（系统工程专业论文）基于Internet的题库系统实现及组卷研究.pdf

东北大学硕士学位论文 基于i n t e r n e t 的题库系统实现 及组卷研究 摘要 由于标准化考试的实施与推广，许多中学、大学甚至考试机构都已 经建立了自己的题库。随着计算机技术和网络技术的飞速发展，使得标 准化考试、远程教育有了广阔的发展舞台，促进了教育技术、教育方式 的改革。网络题库系统的实施为提高教学质量、科学测量学生知识掌握 程度提供了一种手段，同时所实现的远程测试功能为远程教育建立了环 境。 本文以沈阳英才专修学院题库网站的建设为背景，以计算机基础课 程的试题为实例，利用科学的题库建设方法，通用的网站开发模式开发 了基于i n t e r n e t 的题库系统。还提出了题库网站安全保障的几个方面。 本文还以科学的建库理论为指导，提出了标准化题库的数学模型与 组卷问题的数学模型，并对题库建设的热点问题自动组卷方法进行了研 究，通过对随机法组卷、回溯法组卷、遗传算法组卷的特点进行比较， 选择了利用遗传算法。根据组卷的特点提出了合适的编码方式和遗传算 子，较好的解决了组卷问题。最后利用先进的j s p 技术和m i c r o s o f ts q l s e r v e r2 0 0 0 数据库技术实现了基于i n t e r n e t 的题库系统。 关键词：远程教育、题库系统、建库理论、组卷问题、遗传算法 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e a l i z a t i o ne x a m p o o lb a s e do ni n t e r n e t a n dr e s e a r c ho i lc o m p o s i n g p a p e r s a b s t r a c t b e c a u s eo ft h ei m p l e m e n t a t i o na n dp o p u l a r i z a t i o no ns t a n d a r d i z e dt e s t ，a l o to fm i d d l es c h o o l s ，u n i v e r s i t i e se v e ne x a m i n a t i o na g e n t sh a v ea l la l r e a d y s e tu pt h e i ro w ne x a mp 0 0 1 w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e ra n dn e t w o r k t e c h n o l o g ya t f u l ls p e e d ，t h es t a n d a r d i z e dt e s ta n dl o n g d i s t a n c ee d u c a t i o n g e t w i d ed e v e l o p m e n to nt h e s t a g e t h i s h a v e p r o m o t e d r e f o r mi nt h e t e c h n o l o g i c a l ，e d u c a t i o n a lw a y o fe d u c a t i o n t h e i m p l e m e n t a t i o n s o f s y s t e mp r o v i d e s am e a n si m p r o v i n gt e a c h i n gq u a l i t y , s c i e n t i f i cm e a s u r i n g o f s t u d e n t s d e g r e e m a s t e r k n o w l e d g e m e a n w h i l e ，t h e r e a l i z a t i o no n l o n g - - r a n g e t e s tf u n c t i o n sw i l lo f f e rae n v i r o n m e n tt o l o n g - d i s t a n c e e d u c a t i o n t h i st h e s i sw h i c hl e tc o n s t r u c t i o no ft h ee x a mp o o lw e bs i t eo ft h e s h e n y a n gy i n g c a is p e c i a l i z e d i n s t i t u t ea st h e b a c k g r o u n d ，u s i n g t e s t q u e s t i o n s i n c o m p u t e rf u n d a m e n t a l c o u r se sa s e x a m p l e s ，c o n s t r u c t e d t h e t e s ta u e s t i o n sd a t a b a s eb a s e do