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基于c s 结构的试题库随机组卷系统的研究 摘要 试题库随机组卷系统是c a i 的重要组成部分之一，它的主要功用就是帮 助教师利用计算机进行信息化教学，其主要功能就是利用计算机对试题进行分 类管理及试卷的自动生成、输出、排版和打印等辅助工作。可大大促进教学信 息化、减轻教师工作量、提高教学效率、改善教学方法和增强教学质量等。本 文自行研究开发了基于面向对象和c s 结构的试题库随机组卷系统，并解决了 系统开发过程中的算法优化、试题输出和图形存贮等关键性技术。 本文首先分析了教育信息化的发展状况和内涵，并根据教学要求提出了系 统开发的结构和方案。从题库系统建设的内容出发，分析了试题选取标准对题 库系统建设的意义，并研究了题库的相关基础理论：试题的属性、试卷的组成 条件、试卷的测量指标以及试卷的编制等工作。其次，分析和介绍了系统开发 的相关技术：面向对象的方法、c s 结构、a d o 技术和数据库技术等。然后 在以上基础上提出了本系统的关键性算法一一多约束随机组题算法。并且对算 法进行了优化研究，重点研究了多约束条件下如何快速、安全抽取试题的算法。 再次，本文又阐述了系统开发中一些关键性技术：b l o b 大文件存取技术和 o l e 自动化接口技术等，b l o b 大文件存取技术主要解决了试题图形的存储与 提取，o l e 自动化接口技术主要解决了试题由列表信息转到w o r d 的方法。最 后，本文从模块化设计与实现角度进行了分析与概述，详细叙述了各模块的设 计思想、框架结构和程序实现等。 本硕士论文自行开发的试题库随机组卷系统在实际运用中，运行正常， 符合最初设计目标。对于实现教学效率，提高教学质量等方面具有重要意义， 可以减轻操作人员的劳动强度。提高工作效率。 关键词：面向对象，c s 结构，随机组卷系统，c a i r e s e a r c ho ns t o c h a s t i co b t a i n i n g - t e s ts y s t e mo ft e s td a t a b a s e b a s e do nc i i e n t s e r v e rs t r u c t u r e a b s t r a c t o b t a i n i n g - t e s ts y s t e mo ft e s td a t a b a s ei sa ni m p o r t a n tc o m p o s e dp a r to f c a i i t sm a i nf u n c t i o n 。w h i c hi n c l u d e st e s tm a n a g e m e n t ，o b t a i n i n g - t e s t s ，o u t p u t ， s e t t i n gl l pt y p e ，p r i n t i n g a n ds o o n ，c a nh e l p t e a c h e r st od o t e a c h i n g i n f o r m a t i o n i z a t i o nu s i n gc o m p u t e r t h es y s t e mi si m p o r t a n tt od e v e l o pt e a c h i n g i n f o r m a t i o n i z a t i o nq u i c k l y , t oa l l e v i a t ew o r k l o a d ，t oi m p r o v et e a c h i n ge f f i c i e n c y ， r e f o r mt e a c h i n gm e t h o d ，s t r e n g t h e nt e s tq u a l i t ya n ds oo n t h i sp a p e ri n t r o d u c e s t h es t o c h a s t i co b t a i n i n g t e s ts y s t e mo ft e s td a t a b a s eb a s e dt h em e t h o do f0 0 s d a n dc l i e n t s e r v e rc o n s t r u c t i o na n ds o l v e st h ek e yt e c h n o l o g i e s f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y s e s t h ed e v e l o p i n gs i t u a t i o na n dc o n t e n ta b o u t t e a c h i n gi n f o r m a t i o n i z a t i o n ，a n da d v a n c e st h es t r u c t u r ea n dm e t h o do fs y s t e m d e v e l o p m e n ti nt h ep r e s e n tt e a c h i n gc o n d i t i o n 。