始终， 只要教育是一种永恒的存在，考试就同样是人类社会永恒的范畴。因此，我们需 要一种手段来解决考试命题的公平、公正问题。 国外和国内的许多科研单位，学校机构都对组卷系统进行了研究，有关智能 组卷技术的研究文章也比较多，而且也有一些类似的软件正在应用当中，但一个 较好地解决其智能组卷方案，以及在自动组卷过程中进行质量控制的技术研究和 相应的软件比较少见。组卷问题是一个带约束的多目标优化问题，采用经典的数 学方法很难解决这个难题，自动组卷的效率和质量很大程度上取决于选题算法的 设计。如何设计一个算法从试题库既快又好的抽取符合要求的试题，如何保证生 成的试卷能最大程度满足用户的不同需要，并且有随机性、科学性、合理性，这 是实际中的难点也是本论文要解决的重点问题之一。 1 2 相关文献综述 1 2 1 试题库系统研究状况 1 试题库的发展和国外研究情况 所谓的试题库其实只是试卷生成系统中不可或缺的一部分。试卷生成系统没 有试题库中大量试题的支持，是无法生成试卷的。试题库单独存在于试卷生成系 统之外只是一个单纯的试题存储空间，失去了其本身的意义。试题库是试卷生成 系统的基础，试卷生成系统提供多种方法将试题库中的试题组合起来，才能生成 试卷。 2 第一章绪论 试题库系统是目前迅速发展起来的新型计算机辅助教学( c a i ) 的一种有利 的工具，是计算机科学与教育测量理论科学相结合的产物，是计算机辅助教学系 统的一个新的实用的发展方向。试题库的种类繁多。最常用、最传统的试题库是 各种习题集及其解答和分析类的图书，一般用于学生的平时训练。其次比较常用 的是以套题形式出现的试题库，这类题库往往掌握在教师手中，一般用于阶段性 测试或各种考试。目前最流行的是基于计算机的电子试题库，这种试题库便于海 量试题的存储、使用和修改，也便于试题和试卷的难度划分，以及采分点的运用 和试后分析等。试题库的出现和发展显示出强大的生命力，在教学活动中发挥了 重要作用，不仅弥补了传统教学的部分缺陷，而且将计算机在教学管理中的应用 推向了一个新的阶段，引起了计算机界和教育界广泛的兴趣和重视。 考试是教学过程中的一个重要环节，而命题的好坏又是能否达到预期效果的 关键。目前，一般的命题过程是这样的：制定考试大纲和试题编写原则，向有教 学经验和命题经验的教师或命题专家征集题目，通过小规模的测试获取关于题目 和试卷的统计数据，然后从质和量两方面对题目和由题目组成的试卷进行分析、 判断和调整，之后再以这套试卷用于考生对象。这种命题过程存在着人力和财力 的浪费，而且不能保证出题的科学性。随着经济、社会的发展及终身教育观念的 普及和计算机技术的发展，出现了试题库系统。 国际上对题库的定义、优点和评价指标体系作了认真的研究，并对建库理论、 建库工具、题库结构和题库校正等作了探讨。在建库理论方面，心理测量专家们 提出了各种理论模型和参数估计方法，并探索各种理论模型在实践中的应用条件 与实例。国外大型题库的建设是从二战后开始，如今发达国家的考试专业机构， 都根据自己承担的职能建立起大型题库，没有题库的考试机构很难体现出其应有 的专业性。由于基于计算机的考试的蓬勃发展和题库研究的不断深入，美国心理 协会( a p a ) 在1 9 8 6 年出版了关于如何开发、使用计算机化考试以及解释考分的指 南，这成了考试和软件开发者以及出版商的事实标准。投入实际使用的例子有， 1 9 8 2 年采用远距离教育方式的美国学院( a m e r i c a nc o l l e g e ) 开始用计算机进行测 验，当时被称为“点播测验( e o d ) ”，学员可以在认为准备好的任何时候参加某一 门功课的考试；以g r e 为例，1 9 9 2 年就可在计算机上进行考试，1 9 9 3 年e t s 实 现了计算机适应性g r e 考试；从1 9 9 4 年开始，美国护理证书考试全部在计算机 上进行。9 0 年代末，i b m 公司和a r t h u r a n d e r s e n 公司也开始致力于计算机考试 系统的研究。这些研究成果改变了传统的考试就是“纸加笔”的状况，开始向计算 机化转变。目前，国外许多大型测验出版机构、地区教育主管部门、地区学校以 及工业和专业资格认证机构都以某种测量理论为指导建立题库、编制试卷等，以 进行各种有关研究。 第一章绪论 2 国内研究情况 考试在我国古代就已经有了很大的发展，早在一千三百年前就有了科举制度。 