ni n t e r n e ti naw e b s i t em o d e i th a sa l s op u t f o r w a r ds e v e r a lr e s p e c t so ft h es a f e t yg u a r a n t e eo fe x a m p o o lw e b s i t e a l s o ，i tr e l yo ns c i e n t i f i ct h e o r yo fc o n s t r u c t i n gd a t a b a s e ，p r o p o s i n g t h em a t h e m a t i cm o d e l so fs t a n d a r d i z e dq u e s t i o nd a t a b a s ea n dc o m p o s i n g p a p e r s i nt h em e a nt i m e ，i th a ss t u d i e do na u t o m a t i c a l l yc o m p o s i n gp a p e r s w h i c hi st h ef o c u s e dp r o b l e mi nt h et e s tq u e s t i o n sd a t a b a s ec o n s t r u c t i o n t h r o u g h t h ec o m p a f is o na m o n gt h em e t h o d sa st r a c k i n gb a c km e t h o d ， g e n e t i ca l g o r i t h m ，a n da tr a n d o mw i t ht h e i rc h a r a c t e r s ，g e n e t i ca l g o r i t h mi s c h o s e ni n u t i l i z i n g a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r so fc o m p o s i n gp a p e r s ， r ig h te n c o d i n gm e t h o da n do p e r a t o ra r ep u tf o r w a r d a tl a s t ，t e s tq u e s t i o n s d a t a b a s eb a s e do ni n t e m e ti sc o n s t r u c t e db ym a k i n gu s eo fa d v a n c e dj s p t e c h n o l o g ya n dm i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s et e c h n o l o g y 1 1 1 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h e k e y w o r d s ：l o n g d i s t a n c ee d u c a t i o n ，e x a mp o o ls y s t e m ， b u i l d i n gt h et h e o r yo f t h es t o r e h o u s e ， a q u e s t i o no fg r o u p ，g e n e t i ca l g o r i t h m i v 东北欠荦硕士挚位论文 声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论 文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学 位而使用过的材料。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。 本人签名： 李确 日 期：翱观众。l 髫 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 1 1 1 题库的产生与发展 题库是适应考试事业大规模发展，考试进一步科学化、标准化需要 而发展起来的。在标准化测验发展的初期，即本世纪二、三十年代以前， 并没有提出题库的问题。四十年代中期以后，由于战后经济的发展，竞 争变得日益激烈，职业对专业人员和直接劳动者的知识能力提出了更高 的要求，考试获得了前所未有的大规模的发展。考试次数的增多，命题 工作量的增大，对考试的要求日益严格，考试的命题工作亟待革新，从 而产生了题库。当前，不少发达国家的专业考试机构都已建立起了大规 模考试的题库。 1 1 2 题库的优点 题库使标准化考试进一步完善，具有以下优点： 1 高命题工作的效率。题库是由许多适用于不同目的、知识、技能 需要的试题组成的，如果题库中包括了学科中所有内容的高质量试题， 则命题者的工作就会变得简捷而卓有成效，同时命题所花费的时间也会 减少。 2 提高了平行试卷的一致性。