（教育技术学专业论文）基于网络的大学英语诊断性练习与测试系统的相关研究及其模块的设计.pdf

摘要 摘要 英语四、六级考试得到人们越来越多的重视，而如何在四、六级考生的备考 过程中发现考生的知识点掌握程度，诊断与评价考生的认知能力水平一直是英语 教育工作者的重要研究课题。本项目尝试在对英语四、六级大纲内容进行知识点 三级分类的基础上，建立试题库试题指标体系，研究并实现针对学习者学习策略 的自动组卷，诊断和评价学习者的能力水平，最后实现大学英语诊断性练习与测 试系统的相关模块的设计与实现。 本文作者的主要工作是研究根据学习策略的自动组卷，对学习者的诊断与评 价和试题库的动态更新，即学习模块的主要功能。本文主要介绍了基于遗传算法 的自动组卷功能；本系统的试卷呈现方式，包括试卷相关数据的x m l 结构，试 卷呈现的x s l t 样式表结构；利用项目反应理论的l o g i s t i c 函数模型诊断学习者 的能力值并在此基础上反向推导练习的难度值，从而为学习者练习提供难度建议； 利用模糊综合评价方式对学习者的知识点掌握程度和认知能力水平进行诊断与 评价；在系统具有大量使用的基础上，对试题库中试题主要的属性：难度、区分 度、效度进行动态更新。 本文完成了学习模块的相关功能，包括自动组卷，对学习者能力值、知识点 掌握程度和认知能力水平的诊断与评价，最后设计了试题库试题参数的动态更新。 关键词：英语练习诊断评价个性化 a b s t r a c t a b s t r a c t c e t 4a n dc e t 6h a v eg o tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nr e c e n t l y i nt h em e a n t i m e ， h o wt od i a g n o s ea n de v a l u a t et h ek n o w l e d g el e v e la n dp r o f i c i e n c yl e v e lo ft h e c a n d i d a t e so ne n g l i s hi sa l li m p o r t a n tr e s e a r c ht o p i cf o re n g l i s he d u c a t o r sd u r i n gt h e p r e p a r a t i o no fc e t 4a n dc e t 6 t h i sp r o j e c ti n t e n d st oe s t a b l i s hi n d i c a t o rs y s t e mf o r e n g l i s hi t e mb a n kb a s e do nt h r e el e v e ic l a s s i f i c a t i o no fk n o w l e d g eo fc e t 4a n d c e t 6 ，a n dr e s e a r c hh o wt or e a l i z ea u t o m a t i ct e s tp a p e rg e n e r a t i o n ，w h i c hc a nb e u t i l i z e dt ou p d a t et h er e l e v a n tp e r i m e t e ro ft h ea f o r e m e n t i o n e di n d e xs y s t e mb a s e do n ac o n s i d e r a b l eq u a n t i t yo fe x e r c i s eo fu s e r sf o rd i a g n o s t i c i a na n de v a l u a t i o np u r p o s e u p o nt h ea b o v es t e p s ，t h i sp r o j e c tc o u l dd e s i g na n dr e a l i z et h er e l e v a n tm o d e lo f d i a g n o s i se x e r c i s ea n dt e s t i n gs y s t e mo fc o l l e a g u ee n g l i s h t h em a j o rw o r ko ft h ew r i t e ro ft h i s p a p e ri sr e s e a r c ha u t o m a t i ct e s t i n gp a p e r o r g a n i z a t i o nb a s e do nl e a r n i n gs t r a t e g y , c o m m e n tc a n d i d a t e s l e a m i n gs i t u a t i o n ，a s w e l la su p d a t i n gi t e mb a n k ，w h i c hi sc o l l