f r o ms y s t e m sc o n t e n tt h ep a p e r a n a l y s e si m p o r t a n c ea b o u to b t a i n i n gt e s ts t a n d a r da n dd o e sr e s e a r c ho nb a s i c t h e o r yo ft h ei t e m - b a n ki n c l u d i n gt e s ta t t r i b u t e ，t e s tc o n d i t i o n ，t e s tm e a s u r ea n d t e s t m a k i n g ，e t c s e c o n d l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e s a n da n a l y s e ss o m er e l a t e d t e c h n o l o g i e so ns y s t e md e v e l o p m e n t ，s u c ha sm e t h o do fo o s d ，c sc o n s t r u c t i o n a n ds oo n f r o ma b o v ea l lt h ep a p e rb r i n g sf o r w a r dt h ek e ya r i t h m e t i co nt h e s y s t e ma n dd o e sf u r t h e rr e s e a r c ho no p t i m i z i n ga r i t h m e t i cw h i c hh o wt oo b t a i n t e s tq u i c k l ya n ds a f e l y t h i r d l y , t h i sp a p e ra l s oe x p a t i a t es o m ek e yt e c h n o l o g i e s s u c ha ss a v i n ga n do b t a i n i n gt e c h n o l o g i e so nb l o b ，o l et e c h n o l o g i e sa n ds oo n ， w h i c hs o l v eh o wt os a v ea n dt a k et e s tp i c t u r e sa n dh o wt oo u t p u tt e s ti nw o r d l a s t l y , t h ep a p e ra n a l y s e sa n de x p a t i a t e sd e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h es y s t e m m o d u l e ，w h i c hi n c l u d ed e s i g nm e t h o d ，s t r u c t u r ea n dr e a l i z i n gp r o g r a m ，e t c a f t e rr u n n i n go ft h i ss y s t e m ，i tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt e r m so fr e a l i z i n g t e a c h i n ge f f i c i e n c ya n di m p r o v i n gt e s tq u a l i t y , e t c i tc a n a l s oa l l e v i a t et h el a b o r f o r c eo ft e a c h e r sa n di m p r o v et h ew o r ke f f i c i e n c y k e yw o r d s ：o b j c o t o r i e n t e d ，c ss t r u c t u r e ，s t o c h a s t i co b t a i n i n g t e s ts y s t e m ， c a i 图3 1 图3 - 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图4 1 图4 - 2 图4 - 3 图4 4 图4 5 图5 1 图5 2 图5 3 图5 1 4 图5 5 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 两层c s 结构 插图清单 中间部分结构1 9 三层c s 结构1 9 b s 体系结构 类与对象之间的关系2 4 数据库系统层次图2 7 d b m d 的工作模式图2 8 o d b c 的体系结构3 0 a d 0 体系结构3l 随机组题算法流程图。