一个智能型试题库管理系统的设计与分析.pdf

第17卷 第4期 开封大学学报 Vol 17 No 4 2003年12月JOURNAL OF KAIFENG UNIVERSITYDec 2003 收稿日期 2003 05 20 作者简介 齐晖 1963 女 河南开封人 副教授 研究方向 计算机辅助教学 一个智能型试题库管理系统的设计与分析 齐 晖 中原工学院 计算机系 河南 郑州450007 摘 要 介绍智能型试题库管理系统的设计思想 系统特征与结构 并给出了系统的质量指标 体系 重点论述了运用学生模型库和教师模型库实施组卷的关键技术 关键词 试题库 学生模型 教师模型 组卷策略 中图分类号 TP311 138 文献标识码 A文章编号 1008 343X 2003 04 0074 03 0 引言 考试是教学过程中的一个重要环节 它在评价学生的学习成绩 激发学生的创造力 提高学习效果 等方面都起着重要作用 同时也为教师改进教学 提高教学质量提供必要的信息 试题库是按照一定的 教育测量理论 利用计算机技术构成的某种学科题目的集合 随着计算机应用的普及 人们研制开发出 了大量的试题库管理系统 一个高质量的试题库管理系统主要有以下几个方面的特征 1 试题库管理系统成功地运用了现代教育理论 教育方法和新的教育心理学理论 使教学双方符合 教学规律 2 试题库管理系统应尽可能地模拟教学专家的思维过程 根据学生的水平与学习情况 自动生成客 观 科学的试卷 3 系统的设计与实现能充分发挥多媒体计算机的功能特点 并利用现代软件工程思想 使系统体现 开放性和适应性 便于修改 扩充和操作使用 目前的试题库管理系统存在一些普遍性问题 单一学科 单层次的试题库较多 系统缺乏可扩充性和灵活性 图形 表格等非文本受处理能力差 对试题的描述不够科学 组卷失败率高 系统的统计分析功能不足 缺乏开放性和适应性 适合于网络环境下的通用试题库管理系统开发不足 无法根据优秀教师的经验和学生的知识水平产生较为科学 合理的试卷 系统安全性问题较大 综上所述 一个优秀的试题库管理系统应能根据学生的认知结构 对教学内容的掌握程度和学习情 况 确定最佳组卷策略 生成符合学生情况和满足教学要求的试卷 本文探索性地介绍智能型试题库管理系统的设计思想 系统特征与结构 并给出了系统的质量指标 体系 重点论述了运用学生模型库和教师模型库实施组卷的关键技术 1 系统结构及工作模式 根据国家教委颁布的试题库管理规范标准 对智能型试题库管理系统进行了深入细致的分析研究 提出以下的系统结构及工作流程 1 1 系统目标与结构 建立试题库管理系统 生成试卷模块是系统实现的难点所在 在组卷过程中 要使生成的试卷最大 47 限度地满足教学要求 突出教学重点 难点 将传统的出题方法和优秀教师的经验融合进去 以体现组卷 的科学性与合理性 系统总的目标是使系统具有智能性 本系统是在将常规试题库管理系统改造成知识库的基础上 依 据人工智能理论中的专家系统思想 增加了若干模块和库 实现了如图所示的原理结构 图1 1 系统基本结构 在该系统中 领域知识库存放着用于测试学生知识水平的水平测试库和按不同试题类型 如有填 空 选择 判断 简答 计算 证明 作图 论述等 设置的不同题库 学生模型是智能型试题库管理系统的重要组成部分 其作用是测定学生的学习水平和学习情况 为 专家命题提供依据 它包括以章节为单位的教学内容和与之对应的不同难度 不同类型的练习题 教师 在进行命题前 要对学生的学习情况进行评估测试 这些测试包括对概念的理解能力 应用能力 对知识 的综合运用能力等的测试 