e c t i v e l yt h em a j o rf u n c t i o no fl e a r n i n gm o d e l t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ef u n c t i o n so fi n t e l l i g e n tt e s tp a p e ro r g a n i z a t i o nb a s e do n g e n e t i ca l g o r i t h m , t h em o d eo fa p p e a r a n c eo ft e s tp a p e ri n c l u d i n gx m ls t r u c t u r eo f r e l e v a n td a t ao ft e s tp a p e ra n dt h ex s l ts t y l es h e e ts t r u c t u r eo ft e s tp a p e r , h o wt o d i a g n o s et h ea b i l i t yo fc a n d i d a t e sb yu s i n gt h el o g i s t i cf u n c t i o nm o d e lo fi t e m r e s p o n s et h e o r ya n dh o wt of u r t h e rr e v e r s ed e r i v a t i o no fd i f f i c u l t yo fe x e r c i s ea n dt o p r o v i d es u g g e s t i o n sf o rc a n d i d a t e s ，h o wt od i a g n o s ea n de v a l u a t et h ek n o w l e d g e s t r u c t u r ea n dl e v e lo fc a n d i d a t e sa c c o r d i n gt ot h eu s eo ff u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o d ，a sw e l la sh o wt o a u t o m a t i c a l l yu p d a t et h et e s tq u e s t i o n so f d a t a b a s eo nt h e i rm a j o rc h a r a c t e r s ，e g d i f f i c u l t y , d i f f e r e n t i a t i o n ，e f f i c i e n c y t h i sp a p e rc o m p l e t e dt h ew o r kr e l a t e dt oa n a l y s i sa n dd e s i g n a t i o no ff u n c t i o n s a n dp e r f o r m a n c eo fl e a r n i n gm o d e l ，i n c l u d i n ga u t o m a t i ct e s tp a p e rg e n e r a t i o n ，t h e d i a g n o t i sa n de v a l u a t i o no ft h ea b i l i t yo fl e a r n e r s ，t h el e v e lo fm a s t e r i n gk n o w l e d g e p o i n ta n dc o g n i t i o nc a p a b i l i t y ，f i n a l l yd e s i g n st h ed y n a m i cu p d a t eo fp a r a m e t e r so f i t e r n so f i t e mb a n k ； k e yw o r d ：e n g l i s h ，p r a c t i c e ，d i a g n o s e ，c o m m e n t ，p e r s o n a l i z e d 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名：签字日期： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 口公开口保密( 年) 作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 第1 章绪论 1 1 问题的提出 第1 章绪论 随着信息技术的发展，网络教育得到飞速发展。网络教育模式完全改变了传 统教育模式的以“教”为主的模式，而改以新的以“学”为主的模式。【1 】在这种 模式下，学习活动的主要内容不再是学习内容的推出，而是由学习者考虑自己的 个性特点，来制订相应的学习计划，选择适合自己的学习内容。