3 5 用n e w i d 函数实现随机3 6 优化算法流程图3 7 系统逻辑功能图3 9 试题库组题系统总体方案图4 l 系统维护模块流程图4 2 试题维护模块流程图 b l o b 数据存取的工作原理图4 7 利用二进制流实现操作b l o b 数据存取的工作原理图4 7 试题查询模块结构图 试题管理模块流程图5 2 试题选取标准模块总体设计流程图。5 4 试题属性 数据库中的表5 6 表2 - 1 表2 - 2 表2 - 3 表2 4 表3 4 表5 1 表5 2 表格清单 被试分数统计。 样题分数分区 9 l ：i q 的最大值与试题难度的关系。1 3 区分度与信度的关系1 4 分析和设计模型 f i k e 操作数的不同样式 试题信息表 2 5 4 8 5 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 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 金b g 王些鑫堂 或其他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谢意。 学位论文作者签名： 孩乳 签字日期i m e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金g b 王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金b 王些太堂 可以将学位论文的全部或部分内容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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：苏覆 签字吕期如9 年月乡日 导师签名； 筏耖扔 签字日期：功。7 年1 月；le t 篡篇船者7 蠢嘉：咿 通讯地址；，邮编：华善仞。fs 知吖帮扛7 【f 吩7 7 咿， 致谢 在硕士论文成稿之际，我首先要感谢我的导师郑红梅副教授，郑老师为 我倾注了大量心血郑老师严谨的工作作风、执着的学术追求，特别是对学科 发展超前的敏锐洞察能力，令我由衷钦佩。郑老师不仅在我理论学习和科研中 授业解惑，在日常生活中，郑老师也给了我极大支持和热情关怀。在此，谨向 导师表示衷心的感谢l 郑红梅老师对我研究生阶段的学习和论文撰写工作自始至终都倾注了大 量的心血，对我论文的选题、修改直至定稿都给予了精心的指导。在学业和生 活上，郑老师始终以一个长者和朋友的双重身份来关心帮助我，令我获益匪浅。 感谢金工教研室各位老师，他们在生活上和学业都给予我很大的帮助。 感谢刘莉，贾文友，朱迎春，解科峰，胡松涛，余宏涛等研究生，他们 都给了我无私的帮助和支持，在此向他们表示衷心的感谢l 最后，感谢我的父母和家人，感谢他们对我学业的关怀、支持和无私的帮 助，我将用以后的努力来回报他们l 作者：张克 2 0 0 7 年0 1 月 1 1 概述 第一章绪论 随着现代科学技术的发展，信息化已经成为现代社会发展的主要推动形 式，目前信息化建设席卷全球，遍布各个行业领域，有教育信息化、企业信息 化、政府信息化和农业信息化等。信息化成为了加快一个国家工业化和现代化 的必由之路，而对于发展中国家而言，信息化的建设尤为重要，以教育信息化 带动教育的现代化是实现我国教育的跨越式发展，推动高等教育大众化，建立 学习型社会，构建终身教育体系的重要途径。而知识的获取、科技的创新、技 术的迸步和国民素质的提高都是来自教育，教育是培养人才和输出人才的摇 篮。因此，教育的信息化必将对社会的发展和人类的进步带来革命性的风暴， 教育信息化具有缩短人才的培养周期、进行快捷的信息咨询和实现人才的多元 化培养等许多优点。 教育信息化是教育改革的重要研究内容，教育信息化包括：教学信息化、 培训信息化、考试信息化和教育资源信息化等多方面内容，而作为软件豹形式 主要包括：课件软件、试题库系统软件、教学管理软件和工具软件四种大的类 型【 考试信息化是教育信息化的重要组成部分之一，包括远程考试、局域网络 考试、自动组题以及单机自测等等。尤其是在构建试题、组题方面，采取传统 人工出题的方式，既浪费了大量的时间，又不能保证试题的可信度。而利用计 算机辅助教学c a i ( c o m p u t e r a i d e di n s t r u c t i o n ) 则能够节约时间、降低成本、 减少不必要的过程和难以避免的错误，从而提高了教学效率和增强了教学质 量。在c a i 中，自动组卷系统是其重要的组成部分之一，利用该系统可以实 现试题的随机抽取，并可以把随机抽取的试卷转入到w o r d 中进行试题的编排、 修改、打印等。而组卷系统的诞生是从计算机技术用于教学开始的，在上个世 纪6 0 年代初期，出现了包括考试系统、课表编排和教学管理系统等一些用于 教学的计算机辅助教学系统【2 】【3 1 。