但这种考试由于受到历史的局限，不能客观、准确地评估一个人的能力水平。第 二次世界大战结束后，考试在社会生活中的地位进一步提高，资格证书考试也应 运而生。这类考试次数频繁，命题工作量大，并且对考试的测量学特性要求更加 严格，不少考生要求结果相互可比，因此，建立高质量、大容量的现代化题库成 为必要。 我国自从1 9 7 7 年恢复高考制度以后，随着高考标准化的实施，尤其是微型计 算机的快速发展，这些都为题库建设提供了基础条件。 在我国高等教育界，自8 0 年代中期，开始启动试题库的建设工作，1 9 8 6 年 以后试题库系统的研究取得了很大的进步。国内也建立了许多各种学科的试题库 系统，如c e t - 4 、c e t - 6 等。在高校的研究群体里，华南理工大学显得比较突出， 它们在试题库建设的理论基础、组卷算法、系统框架等方面进行了很多研究，发 表了很多论文。9 0 年代初工科大学物理、高等数学试题库和理科化学试题库率先 完成一期工程，开始在全国1 0 0 多所高等院校中推广使用。这几门课程的试题库 都是在原国家教委各学科课程教学指导委员会直接组织下，集中了多所学校的优 秀教师共同完成的。1 9 9 6 年底，研制完成了通用试题库管理系统，并开始广泛使 用。通用试题库管理系统，由课程专家根据试题库管理系统的要求收集本课程的 试题，并提供本课程的课程知识，也就是说课程专家只对本课程的试题及本课程 的课程知识负责：由题库的制作中心负责联系试题的录入、校对及修改；由录入 中心负责试题库的调试工作，最后出版发行。目前己经出版发行的3 2 门试题库中 有2 9 门采用了该管理系统，使题库的建设走上了一条规范化的道路。 目前国内也开发出了很多试题库产品，如应用于海事局的北京尖峰计算机系 统有限公司开发的尖峰时课考试系统，北京英时软件公司开发的英时网络考试系 统，高等数学试题系统m a t b a s ，大学工科物理试题库( p b i c s ) ，南京大学计算 机科学与技术系研制的p a s c a l 题库系统和高教司的重点项目“基于知识的成卷 系统通用外壳软件”等系统。但这些系统大多数还停留在题库管理上，对试题和试 卷的度量指标、组卷理论及教育测量的研究还不够，在模拟专家组卷方面能力较 差，大多几乎没有自动组卷功能，并且其规模和软件质量参差不齐，存在着专用、 封闭、功能单一、单用户使用等不足。与国外的研究相比，还有较大差距。 为了响应高教教学改革，提高我校教学管理水平和教学评估的有效性，促进 教学改革，本人在对题库理论进行研究后，开发设计了适应多学科特点的题库系 统。 4 第一章绪论 11 2 2 试卷生成系统研究状况 1 试卷生成系统的国外研究情况 试卷生成系统是伴随着计算机辅助教学( c a i ) 的发展而逐步完善起来的。计算 机辅助教学最早出现在2 0 世纪5 0 年代，那时的试卷生成系统并没有一个明确的 概念，并且也不是计算机辅助教学的重点，只是用一个小型的试卷库对学生进行 一些测验。自2 0 世纪7 0 年代开始，一些研究者开始把人工智能( a i ) 的基本技术 引进到计算机辅助教学中。比较有代表性的系统有：s c h o l a r ( 南美洲地理教学 系统) ，s h o p i el ( 电子线路故障诊断教学系统) 及e x ch c k ( 逻辑与集合论教学系 统) 等。其中，s c h o l a r 是其中的显著代表。作为计算机辅助教学一个侧面的试 卷生成系统也有了很大的提高，同时也显出了其在教学中的重要性。此后，试卷 生成系统作为试题库系统的一个重要子系统出现。 目前，出现了一些专用的试卷生成系统，它们根据其核心算法大致分为三种， 即以随机算法为主的自动组卷系统、以回溯试探法为主的自动组卷系统和以人工 智能与信息处理方法为主的自动组卷系统。 2 国内研究情况 在我国，华东师范大学、北京师范大学、江西师范大学等高校，都在进行教 育测量理论应用于试卷生成系统建设方面的研究。北京师范大学电子系就完成了 科技攻关项目“面向大专c a i 开发环境工具”的子项目“通用题库生成系统的研究” 硕士论文，并通过机电部的技术鉴定；清华大学和北京理工大学也分别主持完成 了国家教育科学项目“具有中国特色的高等教育评估制度的研究与实践”子课题中 高校工科“大学物理”和“高等数学”两门课程的试卷生成系统。