同时学习者还可 以方便的与教师或者其他学习者进行交流获取学习建议或者是较好的学习经验。 目前，由于英语四、六级的重要性，越来越多的学生或者社会人员对英语四、 六级的学习有着迫切的需求。虽然有许多出版社推出所谓的背单词书籍，真题模 拟试卷，但是远远满足不了学习者希望诊断自己能力，发现自己不足，并能进行 针对性练习的要求。网络的英语四、六级学习系统是一种很好的选择，因为网络 的资源丰富，不像纸质资料的固定性局限性，可以满足不同用户的需要，另一方 面网络在国内的普及程度非常高，大多的学习者已经习惯于在线学习，在线的系 统具有多种辅助工具可以很好的对学习起到帮助作用，同时能保持学习者的学习 记录，让学习者对自己的学习过程有一定程度的了解。 本文的目标是要设计并实现这样一个英语四、六级学习系统，让学习者可以 充分利用本系统丰富的英语学习资源，从而使他们英语四、六级能力得到提高。 考虑到每个学习者学习能力不同，认知结构各异，本系统将充分考虑每个学习者 的个性化特征，提供相应措施使其能进行个性化的学习。这样，如何在本系统数 量庞大，丰富多样的教育资源中，使学习者找到适应自己学习能力和学习风格的 教育内容，如何使学习者在学习中能得到及时、快速、准确的反馈和评价来正确 评估自己的学习能力和认知结构并及时调整自己的学习策略和学习步调等成为 本文的主要解决问题。 本系统基于b s 结构，采用a s p n e t 作为开发工具，以s q ls e r v e r2 0 0 5 作为存储数据库，系统模块可以按角色分为管理员模块、教师模块和学生模块三 大部分，其中管理员模块主要包括用户管理、数据库管理、日志管理等功能，教 师模块主要包括试题管理、主观题评阅等功能，学生模块包括学习者在线学习策 略生成、在线学习，成绩查询和查看系统评价反馈等功能。本文作者主要负责学 生模块的设计与实现。本文主要讨论了学习界面的生成( 包括所需数据结构，比 如试题、策略、试卷的x m l 结构，将数据转换为易显示的h t m l 的x s l t 样式 第1 章绪论 表结构) ，利用遗传算法实现基于学习者个性化策略的自动组卷功能，利用项目 反应理论基于l o g i s t i c 函数对学习者能力的诊断功能，基于知识点三级分类以及 布鲁姆认知分类利用模糊综合评价对学习者的认知结构的诊断功能，最后根据大 量学习者的学习数据，对试题库中试题的各参数，比如难度、区分度、效度进行 校正，使其能接近试题的真实属性。 1 2 国内外研究现状 随着计算机技术的发展和网络的普及，现在很多考试或者练习都采取了在线 的方式。目前的考试或者练习系统在出题或者说组卷方式上多为采取整卷资料推 出或者采取题库系统的形式，而在评价方面一般都采取经典测量理论对学习者群 体进行基于考试结果的统计和分析，或者采用项目反应理论对学习者的能力逐渐 逼近的方式对学习者能力进行评价。国外这类系统如商务日语能力考试系统 ( b j t ) ，剑桥商务英语考试( b e c ) ，俄罗斯的远程智能导师系统( i d l e ) ，美 国的研究生入学考试( g i 迮) 等。 国内的在线练习与考试系统也得到了很大的发展，例如高等教育基础学科系 列题库系统，华星考试评价系统，考试大的各学科在线模拟考试与练习系统，西 安交大的网络环境的个性化学习系统等。通过对国内外相关文献的调研和一些典 型系统的试用，发现当前的在线练习与考试系统主要有以下几点不足： 1 针对四、六级练习的系统没有提供自动组卷功能，多是使用历年的真题 自测，而一般的英语练习系统或者其他科目的练习系统，组卷功能多为 根据题型组卷，没有考虑更多的试卷条件约束。 2 系统题型单一，多为支持客观题型。 3 系统的诊断与评价功能缺乏，没有对知识掌握的能力与水平的诊断等， 多为对练习卷面分的统计与评价。 4 系统的题库固定化，题库参数在入库后没有动态更新。 1 3 主要研究内容和问题 本文作者主要负责学生模块的设计和实现。为了更好地实现这个模块，作者 还就这个模块涉及的主要问题进行探讨： 1 如何能诊断和评价学习者的能力和认知结构，让其能清楚认识到自己的 2 第1 章绪论 知识水平。 2 如何能将学习结果反馈给学习者，让其基于此自主制订个性化的学习策 略，并能根据该策略选择适应学习者的知识内容并呈现。 3 如何保证学习者学习内容的质量，即试题库的试题的质量。 基于以上问题，本文主要研究并实现了： 1 利用x m l 作为保存数据的结构，利用x s l t 样式表将x m l 数据转换为 易于显示的h t m l 格式来呈现学习内容。 2 利用遗传算法来实现满足学习策略约束条件的自动组卷算法。 3 使用l o g i s t i c 项目反应函数模型来诊断学习者的能力水平以及用模糊综 合评价模型诊断学习者的认知水平。 4 对题库试题的参数，比如难度、区分度、效度进行动态更新。 1 4 研究方法和技术路线 本文主要采用了文献调研法、问卷调查法、实践法等研究方法。