这些计算机辅助教学系统的出现使c a i 的雏 型已经基本显现，但无论是在发展的速度上还是在应用的范围上都算不上普 及，而作为一种教学信息化的源头，它在一定程度上具有重要的意义。随着社 会的进步，以及计算机硬件和软件的不断更新，计算机辅助教学的发展日新月 异，目前已经得到了广泛的应用，甚至在发达的地区和高校已经开始普及。而 题库系统的设计与发展是c a i 发展的重要标志之一。 题库系统是实现教考分离的重要途径之一，也是“教”与“学”效果最有 效的评价手段之一【4 1 。传统的教学是由任课老师自己出题对学生进行测验，这 样在很大程度上会出现任课老师考前画些重点，而学生临时突击的情况。在某 种程度上不能体现考试的公正性和公平性，并且会在一定程度上挫伤一部分学 生的学习积极性。而教学和考试分离则可以避免上述情况，并且可以无形的督 促教师认真备课、博览众书，从而增强了教师的积极性和创造性，同时也使得 学生在学习中全面学习、深入思考、减小了一些学生投机取巧的几率。 总之，高校和教育培训部门引入题库系统能够对教学质量和教学效率得到 良好的提高，从而提高了教育质量、减少了资源浪费、增强了工作效率、降低 了教师工作量、反馈了教学信息，并且促进教师合理地制定教学计划。 1 2 题库系统的国内外研究状况分析 题库是“按照一定的教育测量理论，在计算杌系统中实现某个学科题目的 集合”，它是遵循教育测量理论，在一定数学模型的基础上建立起来的一种测 量工具【5 】 6 1 。题库在教学实践过程中有很多特点，而管理上的特点和测量上的 特点较为突出，在管理上它可以实现数据管理的高效、经济、灵活和保密等优 势，在测量上能够实现高质量，高效率和高性能【7 j 。因此，利用计算机题库系 统可以实现试题考试的随机性、公平性、多态性和综合性，从而提高考试的可 信度和教学的质量 由于计算机技术、通讯技术、多媒体技术和远程网络技术的不断进步， 致使现代教育面临着机遇与挑战。机遇就是目前技术的发展已经很成熟，应用 范围也比较大，在一定程度上能够实现远程教学，多媒体授课等现代化教育方 式，给现代教育带来了广阔的发展空间。而挑战就是利用这些新技术需要大量 的资金投入，并且在实施的过程中还得承担一定的风险，能否在技术条件和经 济条件有所限制的情况下把现代化教育改革坚定的持续下去，这对我们来说是 一种挑战。 当前，越来越多地国家把现代教育的发展放在至关重要的位置。8 0 年代 以来，以美国为代表的发达国家不断增加教育资金的投入，加大力度进行改革 和尝试，使得教育技术手段日趋现代化。在广泛进行教育改革的同时，题库建 设无疑是改革中的一个重要环节。这是因为随着社会的发展，大规模的标准化 考试越来越多，参加考试的人数也越来越多，比如：美国的g r e 、托福等考 试，这些考试为了鉴别和选拔人才，需要每次考试最终的结果在一定的正态分 布范围内，这样才能客观、准确、公平、高效率地体现一个学生的知识水平和 能力素质。同时这些考试又是考生众多、次数频繁、并且要有很强的可比性， 在这种情况下题库建设尤为显得的重要。在发达国家基本都建立了自己完善的 题库系统，这种系统大体分为单机型、局域网型和广域型等题库系统。目前广 泛采用的题库系统是局域网型和广域型题库系统。因为随着参加人员的不断增 加，不可能使得每台计算机都装一个系统来完成试题的抽取与收交。而用一台 计算机作为服务器进行统一控制，这样不仅可以实现参加考试人员的不断增加 2 的需要，还能进行试题的统一管理、统一控制。作为广域型题库系统随着 i n t e r n e t 技术的不断进步而不断流行，但从保密和稳定上考虑，局域网型题库 系统更流行，也更能得到师生的喜爱。本文主要论述的是基于c s 结构的局域 网型题库系统。 在我国，由于技术相对落后，题库的研究相对国外有所滞后，8 0 年代初， 试题库系统的研究才有所开始，而这个时候重点是在一些科研单位和高校进 行，并且所开发的系统安全性和规范性都很差，没有设立专项资金进行系统的 资助和研究。到了1 9 9 0 年，由国家教委考试管理中心牵头，率先在我国召开 了第一次教育考试理论研讨会。在总结了各地题库建设的经验和不足的前提 下，提出探索性的建立符合我国教育考试实际情况的题库理论和方法。在这次 会议之后，工科大学物理试题库、高等数学识题库等开始进行一期工程的研究 与开发，而这个时候的研究基本上是基予单机版的题库系统开发，功能上相对 也不是很完善，虽然在全国多所高等学校中推广使用，但效果不是很理想。到 了1 9 9 3 左右，工科大学物理和高等数学等的二期工程建设完成。在二期工程 的基础上，使题库建设取得了较大进步。到了9 0 年代中后期，试题库系统基 本成熟，这个时候重点转入研究通用试题库系统，而技术上则是基于c s 模式 和b s 模式进行展开研究与开发。到目前为止，题库系统大体分为三种设计模 式：基于c s 模式的题库系统，基于b s 模式的题库系统以及基于c s 模式和 b s 模式的混合编程系统。