（计算机应用技术专业论文）通用试题库系统的研究与实现.pdf

中文摘要 论文题目：通用试题库系统的研究与实现 翥士萎；鬻 星著鹰垂! 童硕士生：庞元常( 签名) 毖及j 鲎 指导教师： 刘天时签名兰生竺辱 摘要 试题库系统是指将大量的试题存储在计算机中，然后根据所需要试题的难度、题型 等条件从试题库中随机抽题来满足考试要求的系统。试题库系统的开发不仅可以减轻教 师繁重而又重复的选题、编辑和整理工作，而且使得试题的收集和管理自动化和标准化， 有利于教学质量的提高，因此通用试题库系统已经成为近年来一个十分引人注目的研究 课题。 本文首先对经典测量理论进行了研究；接着介绍了知识点理论及常用组卷策略，并 在理论研究的基础上提出了一种组卷算法；最后对试题库系统进行了分析与设计，构建 了一个通用的试题库系统，实现了系统基本信息管理、题库管理、组卷管理以及成卷管 理等功能。该系统具有以下几个特点： ( 1 ) 、自动组卷与排版。根据每次考试的命题要求，只要设定试卷的难度系数、主 体比例、总分、知识点、最大重复率、题型、各题型题目数以及分数等参数，即可从题 库中随机提取所需试题，自动组成试卷，并可在w o r d 格式下编辑。 ( 2 ) 、试题库系统的通用性。所实现的试题库不是针对某一门课或某一本书，具有 一定的通用性；可以方便的进行试题的管理，根据用户要求自动组成合理的试卷；并可 以根据需要自行设置和增减科目、题型、知识点等。 ( 3 ) 、排除同一试卷中的雷同题。通过记录试题的雷同号保证同一试卷中不出现雷 同题。 关键词：通用试题库系统经典测量理论组卷算法组卷方案 论文类型：应用研究 i i 英文摘要 s u b j e c t ： s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： s t u d ya n di m p l e m e n t a t i o no fu n i v e r s a le x a m i n a t i o nt e s tq u e s t i o n d a t a b a s es y s t e m e x a m i n a t i o nt e s tq u e s t i o nd a t a b a s es y s t e m ( e t q d b ) r e f e r st ot h es y s t e mw h i c hs t o r e sa l a r g en u m b e ro fq u e s t i o n si nd a t a b a s ea n ds e l e c t sq u e s t i o n sr a n d o m l ya c c o r d i n gt ot h e d i f f i c u l t y , t y p eo ro t h e ra t t r i b u t eo fq u e s t i o n st om e e tw i t ht h er e q u i r e m e n t so ft e s tp a p e r e t q d bn o to n l yr e d u c e st e a c h e r s w o r k l o a do fs e l e c t i n g ，e d i t i n ga n ds o r t i n gq u e s t i o n s ，b u t a l s om a k e sc o l l e c t i o na n dm a n a g e m e n to fq u e s t i o n sm o r ea u t o m a t i o na n ds t a n d a r d i z a t i o n t h ei m p l e m e n t a t i o no fe t q d bc a ni m p r o v et h eq u a l i t yo ft e a c h i n g ，s ot h es t u d yo fe t q d b h a sb e c o m eah o tt o p i ci nr e c e n ty e a r s t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s t l ys t u d i e st h ec l a s s i c a lt e s tt h e o r y t h e ni ti n t r o d u c e st h et h e o r y o fk n o w l e d g ep o i n ta n dp a p e rg e n e r a t i n ga l g o r i t h m ，a n dp r e s e n t sak i n do fp a p e rg e n e r a t i n g a l g o r i t h m f i n a l l y i tc o n s t r u c t sa ne t q d bw h i c hr e a l i z e st h ef u n c t i o n so fs y s t e mb a s i c