在确立课题 之后对相关系统进行了调研，分析其他系统的优点以及缺点，初步确定了本系统 应该有的功能，随后对本校的英语四、六级考生进行了问卷调查，了解了他们对 这样的在线学习系统的一些要求，对功能需求做了进一步的完善，之后针对功能 的实现进行了理论调研，确立了知识点的分类，试题库的各表结构和属性，以及 数据的保存结构，自动组卷算法和诊断与评价的算法并决定采用v i s u a ls t u d i o 2 0 0 5 和s q ls e r v e r2 0 0 5 进行开发。 1 5 论文的逻辑结构 本文共分为绪论、系统相关的学习理论、系统的分析与设计、学生模块学习 相关功能的设计与实现、系统评价和反馈功能的研究和设计、结束语六章内容。 各章的内容简述如下： 第1 章绪论：介绍了本系统的研究背景，国内外的研究现状，本文采用的研 究方法和主要研究的问题。 第2 章系统相关的学习理论：对本系统涉及到的主要理论进行了介绍，主要 有建构主义、人本主义、认知灵活性理论、项目反应理论等。 第3 章系统的分析与设计：介绍了系统开发运行环境和系统主要包含的功能 第1 章绪论 模块。 第4 章学生模块学习相关功能的设计与实现：这章和下一章为作者的主要 研究内容。本章主要介绍了学生实现在线学习必需的功能实现，即组 卷的功能实现，包括试卷的帆设计和试卷显示的实现以及自动组 卷算法。 第5 章系统评价和反馈功能的研究和设计：主要介绍了在学习者在线学习后 如何对学习者认知能力和认知属性的诊断、评价与反馈，以及对题库 项目参数的动态更新。 第6 章结束语：总结本文的成果，指出研究中存在的问题，给后续研究者提 供参考。 4 第2 章系统相关的学习理论 第2 章系统相关的学习理论 本章主要介绍了个性化学习的相关理论。首先提出了个性化学习的定义及其 具有的特点，然后介绍了建构主义，人本主义和认知灵活性理论对个性化学习考 虑学习者个性特征，让学习者自主学习的理论支持，以及项目反应理论对学习者 能力诊断提供的函数模型，最后介绍了本系统对学习者采用的诊断性评价和形成 性评价的基本概念。 2 1 基于网络的个性化学习 个性化学习指在学习者原有的知识水平基础上，考虑学习者的个性因素，由 学习者自主制订学习策略，选择学习内容，以使得学习者的能力和个性都能得到 自由充分发展的学习活动。个性化学习的特点在于应该充分了解学习者已有的学 习能力水平，知识经验和其认知结构，在网络的个性化学习中，学习环境应能提 供适合学习者特点的学习内容，学习者可以根据自己的学习需求，制订相应学习 策略，自己控制学习的过程和学习进度，主动组织和构建学习内容。 网络的个性化学习系统，系统能为学习者提供丰富的学习资源，同时这些资 源的组织具有最自由的方式，学习者可以根据自己的需要自由选取，因此学习者 能自己制定适合自己个性的学习策略来进行学习，系统记录这些学习历史，可以 评价和分析并提供反馈，学习者通过系统对自己的诊断反馈，可以认识到自己的 能力水平，调整学习策略，学习步骤，学习方式，以使自己获得最优化的适应自 己个性发展的学习。网络个性化学习系统具有如下的特征： 1 。网络个性化学习系统提供的学习活动首先是个别化学习，自我监控和自 我适应的学习。 这就要求系统首先要有丰富的学习资源供学习者可以选择，学习者可以 找到适合自己的学习内容；其次资源的组织方式应是灵活的，而不是固 定的，使学习者不会被固定的学习内容形式所束缚，能自己制定适合自 己的学习策略；同时系统应能提供反馈和评价，使学习者知道自己的能 力水平，所处的学习阶段，自己监控自己的学习过程步骤，调整学习策 略。 2 网络个性化学习系统应是以学习者为主体。 个性化学习是一种自主学习，系统只能作为辅助作用，控制因素应该减 s 第2 章系统相关的学习理论 少，而学习者才是学习的主体，系统的功能应是可以让学习者认识到自 己的认知水平，让学习者可以自主制订学习目标，调整策略，调整学习 内容等。1 2 1 3 网络个性化学习系统具有评价和反馈功能。 个性化学习依赖系统对学习者进行诊断，学习者在学习过程中表现出自 己的认知特点，系统提供反馈让学习者认识到自己的特点，选择适合自 己的学习资料和学习策略。 2 2 支持个性化学习系统的相关学习理论 2 2 1 建构主义 建构主义理论的主要代表人物有：皮亚杰( j p i a g e t ) 、科恩伯格( o k e m b e r g ) 、 斯滕伯格( r j s t e m b e r g ) 、卡茨( d k a t z ) 、维果斯基( v o g o t s g y ) 。 建构主义者认为，知识不是通过教师的教授而得到的，即知识的获得过程教 师不是主要因素，相反只是起指导作用，学生才是这个过程的主要因素，他们在 一定的社会文化背景下，借助别人的帮助( 比如教师) ，利用必要的学习资源， 通过意义建构的方式而获得。建构主义理论有四大要素，即“情境 、“协作”、 “会话”和“意义建构 。“情境”因素要求教学设计不仅要考虑教学目标的分析， 还要有利于学生建构意义的情境的创设，后者应该是教学设计的重要内容之一。 “协作”因素贯穿于学习过程的始终，协作对学习资料的搜集与分析、学习成果 的评价以及意义的最终建构有重要作用。“会话因素是协作过程中的不可缺少 的环节。学习小组的成员要通过会话来讨论如何完成规定的任务，在这个过程中， 每个学习生的积极思考都能为整个群体所共享。“意义建构”是学习过程的最终 目标。