由于这三种模式由各个的优缺点，比如；基于b s 模式的题库系统安全性不能得到保证，基于c s 模式和b s 模式的混合编程 系统由于目前技术尚不完善，其稳定性不能得到保证。因此，从安全性和稳定 性上考虑，本文采用了基于c s 模式的题库系统。 1 3 论文的选题背景及研究内容 1 3 1 选题的背景 本课题来源于合肥工业大学工程训练精品课程基金项耳。本文主要阐述了 该基金项目的一个重要的组成部分一一题库系统的研究与开发。由于近年来高 校招生规模的不断扩大，教学任务的日益繁重，使得教师的工作量也越来越大。 目前我校在校本科生有近三万人，每年参加工程i j i i 练的本科生有5 0 0 0 多人， 加上材料成形技术为开放课程，教学工作量大、教后任务繁重，目前我校金工 教研室还没有套符合本课程教学需要的题库系统。因此，急需要一个稳定、 可靠、快速和方便的题库软件系统，从而来提高教学的质量。基于此，我们自 行研究和开发了该试题库随机组卷系统。 1 3 2 课题的研究内容 本课题主要研究了题库系统框架的构建，以及在构建整个系统框架之后的 各个模块的设计。从而设计出符合本教研室所需要的一个功能齐全的试题库随 机组卷系统。试题库随机抽取系统是一个典型的m i s 系统，它所实现的基本 功能就是把数据库中的试题在一定约束条件下随机抽取出来以及快捷方便的 对整个试题进行管理。在抽取试题过程中可以设置一些约束属性，例如：题型、 章节和难度等。因此在设计该系统时主要实现以下功能和要求：如何建立数 据库，使得试题按照一定的条件存储进去。如何调用数据库中的试题。如 何实现随机调用，并且保证试题不重复。如何输入、输出试题。如何实现 带有图片试题的输入输出问题。如何实现试题的有效选取。 鉴于以上分析，本文在在试题库随机组卷系统的总体设计与方案下，实现 了以下功能： l 、建立数据库，在数据库中建立6 个表，分别是试题内容表、临时试题 表、试卷表、试题图形表、试题答案图形表和用户信息表。 2 、在调用数据库时，首先调用试题内容表，然后把试题放到临时表中， 最后按照一定的格式( 题号、分值和顺序等) 存储到试卷表中，最终把试 题从试卷表中输出。 3 、对于输出有两种形式，一种是直接通过l i s tc o n t r o l 进行试题列表显 示显示，但由于在这个控件中不能实现编辑，打印的实现也很困难。因此， 又采用了另外一种方法：调入w o r d 中，由于w o r d 是一个通用软件，该软 件具有编辑、排版以及打印等强大功能，因此调入w o r d 中是设计该系统的 一个重点 4 、实现图形的输入、输出。该功能也是本系统的重要设计思想之一，由 于利用a d o 技术可以实现b l o b 大文件的方便读取，因此采用流的思想 对图形进行输入输出。在技术上由于利用流不能在w o r d 中输出，从而利用 剪切板技术进行上述问题的处理，把流文件转化为b i t m a p 类型，然后放到 剪切板上，最后在w o r d 中输出。 5 、实现试题的快速随机抽取。在调用数据库时，由于是从题库中随机抽 取试题，因此如何实现随机调用，并且保证随机的试题不重复，这也是本 系统的重点。 6 、实现了试题选取标准的计算，主要是在选取试题库试题时的信度、效 度、区分度和难度测量计算功能。从而为保证输入高质量、高效率的试题 打下的基础 本文主要是以v i s u a l c + + 6 0 为开发工具，以a d o 为主要数据库访问技术， 研制开发的一个基本c s 结构的试题库随机组题系统。 4 1 a 课题研究的意义及本文的主要工作 1 4 1 课题研究的意义 1 、c a i 意义 研究试题库随机组卷系统主要目的就是辅助教学，从而实现教育信息 化。本系统对计算机辅助教学有着一定的意义，因为题库系统是计算机辅 助教学的一个重要组成部分之一，而目前虽然有很多题库系统，也有一些 通用的题库系统，但能够实现快速、稳定、保密、实效和经济的题库系统 很少。一定程度上题库系统的建设还在发展中，在这个发展阶段还需要投 入大量的研究与开发，而本系统的研究与开发在速度和稳定性能上给今后 题库系统开发提供一些技术参考，它使c a i 的普及有着更广阔的空间。 2 、理论意义 本系统提供了试题库随机组卷系统的设计思想与方法，并且设计了系统 框架和各个模块，为题库的发展和研发提供了一个重要资料。题库系统的 发展是随着计算机硬件和软件的发展而不断变化与更新的一个信息管理系 统。这样就需要在不同的时期有不同题库系统的更新与发展，并为以后新 的系统开发提供资料和参考。 1 4 2 本文完成的主要工作 作者在进行基于c s 结构的试题库随机组卷系统的研究过程中主要完成 了以下工作： l 、试题的分析与测量 利用数理统计原理对试题进行理论分析，主要是从试题本身的属性以及试 题所要测量的等级上进行分析与说明，以便进行科学的试题筛选与录入等工 作另外，本系统也实现了试题的测量功能，主要有信度计算、效度计算、难 度计算和区分度计算等。 2 、数据库的设计 在对试题属性进行分析之后，确定数据库设计算法，以便用于试题的分类 录入。在进行数据库设计时主要进行了数据库内表关系的分析与建立和数据库 表信息的定义等工作。 