作为我国最大规模 的对外考试类别，汉语水平考试( h s k ) 也在积极探索建立试卷生成系统的可能 性，并以此为基础实现计算机化的考试。另外，国家教育委员会考试中心还主持 召开了有关题库理论和应用的研讨会，并且组织编写了文献，为我国c a i 事业的 发展打下了一定的基础。随着计算机事业在我国的发展，试卷生成系统在我国的 应用也越来越广泛。很多单位结合自己的学科教学、职业培训和职业技能鉴定等 实际需要，纷纷建设试卷生成系统。 3 实例研究 通过研究过程中的调研，对国内外各类型的题库进行了功能分析，以下介绍 几个典型的题库系统。 ( 1 ) 海天题库管理系统 该系统是由北京宝娃科技有限公司开发的基于c s 模式的单机版题库管理软 第一章绪论 件，集题库管理与试卷于一身，具有试题录入、题库导入导出、试卷管理、手动 组卷和自动组卷等功能。其中，题库的导入和导出功能，可生成自定义的文件类 型，便于题库的传递和共享，并可与该公司网站结合，使用户能方便的上传与下 载题库，从而迅速扩充题量，减轻繁重的试题录入工作。该系统的自动组卷，采 用按照知识点和题型随机抽题的方式，算法相对简单，生成的试卷没有排版功能。 ( 2 ) 鹏博士在线考试系统及题库录入系统 这是一套基于浏览器的易学易用的产品。系统功能包括：用户管理、试题录 入、题库管理、智能组卷( 手工调卷) 、考试监控、网上考试、网上练习、成绩分 析，其中试题录入分为两大部分，网上浏览器录入和联机客户端录入( 适合于复杂 的如公式图片的录入) 。该系统提供专业化的单一题目所有学生得分情况分析、成 绩分布分析、平均分及标准差分析、知识点掌握情况分析等多种分析手段，满足 学校领导和教师对教学质量的评估。该系统主要的缺点是对试卷，试题的分析不 够深入，试题的参数不能修改，同时对题库没有维护功能，不适于作为标准化的 考试。 ( 3 ) 科教2 0 0 0 网络考试系统 该系统是成都北斗星信息技术发展有限公司推出的多功能辅助教学系统，是 一个练习、测试自动化全面解决方案。具有教学题库管理、自动试卷生成、网上 测验、网上练习、自动成绩统计分析等多项功能，覆盖教学过程中练习、测验、 教学效果信息反馈等环节。系统通过提高测验考试的效率、增强测验考试的反馈 效果、揭示学生知识能力的局部缺陷，使教与学都有针对性，从而提高了学校的 教学水平，将教师从单调繁重的劳动中解放出来。该系统的题库可扩充，但是仍 没有淘汰更新机制，也没有将学生从无边无际的题海中解放出来，且分析统计功 能弱。 ( 4 ) 中基考试系统 该系统是由中基教育软件有限责任公司研发的基于w e b 形式b s 结构的智 能题库系统，能够和城域网现有的主页或其它基于w e b 形式的应用结合在一起， 能够满足单机、网络教室、校园网、网校和城域教育网等各种应用环境的需要， 其目标是给城域网或者客户提供一个网络化的题库管理和试卷生成系统，旨在提 高考试出题判卷效率、及时反馈教学效果和教学质量。它主要用于课堂习题训练、 自测、作业布置、阶段性综合练习，以及期中、期末考试、学科竞赛等。系统主 要包括出卷中心、考试与测评中心和管理中心三大模块。 ( 5 ) 中教育星网络智能题库 该智能题库是基于w e b 方式的智育试题库系统，能够和学校现有主页或其 它基于w e b 方式的应用结合在一起，能够满足单机、网络教室、校园网、网校 和城域教育网等各种应用环境的需要。中教育星网络智能题库由从小学到高中的 6 第一章绪论 各学科题库、题库管理系统和智能组卷系统三个部分组成，共组织了3 0 万道试题， 其目标是给学校提供一个网络化的题库管理和试卷自动生成工具。该系统主要缺 点是根本没有对考试后得试卷、试题进行分析，更不能对教学效果进行评估，题 库中的试题是固定的，没有淘汰优选机制。 ( 6 ) 标准化考试工具一a 1 r a m l 全美测评软件系统有限公司( a t a ) 于1 9 9 9 年在美国纽约成立，是一家从事 计算机化考试的专业公司。它为考试主办方提供命题服务、操作类标准化电子试 题制作服务以及考试发布等运营服务，即考试整体设计、试题开发、试题组卷、 测试版考试发布等。a t a 公司提供了增强版的标准化制作工具一a t a m l ，通过 a t a m l 可以轻松制作单选题、多选题、判断题、拖拽题、填空题、连线题以及 支持多媒体播放类的试题，同时提供操作类试题，可以对考生操作计算机的过程 进行跟踪。