对知识的学习，实际也是通过学习，认识到知识相关事物的性质、规律及 事物间内在联系，从而达到建构知识意义的目的。由上所述，在建构主义理论里， 学生的能力体现在根据自身知识经验建构有关知识的意义的能力，而不在于学生 记忆和背诵教师传授内容的能力。学生学习的意义在于学习到建构知识意义的能 力，而不在于记忆和背诵教师传授的知识。1 2 4 】 建构主义的核心可以用一句话概括：以学生为中心，强调学生对知识的主动 探索、主动发现和对所学知识意义的主动构建。【2 6 l 基于网络的个性化学习系统以学习者为主体，学习内容面向学习者，学习方 式多样化，学习者可以选择最适合自己的方式，系统只提供指导，由学习者自己 制订学习策略，构建自己的认知结构。 6 第2 章系统相关的学习理论 2 2 2 人本主义 罗杰斯是人本主义心理学代表人物，他认为，人天生都是“好学”的，具有 学习的愿望，也都有学习的潜能，当学生了解到自己的学习需要，并且学习内容 满足学习需要时，学生的学习积极性就会激发出来；学生在一种具有心理安全感 的环境下可以更好地学习：教师的作用不是教授知识，也不是教会学生如何去学 习知识，而是作为学生学习的“促进者，为学生提供学习的手段，由学生自己 决定如何学习。【1 1 人本主义心理学的目标是要对一个自然人进行全面描述，包括影响其得各个 要素。人本主义心理学家认为，行为主义者将人类的学习活动同动物的学习相提 并论，没有考虑到人类本身的特性；而认知心理学者虽然考虑到了人类认知结构 的特性，却又忽视了人类的另一些方面，比如情感因素，价值观因素等。他们认 为，必须从行为者的角度出发才能理解行为的意义，理解行为者所感知的世界。 要改变一个人的世界，必须首先改变他的信念和知觉。【2 7 】因此，人本主义者认为 学生的个人信念、知觉、情感等导致了学生的个性差异，所以应以学生为中心来 构建学习情境。 2 2 3 认知灵活性理论 认知灵活性理论是建构主义的一支，由斯皮罗( s p i r o ) 等人提出并倡导。 这一理论主张要提供给学生理解知识所需要的基础，同时也要留给他们建构意义 的空间，让他们自己对具体情境采取相应的策略。【2 4 l 它既反对传统的对知识做机 械预先限定的教学方式，也反对极端建构主义强调的学习中非结构的一面，而忽 视概念的重要性，它认同建构主义理论的学习者主动建构内部心理表征的观点， 以及吸取了认知加工理论的长处，而采取了一个折中的观点。 认知灵活性理论把学习分为初级学习和高级学习两种。初级学习只需要知道 重要的概念和知识并能原样提取就可以了，是学习的初级阶段。高级学习阶段则 涉及到了结构不良领域的概念，此领域的知识具有如下特点： 1 知识概念具有复杂性，其应用实例会包含许多应用广泛的相互作用的概 念。 2 同类具体实例之间涉及到的概念相互作用的模式具有差异性。 结构不良领域知识要求学生能够准确把握概念，并能灵活应用，在复杂的具体情 境下也能准确应用。【2 8 】因此高级学习阶段的学习目标比初级学习阶段有了很大改 变，高级学习阶段要求概念复杂性方面的掌握，知识的再创造，迁移和应用等。 斯皮罗等人在认知灵活性理论指导下，提出了针对高级学习的“随机通达教 学”。随机通达教学认为，事物具有很多方面，高级知识对事物的描述具有复杂 第2 章系统相关的学习理论 性和实例的差异性，因此人们在学习高级知识的时候可能会漏掉某些方面，而这 些方面可能在放到另一个情境中或者从另一个角度来看时又是非常重要的，因此， 对同一内容的学习需要在不同时间以不同方式带着不同目的多次进行，以达到获 取高级知识的目标。斯皮罗等人把这种形式称为“交织景管”，用来类比随机访 问数学。这就意味着在教学活动中，对复杂的教学主题应该从不同方向，以多种 角度浏览，在不同的时间重返回一个概念。随机通达教学的方式是利用与概念相 关的实例与具体情境结合起来，去说明概念不同方面的含义，同时各实例也可能 涉及到其他概念，可以促进学生的交叉理解，使学生形成对概念的多角度的理解， 同时情境的作用能让学生形成背景经验，这就能提高学生针对具体情境选用自身 现有知识加以重新组装构建意义的能力。 2 2 4 项目反应理论 经典测量理论建立在真分数理论上，到上世纪5 0 年代基本完善。经典测量 理论存在许多的局限和不足，主要表现为以下几个方面： 1 按照经典测量理论求出的信度、效度、区分度和难度等，严重依赖样本。 比如对于难度来说，同一个题目，如果样本组水平低，得到的难度值就 高；如果样本组水平高，难度值就低。对于区分度来说，如果样本组的 水平区别较大，得到的区分度就高；如果样本组程度相当整齐，则得到 的区分度就低。因此，在经典测试理论框架内，难以找到对被试样本组 依赖较小或者是没有依赖的测验参数指标。现有的这些参数指标对测验 编制的指导价值就非常有限。 2 经典测量理论的信度估计的精度不高，因为它的定义基于平行测验的概 念，而完全平行的测量是无法找到的。同时还假设了测量误差的方差对 所有被试均相同，但这种假设与实际情况是不符合的。 3 经典测量理论主要适用于常模参照测验，对于目标参照测验的要求很难 给与满足。同时，它主要适合观察分数的等值，却很难满足题目参数的 等值。 