根据测试结果和其它关于试题的指标参数 选择相应的组卷策略 生成试卷 教师模型是系统的另一关键部分 它最主要的功能是模仿优秀教师的经验 构成命题知识库 其工 作过程是根据学生模型反馈的学生信息 启动推理机制产生试卷 1 2 系统工作流程 教师在组织试卷之前应该了解学生的整体认知水平 结合学生对所学课程内容的掌握情况 指定相 对合理的考试内容 智能型试题库管理系统组卷也是如此 其工作过程为 11211 学生通过人机界面 建立学生模型库 它记录学生在课程的教学过程中的学习情况 即确定学生 的学习水平等级值 是将来教师组卷的重要依据 11212 教师通过水平测试模块 选取不同教学内容 不同类型 不同难度的测试题 对学生进行测试 并 将测试结果存入学生模型库 11213 用户提出明确的组卷要求 可选择专家命题和自动命题两种方式 系统根据组卷信息 确定最佳 组卷策略 并从领域知识库中打开相应的各个类型的试题库 运用组卷策略 在总分数范围内选择试题 如果选中 将本题分数 答题时间累加到已选试题分数和答题时间变量中 并将选中试题的有关内容送 入试题库 如果已选试题分数等于该章试题的总分数 则终止该章试题的选择过程 开始选择下一章试 题 11214 如此循环往复实现模拟教师组卷的全过程 1 3 系统功能 系统的主要功能包括 用户管理 试题库管理 系统维护 试卷管理 统计分析 帮助等功能模块 用 户管理模块对用户的使用权限进行管理 保证系统的安全性 试题库管理模块包括试题的录入 答案录 入 题库查询等 系统维护包括试题及答案的增加 修改 删除 题库备份 以及对库中各类表的操作 试 卷管理包括组卷和试卷的调用 编辑 统计分析包括整体分析和项目分析 2 系统实现中的几个技术问题 2 1 试卷分析指标体系和评价体系 根据 经典测量理论 Classical Test Theory简称CTT 对试卷的分析与评价包括两方面 一是对 各个试题进行的分析 称为 项目分析 主要包括难度分析 区分度分析和迷惑答案的有效性分析 二是 对整个试卷或考试进行的分析和评价 称为 整体分析 主要包括信度 效度等 下面简要分析难度 信 度 区分度三个技术指标 57 2 1 1 难度 难度是指试题的难易程度 确定试题难度用公式 Pj 1 Sj Fj 其中Pj表示第j题的难度 Sj表示考生的第j题的平均分 Fj表示第j题的分值 当 Sj 0 即所有考生均得零分 难度值Pj 1 说明此题难度最高 当 Sj Fj 即所有考生均得满 分 难度值Pj 0 说明此题难度最低 在生成试题时 一般取难度适中的题目 难度Pj越接近0 5时 区分考生之间的能力差异的区别力 越高 2 1 2 区分度 区分度即鉴别度 是指同一份试卷对不同考生知识掌握程度的区分或鉴别能力 计算区分度的方 法很多 我们采用 两端分组法 进行计算 确定试题区分度用公式 D PH PL 其中PH和PL分别表示为高分组和低分组通过某个题目的百分比 D为区分度指数 D的值在 1和 1之间 当D 1时 表示高分组全部答对 而低分组全部答错 D 1则与上面的情形相反 高低分 的分组最佳点是上下27 2 1 3 信度 信度又称可靠度 它是指考试的一致性程度 即考生的成绩与他们的实际水平的接近程度 信度的 计算采用可伦巴赫 系数公式 K K 1 1 K i 1 S 2 i S 2 其中 是信度系数 K是试题数 Si是第i题考分的方差 S是考分的总体方差 2 2 学生模型中知识水平的定量评估 为了对学生进行全面分析 了解学生掌握知识的范围 水平 解题能力 我们对每一道测试题除一般 题库中的章节号 