a t a m l 为客户提供了4 种典型的考试系统：即报即考模式：统考模 式；日常考试模式：在线模式。考试主办方可以根据自身业务所确定的报名方式、 是否需要现场评分、是否需要考场编排等因素从以上模式中选择，并同时提供考 试安全和数据管理服务。我个人认为，这种模式规范了电子化考试的流程，统一 了各种考试认证相互独立的局面，加强了考试的安全性，有利于考试官方机构宏 观控制各种社会考试的运营，为社会考试的正规化建设指命了前进方向。整个系 统有很多可取之处，但a t a 公司考试软件更多的是用于开展计算机信息技术的考 试，考试的管理也基本上由a t a 公司专人负责，这对于考试环境、内容随着时代 的发展而发生很快变化的各类考试分析和题库系统来说，具有相当的局限性，同 时使用该系统的单位对a 1 r a 公司有过强的依赖性。 1 3c a i 的现状与发展方向 计算机辅助教学c a i ( c o m p u t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ) 是将计算机应用于教育 领域的主要方面，是以计算机帮助或替代教师执行部分教学任务、传递教学信息、 对学生传授知识和训练技能、提高教学效率和增强教学效果为目的的现代教学技 术。它是计算机科学、教育学、心理学、学科知识等多学科交叉形成的一门新兴 学科。 计算机辅助教学( c 趾) 在国际上始于2 0 世纪5 0 年代末，在2 0 世纪7 0 年 代后期已有c a i 专著问世，形成了c a i 课程。2 0 世纪8 0 年代初，我国也逐步开 展对c 触的研究，经过几十年的发展，逐渐形成了自己独有的理论研究和开发应 用范畴，产生了一套专门的概念、教学模式、工作方法和常用技术。随着计算机 技术、教育理论以及教育的发展，c a i 应用已经由少数学科发展到几乎每一学科， 并已在大、中、小学全面铺开，对现代教育产生了革命性的影响。以计算机为核 7 第一章绪论 心的c a i 是一种新的教学方式，体现了新的教学思想，它进行的是个别化教学， 具有交互性和因材施教的能力，这为培养高质量的人才提供了广阔的空间和先进 的手段，新的教育思想和教学原则也逐步在新的计算机环境中确立起来。目前c a i 的形式主要表现为： 1 智能化 以认知学为理论基础，将人工智能技术应用于c a i ，是智能化的c a i 即i c a i 。 1 9 7 0 年c a r b o n e l l 与他的同事们开发出了教授南美洲地理简单概况的s c h o l a r 系统，该系统研究了许多教学法策略和人们的推理，他们成功地把人工智能技术 引入到系统设计中，开创了i c a i 研究的先例。1 9 7 3 年，b r o w 和b u r t o n 设计成 功的s o p h i e 系统，用电子线路题库系统中的试卷生成与分析功能研究电子线路 的仿真方法。1 9 7 5 年，s t a n f o r d 大学的s u p p e s 和他的同事开发出e x c h e c k 系 统，通过自然推理自动生成课题，可开设逻辑学、集合论和定理证明方面的完整 的大学水平课程。1 9 7 7 年，m l t 的g o i d s t e i n 和c a r r 设计成功的“计算机教练 系统，建立了学生模型和教师模型。1 9 8 1 年，南巴黎大学k o f f m a n 成功设计出教 授“微分 的i c a i 系统。i c a i 在2 0 世纪末的研究十分活跃。1 9 9 3 年8 月国际 计算机教育促进会a a c e 在爱丁堡主办了第一届人工智能与教育国际会议 ( a i e d9 3 ) ，会上协作型教育模式、认知学生模型的建造、智能超媒体辅助教学 系统是最新的研究热点。目前，i c a i 教学正朝着网络化、多媒体化、虚拟化和国 际化方向发展。在i n t e m e t 和w w w 上研究与开发适于教学训练的i c a i 课件，形 成有效的虚拟校园，已成为当前国际上的研究热点之一。英、美等许多国家的普 通高校都相继建立了虚拟大学v u ( v i r t u a lu n i v e r s i t y ) ，积极进行网上教学的试验 与研究，例如英国的c v u 项目和加拿大