题库中，由于试题的各面参数经过统 一标准的严格核正，用这些试题构成的平行试卷，其相关程度较高，可 以使不同的试卷的内容、难度稳定。 3 由于试题是题库的最小单位，针对不同内容、难度要求，题库很 容易生成不同试卷，因此具有灵活性。从而克服了在没有题库前，标准 化试卷修订困难。内容、难度不定适合特定要求等问题。 4 由于题库中的题目是大量命题工作者的智慧，题目附有参数，不 必再测试，因而可以重复使用，节省了大量人力、物力和时间。因此我 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 们可以说题库更经济。 5 保密性能好。传统的大规模考试保密工作是个关键问题。考试如 果在考前知道了题目，考试就不能达到预期目的。题库，由于数量大， 即使题目公开，不靠掌握光靠死记也很难的高分；再者，由于题库可以 因时生成几个平行试卷，一旦泄密也可能很快补救。 总之，题库可以从两个方面显示出其优越性来，即；第一是题库管 理学上的优越性，也就是能做到高效、灵活、经济和高度的保密性；第 二是题库测量学上的优越性，由于对考试范围、能力层次、难度等有严 格的要求，从而使我们根据题库生成的试卷质量更高，统计特性可比， 性能更加稳定一致。 1 1 3 题库的定义和条件 题库是大量具有必要参数的试题的有机组合。构成题库一般具有六 个条件： 1 题目是组成题库的基本单位。题库是试题的仓库，而不是其他东 西的仓库，因此，题库的基本组成单位自然是单个的试题，而不是试卷。 试卷的组合是卷库，卷库不等于题库。试题一经组成试卷，其性能就被 固化，这样就很难再显示其优越性。 2 题库必须是由大量的、有合理比例结构的题目组成的。否则，如 果题量小就难以按要求，生成特定的试卷或等值试卷。另外，如果各部 分比例不合理，也难发挥题库在生成试卷时的优越性。 3 构成题库的试题必须明确考查的知识内容、能力层次、难度、区 分度等参数值，并且这些参数必须都应统一在同一个度量系统上。简单 地把附有不可比的参数的试题组台在一起，不能说是建设了题库，只能 说是完成了试题积累工作。 4 题库的试题必须按科学原则去分类、存贮、建设题库的目的在于 方便使用，如果存贮时不按科学原则有系统地组织，今后在使用时就无 法做到准确、方便、灵活。 5 题库必须是动态的。这是因为学科水平在发展变化，考生团体在 改变，题库中的题目也应不断更新、删改，这样使用题库的时间才能更 长。再者，试题的统计特性也有变化，这就更加要求题库是动态的。 6 现代的题库必须使用计算机。计算机作为现代化工具，可以使题 东北大学硕士学位论文第一章绪论 库的优点更加充分地体现。利用计算机我们不单可以方便地算出试题的 参数指标，还可能存贮和提取试题，从而迅速地生成试卷。 1 1 4 题库建设步骤 题库是个系统工程，涉及大量理论与实际问题，建设一个题库基本 需要以下几步： 1 科学地分类。为了保证所建题库的质量，就必须根据课程的要求， 对知识、内容、能力层次进行合理的分类，并将其分解为细目，确定各 部分的权重比例，以便有目的的征题和存储。 2 ，确定测量模型，建立试题参数。这一环节主要是解决建库所要采取 的项目分析和等值理论的问题，即用经典理论还是用现代理论的问题。 在国外，较早建设的题库大多是采用经典测量理论，但是随着测量理论 的发展，不少考试采用了现代测量理论。 3 试题的征集、存贮和更新。在这一阶段，首先要征集大量的被选题 目、在题目征来以后要组织试测，根据试测后的统计参数指标的定性检 查的标准对试题进行筛选。筛选合格的试题可直接贮存入库，不合格的 要做进一步的修改，直到合格后再入库。题库建好以后，随着学科的发 展变化，还要经常补充一些新的题目入库，并且对那些已经不适合的题 目及时淘汰掉。 1 1 5 目前我国题库的发展的现状 八十年代中期，随着标准化考试在我国的实施与推广，题库建设也 被提上了改革的日程；不少中学、大学、考试机构都在酝酿或开始建设 题库，甚至有些计算机公司也积极地参与进来，似乎形成了一股“建题 库热”，社会上出现了不少各式各样的题库。 根据这众多的题库，我们大致可以将其分成五类f 2 】： 1 ，整卷库。这种“题库”将整套试卷作为基本单元进行存贮，其结 果是由于题目已被固化在某一试卷中，很难高效、灵活地反复使用、另 外，由于是以试卷为存贮形式，当某一试卷不符合要求需做调整时，操 作起来很困难。 2 理论框架库。有些单位为了使其研制的“题库”能够广泛地适用 东北大学硕士学位论文第一章绪论 于各个学科，设计出了理论框架库。其实，如果没有学科、学科的知识 和能力分类细目，光有测量理论和计算机程序的“题库”是称不上题库 的。因为随着每个具体学科的不同，测量理论的某些具体方法会有所变 化。再者，一个好题库的关键 还是在于学科知识、能力划分和具体题目的命题技术上。 3 简单地将题目存贮在计算机中的“题库”。这类“题库”的制作 者，往往是没能将学科知识、能力进行分类层次划分，也有的没有进行 试测，只是将题目按章节顺序地存贮到计算机中，这类“题库”在使用 时，使用往往必须将涉及到章节的每一题都看一遍，才能拼成试卷，既 费时又费力。 4 卡片库。顾名思义，就是题库的建设者既做了知识、能力分类， 也对题目进行测试筛选与等值等工作，就是没能将题目存贮到计算机里 去，而只是制作了各种卡片分类保管。