i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，q u e s t i o nd a t a b a s em a n a g e m e n ta n dp a p e rg e n e r a t i n gm a n a g e m e n t t h e s y s t e mh a sf o l l o w i n gf e a t u r e s ( 1 ) a u t o m a t i cg e n e r a t i n ga n dt y p e s e to ft e s tp a p e r s at e s tp a p e rc a nb eo b t a i n e da t r a n d o ma c c o r d i n gt oc e r t a i nr e q u i r e m e n t ss u c ha st a r g e td i f f i c u l t y , m a i np r o p o r t i o n ，t o t a l s c o r e ，k n o w l e d g ep o i n t s ，m a xr e p e t i t i o nr a t i o ，t y p e ，q u e s t i o nn u m b e ro fe a c ht y p e ，s c o r eo f e a c hq u e s t i o n i ta l s oc a nb ee d i t e du n d e rm i c r o s o f tw o r d ( 2 ) u n i v e r s a l i t yo fe t q d b t h es y s t e mi sn o td e s i g n e df o ro n es u b j e c to ro n eb o o k ；b u t m e e t sw i t hm o s to fs u b j e c t s i tc a ne a s i l yi m p l e m e n tm a n a g e m e n to fq u e s t i o n s ，s n b i e c t s ， t y p e s ，a n dk n o w l e d g ep o i n t s ，a l s o c a n a u t o m a t i c a l l yg e n e r a t ep a p e ra c c o r d i n gt o t h e r e q u i r e m e n t s ( 3 ) n os i m i l a rq u e s t i o n si no n ep a p e r i tr e c o r d st h es i m i l a rq u e s t i o n sb y af l a gf i e l di n t h ed a t 曲a s et oa c h i e v et h i sg o a l k e y w o r d s ：u n i v e r s a le x a m i n a t i o nt e s tq u e s t i o nd a t a b a s es y s t e m ，c l a s s i c a lt e s t t h e o r y , t e s tp a p e rg e n e r a t i n ga l g o r i t h m ，t e s tp a p e rg e n e r a t i n gs c h e m e t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y l i t 学位论文创瓤性声明 本人声明所呈交的学位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中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学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己在论文中 做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：廑垂! 鲞 日期：2 丝z ：互二丛 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名 厦盈望 导师签名：釜掣 日飘：2 飒，5 。当 日期：! 竺2 二：j j 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 在教学过程中，考试是考察教学成果的重要手段之一。目前，许多院校的考试都是 采用传统的手工出卷的方式，每位任课教师都重复试卷选题、编辑、整理等过程，花费 了大量的时间和精力；而且由于教师在出题前没有一个统一的标准，导致试卷整体难度 和侧重点偏差较大、缺乏规范性，不利于考察学生的学习水平。 试题库系统是指将大量的试题存储在计算机中，然后根据所需要的难度、题型等信 息从试题库中随机抽题来满足考试要求的系统。