（计算机应用技术专业论文）基于web的教学统计与评价专家系统的研究与实现.pdf

中文摘要 现代教育对于考试统计、 评价的规范化要求越来越高， 越来越细化的统计指 标被运用到了教学统计领域， 同时专家系统在各类评价系统中的应用也已日 趋广 泛和完善。 基于这样的背景，由天津市第一中学申 报立项， 承担了全国重点教学 科研课题 普通高中发展模式及课程设计与实施综合研究的子课题 关于对普 通高中考试评价规范化、 科学创新的探索与研究 。 本论文所提到我们研发的“ 基 于w e b 的教学统计与评价专家系统”即为该子课题的程序实现部分。 该系统借助现代计算机技术， 建立比 较全面的数据采集及数据处理系统， 对 每个学生的各项知识及能力等级加以 研究， 反馈教学信息， 并提出改进建议，以 评价教师的教学和指导考试命题， 学生也能就个人水平及存在问题进行查询， 以 求自 我完善。 整个系统分为基于b / s 模式的学生端和基于gs 模式的教师端， 学 生端主要用于学生及家长在互联网环境查询学习成绩以 及得到专家建议; 教师端 主要用于教师和学校管理部门对考试成绩进行测评、 统计以取得有效数据， 从而 指导下一阶段的教学。 由于本系统的成绩采集细化到了知识点级， 并且专家建议由专家系统推导而 来， 而目前国内的教学统计与评价系统多数都是简单的数据统计和给出一个结论 性的评价， 针对知识点的、网络环境的还比较少， 故该系统在国内尚属领先，并 具有较强的实用价值，目前，该系统己在天津市第一中学试运行。 本文就该系统的理论基础、 系统设计目标、 系统结构与模型、 系统实现技术、 系统测试与试运行情况子以描述，并就该系统的继续开发前景做了展望。 关键词: 基于w e b ， 教学统计与评价 ，专家系统 abs tract no r ma l i z e d d e ma n d o f mo d e rn e d u c a t i o n a b o u t s t a t i s t i c s a n d e v a l u a t i o n o n t e s t s n o w b e c o m e h i g h e r a n d h i g h e r . mu c h m o r e d e t a i l e d s t a t i s t i c a l i n d e x i n s t a t i s t i c a l e x t e n s i v e fi e l d o f e d u c a t i o n . m e a n w h i l e , e x p e rt s y s t e m i s u s e d们 o or e wa s u s e d -e a n dm or e a n d no . l mi d d l e p e r f e c t i n t h i s fi e l d . i n t h i s b a c k g r o u n d w e s t a r t t o r e s e a r c h . s c h o o l d e c l a r e s a n d e s t a b l i s h e s t h i s i t e m a n d u n d e r t n k t s t h e ma j o r a n d s c i e n t i fi c r e s e a r c h m a i n l y w i t h t i a n j i n n a t i - n a l i t s s u b p r o b l e m - - - - - - r e s e a r c h o n n o r m a l i z a t i o n a n d a c h i e v e m e n t o f t e s t i n h i g h s c h o o l . t h i s a rt i c l e m a i n l y d i s c u s s e s t h e p r o g r a m e ff e c t u a t i o n p a r t o f i t . wi t h t h e h e l p o f m o d e m t e c h n i q u e o f c o m p u t e r , t h i s s y s t e m e s t a b l i s h e s c o m p re h e n s i v e p ro g r a m o f d a t a c o l l e c t i n g a n d h a n d li n g , s t u d i e s i n e v e ry s t u d e n t s k n o w l e d g e a n d a b i li t y r a n k s . i t c a n f e e d b a c k e d u c a t i o n a l i n f o r m a t i o n a n d g iv e a d v i s e s f o r i m p r o v e m e n t s o a s t o e v a l u a t e t e a c h in g l e v e l a n d d ir e c t o n s e t t i n g a q u e s t i