项目反应理论( i t e mr e s p o n s et h e o r y ，简称i r t ) 就是一种针对经典测试理 论上述缺陷而提出来的新的测验理论。项目反应理论一般认为是美国心理与教育 测量学家罗德( l o r d ) 和北欧科学家瑞查( r a s c h a ) 在上世纪5 0 年代开创的， 7 0 年代起到现在，在测验编制、题库建设、测验等值和计算机自适应等方面应 用广泛。1 1 2 1 项目反应理论基于局部独立性假设前提，即假设被试在一个试题上的成绩不 受测验中其他试题成绩的影响；同时，在某个试题上，各个被试的作答相互独立， 8 第2 章系统相关的学习理论 一个被试的成绩不影响另一个被试的成绩。 假定被试潜在特质是一维的，用秒来表示，某个题目被试作答正确的概率用 p 表示，那么p 与9 是成正比的，经大量实测研究表明，它是呈s 形状态的，若 以秒为横轴，p 为纵轴，则可得出项目特性曲线( 简称i c c ) 。 图2 1 项目特性曲线 图中，c 代表猜测系数，b 为难度值，曲线拐点处切线斜率记为a ，代表题目区 分度。 项目特性曲线是根据实际测得的数据通过画线得到的，如果采用拟合这些曲 线的方法来寻求它的数学表达式，则可以得出项目反应函数( 简称i r f ) ，它一 般有以下两种形式。 洛德在1 9 5 2 年，利用正态卵形函数拟合s 曲线，其表达式为： 胛) - c + ( 1 - c ) r 去叫2 n 诸 ( 2 1 ) 另一种是应用更为广泛的伯恩鲍姆( b i r n b u r m ) 于1 9 5 8 年提出的l o g i s t i c 函数，其表达式为： 尸( 秒) = c + 而莓而 ( 2 1 ) 从上面两个项目反应函数可以看出，被试在某一个试题上的答对概率或者说 是测试成绩，由这样两方面的因素决定：一是被试的潜在特质水平；另一个是试 题的质量参数，这些质量参数包括区分度a 、难度b 和猜测系数c 。所以，项目 反应函数是一种能够比较全面的反映被试成绩与被试的能力水平和试题质量之 间关系的数学模型。它与经典测量中的真分数理论比起来更加深刻和有力。 第2 章系统相关的学习理论 项目反应理论从理论导入到整个的理论框架都与经典测试理论有较大的不 同，它与经典测试理论相比，具有如下几个优良特性： 1 潜在特质量表的可选择性。 特质量表的可选择性指量表的参照点和量度单位可根据情况改变而其函 数能保持不变。例t 2 r j 如果汐的参照点改变，只要参数b 的参照点也作 相应的修改，尸( 口) 的值仍可以保持不变，而如果p 测量单位发生改变， 只要参数b 的测量单位作相应改变，而同时参数a 的单位作一逆变，e ( e ) 的值也可以保持不变。因此，利用这个性质，我们可以使来自不同试卷、 对不同被试施测的所有特质参数与试题参数定义在同一个度量系统上， 这就为测验参数等值提供了理论基础。 2 题目参数的不变性。 在经典测量理论中，测量的各种参数严重依赖于被试群体的情况，而在 i r t 中，试题参数具有跨群体不变性。因为p ( 目) 只由0 决定，一个试题无 论施测于多少人，施测于何种分布群体，e ( o ) 都只与口相关。由于e ( o ) 曲线的拐点及拐点切线的斜率与渐进高度都是惟一确定的，也就是试题 的参数a 、b 、c 是惟一确定的，所以这就为建设大型题库以及编制各种 测验提供了方便。 3 参数设计的科学性。 i r t 的参数设计具有一定的科学性，具体表现为：难度b 与被试的特质参 数口定义在同一度量系统上，这样被试的能力水平就能与试题的难度匹 配起来；区分度a 和难度b 相互独立，这就使得在任何难度上都可以选 出高区分度的试题来；在i r t 中，试题的猜测系数c 是由实测数据计算 得来的，而经典测试理论中的猜测系数是根据先验概率计算得来，并没 有考虑到有没有猜测。 4 最大似然估计量近似于正态分布。 当使用最大似然法来估计秒值时，研究表明，其估计量接近于平均数为口 而方差为 ，( 力】1 的正态分布，在这里，z ( e ) 为试题信息量函数。 2 2 5 诊断性评价与形成性评价 布鲁姆将评价分为诊断性评价、形成性评价和总结性评价。诊断性评价是在 课程实施之前进行的，目的在考查学生对学习准备的情况，是对教学活动的准备。 形成性评价是在教学过程中，为使教师的专业水平提高，不断获得反馈以改变教 学而进行的评价。而总结性评价是在课程实施之后，对课程目标达到程度进行的 判断。可以看出他们是有一个序列关系，发生在教学过程的不同阶段。 第2 章系统相关的学习理论 诊断性评价主要是要对学生的知识、技能以及情感等状况进行诊断，以便了 解学生的知识基础和准备状况，判断他们是否具备了进行当前教学活动的条件。 通常诊断可以包括这些因素：前阶段学习的知识储备和质量，注意的稳定性和广 度，认知的发展水平等。诊断出学生有一定的缺陷或者说特点后，教师可以对其 详细记录并加以分类，以便针对学生采取具有个别差异的教学策略，或者甚至推 迟对学生的某些教学，不应当简单地只是预定学生发展的可能性。同时通过诊断 了解到学生的差异，应当对学生提供不同的学习环境，使其可以得到最佳学习进 步的条件，这步也称为对学生的安置。 形成性评价是对学生日常学习活动中表现的情感、态度、学习策略，所取得 的成绩等进行的评价。