采用试题库系统不但能减少主观因素对 出题的影响，从而体现考试的公平性和客观性，而且试题库系统还可以记录每道题的使 用频率和最后使用同期，从而解决试题重复率高和检查难的问题；因此，试题库系统的 丌发不仅可以减轻教师繁重而又重复的选题、编辑、整理工作，而且使得试题的收集和 管理自动化和标准化，为计算机辅助教学及学校的计算机管理的进一步实施创造条件， 因此通用试题库系统的研究已经成为近年来教育系统中一个十分引人注目的课题。 目前我国部分院校已联合开发出许多种试题库系统，经过对一些学校的调查发现， 现行的众多试题库系统，受各种因素的制约，多为特定学科专用的试题库，其系统都有 一定的单一性和局限性，即同一所学校为了每一门学科都要购入相应的试题库系统，造 成教学资源的浪费。显然这种系统在一定程度上给人们的使用带来不便，也阻碍了系统 的推广。为此，本文研究和开发一种通用试题库系统，它可以派生出任意学科的试题库 系统，为多学科的试题管理和组卷工作服务，它不仅可以节省经费，避免重复开发，而 且可以使学校管理走上规范化的道路。 1 2 组卷系统的发展概况 1 2 1 国外题库研究的历史及现状 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发展起来，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和出版商的 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 n c 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 两安石油大学硕十学位论文 准备好的任何时候参加某一门功课的考试；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 年丌始，美国护理证书考试全在计算机上进行。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、编制试卷等进行各种有关研究1 2 i o 1 2 2 国内题库研究的历史及现状 我国的题库研究和应用发展活跃。华东师范大学、北京师范大学、江四师范大学等 高校都有人在进行教育测量理论应用于题库建设方面的研究。北京师大电子系已完成了 七五科技攻关项目“面向大专c a i 丌发环境工具”的子项目“通用题库生成系统的研 究”硕士论文，并通过由机电部组织的技术鉴定；清华大学和北京理工大学分别主持完 成了国家教育科学七五项目“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”两门课程的试题库系统。作为我国最大规模的 对外考试类别，汉语水平考试( h s k ) 也在积极探索建立计算机题库的可能性，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丌了有关题库理 论和应用的研讨会，并且组织编写了文献，为我幽题库事业的发展打f 了坚实的基础。 随着计算机事业在我国的纵深发展，题库在我国的应用也越来越广泛。很多地方和 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，纷纷建成了一批题库。 然而，在所有以“题库”命名的计算机软件中，有相当一部分都仅仅是以题目为管理对 象的数据库功能的简单扩展，总体水平不高。弓国际水平相比，我国题库建设的理论和 实践都还有一段差距i 1 1 1 2 1 。 1 3 组卷算法的发展概况 试卷生成遵循一定的策略( 组卷算法) ，组卷算法是决定题库系统能否生成合理的 试卷的关键。日| ；i 在题库系统中存在以下几种试卷生成方法： ( 1 ) 、人工组卷：组卷速度慢，质量的高低与教j j l f i 的个人经验有很大的关系，当题 库数量非常大时，这种方法不合适； ( 2 ) 、随机抽取法f 3 】【4 1 1 5 l ：即根据组卷状态空问的控制指标，由系统在题库中随机 抽取一道符合控制指标的试题放入组卷题库，此过程不断重复，直到组卷完毕或无法从 题库中抽取满足控制指标的试题为l = 。该方法结构简单，具有很大的随意性和不确定性， 无法从整体上把握题库不断变化的要求，不具有智能性； ( 3 ) 、回溯法1 6 j 【7 1 ：即将随机抽取所产生的每一状态类型记录下来，当搜索失败时 释放上次记录的状态类型，然后再按照一定的规律变换一种新的状态类型进行试探，通 过不断地回溯试探直到试卷生成完毕或退回到出发点为止。实践证明，该方法适用于题 型和出题量都比较小的题库系统，实际应用时程序结构相对复杂，而且试题选取随机性 2 第一章绪论 差，组卷时间长。 ( 4 ) 、s g a ( 标准遗传算法) ：文献【8 j 建立了一个智能组卷的数学模型，并且就该 模型给出了一个基于典犁的遗传算法框架的组卷算法。遗传算法具有求解速度快和所得 解较优的优点，因此咳框架建立的组卷算法速度快。s g a 采用染色体编码的长度等于 题库中试题数，每个基因位以二进制表示相应的试题是否被选中。