o n . s t u d e n t s a l s o c a n i n q u i r e o n t h e i r s t u d i e s a n d i n d i v i d u a l p r o b l e m s s o t h a t t o m a k e a p r o g r e s s . t h e w h o l e s y s t e m i s d i v i d e d i n t o t w o p a r t s : te r m i n a t o r o f s t u d e n t o n b / s a n d t e r m i n a t o r o f t e a c h e r o n c / s . t e r m i n a t o r o f s t u d e n t i s m a i n l y u s e d f o r s t u d e n t s a n d t h e i r p a r e n t s t o i n q u i r e t h e i r m a r k s and a s k f o r a d v i s e s fr o m e x p e rt s i n t h e i n t e rn e t . t e r m i n a t o r o f t e a c h e r i s m a i n l y u s e d f o r t e a - h e r s and s c h o o l m a n a g e m e n t t o t e s t a n d s t a t i s t ic s t h e r e s u l t s o f e x a m i n a t i o n s t o g e t t h e e ff e c ti v e d a t a and m a k e g u i d a n c e f o r e d u c a t i o n i n f u t u r e . t h i s s y s t e m i s d e s i g n e d i n d e t a il e v e n i n t o e a c h k n o w l e d g e r a n k . i t i s a r e d u c t i o n o f e x p e rt s y s t e m o n a d v i s e s o f e x p e rt s . i n o u r n a ti o n m a n y p re s e n t s y s t e m s l i k e t h i s a r e s i m p l y c o l l e c t i n g d a t a and m a k i n g a f i n a l c o n c l u s i o n . f e w a r e j u s t a s u s e f u l a s t h i s o n e . s o i t h a s m u c h m o r e p r a c t i c a l v a l u e t h an o t h e r s a n d i t i s i n t h e l e a d i n t h i s f i e l d . n o w i t i s i n p i l o t r u n i n t i an j i n n o . l mi d d l e s c h o o l . i n t h i s a rt i c l e t h e a u t h o r d i s c u s s e s t h i s s y s t e m a b o u t it s t h e o r e t i c a l b a s e s , s y s t e m d e s i g n t a r g e t , s y s t e m s t r u c t u r e a n d m o d e l , p r o g r a m e ff e c t u a t i o n , s k i l l s and t e s t and p i l o t r u n s i t u a t i o n . a t t h e s a m e t i m e s h e a l s o l o o k i n t o t h e f u t u r e o f i t s d e v e l o p m e n t p r o s p e c t . k e y wo r d s : b e b a s e d o n w e b , e d u c a t i o n a l s t a t i s t i c s a n d e v a l u a t io n , e x p e rt s y s t e m 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和取得的 研究成果， 除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人己经发表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 2 些色或 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了谢意。 