这种虽然确实是题库，但是由于 没有充分利用现代化手段使用起来也同样费时费力。 5 符合科学意义上的题库。这种题库在建库时，确实是按照建库步 骤一做的，并且也符合前面所提到的题库的六个条件，使用时充分体 现了题库的优点。 纵观目前国内流行的“题库”大多是符合前四重类型的，真正符合 第五种类型的题库现在国内还相当少。 1 1 6 本文的研究背景 随着计算机技术的发展，计算机已广泛地应用到教育、教学考试( 测 验) 等领域。为了提高教学管理水平，实现教考分开，更加公平、合理、 公正、公开地进行各类考试，更好地选择突出的人才；同时也为了减轻 教师的负担，让他们从单调、繁重的命题工作中解脱出来，更多地投身 于研究教学方法和提高教学质量及教学管理水平，试题库的计算机管理 已势在必行。国内已经推出了许多类型的题库管理信息系统。 而且，随着i n t e r n e t 的发展和相应技术的出现，以及校园网的日益 完善，信息的发布、检索和浏览无论在形式上还是手段上都发生了革命 性的变化，为了推进网上教学，远程教学、函授教学，基于i n t e r n e t 的 题库管理信息系统是迫切需要实现的。 沈阳英才专修学院是东北大学主管的辽宁省政府批准的民办高等学 东北大学硕士学位论丈第一章绪论 校，是省民办教育“先进单位”，是省优秀民办高等学校之一学校多 层次，多彤式办学。设高等教育学历文凭考试，高等教育岛学考试，碳 士研究生( 数学，英语) 考前辅导班，全匡公共英语和计算机等级考试考 前辅导班等。开设的专业不断增多，招生人数逐年增加，办学规模不断扩 大。为了扩大影响，方便招生，帮助教学，从2 0 0 3 年3 月开始建设自己 的网站。 首先，利用先进的计算机技术和网络技术，通过网上宣传和推广自 己，使更多想成才的人了解自己的招生信息，用户可以通过网上报名和 通过网络与学校联系，与过去只能通过招生箍章了解本校和只能通过招 生人员报名相比，可以大大提高学校的办公效率和节省报名者的费用。 其次，利用建成的网络题痒管理信息系统，可以减轻教师在如试卷 的负担，使教师更专注于教学研究。 最后，通过网络可以收集更多的高质试题保存在题库里，而且对于 题库里的试题可以修改，添加和删除，大大加大了试题库的灵活度，弗 且学生用户可以通过系统进霉亍相关方蓖钡4 验，有助于提离学生的成绩。 1 2 本文的主要工作 本文主要是针对沈阳英才专修学院的题库网站课题进行研究和开 发，主要工作有： ( 1 ) 通过对各种目前已经使用撂题库网站的调囊和对英才学院需要 建设的题库的仔细研究，得出我们将要建设的题瘁网站的方向和目标。 ( 2 ) 查阅了国内外文献，对目前题库建设的理论进行了深入研究， 得出了标准化题库的数学模型，选定了我们建库的理论指导。 ( 3 ) 分析了英才学院题库建设的需要，通过英才学院具有的网络和 信息资源，利用科学的建库方法，设计了系统的网络体系结构和需要的 实现的功能模块结构。 ( 4 ) 对建库的热点问题自动组卷方法进行了研究，利用遗传算法较 好的解决了组卷问题。 东北大学硕士学位论文第一幸绪论 ( 5 ) 利用了先进的网点开发语言j s p 和流幸亍的m i c r o s o f ts q l s e r v e r2 0 0 0 数据库技术实现了基于i n t e r n e t 的题库系统 1 3 本文章节安排 本文共分六章。 第一章介绍了题库的产生、优点、发展趋势以及建立题库的基本步 骤，还有本文的研究背景及主要工作 第二章介绍了题库建设的两种主要理论，并根据经典测验理论总结 出了标准化题库的数学模型。 第三章介绍了系统需要实现的功能以及数据库的结构，还有网络体 系结构的选取以及安全性的考虑。 第四章介绍了试题库自动组卷的几种方法，对利用的遗传算法组卷 的方法进行了深入研究，设计了新的编码方法缀卷，并进行了实例分析。 第五章介绍系统运行的工作原理，系统实瓒所需要的相关技术，系 统的具体功能模块。 第六章总结了系统的不足以及展望系统的发展趋势。 东北大学硕士学位论文第二章题库建设研究概述 第二章题库建设研究概述 2 1 题库建设理论概述 题库建设是个系统工程，整个工作必须建设在坚实的科学的理论基 础上。因此，题库建设的理论是很广泛的，它至少包括以下几个理论f 3 j 。 即学科体系与教学目标分类理论、题型功能与命题技术理论、项目分析 理论、参数等值理论、试卷生成理论。 学科体系与教学目标分类理论是命题的依据将决定着整个题库及 其生成试卷的内容与结构难度，题库的学科框架就是要依据它设计和实 现的。目前国内在进行学科分类时，最常用的是布鲁姆的教学目标分类 层次理论，当然在具体操作时，也还有许多阀题需要深入探讨，并且也 确实有人反对、但不管怎样在建设题库时，我们必须认真对待它。 题型功能与命题技术理论提供了命题的原则、方法，也提供了评价 题库结构的根本标准，它直接影响到题库中题目的编写、筛选、评价与 比例配置等等，所以是题库建设理论的一卜重要方面。 项目分析理论是科学地修订、筛选和调取使用试题的重要理论基 础不进行项目分析，试题没有参数指标，就不会有科学地筛选、修订 和调取使用试题的工作。但是，项目分析如果不加上等值化处理，试题 也无法组成一个有统一度量系统的题库。 参数等值理论包括试卷总分等值和试题参数等值两部分。