这种编码方式的优点 是易于操作，简荦明了，但是染色体的长度由题库中试题数决定，因而染色体过长会导 致效率下降和缺乏灵活性，因为当题库试题数改变时，必须马上修改算法中染色体的定 义以适应题库的变化，而题库的改变是经常发生的，因为题库必须经常删除一些旧题， 增加一些新题以保证题库的新鲜度。 ( 5 ) 、其他方法：例如湘潭大学谢深泉教授提出利用满足约束条件的试题库最小规 模巾估计和循环错位分配法等措施实现成批组卷1 9 】o 1 4 选题研究内容 课题研究的主要内容如下： ( 1 ) 、组卷算法； ( 2 ) 、通用试题库系统的分析与设计； ( 3 ) 、通用试题库系统的实现。 1 5 论文组织结构 论文首先介绍了试题库建设方面的一些理论，并在理论分析的基础上给出了一种组 卷算法：接着对系统进行了分析和设计，最后给出了系统的应用实例。 论文的主要内容如下： 第一章绪论 本章介绍了本课题的背景、意义以及主要研究内容。 第二章通用试题库系统 本章主要酷明了通用试题库系统的产生与发展以及作为试卷分析和成绩分析理论 依据的经典测量理论。 第三章组卷算法 本章介绍了常用的几种组卷算法。 第四章通用试题库系统分析与设计 本章进行了通用试题库系统的需求分析，并据此进行了系统功能模块和数据库设 计，最后介绍了本系统采用的组卷算法。 第五章系统实现 研究了系统实现技术以及开发过程，并给出了系统的应用实例。 3 两安4 i 油大学硕十学位论文 第六章总结与展望 对全文进行总结，探讨了系统的不足并提m 了系统的进一步研究和发展方向。 第二章试题库系统 第二章试题库系统 2 1 试题库系统概述 2 1 1 试题库系统的产生与发展 在传统的考试方式下，组织一次考试要经过人工出题、考生考试、人工阅卷、成绩 评估和试卷分析五个步骤。显然，随着考试类型的不断增加和考试要求的不断提高，教 师的工作量将会越来越大，可以说传统的考试方式已经不能适应现代考试的需要。随着 计算机技术的发展，计算机在各行各业的应用越来越广泛，人们迫切需要利用计算机来 进行考试，以减轻教师的工作负担、提高工作效率，同时也提高考试质量，计算机化考 试系统便应运而生了。 早期的计算机考试系统操作平台多为d o s 平台，其支持的考试也是处理基于d o s 下的各种应用程序和数据。随着微机操作系统平台由d o s 转向w i n d o w s 平台，对计算 机考试系统也提出了转向w i n d o w s 平台的要求。 随着网络应用不断扩大，国内外相继出现了各种计算机辅助测试软件。利用计算机 辅助测试软件进行考试，只要形成一套成熟的题库就可以实现考试的自动化。这样教师 所要做的只是精心设计题目、维护题库，而不是组织考试，从而大大减轻了教师的负担， 这表明其经济性是相当可观的。目前许多国际著名的计算机公司所举办的各种认证考试 绝大部分采用这种方式。 计算机辅助考试6 0 年代初在美国诞生，历经4 0 余年，已经在国外得到了广泛的应 用。国外有许多专门的考试机构采用计算机辅助测试软件对参加考核的对象进行评价。 著名的考试机构由美国思尔文学习系统有限公司，它是一家从事教育和计算机化考试服 务的专业公司，它在世界的6 大洲1 4 0 多个国家和地区有2 2 0 0 多个考试中心，可用2 5 种语言提供近百个不同类型，1 0 0 0 多种考试。每年全球参加计算机化考试的人数约4 0 0 万。 随着计算机性能不断上升，价格不断下降，计算机在各级各类学校中大量增加，并 已经进入家庭，计算机在教育、教学中发挥着越来越大的作用。但是经过学习和研究目 前运行的多种试题库系统，如高等数学，普通物理等，它们都存在着一定的弊病：一方 面，现有的试题库系统多数是某课程的专用系统，不能应用于多门学科，不能达到“通 用”，每- - f l 学科都要建立自己相应的系统，从而造成人员和经费的浪费；另一方面， 现有的试题库系统大体分为三种：一是将试题库看作试题集，命题时由具有丰富经验的 教师逐题抽取；二是将试题库看作试卷集，将已经出好的试卷存储起来，组卷时从题库 中任意抽取一份：三是有自动形成试卷的功能，利用某种组卷算法，自动形成合理的试 卷。前两种虽能保证试卷质量，但第一种与人工命题无异，第二种只能出有限份试卷， 第三种则是随机出题，又有组卷算法可以遵循，会形成千变万化的试卷。 5 两安| 干i 油大学硕十学位论文 2 1 2 建立题库的原则 ( 1 ) 、保证入库试题高质量的原则。试题的质量依赖于内容、答案、难度、区分度 等指标，这些指标是对试题定性和定量筛选的科学依据。 ( 2 ) 、保证入库试题数量大，分布合理的原则。从数理统计的角度束讲，命题就是 从母体中取样。取样的好坏直接影响试卷的质量，因此要求母体本身的容量要大，同时， 在选题是要考虑试题的难度、区分度、认知能力层次、知识点等多方面因素，因此要求 试题库中的试题分布合理。 ( 3 ) 、题库动态的原则。各个学科是不断发展的，学生水平、能力也在发生变化。 试题库应不断增加新试题新题型，才能适应这些变化，具有实用性和! l 命力，否则会被 时代所淘汰。因此，要求试题库管理软件必须拥有试题查询、试题增加修改的功能。 2 2 经典测量理论 试题库系统建设是一项十分复杂、技术性很强的工作。试题库中试题有关指标取值 的准确性直接关系到试卷的质量，因此试题库建设过程中对试题指标的计算与评估要有 理论基础，经典测量理论正是2 0 世纪产生和发展起来用于试题库建设的理论基础。 