3 、系统框架设计以及各个模块的设计 利用面向对象的方法对系统框架进行设计，并在框架确定之后，进行各个 模块程序的开发。系统框架设计从总体上是由7 个模块组成的，分别是系统维 护模块，试题维护模块、试题查询模块、试卷管理模块、答案管理模块、打印 模块和试题选取标准模块。 4 、确定各个模块的程序实现 在进行各个模块的总体设计之后就可以进行模块的程序实现，在进行程序 实现时，主要从程序语句的优化性、可移植性和快速性方面进行分析、设计与 实现。 5 、核心模块算法的实现 试卷管理模块是该系统的核心模块，该模块实现了试题的随机抽取和试题 的输出，对该模块的算法必须进行优化设计，才能使试题快速、稳定的输出。 本文主要是利用基于多约束优化算法进行该模块设计 6 、图形和w o r d 输出 本系统解决了图形信息的输入，输出在排版上，本系统主要探究了如何 使得文本信息和图形信息输出到w o r d 中，从而解决了图文并茂的输出效果。 6 第二章题库系统的试题选取标准 2 1 试题选取标准对题库系统的意义 大规模的测试应用范围广、实施周期短，对试卷的需求也比较频繁。如 果每次对试卷进行滴时的组题编写，不仅耗费人力物力而且所实旌的效果也不 高。为了解决这个问题，我们最有效的办法就是建立一个题库。在这个题库里 面搜集大量的试题，以便试题测试时进行试题的选取。 而一个题库并不是一个简单的试题集合，如果对于任何试题不加分析的 进行收录，这个题库充其量只能算做一个“题集”而不是题库。所以，必须要 对题库中的试题进行研究与分析，并且通过一定的标准进行试题的筛选，从而 建立高质量的题库系统。 一般情况下，一个高质量的题库系统应具备以下几个特点： l 、所选试题应基于一种科学的试题测量理论。 2 、题库应储备足量的试题数量，所有试题应分类明确，技术参数完备。 3 、题库内部结构层次清楚、分类严禁和试题检索方便。 4 、题库管理方便、可控性强、保密度高和易于维护更新。 通过上面分析可知，进行题库系统的建设首先应该选定一种构建题库的 测量指导理论。没有科学的测量理论作为指导，就难以合理规划题库结构、难 以科学制定选题原则、难以建成高质量的题库、也不能按测验原理从题库中有 目的地选择试题组拼出质量符合要求的标准化试卷。 2 2 试题选取标准的相关试卷理论基础 试题库系统是以试题中心，以最终生成试卷为目的一个随机测量系统。 因此，在建立该系统前，必须对试题、试卷、考试等的相关理论基础做必要的 分析，并在此基础上抽象出题库系统建设框架理论，从而进行进一步的开发与 研究。面对试题进行分析就必然与测量相联系，教育测量就是根据教育目标的 要求，按照一定的规则对教育活动的效果加以数量化测定的过程。教育测验是 教育测量的主要手段。在编制或选用测验时，应慎重考虑它是否符合良好测验 的条件良好测验的条件通过良好测验所具有的特征反映出来。，良好的测验应 具有以下基本特征：信度、效度、难度、区分度和实用性【l 们。 因此，本试题库试题的选取应该严格按照测验所得出信度、效度、难度、 区分度和实用性进行选取，以提高题库系统质量。 2 2 1 试题的信度 试题测验的信度( 也称为试卷的可靠性) 是一种反映测量一致性的重要指 标之一，是指测验能否稳定反映考生实际水平的程度【1 1 】。如果某学生在连续 7 两次或多次测验中的得分相一致，或某一班级在连续两次或多次测验中的得分 很接近，也很稳定，那么就会具有比较高的相关性，对于这类测验就可以称为 高信度的测验。如果用可靠性来表示测验的结果的话，可靠性好的试题，其信 度也很高。根据计算方法，可将信度分为再测信度、复本信度和内部一致性信 度等。信度是良好测验的必要条件，但不是充分条件【”】。 在对信度进行估算的时候一般采用相关系数h 来进行分析计算，即：用相关系 数的大小来表示一致性程度的高低。例如：在某次测验后，对其成绩的统计结 果进行估算，其估算结果的相关系数越大，则所测试的信度就越高；估算结果 的相关系数越小，则所测试的信度就越低。对于信度的计算可以用积差相关系 数公式进行计算，由于测量目的不同，公式的条件也有所不同，基本可分两大 类：一类是跨时间和跨类型，另一类是相同时间和类型，下面具体进行说明 1 1 2 1 1 3 1 1 1 4 】【i5 1 。 l 、跨时间和跨类型的信度估算方法 对于前面所讲的再测信度和复本信度属于跨时间和类型的信度计算，它们 的主要特点就是，对于一种测试，所取不同时间的参数，然后对其计算。再测 信度的计算模型是： 适当时间间隔 测验王叶测验t 其中王是指某套试题在某一时间所测验的结果统计，t 2 是同样的试题在一 定的时间间隔后再次测验所得到的统计结果。 复本信度的计算模型是： 适当时间间隔 测验瓦一测验t ， 其中王是指某套试题在某一时间所测验的结果统计，t 某一套同样难度的 试题在一段时间间隔后测验所得到的测验结果的统计 上述两种方法是根据积差相关系数进行计算的，其公式如下： = 其中：r 。为试题相关系数； n 为被测试的样本的长度； x 为第一次测验个体分数的集合； y 为第二次测验个体分数的集合 下面以教研室工程训练课程的某两次考试成绩进行测量，取1 4 名同学进 行计算，第一次测验的个体分数集合为x a ( i ) ；适当时间间隔后，让这1 4 名同 学再次进行试验，得分为y b ( i ) ，这里i _ 1 ，2 ，1 4 ，如表2 - 1 所示。 