学 位 论 文 储签 “ : 阅 僻签 字 m : w 7 , 、 年h广 日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解一 孟 生毛 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 。 特 授 权 2丝日些色可以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索， 并采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以 供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 签字日期:2 - 6 年 闷 2 一 . 导 师 签 名 : 入 可乙 曝 签 字 日 期 : ,a 0 0 、 年) 月 少日 天津大学硕士学位论文 第一章 引言 第一章 引言 随着现代教育对于考试统计、 评价的规范化要求越来越高， 越来越细化的统 计指标被运用到了教学统计领域， 同时专家系统在各类评价系统中的应用也已日 趋广泛和完善， 基于这样的背景，由 天津市第一中学申 报立项， 承担了 全国重点 教学科研课题 普通高中发展模式及课程设计与实施综合研究的子课题 关于 对普通高中考试评价规范化、科学创新的探索与研究 。该课题借助现代计算机 技术， 建立比 较全面的数据采集及数据处理系统， 对每个学生的各项知识及能力 等级加以 研究分析后， 反馈教学信息， 并提出改进建议，以 评价教师教学和指导 考试命题， 学生也能就个人水平及存在问题进行查询，以求自我完善。由于普通 高中的学科延续性较强， 又有着丰富的专家经验， 故该项目 在普通高中将会取得 较好的效果，有着较强的实用价值。本论文所描述的 基于 we b的教学统计与 评价专家系统的研究与实现 即为该子课题的程序实现部分， 该系统在目 前国内 基础教育领域中尚属空白。 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 第二章 课题研究现状及设计目 标 2 . 1 系统涉及的理论基础 2 . 1 . 1 教育测量、统计与评价 2 . 1 . 1 . 1 教育测量的含义及特点 教育测量， 就是针对学校教育影响下学生各方面的发展， 侧重从量上予以 确 定和描述的过程。 教育测量是为了了解学生的发展，尤其是为评定学习成绩而进行的测量活 动。 这是教育测量活动最原始的动机， 也是教育测量学科发展最早的立足点。 在 学校教育背景下， 通过课程、 教师和学生的相互作用进行教学， 无论是教育者还 是受教育者，都需要了解学生学习到什么，掌握程度如何，学习者有哪些变化， 学生的成绩和发展进步用什么方式加以考核记载， 所有这些基本的原始的教育需 要，都要借助于教育测量活动加以实现。 教育测量关注学校的教学效果，而教学效果是教与学双方共同作用的结果。 因此， 教育测量的结果在用于评定学生学习效果的同时， 还被用于了解教师的课 堂教学效果。一句话，教育测量反馈的是关于课堂教与学两方面的信息。 教育测量与物理量的测量相比，具有如下特点: 1 、教育测量具有间接性。教育测量所要测量的对象是学生对知识的理解程 度、 智力发展水平及才能等不易触及的心理品质。因此， 教育测量主要用于对学 生精神特性的测定， 而对精神特性的测定， 只能通过教育影响使学生从行为上表 现出来， 或根据学生对测验题目的反映， 运用推理和判断的方法去间接测定这些 行为属性。 2 、教育测量具有不确定性。指教育测量所使用的工具的单位和标准是相对 的。它主要表现在三方面: 第一，测量尺度的相异性;第二， 教育测量活动的不 宜复验性;第三，测量单u . 的相对性。 3 、教育测量具有明确的目的性。 教育测量既是检验教育教学成败的重要工 具，又是改进教育工作，提高教学质量的 保证。因此，教育测量的内 容、难度、 实施程序等都必须根据教育目的的要求，以教学大纲和教材内 容为依据来制定。 教育测量的最终目的是为了掌握学生在学业、 智力和思想品质等方面的情况， 了 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 第二章 课题研究现状及设计目 标 2 . 1 系统涉及的理论基础 2 . 1 . 1 教育测量、统计与评价 2 . 1 . 1 . 1 教育测量的含义及特点 教育测量， 就是针对学校教育影响下学生各方面的发展， 侧重从量上予以 确 定和描述的过程。 教育测量是为了了解学生的发展，尤其是为评定学习成绩而进行的测量活 动。 这是教育测量活动最原始的动机， 也是教育测量学科发展最早的立足点。 在 学校教育背景下， 通过课程、 教师和学生的相互作用进行教学， 无论是教育者还 是受教育者，都需要了解学生学习到什么，掌握程度如何，学习者有哪些变化， 学生的成绩和发展进步用什么方式加以考核记载， 所有这些基本的原始的教育需 要，都要借助于教育测量活动加以实现。 教育测量关注学校的教学效果，而教学效果是教与学双方共同作用的结果。 因此， 教育测量的结果在用于评定学生学习效果的同时， 还被用于了解教师的课 堂教学效果。一句话，教育测量反馈的是关于课堂教与学两方面的信息。 