2 2 1 理论概述 经典测量理论( c l a s s i ct e s tt h e o r y ) ，是题库系统建设中试卷分析和成绩分析的理 论依据。它建立在以下三条假设的基础之一卜： ( 1 ) 、对某个学生进行测验所得的分数x 可以看成是反映该生实际知识水平的真 实分数x f 和测验误差x 。的线性组合，即x = x ，+ x 。 ( 2 ) 、误差分数的数学期望为零，因而真实分数可以用一个在大量测验中所得的分 数的统计平均值来表示。 ( 3 ) 、任意两次测验所得的误差相埘独立。 2 2 2 成绩分析 成绩分析是指利用试卷的考试结果从平均分、标准差、方差、相关系数等方面进行 分析，以便实现班与班、个人与个人的比较，成绩分析涉及到以下理论知识。 ( 1 ) 、集中量数。代表一组成绩的集中趋势，平均分就是一种典型的集中量数，用 于两组并行数据之问的比较。设有数据x 1 x 2 ，x 。，则有平均分公式2 - 1 。 6 式( 2 1 ) x一厅 。n = 一y 第二章试题库系统 ( 2 ) 、差异量数。表示一组成绩变异程度或离散程度的量，标准差、方差都是典型 的差异量数，用于考察一组成绩相对于平均数的分御状态，标准差越大，数据分布范围 越广，越参差不齐，反之，分御范围越小，越整齐。设有数据x 1 x 2 ，x 。，则有方差公 式2 2 以及标准差公式2 3 。 1 一一 s 2 = 三罗( x ；一x ) 式( 2 2 ) 氍磊 式( 2 3 ) ( 3 ) 、相关量数。表示两组成绩之间相关关系密切程度的量，相关系数是典型的相 关量数。设有( x i ，y i ) 两组数据，i - 1 , 2 3 ，n 则有相关系数公式2 4 。 e o 为正相关，r 0 1 级复合节点可以扩展为知识点网 络，扩展所得的网络称为k 级子网。由不高于k 级的复合子网构成的知识点网络称为 k + l 级复合知识点网络i ”j 。 节点间的链接是按支撑者到被支撑者的方向链接的。一个节点的入向链接是指端节 点是本节点的链接，而出向链接是指始节点是本节点的链接。每个链接都有一个非负权 值，它反映始节点对端节点支持的重要程度。只有出向链接的节点称为起始节点，只有 入向链接的节点称为终结节点。从节点i 到节点j 的有向路径称为节点i 对节点j 的支撑 路径川。 可见，知识点网络是一个带权的有向图g 。知识点网络中任何两个节点都不会在一 条有向环路上，因此，我们称此类网络为前向网络。 西安石油大学硕士学位论文 ( 2 ) 、试卷 我们编制试卷的目的是通过试卷这个媒介获得学生对知识点网络中尽可能多知识 点的掌握程度。试卷是由试题组成，而题目包含考查知识点，因而我们需要解决的问题 就转化为将试卷中包含的有限知识点如何尽可能的覆盖整个知识点网络。下面以图2 1 进行说明，知识点网络图由1 1 个知识点( 所有知识点的集合) 组成，试卷中包含图2 - 1 中5 个关键知识点( 黑色节点所示) ，然后通过它们的前驱知识点和后继知识点就可以 覆盖整个知识点网络。因而解决试卷中包含的知识点覆盖整个知识点网络的问题的关键 就是确定关键知识点集合即试卷中包含的知识点集合，这个问题比较难于解决，但是我 们可以由有经验的领域专家确定。 图2 1 知识点网络图 1 2 第三章组卷算法 第三章组卷算法 组卷是试题库系统的重要环节，它是以试题为加工对象，最终形成系统产品一试卷； 加工时所遵循的指导思想和方法称为组卷算法，因此深入研究组卷算法是获得优秀试卷 的途径。第二章讨论了如何获得高质量的加工对象，本章将讨论如何得到合理的加工方 法。 3 1 组卷概述 3 1 1 试卷模式 试卷模式【2 8 1 是试题相应的指标在试卷中所占的比例，也称之为“指标曲线”，它是 控制和描述试卷质量的具体要求。研究和分析试卷模式的内容，就是表述试卷组成诸多 因素的分布要求，它是实现计算机组卷的重要依据。 ( 1 ) 、分数模式。分数模式是指试卷的总分，用f m 。表示。 ( 2 ) 、时间模式。时间模式是试卷的答题时间，用t 。表示。设t o 为考试时间，其 中应包含一定的剩余时间给学生进行思考难题、订j 下错误、检查等，设这个比率为r ， 则有公式3 1 。 f 一= t o ( 1 - r ) 式( 3 1 ) ( 3 ) 、难度一分数分布。难度一分数分布是指不同等级难度的入选试题的分值占试 卷总分的分数分布。设难度d = 1 , 2 ，3 ，4 ，又设这次组卷期望第i 种难度的分值为 d i ( i = l 234 ) ，则与试卷满分的关系如公式3 2 所示。 4 ，咐；= 以 式( 3 2 ) 两 ( 4 ) 、章节一分数分布。章节一分数分布是指不同章节的入选试题的分值占试卷总 分的分数分御，重点章节可以占的比重大一些。设章节c = 1 ，2 3 c ) ，又设这次组卷 期望第 章的分值为c i o = j 23 ，c ) ，则与满分的关系如公式3 3 所示。 k 一c j 式( 3 3 ) ( 5 ) 、题型一分数分在。题型一分数分布是指不同题型的入选试题的分值在试卷总 分中的分数分布，这里有三方面的因素：题型的数量n 和每种题型下的试题数量n ，设 第i 种题型的第j 道试题的分数是t p j j ( i = l ，2 ，3 ，n ；j = i ，2 ，3 ，n ) ，则与满分的关系如公式 3 - 4 所示。 