表2 - l 被试分数统计 被试对 x ( i )y b ( i )x 2 ( i )y b 2 ( i ) x a ( i ) y b ( i ) 象 l6 06 53 6 0 0 4 2 2 53 9 0 0 28 07 86 4 0 06 0 8 46 2 4 0 34 04 51 6 0 02 0 2 51 8 0 0 46 06 63 6 0 04 3 5 63 9 6 0 57 06 74 9 0 04 4 8 9 4 6 9 0 64 55 02 0 2 52 5 0 0 1 8 0 0 75 95 83 4 8 13 3 6 43 4 2 2 86 87 04 6 2 44 9 0 0 4 7 6 0 97 57 65 6 2 55 7 7 6 5 7 0 0 1 0 8 0 8 26 4 0 0 6 7 2 46 5 6 0 1 1 6 0 6 63 6 0 04 3 5 6 3 9 6 0 1 27 06 74 9 0 04 4 8 9 4 6 9 0 1 34 55 02 0 2 52 5 0 02 2 5 0 1 45 95 83 4 8 13 3 6 43 4 2 2 x - - 8 7 1y = 8 9 8x 2 = 5 6 2 6 1 y 2 = 5 9 1 5 2x y = 5 7 6 0 4 把以上数据代入积差相关系数公式可得： l 矗2 1 4 x 5 7 6 0 4 - - 8 7 1 x 8 9 8 一而覆冠荐雨霞茹丽覆雨露i i 雨翥 = o 9 6 8 查相关系数检验表得：r 0 2 ) o o l = 0 6 6 1 ( 这里显著性水平a = 0 0 1 ，观测值为1 4 ) 由于 f 。= o 9 6 8 0 6 6 1 ，因此两次试验的信度系数高，这说明该测试试题信度 高 2 、相同时间和类型的信度估算方法 相同时间和类型的测量方法是引入内部一致性系数进行计算，内部一致性 系数是同一测验的两部分得分的相关系数。其估算方法有两种：分半信度法和 库德理查逊公式法。 分半法是将一个测验分裂为两个假定相等而独立的部分来记分，通常以项 目的奇数为一组，偶数为另一组，不宜将前后两部分分组。分组之后，求其两 组分数的相关系数，最后用斯皮尔曼一布朗( s p e a r m a n b r o w n ) 公式校正，以 9 求得整个测验的信度系数。这里之所以要用斯皮尔曼布朗公式校正是因为测 验的长度对信度的大小有一定影响，测验越长，信度越高。其计算过程如下： ( 1 ) 计算出每个被试的奇数题和偶数题总分数x 和y ； ( 2 ) 求出分半后两部分( 用a 和b 来表示分半后两部分成绩) 的相关系 数，用下列公式计算； k 2 ( 3 ) 用斯皮尔曼布朗公式校正其公式如下： ，：三r 业 l 式中： k 为校正后的信度系数； 为分半信度系数。 2 2 2 试题的效度n 1 i 1 1 6 1 效度是衡量试题测验有效性的基本指标。试题测验的有效性，是指测验能 真实地测量出要测量的特征程度。它是为特定的目的服务的，效度不是系统误 差或者随机误差，而是观察值之问的差异所反映的对象之间被测特性的真实差 异的程度。效度总是与测验目标密切相关的。效度估算与效度的类型相关，目 前，不同学者对效度测量的类型有不同的分类方法。一般情况下分为；内容效 度、结构效度和效标关联效度 内容效度是指测验内容对所要测验的全部内容的取样代表性程度，而所谓 的取样代表性就是测验题目能最大限度地代表欲测的内容范围。因此，测验内 容范围明确和取样具有代表性是测验具有较高内容效度的必要条件。内容效度 主要是考查学生学业成绩测验的有效性，因为它主要是依据教学大纲进行测验 内容的确定。内容效度的估计方法主要有逻辑分析法和统计分析法。逻辑分析 法侧重于教材内容、教学大纲的范围以及教学目标分析等，检查测验内容究竟 在体现教材内容和教学目标方面达到多大程度。统计分析法主要是采取分析手 段来描述测验的内容效度。统计分析法主要有克龙巴赫法、评分一致性考查法 和前后测比法等几种方法。 结构效度是指一个测验实际测到所要测量的理论结构和特质的程度，或者 说它是指测验分数能够说明心理学理论的某种结构或特质的程度。所谓结构主 要是指心理学理论所涉及的抽象而属假设性的概念和特质的变量，如智力、行 为习惯等 效标关联效度是指测验分数与作为效标的另一独立测验结果之间的一致 性程度，一般用本测验与效标测验去测同一组被试得到的两组分数的相关系数 表示。所谓效标是指衡量一个测验是否有效的外在标准，它是独立于测验并可 以从实践中直接获得的我们所感兴趣的行为。一般情况下，效标关联效度是由 同时效度和预测效度两种情况组成的。同时效度是一种测验的结果与另一大约 同时获得的测验结果之间一致性；预测效度是测验分数与将来的效标之间相关 的相关程度 计算效标关联效度的常用计算方法是相关法。即计算某次考试所得分数与 同类测试效标之间的相关系数，而所得的相关系数即为效度系数。