教育测量与物理量的测量相比，具有如下特点: 1 、教育测量具有间接性。教育测量所要测量的对象是学生对知识的理解程 度、 智力发展水平及才能等不易触及的心理品质。因此， 教育测量主要用于对学 生精神特性的测定， 而对精神特性的测定， 只能通过教育影响使学生从行为上表 现出来， 或根据学生对测验题目的反映， 运用推理和判断的方法去间接测定这些 行为属性。 2 、教育测量具有不确定性。指教育测量所使用的工具的单位和标准是相对 的。它主要表现在三方面: 第一，测量尺度的相异性;第二， 教育测量活动的不 宜复验性;第三，测量单u . 的相对性。 3 、教育测量具有明确的目的性。 教育测量既是检验教育教学成败的重要工 具，又是改进教育工作，提高教学质量的 保证。因此，教育测量的内 容、难度、 实施程序等都必须根据教育目的的要求，以教学大纲和教材内 容为依据来制定。 教育测量的最终目的是为了掌握学生在学业、 智力和思想品质等方面的情况， 了 天津大学硕士学位论文第二章 课题研究现状及设计目 标 解教育和教学的效果， 以 便合理地组织教育活动， 安排教学内 容， 改进教学方法， 贯彻因材施教，从而促进学生的全面发展。 2 . 1 . 1 .2 教育统计的含义和学科任务 教育统计是运用数理统计的原理和方法， 研究教育问题。 它的主要任务是研 究如何搜集、 整理、 分析由 教学调查和教学实验所获得的教学资料， 并以此为依 据， 进行科学推断， 揭示教育现象所蕴含的客观规律， 提供各种统计方法的应用 条件和统计计算结果的解释。 2 . 1 . 1 3教育评价的含义及特点 所谓教育评价是对教学效果进行的价值判断， 它是通过系统的测量， 收集 数据， 并对数据进行分析和评价， 从而对学生通过教学发生的行为变化予以肯定. 教学评价是一种宏观和微观的教育评价. 它是依据一定的教学目 标和标准， 对学 生的学和教师的教进行系统的调查， 并评定其价值的优缺点以求改进的过程。 它 具有以下特点: 1 、教育评价是一个复杂的活动过程: 2 、教育评价与教育目 标紧密联系: 3 、教育评价注重分析与诊断; 4 、教育评价强调被评价者的主动性。 2 . 1 . 1 .4 教育测旦、统计与评价的学科地位与作用 1 、 教育测量与评价是现代教育科学研究的三大领域之一。 2 0 世纪教育科学 研究发展迅速。 形成一个庞大的教育科学体系。 教育基本理论研究、 教育测量与 评价科学研究以及教育发展理论研究已成为现代教育科学研究的三大领域。 而教 育测量与评价又是教育科学体系中带有综合性、 技术性、实践性、 应用性等特征 的应用性学科， 是人们依据教育基础理论和教育规律来指导教育实践通常所依赖 的技艺与方法， 因此它在许多方面对体现教育科学学科的价值起着“ 代言人” 的 特殊作用。 2 、教育测量、统计与评价在教育改革中具有重要的作用。我们不只关心对 教育效果 ( 输出)的测量、统计与评价， 还关心对教育系统中“ 输入要素” 及过 程的评价。 我国政府近年来十分重视对各类学校办学水平的评估和对教育质量的 监控与评价。 在全面推进素质教育以及国家新一轮基础教育课程改革计划中， 教 育测量与评价的改革是个重要的组成部分。 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 3 、教育统计是教育科研定量分析的 重要工具。凡是客观存在的事物，都有 数量的表现。 凡有数量表现的事物， 都可以进行测量. 教育现象是一种客观存在 的事物， 它也有数量的表现。 虽然教育现象具有多变性， 而且引起它发生变化的 因素甚多， 难以准确地测量， 但是它毕竟还是可以测量的。 因此， 在进行教育科 学研究时， 在一定条件下， 是可以对教育现象进行定量分析的。 教育统计学就是 对教育问题进行定量分析的重要科学工具。 无论是教育调查， 还是教育实验， 都 需要用统计方法进行处理和分析。 特别是教育实验， 步步都离不开统计的方法和 原理。 4 、教育改革呼唤教育测量、统计与评价更加科学化。教育目 标的多样性， 必然要求教育测量与评价方法、 手段的多样化和科学化. 中共中央、 国务院1 9 9 9 年在 关于深化教育改革全面推进素质教育的决定中多处讲到考试、评估、评 价的改革问题， 要求加快考试制度、 考试方法、 考试内容、 评价方法和评价制度 方面的改革，提高教育测量与评价的科学化水平。 5 、教育测量与评价是教师的专业素养和能力。现代教育测量与评价的思想 方法对于教师创造性地教学、 因材施教、 提高教学质量具有重要的作用。 教育测 量与评价的知识是教师必备的专业知识修养; 评价学生的能力是教师职业能力的 重要组成部分。 在教育教学过程中，科学运用教育测量与评价的有关技术方法， 是所有成功教学的基础。 6 、教育统计学是定量分析科研报告的依据。对广大教育工作者来说，掌握 教育统计学可以 顺利地阅读运用统计方法进行定量分析的科研报告和文献， 从中 间接地学习国内外先进的研究成果。因为这些科研报告一般是用统计方法来表 述、 说明、 解释其研究成果的。 如果不了解统计学的术语及其所代表的统计过程 和意义，就无法领会其中的含义。 2 . 1 .1 . 5 教育测量、统计与评价的主要功能 1 、实现教育判断的功能。它是教育测量、统计与评价最基本、最原始、最 现实、最普遍的功能，它包括测量评定的功能、价值判断的功能、问题诊断的功 能、区分选拔的功能等。 2 、改进教师教学的功能。