厂m a x2 蓍荟峨 1 3 式( 3 4 ) 西安，f i 油人学硕士学位论文 ( 6 ) 、教学要求度一分数分布。教学要求度一分数分布是指不同教学要求度的入选 试题的分值所占试卷总分的分数分布。设教学要求度r = 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，又设这次组卷期望 第i 档教学要求度的试题分数是r i ( i = l ，2 ，3 ，4 ，5 ) ，则与总分的关系如公式3 5 所示。 5 ，m ，= 式( 3 - 5 ) ( 7 ) 、学生认知能力一分数分布。学生认知能力一分数分布是指不同学生认知能力 的入选试题的分值占试卷总分的分数分布。认知能力a = 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ) ，又设这次组卷期 望第i 种认知能力的试题分值为p i ( i = l ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ) ，则与总分的关系如公式3 - 6 所示。 厂m a x5 薹p 式( 3 6 ) ( 8 ) 、难度一时间分布。难度一时问分布是不同等级难度的入选试题的所需的答题 时间的分布，设难度d = l ，2 ，3 ，4 ) ，又设这次组卷期望第i 种等级难度的试题所需的答题 时间是e i ( i = l ，2 ，3 ，4 ) ，则与总答题时| 日j 的关系如公式3 - 7 所示。 4 t m a x 2 善e 式( 3 - 7 ) ( 9 ) 、题型一时间分布。题型一时间分布是不同题型的入选试题所需的答题时间的 分布，设题型t p = 1 ，2 ，3 ，c ，又设这次组卷期望第i 种题型所需时间是c i ( i = l ，2 ，3 ，c ) ， 则与总时间的关系如公式3 8 所示。 t i n = 2 荟c 式( 3 - 8 ) ( 1 0 ) 、章节一时i 、日j 分布。章节一时问分布足不同章节的入选试题所需的答题时间 的分向。章节c = 1 ，2 ，3 ，n ，又设这次组卷期望第i 章所需的答题时问是t i ( i = l ，2 3 ，n ) ， 则与总时问的关系如公式3 9 所示。 f m a x 5 蓍 式( 3 9 ) ( 1 1 ) 、教学要求度一时间分布。教学要求度一时蚓分布是不同教学要求度的入选 试题所需的答题时间的分布，教学要求度r = l ，2 ，3 ，4 ，5 ) ，又设这次组卷期望第i 种教学 要求度的试题所需要的答题时间是k i ( i = l ，2 ，3 ，4 ，5 ) n 总时间的关系如公式3 1 0 所示。 5 t m a x2 荟七 式( 3 1 0 ) ( 1 2 ) 、学生认知能力一时问分布。学生认知能力一时间分布是不同学生认知能力 的入选试题所需的答题时i 日j 的分布，能力a = 1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ) ，我们假设第i 种学生认知能 1 4 第三章组卷算法 力的试题所需的时间是h t o = l ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ) ，则与总时问的关系如公式3 - 1 1 所示。 3 1 2 组卷过程 6 2 善岛 组卷就是根据组卷者对试卷的要求，利用试题的指标体系，根据选定的组卷策略， 从试题库中选出符合条件的试题，并依据试卷模式予以编辑，最终形成一份符合测试者 意图的试卷。组卷过程的流程图如图3 1 所示。 3 2 常用组卷策略 1 生成、编辑试卷i 图3 - 1 组卷过程流程图 从题库中选取满足要求的试题时需要一定的方法和技巧，这些方法和技巧就是组卷 策略，也叫组卷算法。目前常用的组卷策略有随机策略、搜索策略、回溯策略、误差策 1 5 西安石油人学硕士学位论文 略、优先权策略等，本节将详细探讨这些策略的有关内容。 3 2 1 随机策略 随机策略有两种情况，一是从试题全集中随机抽取一题，然后判断是否符合试卷模 式要求；二是从符合试卷模式某项要求的试题子集中随机抽取一题，然后判断是否符合 试卷模式其他项的要求。符合要求的试题为入选试题，并根据该题的有关指标更新试卷 模式表的累计分数。随机策略的实现过程如图3 2 ( 情况一) 以及图3 - 3 ( 情况二) 所 不。 _ _ _ _ _ _ _ t 输入模式 ， ， 继续夕 t l f 生成试卷 n 图3 - 2 随机策略实现过程数据流图( 情况- - ) 1 6 刮一 娄 扛 机 数匹栅 导 第三章组卷算法 3 2 2 搜索策略 图3 - 3 随机策略实现过程数据流图( 情况二) 搜索策略可以描述为：首先将临时数据库清空，利用试卷模式“题型一分数分布” 从试题集中过滤出满足约束条件的试题放入临时数据库，利用其它约束条件对进入临时 数据库的每道试题进行检验，如果不满足约束条件，则从临时试题库中删除此试题，如 果试题符合全部约束条件，则将试题送入试卷库。搜索策略可用图3 4 表示。 