它重视对学生的学习过程的评估和判断，是对学生学习过 程的观察、记录和反思。它重视学生的参与，把学生当做评价的主体和积极参与 者，因为它的目的是要帮助学生认识到自己的学习状况，帮助学生有效调控自己 的学习过程，使其获得成就感，增加自信心，激励学生的学习。它通过收集、综 合和分析学生日常的学习信息，了解学生的各方面信息，比如知识发展，能力状 况，学习兴趣等，获得学生的发展潜力。它注重对学生能力的评价，也注重对学 生情感和行为能力的评价，有助于学生学习和身心素质的全面发展。 本系统主要对学习者进行诊断性和形成性评价，使学习者认识到自己的学习 能力和认知水平，使以前的学习情况得到的综合判断反映到下一步的学习策略中 去，让学习者的个性特征在学习过程中得到充分适应。 2 。3 本章小结 本章主要介绍了系统相关的学习理论和测量理论，如建构主义，人本主义， 认知灵活性理论，项目反应理论和诊断性评价与形成性评价的概念。在后面章节 涉及到的学习过程的设计，以这些理论为支持基础，为学习者提供可以让其根据 自己个性化特点自主制订学习策略来选择学习内容的个性化学习方式。项目反应 理论为对学习者进行能力诊断提供了函数模型，而系统的诊断与评价功能的设计 也是以诊断性评价与形成性评价为主要方式。 1 1 第3 章系统的分析与设计 第3 章系统的分析与设计 本章在上一章介绍的理论基础上，通过具体分析，提出了系统的功能需求和 性能需求，并简要介绍了系统的设计，最后介绍了系统开发的相关技术和开发工 具。 3 1 需求分析 3 1 1 功能需求分析 大学英语诊断性练习与测试系统立足于满足大学英语学习者对四、六级考试 的练习需求，针对四、六级考试的题型、知识点和题目难度要求，建立题库，并 在此基础上系统提供学习者“自动组卷 的功能，满足学习者不同程度的练习需 要，并对学习者练习结果进行记录和分析，在学习者下一步学习时给出学习建议。 学习者学习的主要流程如下： 1 学习者登录。 进行身份确认，后续步骤就可针对该个人用户进行。 2 策略生成。 初次学习时由学习者选择题型、设定难度级别、设定题目数量，系统由 这些设定生成一份策略。已有学习记录后，在进入生成策略阶段，系统 会在数据库查询学习者的学习记录，生成针对学习者的薄弱知识点提醒， 建议选择跟这些知识点关联的题型，并根据学习者的能力级建议其设定 针对学习者的试卷难度。策略可以保存起来以便学习者以后学习使用。 3 试卷生成。 系统根据学习策略提供的设定条件，作为试卷的约束条件，利用基于遗 传算法的选题策略在试题库范围生成一份符合策略的试卷。 4 学习者进行练习。 在前面生成试卷的基础上，学习者可以进入练习阶段。练习完毕后提交 答案。 5 系统记录。 系统对学习者客观题答案进行比对，主观题由教师用户批改，系统记录 知识点对错情况，并根据本次练习情况对学习者能力级进行更新。 第3 章系统的分析与设计 6 评价和反馈。 对学习者的学习过程进行诊断性和形成性评价，这一步结合( 2 ) 和( 4 ) 步。在学习者进行练习时，学习者可按照评价反馈项目进行策略参数设 置；学习者学习后的知识点对错情况以及表现出的学习者的能力级将在 策略生成时候得到反映。 图3 1 系统流程图 3 1 2 性能需求分析 本系统是针对广大的大学英语四、六级考生，考虑到学习者的分布性，本系 统采用b s 架构，不用下载客户端，在任何一台有浏览器的电脑上即可使用。性 能的需求方面主要有以下几点： 1 安全性。 保证访问的安全和数据库数据的安全性。 2 通用性。 由于目前浏览器标准的不统一，任何w e b 系统都要考虑浏览器的兼容。 本系统主要考虑i e 和f i r e f o x 下的兼容。 3 可扩展性。 由于四、六级考试题型的不断变化，系统应做到能增加新的题型和删除 过时的题型。 4 高效率性。 组卷算法的效率决定了学习者等待份试卷呈现的时间，应保证组卷过 程不要过长影响学习者学习积极性。 s 界面友好美观。 尽量保证试卷呈现和普通纸质试卷排版格式相同，使学习者达到实战练 习的效果，增加学习效率。 1 4 第3 章系统的分析与设计 3 2 系统设计 3 2 1 用户分析 根据功能需求分析，在本系统中设计有三类用户：系统管理员、教师和学生。 各用户的职责或权限为： 1 系统管理员：保证整个系统的正常运行和数据维护。负责数据库的各份 与还原，用户的信息管理，试题库的管理等。 2 教师：负责对学习者练习的主观题进行批阅，对已有试题进行编辑、复 制和更新，对学习者的学习记录进行查询和进行评价。 3 学生：可以进行在线练习和在线测试，由系统进行诊断性和形成性评价， 学习者可根据评价制订下一步学习策略。 3 2 2 系统功能设计 本系统按照用户角色主要分为三大模块：管理员模块，教师模块，学生模块。 图3 2 系统功能模块图 3 2 2 1 管理员模块 管理员模块是主要针对系统管理员的。管理员可以在这里对用户信息，试题 信息，试卷信息以及数据库数据操作等进行管理。 1 5 第3 章系统的分析与设计 系统管理：用户邮件服务，用户密码丢失查找，用户相关信息管理，系 统日志管理等。 题库管理：对试卷的基本题型，本系统的知识点的添加、编辑和删除等。 