主要体现在了 解学生的起点行为、作为改进教学 的参考、 一 作为补救教与学的依据、确保教学目 标的达到这几点上。 3 、促进学生学习的功能。主要体现在激励学生的学习动机、帮助学生的记 忆和促进学生自 我评价几方面。 4 、行使教育管理的功能。教育测量、统计与评价具有教育管理的功能，这 是因为许多测量与评价方案是按照教育政策、 教育法规、 教育文件、 教育目标等 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 具体要求来设计的，体现了国家、社会、教育管理者等方面的意愿，具有控制、 指挥、 导向、 计划、 检查、 考核、 评估和监督等方面的作用， 行使了对教师的管 理、对目 标的管理、对过程的管理的功能. 2 . 1 .2 专家系统 2 . 1 .2 . 1 专家系统的定义 专家系统起源于 6 0年代末，是人工智能研究的一个重要应用领域。它主要 指的是一个智能计算机程序系统， 其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与 经验， 能够利用人类专家的知识和解决问 题的经验方法来处理该领域的高水平难 题。 也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统， 它应用 人工智能技术和计算机技术， 根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验， 进 行推理和判断， 模拟人类专家的决策过程， 以便解决那些需要人类专家才能处理 好的复杂问题。 简而言之， 专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机 程序系统。 专家系统的基本功能取决于它所含有的知识，因此， 有时也把专家系统称为 基于知识的系统 ( k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m ) 。 它的设计工作必须建立在对知识的 获取、表达和利用的基础之上。 2 . 1 .2 .2 专家系统的特点 与常规的计算机程序系统比较，专家系统具有下列特点: ( 1 )启发性 专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的，其问题求解 ( p r o b l e m - s o l v i n g )知识不仅包括理论知识和常识，而且包括专家本人的启发 知识。 ( 2 )透明性 专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以 便让用户了解推理过程，增大对专家系统的信任感。 ( 3 )灵活性 专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的能力，以及改 善非编程状态下的系统性能，即自学习能力。 ( 4 )符号操作 与常规程序进行数据处理和数字计算不同，专家系统强调符 号处理和符号操作 ( 运算) ，使用符号表示知识，用符号集合表示问题的概念。 一个符号是一串程序设计，并可用于表示习实世界中的概念。 ( 5 )不确定性推理 领域专家求解问题的方法大多数是经验性的;经验知识 一般用于表示不精确性并存在一定概率的问题。 此外， 所提供的有关问 题的信息 往往是不确定的。 专家系统能够综合应用模糊和不确定的信息与知识， 进行推理。 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 具体要求来设计的，体现了国家、社会、教育管理者等方面的意愿，具有控制、 指挥、 导向、 计划、 检查、 考核、 评估和监督等方面的作用， 行使了对教师的管 理、对目 标的管理、对过程的管理的功能. 2 . 1 .2 专家系统 2 . 1 .2 . 1 专家系统的定义 专家系统起源于 6 0年代末，是人工智能研究的一个重要应用领域。它主要 指的是一个智能计算机程序系统， 其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与 经验， 能够利用人类专家的知识和解决问 题的经验方法来处理该领域的高水平难 题。 也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统， 它应用 人工智能技术和计算机技术， 根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验， 进 行推理和判断， 模拟人类专家的决策过程， 以便解决那些需要人类专家才能处理 好的复杂问题。 简而言之， 专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机 程序系统。 专家系统的基本功能取决于它所含有的知识，因此， 有时也把专家系统称为 基于知识的系统 ( k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m ) 。 它的设计工作必须建立在对知识的 获取、表达和利用的基础之上。 2 . 1 .2 .2 专家系统的特点 与常规的计算机程序系统比较，专家系统具有下列特点: ( 1 )启发性 专家系统要解决的问题，其结构往往是不合理的，其问题求解 ( p r o b l e m - s o l v i n g )知识不仅包括理论知识和常识，而且包括专家本人的启发 知识。 ( 2 )透明性 专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以 便让用户了解推理过程，增大对专家系统的信任感。 ( 3 )灵活性 专家系统的灵活性是指它的扩展和丰富知识库的能力，以及改 善非编程状态下的系统性能，即自学习能力。 ( 4 )符号操作 与常规程序进行数据处理和数字计算不同，专家系统强调符 号处理和符号操作 ( 运算) ，使用符号表示知识，用符号集合表示问题的概念。 一个符号是一串程序设计，并可用于表示习实世界中的概念。 ( 5 )不确定性推理 领域专家求解问题的方法大多数是经验性的;经验知识 一般用于表示不精确性并存在一定概率的问题。 此外， 所提供的有关问 题的信息 往往是不确定的。 专家系统能够综合应用模糊和不确定的信息与知识， 进行推理。 天津大学硕士学位论文第二章 课题研究现状及设计目 标 2 . 1 .2 .3专家系统的组成 一个结构完整的专家系统通常由以下六部分组成: ( 1 ) 知识库 用以库存领域专家提供的专门知识， 并把获取的知识进行形式化 表达。 例如， 规划表示、框架表示、 逻辑表示和语义网络表示等。领域知识是按 一定的表示形式存放在知识库。 ( 2 ) 推理机 在一定的控制策略下， 识别和选取知识库中对当前问题的可用知 识进行推理， 也就是进行搜索寻找所需要的解。 推理机的控制策略通常有数据驱 动的向前推理和目 标驱动的向后推理方式， 及两者混合型的推理方式。 推理的组 织方式有: 循环逼近、聚焦结构、 深表层结构、 黑板结构、神经网络推理和不精 确推理。 ( 3 ) 知识获取 专家系统自动获取知识的能力， 称为学习， 即指系统通过一定 方式把领域知识转化为自己知识库中的知识的机制。 (4 ) 解释器 用于回答用户对系统的提问， 对系统的求解、 作出结论的过程和 系统当前状态提供解释、 说明。 它不仅能说服用户相信系统的推理， 也能帮助用 户来改进知识库。 ( 5 ) 界面 将设计者的输入信息转换成系统可以理解的内部形式， 同时把系统 的输出信息转换为用户能理解的表达形式。 k 6 ) 知识库管理系统 该系统主要用于对输入的知识进行语法检查， 检查与已 有知识的一致性; 或是提供对知识的检索， 其静态检索功能类似于数据库的功能， 而动态检索功能则要把推理过程中使用知识的情况显示出来。 2 . 1 .2 .4专家系统的结构 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 专家用户 人机接口 知识获取机构解释器知识库 管理系 知识库 推理机 图 2 . 1专家系统的基本结构 2 . 2 相关理论和相近课题国内外研究现状 2 . 2 . 1教育统计和评价 综观当今世界许多发达国家， 教育基本理论研究、 教育测量与评价科学研究 以 及教育发展理论研究已成为现代教育科学研究的三大领域。 在美国， 对教育测量与评价的理论研究轰轰烈烈， 其声势与规模超过教育科 学体系中其他一些研究领域，主要表现在: 第一， 创办了大量有关教育测量与评价方面的研究杂志， 如 教育测量评价 、 评价研究 、 教育评价技术 等， 对教育测验、 教育测量模型、教育评价的研 究活动可谓是十分活跃 第二，出版了大量有关教育测量与评价方面的学术著作与教科书， 如 教育 测量 、 教育评价 、 测验统计理论等， 有些著作一版再版:有些经典著作闻 名于世;有些研究成果的出版具有里程碑意义。 第三， 许多学术团体都加盟了对教育评价的研究， 成立了一 些全国性的教育 评价协会， 有组织的开展教育测量、 教育评价等方面的协作研究活动， 在全美乃 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 专家用户 人机接口 知识获取机构解释器知识库 管理系 知识库 推理机 图 2 . 1专家系统的基本结构 2 . 2 相关理论和相近课题国内外研究现状 2 . 2 . 1教育统计和评价 综观当今世界许多发达国家， 教育基本理论研究、 教育测量与评价科学研究 以 及教育发展理论研究已成为现代教育科学研究的三大领域。 在美国， 对教育测量与评价的理论研究轰轰烈烈， 其声势与规模超过教育科 学体系中其他一些研究领域，主要表现在: 第一， 创办了大量有关教育测量与评价方面的研究杂志， 如 教育测量评价 、 评价研究 、 教育评价技术 等， 对教育测验、 教育测量模型、教育评价的研 究活动可谓是十分活跃 第二，出版了大量有关教育测量与评价方面的学术著作与教科书， 如 教育 测量 、 教育评价 、 测验统计理论等， 有些著作一版再版:有些经典著作闻 名于世;有些研究成果的出版具有里程碑意义。 第三， 许多学术团体都加盟了对教育评价的研究， 成立了一 些全国性的教育 评价协会， 有组织的开展教育测量、 教育评价等方面的协作研究活动， 在全美乃 天津大学硕士学位论文 第二章 课题研究现状及设计目 标 专家用户 人机接口 知识获取机构解释器知识库 管理系 知识库 推理机 图 2 . 1专家系统的基本结构 2 . 2 相关理论和相近课题国内外研究现状 2 . 2 . 1教育统计和评价 综观当今世界许多发达国家， 教育基本理论研究、 教育测量与评价科学研究 以 及教育发展理论研究已成为现代教育科学研究的三大领域。 