二卜 试题库 图3 - 4 搜索策略实例图 1 7 西安石油大学硕士学位论文 3 2 3 回溯策略 随着选题数量的增加，模式之问的约束度越来越大，很可能出现超出范围或者徘徊 不f 订的现象，这说明随机选中的某道试题可能不是最优的。这时候就可以采用回溯策略。 所谓网溯策略就是当抽到第k 题，组题无法进行下去时，用第i ( i k ) 题柬替换第k 题， 以保证组卷工作的进行。首先按照某一指标( 比如题型) 决定组卷次序，当抽到第k 道 题时发生阻塞的现象，若已经抽取的前k - l 题的次序是： n 1 。t 2 + - 魄一14 由于每一试题都有一组指标，如题型、难度、章节等。因此在抽题发生阻塞，抽不 出第k 题时，就可以调整抽题次序，将第k 题与第i 题的状态互换，其中i 是互换系数， 互换后抽题次序为： 啊_ 2 呻一1 呻玎t 一吩+ 1 _ + 仇一l _ 胛f 3 2 4 误差策略 理想的组卷结果是各项约束值百分之百的满足，但在实际操作过程中，由于随机技 术的采用、约束间的相互牵制、题量的限制等，在组题过程中很难达到理想的状念。如 果要求过于严格，计算机要不断地进行重新过滤，甚至进入到无休止的循环。如果适当 的允许误差，可以减少许多不必要的循环，减少命题失败的次数。误差策略就是在组卷 过程中当不存在满足条件的试题时，适当的放松约束条件，使组卷在允许的区问内完成 的一种策略。 正误差和负误差是误差策略中引入的两个概念。正误差是指对某一约束条件累计分 值可以超过预定分值的额度，负误差是指累计分值尚未达到预定分值，而试题库中已经 没有可选试题时，累计分值可以少于预定分值的额度。_ f 误差用+ 表示，负误差用一 表示，应该有： ( + ) + ( 一) = 0 式( 3 - 1 2 ) 3 2 5 优先权策略 静面介绍过，试卷模式多达十几种，在组卷过程中表现为有十几种预定的分值需要 满足；选中一题后，对应着这些模式项目中的某些值会有所增加，从而更加接近预定分 值，在选题的开始阶段，不存在模式项目i 日j 的牵制问题，因为各项都有很大的取值范围， 但随着被选试题数量的增加，取值逐渐的缩小，矛盾也随之产，七，会出现一道待选试题 使某个模式项目达到预定值，而其它各项却超出范围的现象，尤其是分值高的试题越到 后柬越难选出的现象。为了避免这种情况，可以将难选的试题放到前面选出，这种策略 称为优先权策略。影响优先权的因素有：1 、某类试题在题库中的数量( n u m ) ，数量越 1 8 第三章组卷算法 少越来越难选出，优先级越高；2 、某一类型试题的平均分数( a v e r a g e ) ，平均分数越 大，试题越难选，优先级越高；3 、模式项目累加值与预定分值之问的差距( r e s t ) ，差 距越大的越需要补充，优先权越高。综合以上三个因素，得到优先权公式： p = f r e 盯4 a v e r a g e ) n u m 式( 3 - 1 3 ) 每选中一题，优先权都会发生变化，因此在抽取下一题前，要重新计算优先权。 3 3 策略评价 ( 1 ) 、随机策略。随机策略所产生的随机数是用来确定试题的，它是该试题在试题 库中记录号的体现，其随机数的位数与试题库中试题数量有关，能否控制其位数是评价 算法优劣的重要因素。本系统所采用的随机数算法产生的随机数由试题库容量决定，这 样能使随机数分布到试题库的各个角落。 ( 2 ) 、搜索策略。所谓搜索策略就是判断所选试题是否满足试卷模式的要求，当多 个模式并存时可以采取不同方式搜索，如果逐个模式顺序搜索，将浪费临时数据库空间 和搜索时间。 ( 3 ) 、回溯策略。选中的试题不符合模式要求时，可以重复选题过程，当重复选题 过程超出指定次数后，宜采用回溯策略。 1 9 西安石油大学硕士学位论文 第四章通用试题库系统分析与设计 需求( r e q u i r e m e n t ) 是待开发系统的特征。需求分析( r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s ) 就是 软件分析人员着手分析软件系统需要解决的问题的阶段。需求分析山系列活动构成， 包括需要解决问题的研究和确定系统解决方案必须具有的行为1 2 ”。需求分析的完整性和 持续时问根据选择的特定开发过程各不相同。 需求分析过程也称为需求工程、需求过程或需求阶段。是软件过程的一个重要的部 分，它是软件产品项目设计的自u 提，是保证项目满足客户需求，使项目圆满完成的必要 前提。 需求分析丌始于来自领域专家的需求的启发。这一过程中收集的信息必须被清晰、 简洁、明确地记录下来。这种需求的记录称为需求建模( r e q u i r e m e n t sm o d e l i n g ) 。需求 模型是需求规格说明( r e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n ) 的一部分。如果规格说明没有正确地 反映用户的需求，那么将来软件系统就没有机会获得成功。b o e h m 对软件丌发项目进 行了研究，得出结论：币确、彻底的需求分析对于生产成功的、费用适度的最终软件系 统非常重要1 2 2 1 1 2 3 】。 任何软件都是从最模糊的概念开始的，这个概念是不清楚的，但却是最高层的业务 需求的原型。从概念提出的那一刻开始，软件产品就进入了软件生命周期。