试题参数 等值理论是题库建设理论的重要基础。试题参数等值不仅可以将不同度 量系统上的试题都转化为同一个度量系统上来，还可以为今后题库随着 测量理论的变化而转化到新的度量提供了可能。 试卷生成理论是题库生成试卷所必需的理论基础。任何考试，对其 施测后的结果都会有自己的要求，即会提出平均分、标准差、分数分布 状态、信度等要求，要保证达到这些特殊要求，就必须对题量、质量、 赋分等提出要求，这样就必须建立试卷与试题的某种统计关系，依据它 来实现找们的目的。 东北大学硕士学位论文 第二章题库建设研究概述 后三种理论都属于心理计量学范畴，目前建库常用的测量理论，是 经典测验理论和项目反应理论 4 - 8 。 2 2 1 经典测验理论 心理测验是测量人的心理特质的主要方法之一、随着心理学的日益 科学化，对心理测验的要求性越来越高、这需要心理测验理论不断更新 与发展。心理测验理论是对心理测验中诸如误差、样本容量、测量单位 等问题进行研究，并设计方法加以解决的理论研究、它与心理学的发展 紧密相联、心理学中的个别差异的研究引起了心理测验运动，高尔顿、 卡特尔、皮尔逊等人对此做出了杰出的贡献、在此研究基础上，本世纪 初，斯皮尔曼发表了认知的规则和智慧的本质与人类的能力等 文，提出因素分析的方法后，经典测验理论c t t ( c l a s s i ct e s tt h e o r y ) 研究开始蓬勃发展、至今已有九十余年。 经典测验理论以随机抽样理论为基础，建立了简单的数学模型，研 究表明，它在理论假设和实际应用方面存在如下缺点：1 真分数与观测 分数问存在线性关系的假定不符合事实。c t t 假定真分数t 、观测分数x 和测验误差分数e 间的关系可以用一个简单的线性函数x = t + e 表示。但 大量的研究表明真分数与观测分数间的非线性关系更符合事实；2 项目 统计量( 难度和区分度) 严重依赖于被试样本，c t t 的项目难度以通过 率表示，因此被试样本能力高时项目通过率就高，反之则低；区分度通 常以项目与总分的相关或高低能力组的通过率之差表示，两组能力差别 大时，区分度就高，反之则低；3 对被试能力的估计依赖于测验题目的 难度。在c t t 中，被试能力与测题难度是不相关的，参加不同难度的测 验会得到不同的能力估计值，不同测验结果问难以进行比较；4 测验信 度建立在平行测验假设的基础之上。平行测验指内容相似，平均分、标 准差及误差均相同的测验。但严格平行的测验是不存在的，即使同一测 验在不同时间施测，测验分数也会产生较大变异；5 测验信度的取值也 依赖于被试样本。当样本能力水平的差异大时，测验分数的分布范围就 大，计算出的信度值就高，而反之信度值就低；6 误差与真分数独立的 假设难以满足。c t t 假定误差与真分数独立，这是不符合事实的，低能 力的被试答题时一般会比高能力被试有更多的猜测，所以其测验误差分 的大小及方差必然要大于高能力的被试：7 信度是针对被试全体的。只 东北大学硕士学位论文第二章题库建设研究概述 代表平均测量精度信度不能给出不同能力水平的准确测量精度，因而对 如何提高不同能力水平的测量精度问题c t t 显得无能为力；8 对测验等 值、适应性测验、标准参照性测验的编制等问题不能给以满意的解决。 但应该看到c t t 是体系上是成熟的，以其为基础的测验在各行各业 得到了成功的应用，可以说，c t t 是其他测验理论赖以产生的基石。在 新的测验理论崛起的今天，c t t 仍然占据着不可替代的地位。之所以如 此，是因为c t t 有以下的优点：1 建立在较简单的数学模型之上，易于 被人理解和接受，且计算简便，容易推广；2 理论假设较弱，对实施条 件要求不严格，适用性广；3 在多数情况下c t t 是足够精确的可以放 心地应用。 2 2 2 项目反应理论 c t t 主要是指真分数理论，虽然它是编制心理测验常用的方法，而 且在不断地完善自身，但作为一种理论，其不足之处不是修改就能够解 决的。针对这些，现代测验理论应运而生、在项目分析部分，主要出现 了项目反应理论i r t ( i t e mr e s p o n s et h e o r y ) ，美国测量专家洛德1 9 5 2 年在其博士论文中首次提出了项目反应模型，即双参数正态卵形模型， 并提出了与此相关的参数估计方法，使得i r t 可被用于解决实际的二值 记分的测验问题、它标志着i r t 的丁式诞生。在这之后，i r t 得到了充 分发展，尤其七、八十年代在大多数发达国家得到测量专家的关注，在 心理学研究中的使用频率大幅度上升，超过经典理论。 随着计算机技术的发展，i r t 得以迅速推广应用，目前一些大型的 考试t o e e l 、g r e 等都相继采用了以i r t 为基础的计算机化适应性测 验( c a t ) ，一些传统的智力测验如比奈测验、韦氏智力测验、瑞文测验 等也使用i r t 作为分析的理论依据i r t 的前景是无可争议的。i r t 在理 论和方法上有以下优点：1 采用非线性模型，建立了被试对项目的反应 ( 观察变量) 与其潜在特质( 潜变量) 之间的非线性关系。这一点更符 合事实；2 对被试能力的估计不依赖于特定的测验题目。i r t 将被试能力 和测题难度放在同一量尺上进行估计，无论测验的难易，被试能力估计 值不变，不同的测验结果可直接比较；3 难度和区分度的估计值与被试 能力无关。