在美国， 对教育测量与评价的理论研究轰轰烈烈， 其声势与规模超过教育科 学体系中其他一些研究领域，主要表现在: 第一， 创办了大量有关教育测量与评价方面的研究杂志， 如 教育测量评价 、 评价研究 、 教育评价技术 等， 对教育测验、 教育测量模型、教育评价的研 究活动可谓是十分活跃 第二，出版了大量有关教育测量与评价方面的学术著作与教科书， 如 教育 测量 、 教育评价 、 测验统计理论等， 有些著作一版再版:有些经典著作闻 名于世;有些研究成果的出版具有里程碑意义。 第三， 许多学术团体都加盟了对教育评价的研究， 成立了一 些全国性的教育 评价协会， 有组织的开展教育测量、 教育评价等方面的协作研究活动， 在全美乃 天津大学硕士学位论 文第二章 课鹰研究现状及设计目标 至全世界都有较大的 影响。 其中规模最大的是由 美国1 2 个全国性的专廿织织于 1 9 8 1 年组织的美国教育评价联合委员会。该委员会经过五年的研究。制定并出 版了 有关教育计划、 方案、 资料的 评价标准， 使美国教育评价 ( 评估) 有丁 共同 的参照点。 从而“ 有 套便于在评价中交流与合作的 共同语言: 有一套通用的规 则可用来解决各种特殊评价问 题; 面对评价领域中的各种混乱思想， 有一个共同 的 概念体系: 有一个用于指导评价过程研究与发展的 实用定义; 有一个关于教育 评价发展情况的正式说法; 有一个专业评价者自 我约束并承担责任的基础: 而且 有助于提高教育评价领域的公众i u7 信度。 ” 除美国 外， 世界上许多国家如加拿大、日 本、 英国等都十分重视开展教育测 量与评价研究 并取得了大量成果. 许多国 家成立了 全国性的教育评价专业组织 或者积极参加国际性教育评价组织， 甚至联合国教科文组织和联合国开发计划署 也成立了若干个评价工作机构， 共同负责评价一批国际教育项目的实施成效。 这 其中最有影响的要数 “ 国际教育评估协会11 简称 l 4 e a )和 “ 国际教育成就评 价协会” ( 简称i r a ) . 国际教育评估协会( i a e a ) 于1 9 7 5 年在瑞士日 内瓦6 b ; r , 当时有 1 8 个国家参加， 其宗旨 是帮助世界各地的教育机构通过发展和应用评价 技术来提高教育质量和促进教育机会均等。 i a e a从它创立起就在世界不同地区 轮流举行过年会， 会议的主题都比 较明确， 交流与探讨了 有关国 家的商等教育入 学录取标准; 高等教育发 放毕业证书的标准: 教 育计划和教育系统的评价; 通过 教育评价来扩展各种机会等。 我国教育部考试中心等有关单位的人员曾多次 参加 l a e a国际年会。正八是个研究性强、组织较广泛、活动较频繁的国际性教育成 就评价组织机构。1 9 8 4年中国参加了i e a ,国内 有关人员多次参加了 基础教育 质量的国际性比 较研究协作， 其成果在有关国际性的会议或文件上发表， 使世界 上许多国家对中国基础教育的特色有了一定的了解。 此外， 国外教师教育普遍开设 教育测量与评价” 这类课程. 在许多经济发 达国家和地区， 虽然教师教育模式不一定相同， 但对所有想当教师的学生至少要 学习十门左右的 教育理论课程， 这一点 却是相同的。 例如， 德国文化教育部早在 1 9 9 4年就做出调整师范教育培养日 标及课程计划的决定， 要求师范生 “ 具有扎 实的文化基础， 系统的教学和教育 方面的知识与能力; 能承担分析学生的个性特 征， 正确评价学生， 指导与帮助学生等工作; 能够汗展教学改革和教学研究， 富 有创造性地开展教学 活动” 等。 再如， 美国 政府与各州教肖 当 局联手， 为建立严 格的、 高标准的、 多层次的教师资格证书制度， 为 提高教师的专业水准和职业声 望等， 近几年来都作了大量的建设性工作， 要求教师努力发展成“ 具有丰富的文 化底蕴， 养成学者的性格特点: 有高 度发展的口 头表达和书面表达技能; 发展理 解以及处理信息符号方面的技能 理解人与自然环境、 人与社会环境之间的关系: 天津大学硕士学位论文第二章 课皿研究现状及设计目标 善于选择和应用灵活的教学策略， 以讲授不断发展变化的教材内容: 还要学会正 确评价学生发展进步等方面的能力气 改革开放以来，我国的教育测量与评价理论研究和实践也取得了一定的进 展。教育统计、教育测量、心理测量、教育评价等课程得到恢复和一定的重视。 为了尽快缩短与国外的差距， 我国有关部门采取“ 请进来” 和“ 走出去” 的办法， 了解国外的科学发展动态， 翻译与编写了一些教科书， 以 适应高校教学与科研的 迫切需要。 与此同时， 在老一辈专家的带领下以 及有关部门的支持下， 国内一批 教学与科研人员大力开展考试学、教育测量、心理测量、教育评估、教育评价、 教育统计学的理论研究和实际工作， 成立了全国性的教育统计与测量、 心理测量、 教育评价、 考试学、 人才测评等学术团体，国家级地方政府纷纷建立有关考试机 构，创办多种期刊杂志， . 如 中国考试 、 中国高校招生考试 、 考试、目 标、 评价 、 考试研究 、 教育评价 、 中国高等教育评估 、 教育督导与评估 、 教育统计与测验 、 考试报 等， 促进了我国教育测量、 教育评价、 教育评估、 各类资格证书考试的理论研究与实际工作的发展， 体现了“ 教育测量与评价” 学 科重要的社会价值和应用领域。 2 . 2 . 2专家系统现状 2 .2 .2 . 