在经历需求、 分析、设计、实现、部署后，软件将被使用并进入维护阶段，这样的一个过程，称为“软 件周期类型( s o f t w a r ec y c l em o d e l ) ”1 2 4 1 。 软件需求包括三个不同的层次：业务需求、用户需求和功能需求1 2 5 1 。业务需求反 映了组织机构或客户对系统、产品高层次的要求，它们在项目视图与范围文档中予以说 明：用户需求文档描述了用户使用产品必须要完成的任务，这在使用实例文档或方案脚 本说明中予以说明：功能需求定义了丌发人员必须实现的软件功能，使得用户能完成他 们的任务，从而满足业务需求。 需求分析就是描述系统的需求，通过定义系统中的关键域类来建立模型。分析的根 本同的是在丌发者和提出需求的人之间建立一种理解和沟通的机制。需求分析不受技术 方案或细节的限制。在分析阶段，开发人员不应该考虑代码和程序的问题。它是迈向真 正理解需求的和所要设计的系统的第一步。 分析的第一步是定义用例，即描述本系统的功能，确定系统的功能需求。用例分析 t 要涉及阅读和分析规格说明，和系统的潜在用户讨论。在业务流程中定义了需求工作 流程的工作目的： ( 1 ) 、与客户在涉及系统的工作内容方面达成并保持一致。 ( 2 ) 、使系统开发人员能够更清楚地了解系统需求。 ( 3 ) 、定义系统边界。 ( 4 ) 、为计划迭代的技术内容提供基础。 2 0 第四章通用试题库系统分析与设计 ( 5 ) 、为估算开发系统所需成本和时间提供基础。 ( 6 ) 、定义系统的用户界面，重点是用户的需要和目标。 对应到业务流程的工作界面，业务需求其实也是业务建模流程，在这个流程中，参 与者主要是业务流程分析员。主要的目的是对企业目的的业务流程进行评估，并根据要 进行的项目确定进行何种程度的业务建模，然后得到一个叫业务前景的东西，并在涉及 范围内达成一致。业务要求层次需要投入的精力视具体项目而定，而业务需求的确定， 对之后的用户需求和功能需求起限定作用，业务需求就是需求过程的宪法，任何需求不 得与之相违背。 在用户需求层次上，其重心转移到如何收集用户的需求上，即确定角色和角色的用 例，需求分析是很难的，因为很多隐性需求很难获取，更难保证需求完整，而需求又是 易变的。一般来说，在过去作需求分析的时候，更多依靠的是阅读企业的文件，但是企 业的文件往往有局限性，例如落后于当前的业务、不够明确并且依赖于管理水平的高低， 所以后来获取需求的方法逐渐倾向组织访谈会。 功能需求依赖于用户需求，可以说是用户需求在系统上的一个映射。开发者思考的 角度从用户转移到开发者。在这个层次上，为用户做一个软件原型是一个重要步骤。直 到现在，用户对软件还是没有一个实实在在的概念，如果你给用户一个原型，用户就会 在开始的时候就知道系统大致情况。这避免了用户在软件开发完成后才看到软件所带来 的一些风险。是否有必要采用快速原型开发和原型开发到何种地步取决于具体的项目， 很多时候用一些非正规的生成原型：如果要开发一个w e b 系统，让美工做几个页面给 用户看看，如果做个c s 系统，做一个界面给用户，都已经足够用了，甚至完全可以 在黑板上画一画将来的软件的面貌都可以。用户大都是比较友善的，不要把问题过于复 杂。 需求的标准要保证做到这几点：明确( c l e a r ) 、完整( c o m p l e t e ) 、一致 ( c o n s l s t e n t ) 、可测试( t e s t a b l e ) ，此外还有其他的概念，如何跟踪、可修改等 等。 4 1 系统分析 4 1 1 通用试题库系统需求分析 试卷是考察教学成果的重要手段。目前，许多院校的考试都是采用手工出卷的方式， 教师将大量的精力花费在试卷选题、编辑、整理等过程中，不能将全部精力放在试卷质 量的提高上，导致试卷整体难度和侧重点偏差较大、缺乏规范性，不利于考察学生的学 习水平。因此丌发套试题库系统是十分有必要的。 ( 1 ) 、系统要求 通过调查分析，试题库系统应满足以下几个方面的需求： 2 1 西安石油大学硕士学位论文 在试卷、题库的管理及基本信息录入方面： 能添加科目，并对科日的知识点，题型进行管理；能查看、添加、修改、删除试题， 能进行文字、图形以及数学公式等的录入。试题库中应包含多种类型的题目，如选择题、 判断题、填空题，计算题等，许能动念的增加所需要的题型。 在生成所需试卷方面： 系统应为组卷者提供三种组卷方式：a 、在保存的整套试卷中随机抽取出一套试卷； b 、手工组卷，由组卷者指定试卷中要包含的所有题目，系统在题库中提取出试题内容 生成试卷，同时生成试卷答案；c 、自动组卷，系统为用户提供一组既方便操作又能准 确反映组卷者考试目的的参数设置，系统根据组卷策略从题库中选取满足条件的试题组 成试卷，同时生成试卷标准答案。 同一份试卷中不能出现重复题，也应该尽量地避免题目的相关性；为了确保试题的 保密性，被选r f l 的试题应该有一定的时间| 日j 隔和使用次数的限制，同时应该具有一定的 随机性。 在己抽出的试卷输出方面： 能对其图文混排，经过格式调整即可打印。 在系统界面设计以及联机帮助方面： 系统界面应该直观、友好、对用户透明。用户接触软件后对界面元素对应的功能一 目了然、不需要多少培训就可以方便使用本系统。在界面设