这也是计算 效度的常用公式，其计算公式如下： r = 其中：r 为效度系数，- l ( r l ； x i 为某次考试第i 个考生的考试分数； 叉为某次考试所有考生分数的均值； y i 为标准考试的第i 个考生的考试分数； i 为标准考试的所有考生分数的均值。 2 2 3 试题的难度1 1 2 1 1 q 难度是指测验试题的难易程度。一般以能够正确回答试题的人数与参加测 验的总人数之比。难度是分析试题质量高低的重要依据之一，试题难度对试题 测验的信度和效度都会产生壹接的影响。 难度的计算与测验项目的类型相关，因此计算时分为客观性试题难度和主 管性试题难度两种。客观性试题难度计算是根据通过率来进行计算的，整卷通 过率越高试题的难度越小，反之整卷的通过率越低试题的难度就越高，其计算 公式如下： p ：= r n 其中：p 是难度值： r 是答对题的人数； n 是参加测验的总人数。 另外，主观性试题的难度计算主要是通过整个试卷的平均得分率来计算，其 计算公式如下： p ：羔 k 其中：p 是难度值； 石是测验评价得分； k 是该项目满分 下面分析一下项目难度对测验质量产生的影响： 1 、难度对试题测验鉴别力的影响 试题测验的主要功效就是区分考生的能力水平，即考查学生对知识点的 掌握、理解、记忆和应用能力。适宜难度可以区分考生的能力差异，从而提高 测验的质量。试验表明：当难度系数为l 和o 时，都不能对考生进行很好的区 分一般情况下，项目难度在o 5 左右时，测验得分的方差才可以达到最大值 方差越大。测验鉴别力越明显。 2 、难度对试题成绩分布的影响 题库里面的试题应该具有一定离散程度，不能出现正偏态分布和负偏态分 布。所谓正偏态分布就是试题测验的项目难度值越小，测验项目的难度就越大， 测验分数越集中在低分组，其分数分布越呈正偏态分布；所谓负偏态分布就是 项目的难度值越大，难度就越小，测验分数就越集中在高分组，其分数越呈负 偏态分布。 3 、难度与测验目的的关系 项目难度应根据测验目的来确定，不能认为任何测验项目都保持在o 5 最好，事实上项目测验应在o 6 0 8 之间比较好。 2 2 4 试题的区分度i l l i l l 2 l 【”i 区分度是试题测验对考生实际水平的区分程度，区分度是测验项目分析的 重要内容。是衡量题目质量的一个重要指标。区分度越高，该题目在检测中的 效用越大，它是筛选试题的主要指标与依据。 区分度的取值范围在- 1 0 0 和+ 1 o o 之间，如果用q 来表示区分度的话，则一1 o o q 应用程序 斟数鬻i 剧竺 图3 - 7d b m d 的工作模式图 从上图可以看出，用户对数据库进行访问和定义是由数据库管理系统来进 行完成的，数据库管理系统负责把应用程序的数据请求带到外部级，概念级和 内部底层，从而控制存储器的数据。 常见的数据库管理系统有：o r a c l e 、m ss q ls e r v e r 。其中o r a c l e 是由 o r a c l e 公司推出的关系型数据库管理系统，它具有良好的可移植性和兼容性。 m ss q ls e r v e r 是由m i c r o s o f t 公司研制的高性能关系型数据库，m ss q ls e r v e r 具有友好的用户查询功能、强大的数据检索功能、安全的数据库功能和易于维 护等特点 3 4 3s q l s q l 是s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ( 结构化查询语言) 的缩写。s q l 是专 为数据库而建立的操作命令集，是一种功能齐全的数据库语言。在使用它对， 只需要发出“做什么”的命令，“怎么做”是不用使用者考虑的。s q l 功能强 大、简单易学、使用方便，已经成为了数据库操作的基础，并且现在几乎所有 的数据库管理系统均支持s q l ，例如：o r a c l e ，f o x p r o ，s y b a s e 和s q ls e r v e r 等。 s q l 语言主要是由三部分组成的：数据定义语言( d a t ad e f i n i t i o n l a n g u a g e ：d d l ) 、数据控制语言( d a t ac o n t r o ll a n g u a g e ：d c l ) 和数据操作 语言( d a t am a n i p u l a t i o nl a n g u a g esd m l ) 。d d l 语句主要用于定义数据表、 索引和数据库关系，其基本语句有：c r e a t e ( 创建) 、d r o p ( 撤消) 等；d c l 语句主要用于控制对数据的访问权限，保证数据的完整性，其基本语句有： g r a n t ( 授权) 、r e v o k e ( 收权) 等；d m l 语句主要用于对数据表中存储的信息 进行选取、排列、求和、计算等查询和数据更新功能，其基本语句有：s e l e c t ( 查询) 、i n s e r t ( 插入) 、u p d a t e ( 更新) 、d e l e t e ( 删除) 等。 s q l 的主要特点有： l 、统一