1 新型专家系统的特点 ( 1 )并行技术与分布处理。 基于各种并行算法， 采用各种并行推理和执行技 术， 适合在多处理器的 硬件环境中工作， 即具有分布处理的功能， 是新型专家系 统的一个特征。 系统中的多处理器应该能同步地并行工作， 但更重要的是它还应 能作异步并行处理。 专家系统的分布处理特征要求专家系统做到功能合理均衡地 分布， 以及知识和数据适当地分布， 着眼点主要在于提高系统的处理效率和可靠 性等。 ( 2 )多专家系统协同工作。 为了拓宽专家系统解决问题的领域或使一些互相 关联的领域能用一个系统来解题，提出了所谓协同式专家系统 ( s y n e r g e t i c e x p e r t s y s t e m )的概念。在这种系统中，有多个专家系统协同工作。各子专家 系统间可以 互相通信， 一个 ( 或多个) 子专家系统的输出可能就是另一子专家系 统的输入，有些子专家系统的输出还可作为反馈信息输入到自身其先辈系统中 去， 经过叠代求得某种“ 稳定” 状态。 多专家系统的协同合作自 然也可在分布的 环境中工作， 但其着眼点主要在于通过多个子专家系统协同工作扩大整体专家系 统的解题能力，而不像分布处理特征那样主要是为了提高系统的处理效率。 ( 3 )高级语言和知识语言描述。 为了建立专家系统， 知识工程师只需用一种 天津大学硕士学位论文第二章 课皿研究现状及设计目标 善于选择和应用灵活的教学策略， 以讲授不断发展变化的教材内容: 还要学会正 确评价学生发展进步等方面的能力气 改革开放以来，我国的教育测量与评价理论研究和实践也取得了一定的进 展。教育统计、教育测量、心理测量、教育评价等课程得到恢复和一定的重视。 为了尽快缩短与国外的差距， 我国有关部门采取“ 请进来” 和“ 走出去” 的办法， 了解国外的科学发展动态， 翻译与编写了一些教科书， 以 适应高校教学与科研的 迫切需要。 与此同时， 在老一辈专家的带领下以 及有关部门的支持下， 国内一批 教学与科研人员大力开展考试学、教育测量、心理测量、教育评估、教育评价、 教育统计学的理论研究和实际工作， 成立了全国性的教育统计与测量、 心理测量、 教育评价、 考试学、 人才测评等学术团体，国家级地方政府纷纷建立有关考试机 构，创办多种期刊杂志， . 如 中国考试 、 中国高校招生考试 、 考试、目 标、 评价 、 考试研究 、 教育评价 、 中国高等教育评估 、 教育督导与评估 、 教育统计与测验 、 考试报 等， 促进了我国教育测量、 教育评价、 教育评估、 各类资格证书考试的理论研究与实际工作的发展， 体现了“ 教育测量与评价” 学 科重要的社会价值和应用领域。 2 . 2 . 2专家系统现状 2 .2 .2 . 1 新型专家系统的特点 ( 1 )并行技术与分布处理。 基于各种并行算法， 采用各种并行推理和执行技 术， 适合在多处理器的 硬件环境中工作， 即具有分布处理的功能， 是新型专家系 统的一个特征。 系统中的多处理器应该能同步地并行工作， 但更重要的是它还应 能作异步并行处理。 专家系统的分布处理特征要求专家系统做到功能合理均衡地 分布， 以及知识和数据适当地分布， 着眼点主要在于提高系统的处理效率和可靠 性等。 ( 2 )多专家系统协同工作。 为了拓宽专家系统解决问题的领域或使一些互相 关联的领域能用一个系统来解题，提出了所谓协同式专家系统 ( s y n e r g e t i c e x p e r t s y s t e m )的概念。在这种系统中，有多个专家系统协同工作。各子专家 系统间可以 互相通信， 一个 ( 或多个) 子专家系统的输出可能就是另一子专家系 统的输入，有些子专家系统的输出还可作为反馈信息输入到自身其先辈系统中 去， 经过叠代求得某种“ 稳定” 状态。 多专家系统的协同合作自 然也可在分布的 环境中工作， 但其着眼点主要在于通过多个子专家系统协同工作扩大整体专家系 统的解题能力，而不像分布处理特征那样主要是为了提高系统的处理效率。 ( 3 )高级语言和知识语言描述。 为了建立专家系统， 知识工程师只需用一种 天津大学硕士学位论文第二章 课题研究现状及设计目标 高级专家系统描述语言对系统进行功能、 性能以及接口 描述， 并用知识表示语言 描述领域知识，专家系统生成系统就能自 动或半自 动地生成所需要的专家系统 来。 这些包括自 动或半自 动地选择或综合出一种合适的知识表示模式， 把描述的 知识形成一个知识库， 并随之形成相应的推理执行机构、 解释机构、 用户接口以 及学习模块等。 ( 4 )具有自学习功能。 新型专家系统应提供高级的知识获取与学习功能。 应 提供适用的知识抽取工具， 从而对知识获取这个 “ 瓶颈”问题有所突破。 这种专 家系统应该能根据知识库中己有的知识和用户对系统的提问动态应答， 进行推理 以获得新知识，总结新经验，从而不断 扩充知识库，这即所谓自 学习机制。 ( 5 )引入新的推理机制。 现存的大部分专家系统只能作演绎推理。 在新一代 专家系统中，除演绎推理之外， 还应有归纳推理 ( 包括联想、类比等推理) ，各 种非标准逻辑推理 ( 例如非单调逻辑推理、加权逻辑推理等) ，以及各种基于不 完全知识与模糊知识的推理等等，在推理机制上应有一个突破。 ( 6 )具有自 纠错和自 完善能力。 自 动排错和自 我完善功能是新型专家系统设 计与实现的又一个追求的目 标。 为了排错必须首先有识别错误的能力