以及对已有试卷的查询，赋值，编辑和删除等。 题库更新：在试题库中试题经过大量使用后，更新题库试题参数。 3 2 2 2 教师模块 教师用户根据使用权力等级的不同，又分为：普通教师，特权教师和专家教 师。普通教师只有“在线阅卷”权力，特权教师有“在线阅卷”和“试题管理 权力，专家教师可以“在线阅卷”，“试题管理”和“统计分析”。其中： 在线阅卷：主要是对主观题进行阅卷，给出评分和教师评语。 试题管理：可以新建试题，对已有试题编辑，复制，删除。 统计分析：对学习者学习情况进行统计分析并给出适当的评价。 3 2 2 3 学生模块 学生模块是提供学习者进行练习，并基于学习记录对学习者进行诊断与反馈 的模块。学习者的学习是基于“策略 与“试卷 的方式，学习者根据系统诊断 出的能力值及认知结构等选择对应难度策略，较弱知识类型等生成“学习策略 ， 由策略生成练习用的“试卷”进行学习。本模块主要包括： 在线练习：学习者自主制订学习策略，选择适合自己认知特征的学习内 容进行练习。 在线测试：对学习者的能力等级进行评定或者是阶段性的对学习者的能 力进行测试。 成绩查询：对学习者进行能力和认知的诊断与评价。 3 2 3 数据库分析与设计 本系统的表集主要大致可以分为四类：系统用户信息表、试题库信息表、练 习自测信息表、统计分析表。 1 系统用户信息表。主要用于对用户登录信息，个人信息的管理，包括 t u s e r ，t u s e r p r o f i l e ，t u s e r m e n u ，t u s e r t i t i l e ，t l o g 表等。其中t u s e r 主要包括姓名、密码、e m a i l 、注册i p 地址、注册时间、最近登录时间 等：t u s e r p r o f i l e 主要包括用户性别、生日、地址、联系方式：t u s e r m e n u 1 6 第3 章系统的分析与设计 主要包括用户权限、m e n u 位置、导航u r l ；t u s e r t i t l e 包括用户权限、 权限名称等；t l o g 主要包括日志用户、日志i p 地址、日志内容、日志 时间。 2 试题库信息表。主要用于对试题内容的存储，试题关联的题型，知识点 的分类以及试题与分类的关系等。主要包括t p a r t t y p e ，t l t e m t y p e ， t i t e m b a n k ，t a b i l i t y t y p e ，t a b i l i t y d e t a i l e d t y p e ，t k n o w l e d g e p o i n t ， t a s s e s s m e n t l t e m ，t l t e m k n o w l e d g e p o i n t 等。其中t a b i l i t y t y p e ， t a b i l i t ) r d e t a i l e d t y p e ，t k n o w l e d g e p o i n t 三个表分别对应知识点三级分类； t p a r t t y p e 表存储试卷题型在p a r t 级别上的分类，包括听力理解、阅读、 完型填空、改错、翻译、写作等；t i t e m t y p e 保存在s e c t i o n 级别上的分 类，每个p a r t 类型下对应有若干s e c t i o n 类型。t l t e m b a n k 是保存试题内 容的，包含有试题内容以及各项属性，例如难度、区分度、效度等； t a s s e s s m e n t l t e m ，t l t e m k n o w l e d g e p o i n t 为试题与知识点的关联表，试 题与知识点存在一对多的关系，同一试题的每个知识点具有关联权重。 3 练习自测信息表。主要保存学习者在练习过程中的策略和试卷信息方便 其在后面学习中进行回顾。主要包括t p a p e r 、t p o l i c y 表。其中t p a p e r 主要包括试卷名称、创建者、内容、试卷描述等；t p o l i c y 包括策略名 称、创建者、内容、策略描述等。 4 统计分析表。主要用于对试题使用情况的统计分析，以改善题库性能。 主要设计到表t i t e m s c o l l e c t i o n ，t a s s e s s m e n t l t e m ，t p a r t t y p e ，t p a p e r ， t l t e m t y p e ，t l t e m k n o w l e d g e p o i n t 等。其中t l t e m c o l l e c t i o n 主要包括 用户i d 、试卷i d 、试题i d 、试题类型、正确率、使用时间等。 3 2 4 系统开发选用的工具和技术 3 2 4 1 系统的运行环境 本系统开发运行环境：w i n d o w sx p + i i s5 0 ，采用s q ls e r v e r2 0 0 5 。 系统开发黼浏览器服务器( b s ) 模式，如图4 叩饼示。 浏览器 刀卜、 服务器 g：j 幽3 3b s 模