同一个测验项目，高能力和低能力被试的反应拟合同一条项 目特征函数曲线( i c c ) ，同一条i c c 所对应的项目参数是唯一的；4 测 东北大学硕士学位论文 第二章题库建设研究概述 验信息函数的概念代替了信度理论，用测验对能力估计所提供的信息量 的多少来表示测量的精度，这避免了平行测验的假定，并能给出不同能 力被试的测量精度；5 根据项目信息量的大小来选择对能力估计精度最 有增益的项目，使测验达到预先规定的满意的精度，对不同能力的被试 实旋不同测题，既提高了测量精度又缩短了测验长度；6 对测验等值、 适应性测验、标准参照性测验的编制等问题给出了满意的解决办法。 i r t 的理论体系构建于更复杂的数学模型之上，其概念和理论推导 更加严谨，但应该看到，i r t 也并不是完美的，其不足之处表现在以下几方 面：1 单维性假定难以满足，这是i r t 受到攻击的最主要原因。单维性 是指测验测量的是单一潜在物质，但严格的单维性是难以满足的。目前 的现实问题是，单维性需达到什么程度才能应用i r t ，但这一标淮的确 定尚缺乏充分的理论依据；2 目前i r t 的应用仍以两级记分模型为主， 且局限于单维反应模型，更高级的i r t 模型尚处于理论上的探索阶段； 3 i r t 建立在更复杂的数学模型之上，依赖更强的假设，计算复杂，不 易被人掌握；4 i r t 对测验条件要求较严格样本容量要大，被试的能力分 布范围要广，测题数量要多，这些条件不满足就会影响其精确性；5 对 c t t 的一些研究领域，如测验效度问题等，i r t 并没有提出独特的见解。 2 2 3 经典测验理论与项目反应理论的区别与联系 1 模型假设间的关系c t t 与：r t 都将测验数据的统计分析建立在一 定的数学模型之上，都假定被试的潜在特质与其对测验项目的反应间存 在某种函数关系。 2 项目参数间的关系c t t 项目统计量是难度只的区分度p ，i r t 中 的项目参数有难度参数6 i ；，区分度参数a i ：，猜测参数c f ；c t t 与i r t 的项目参数在性质上和计算方法上是不同的，但双方又有密切联系。大 量研究表明，i r t 与c t t 的项目参数有很高的相关，且在理想状态下， c t t 与i r t 的项目参数有如下近似的对应关系，即 p = a j l 4 1 + 砰6 j = 。 ) “b ) ( 2 - 1 ) 卢表示项目难度，或正态曲线下自左至右累积到某一z 分数的面积，这 一z 分数记为矽。( p f ) 3 真分数t 与能力参数臼的关系c t t 用真分数t 表示被试潜在特 东北大学硕士学位论文第二章题库建设研究概速 质或能力的高低，i r t 中相应的参数为0 ，二者是用不同量尺表示的同一 特质或能力，具有一一对应的关系。 真分数被定义为无数次测量的平均值，对特定能力水平的被试，其 真分数是其观测分数x 的的期望值，即t = e ( x ) 。在i r t 中，能力为臼 的被试在项目i 上的得分得期望值e ( 麒) 即是他在该项目上的正确反应概 率只( 臼) ，即e ( t ，) = n ( 口) ，对整个测验的所有项目有e ( h ) = n ( 目) ，又 因为t = e ( x ) = e ( 1 - t i ) ，所以t = 只p ) 。由于只p ) 是0 的严格单调函数， 所以p 与真分数t 也是一对应的。 4 测量的标准误差测量的标准误差是真分数或能力估计的误差的 标准差，以c t t 和i r t 中都用来表示测量的精度。在c t t 中，测量的 标准误差始= s ，1 一足。其中为测验标准误差，为测验信度，为观 测分数x 的标准差。在c t t 中测验标准误差对所有能力水平的被试都是 相同的。与此不同的是，i r t 的测验标准差是用测验信息函数表示的， 即亩( 目) = l ，( 曰) 其中百( 目) 可理解为能力估计值的标准差，( 疗) 为验信息 函数，与测验误差成反比，由于，( 口) 是护的函数，因此，对不同的能力水 平会有不同的测量精度 2 3 题库建设的数学模型建构 基于经典测验理论构建本题库中的任一课程s 的数学模型1 9 - 13 1 。以 课程s 的教学大纲为依据，确定测量目标库，经典测验理论的基本参数 指标主要包括题目难度、区分度、信度、效度，由于题目的信度、效度 指标要求的数据约束性强，计算量大，基于目前在高校教师中采集样题 的可理解性、时效性、方便性的考虑，因此将试题特征的参数指标确定 为4 项( 即题型、内容、难度、区分度) 。事实上对题型、内容、难度的 考察在一定程度上也考虑了题目的信度、效度。 下面介绍课程s 试题的基本参数系统 设题库总量为n ，则其第i 个试题可用如下4 维向量来表示： 薯= ( x u ，d l ，p i ) ( i = 1 , 2 ，l ，聊 ( 2 - 2 ) 式中： 矗表示第i 题属于j 题型( ，= 1 ，2 ，l ，l ) 东北大学硕士学位论文 第二章题库建设研究概述 = ( x j l ，x i 2 ，l ，x i l ) ( i = 1 ，2 ，l ，n ) 且 i1 当第i 题题型为j 型时 x o3 o 其他 y 。示第i 题属于第k 个内容( k = 1 ，2 ，l ，m ) y m = ( y i i ，y i 2 ，l ，) ( f = 1 , 2 ，l ，n ) 且 1 当第堀l 属于第k 个内容 y i k 2 1 0 其它 ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) d l 表示第f 题的区分度值( 0 d i 茎1 ) a 表示第i 题的难度值( 0 p 。1 ) 考虑各门学科的特点不同，题库采集的题型、题量、各题型考核内 容的分布、区分度、难度也不相同，上述参数系统可作如下考虑： 1 型种类及题量 设s 科目题库的题型种类为l 种，第j 种题型的最低题量为互则 应有 n 而4 ( _ ，= 1 ，2 ，l ，三) ( 2 - 7 ) i = 1 2 第j 种题型内容的分布 对于一，= 1 的气( i = 1 ，2 , l ，n ) 应有 n*n ：y i 2 ：l ：y a t - - - - a i ：口2 ：l ： ( 2 - 8 ) f = 1i = 1i = 1 式中：q ，口：，l 口。为各部分内容题量的比例 3 第j 种题型的区分度分布 对于靠= 1 的x l ( i = 1 ，2 ，l ，n ) 区分度哦，记吐【o ，0 1 ，4 【o 1 ，0 2 ，l ， d i 0 9 ，1 的题数分别为量，岛，l ，b l 。，则应有 b 1 ：b 2 ：l ：氐= ：r 2 ：l ：，i o ( 2 - 9 ) 式中，r 2 ，l ，为第j 种题型的各区间区分度分布的设计比例。 4 第j 种题型的难度分布 对于= l 的_ o = l ，2 ，l ，) 的难度p i ，记p j o ，0 1 】，鼽e o 1 ，0 2 】，l ， p ： 0 9 ，1 的题数分别为c 1 ，c 2 ，l ，c 1 。，则应有 c a ：c 2 ：l ：q o = t a ：t 2 ：l ：t l o ( 2 10 ) 东北大学硕士学位论文第二章题库建设研究概述 式中t i , t ，l ，t 。为第j 种题型在各区间难度分布的设计比例。 课程s 的二维量数学模型表达式，体现了按经典测验理论建立的标 准化题库中试题的存贮结构空间的基本特征，它为一门具体课程的试题 采集提供了理论支持。 东北大学硕士学位论文 第三章题库网站分析与设计 第三章题库网站分析与设计 3 1 引言 沈阳英才专修学院采取多形式、多层次办学，有高等教育学历文凭 考试、高等育自学考试。学院设有专科、本科，专科有计算机及应用( 1 7 门课) 、计算机信息管理( 1 6 门课) 、英语( 1 2 门课) 、会计( 1 7 门课) 、 经贸英语( i7 门课) 、市场营销( 1 8 门课) 、国际贸易( 1 7 门课) ，本科 有计算机及应有( 1 6 门课) 、计算机信息管理( 1 4 门课) 、计算机网络( 1 4 门课) 、英语( 1 1 门课) 、会计( i 2 门课) 、经贸英语( 1 l 门课) 、国际 贸易( 1 3 门课) 、国际经济法( 1 5 门课) 。办学规模不断扩大，有在校生 3 0 0 0 多人。 目前，丽对这么多门包括国家考试、省级考试、校级考试的课程， 学院对于试题的管理依旧采取以前的方式或者以书本的形式保存或者以 试卷的形式保存，已经满足不了发展的需要。 学院在试题管理方面的业务为：( 1 ) 由学院指定某一门课程的任课 教师，由教师指定一本本课程的试题集。( 2 ) 教师从以往试题集中选择 较有代表性的试题纪录下来。( 3 ) 把国家考试和本省考试的试卷的试题 收集。 从这个简单的业务，我们可以看出目前学院在试题管理方面的状况。 ( 1 ) 任课教师的替换导致由前一个任课教师收集的试题不能继续保留和 使用；( 2 ) 由同一个教师任课较久的课程试题累积较多，这会导致教师 收集新试题的困难，不仅如此，有书本和试卷形式保存的试题容易遭到 意外破坏而丢失，或者有些书本和试卷保留太久，质量高的试题已经较 少，保留高质试题删除低质试题基本上没有办法实现，可以说时间越长， 试题管理就会越混乱。( 3 ) 学生能看到的试题基本是由教师指定的试题 集，其他的好试题教师不讲学生就不可能看到。 给学生出试卷考试和训练是保存试题的最主要的目的。出卷过程是 更简单，一般都是教师在授课时分重点和非重点讲授，还有一些是自学 东北大学硕士学位论文第三章题库网站分析与设计 内容，教师通过自己的授课程度，会根据不同的章节，知识点的重要性， 从自己的试题库里找自己认为合适的试题组成考试试卷，或者自己对新 的知识点自己出题。 目前在试题难以得到有效管理的情况下，出卷也出现了比较多的困 难，教师从题库中查找试卷需要的试题时，查找困难，一方面书本太多， 另一方面试题库中体现所考知识点的试题需要教师思考，这样教师查找 的范围只能较窄，加大教学的困难。英才学院专业较多，课程- 较多，在 一个教师同时讲授几门课程时，较更加大了试题收集和保存的难度，同 时增加了提高教学质量的难度。 基于以上分析，我们发现对试题管理的自主性是出题教师最迫切需 要的。教师们渴望能自由的操纵试题库，具体表现在以下三个方面：( 1 ) 自主管理试题库：( 2 ) 自主维护试题库；( 3 ) 自主调用试题库。 自主管理试题库是指用户能够根据每道试题的特点自主地对试题进 行分类和归纳，设置每道试题的各项属性值，让试题库真正成为用户自 己的试题库，实现对试题的系统管理。 自主维护试题库是指这类设有安全设置的试题库能赋予具有一定权 限的用户拥有添加、修改和删除试题的权利，实现试题库的可扩充性和 开放性。这样不断录入新的试题删除陈旧过时的试题，使试题库永葆活 力。 自主调用试题库即允许用户能自由地从试题库中抽取试题。试题库 应支持多重条件格式、多种方式的查询。题库采用新型的人工和自动组 卷技术，用户可以在试题库的支持下轻而易举地找到理想的试题组成高 质量的试卷。 而对于学生的练习自测，也需要通过同样的方式按照一定的要求抽 取适宜的题目，并能进行自动判分评价。 3 2 题库系统需求分析 根据以上分析，试题库系统的功能需求主要是以试题的操作为依据 根据需要建立相应的功能模块和操作。 东北大学硕士学位论文第三章题库网站分析与设计 3 2 1 系统主要功能需求 1 试题库管理 ( 1 ) 本信息 科目名称，试题内容，试题类型，知识单元，试题分数，试题难度， 试题区分度，试题入库时间， ( 2 ) 主要操作 根据科目，内容( 所属章节) ，类型浏览试题 根据试题的内容删除类同的试题 根据试题的入库时间删除陈旧试题 添入试题库新的试题 修改试题 2 用户库管理 ( 1 ) 基本信息 学生姓名，学生学号，学生账号，学生密码，教师姓名，教师账号， 教师密码 ( 2 ) 主要操作 删除已经毕业学生的信息 添加新生的信息 添加新到教师的信息 修改信息 3 自动组卷管理 ( 1 ) 基本信息 试卷分数，题型分数，答题时间，试卷难度，试卷区分度，内容分 数， ( 2 ) 主要操作 根据要求组卷 试卷下载 试卷打印 4 人工组卷管理 ( 1 ) 基本信息 试卷分数，题型分数，答题时间，试卷难度，试卷区分度，内容分 数， 东北大学硕士学位论文第三章题库网站分析与设计 ( 2 ) 主要操作 选择试题组卷 试卷下载 试卷打印 5 套卷管理 ( 1 ) 基本信息 试卷科目，试卷编号。试卷难度，试卷区分度，试卷入库时间 ( 2 ) 主要操作 往试题库添入新试卷 删除陈旧试卷 根据要求抽取试卷 试卷下载 试卷打印 6 在线测试管理 ( 1 ) 基本管理 科目名称，试卷难度，答题时间， ( 2 ) 主要操作 根据要求得到测试试卷 在线答题完毕按提交得到测试成绩 规定时间未答完自动提交得到成绩 3 2 2 题库网站安全需求 系统安全4 是保证一个主机系统的安全，主要包括主机系统的密码 安全、重要服务器如w w w 服务器、数据库服务器等大型应用系统的安 全。 1 软件数据安全需求 该题库系统的安全涉及到服务器硬件安全和软件安全。服务器硬件 安全主要是防止服务器上存放题目资料的硬盘的物理损坏而造成资料的 丢失。软件安全主要是针对网络上的数据安全。 2 机密性要求 由于是基于w e b 的题库系统，安全性便显得至关重要，特别是涉及 许多重要的试题信息。因此保证信息不被泄露给非授权的人或实体。 东北大学硕士学位论文 第三章题库网站分析与设计 3 数据完整性要求 保证数据的一致性，防止数据被非授权建立、修改和破坏； 4 可用性要求 保证合法用户对信息和资源的使用不会被不正当地拒绝； 目前，用户可以直接进入沈阳英才专修学院网站开展网上教学活动。宿 舍有接入网络的接口，学生可以在机房，或宿舍上网，或家里上网：可 以根据自己的情况有选择地进行学习。利用网络实时检测学生的学习情 况，更好地为教学服务，可以通过在网上建一个题库系统来实现。 题库网应考虑以下凡方面安全问题： 访问控制：确保系统不被非法访问： 入侵检测：对于试图破坏系统的恶意行为能够及时发现、记录和 跟踪，提供非法攻击的犯罪证据； 来自网络内部其它系统的破坏，或误操作造成的安全隐患； 病毒防护：如通过电子邮件、f t p 引入病毒、危险的j a v a 或a c t i v e x 应用等。因此，需要在网络内对上述情况提供集成的网络病毒检测、消 除等操作。 3 2 3 网站开发要求 本系统坚持保护应用和投资延续性的原则，充分利用现有的计算机 设备资源和网络资源，合理利用国内外高新技术成果，使整个系统能最 大地发挥现有的投资效应，实现信息的高度共享。 对英才学院网站的建设要满足以下要求： 先进性与实用性：在系统设计中要紧密结合实际，立足先进技术， 采用最新科技水平，使项目具备国内乃至国际领先的地位。在保证目前 需要的前提下，还要满足未来发展的需要，为将来在本系统上继续发展 增殖服务提供一个优良的平台、打下坚实的基础； 成熟性与集成性：尽量采用成熟的技术和工具，强调集成，不过 分的强调标新立异。坚决避免重复开发，注意提高系统整体性能，使整 体投资达到最佳： 可靠性：可靠性要从操作系统，应用系统，网络系统等方面全方 位考虑。包括系统的在线故障恢复，数据传输的完整性，快速查找及排 除故障的能力等等； 东北大学硕士学位论文第三章题库网站分析与设计 开放性和互连性：在设计和开发的过程中，应充分体现系统的开 放性和互连性，在硬件上使各种设备按“标准化”来连接，使系统既能 满足用户目前的需要，保证原有设备能够继续使用，保护现有投资，又 能在必要的时候平滑升级，满足用户更高的需求； 标准化与规范化：在使用新技术的同时要考虑技术的国际标准化， 严