题干 分值 答题时间 课时比例 考试范围 难度 区分度等参数外 还设置了题目所反 映的识记能力 x 1 理解能力 x 2 应用能力 x 3 分析能力 x 4 综合能力 x 5 评估能力 x 6 根据标度矩阵G x1 x2 x3 x4 x5 x6 和答题向量P a1 a2 a3 a4 a5 a6 求出综合成绩向量Q G P 6 i 1 Xiai 并给出A B C D四个评估等级的量比 A 100 00 B 66 67 C 33 33 D 0 00根据Q值确定 学生知识的水平 并将其掌握的等级值 将其结果记入学生模型库 2 3 组卷策略库的组织实施 系统提供自动组卷 专家组卷两种组卷方式 自动组卷方式下 用户只需输入题型比例 难度系数 答题时间 区分度等特性参数 系统即可根据参数运行随机选题算法生成试卷 专家组卷则通过学生模 型库获得被测试学生的知识水平 并将其作为试卷的水平启动推理机制生成试卷 教师模型库是由产生式规则表示的命题经验库 推理机采用二级推理 第一级根据学生模型库中学 生知识水平的定量等级值 运用教师模型库中的选题知识选出符合题类 题型 难度 学生水平等级值 区分度的试题类 第二级根据考试范围 课时比例 运用教师模型库中的组卷知识确定每类试题的分量 然后对每一确定下的试题类 结合试题的使用频率再采用随机选题的方法 最终确定被采用的试题 教师模型库包括选题知识和组卷知识两部分 1 选题知识 表示某种题类 题型 难度 学生水平等级值 区分度与被选取的关系 选题知识规则表示为 下转第80页 67 不可一味追求保险性和过分加大余量 把制冷温度降得过低和把制冷量提得过大 否则 将导致制冷系 统的质量急剧增加 使初投资和运转维修费用都增加 图5为节流封闭循环制冷机的比质量和制冷量关系曲线 从图得知 节流封闭循环制冷机的比质 量主要取决于制冷量 即使制冷温度相同 由于制冷量的减少也会使比质量直线增加 斯特林 吉福特 麦克马洪 索尔文 布雷顿透平制冷机及节流封闭循环制冷机都具有一机多用的 优点 可制成氮 氖 氢 氦液化器 用于国民经济的各个方面 斯特林 吉福特 麦克马洪 索尔文制冷 机还可直接液化氮 氖和氢气 它们与节流系统相配合制成的氦液化器 可提供少量液氦和4 2K温度 级的冷量 具有启动快 操作简单 体积小 重量轻等特点 用于需要小冷量 少量液氦的地方 可显示出 独特优点 最低温度为3 1K的斯特林制冷机 能在4K条件下输出4mW的冷量 它有可能代替一般 氦液化器的最末一级焦耳 汤姆逊系统 还可用斯特林和吉福特 麦克马洪和索尔文制冷机作冷源制 成低温高真空泵 其突出特点是 建立真空的速度快 效率高 可做到多种抽速 所获得的超高真空洁净 无污染 节流封闭制冷机虽然也能一机多用 但它所获得的温度会受到几种工质液化温度的限制 不如 其他几种制冷机的温度范围宽广 参考文献 1 边绍雄 1 小型低温制冷机 M 北京 机械工业出版社 19831 责任编辑 川 页 上接76页 xt TL TX ND SPDJ QFD SP f SPDJ 即若题类为TL 题型为TX 难度为ND 学生水平等级值为SPDJ 区分度为QFD的题目的正确率 满足关系f 则可以在水平为SP的试卷中将其作为侯选试题类 2 组卷知识 表示各种题类 题型 难度 学生水平等级值 区分度题目在不同水平的试卷中所占比 例及考试分量与考试时间的关系 组卷知识用规则和事实表示 zj1 FL SJ 时间为SJ的试卷总分量FL为g SJ zj2 TL FBL 题类为TL的教学内容的题目占分量比为FBL zj3 TX FBL 题型为TX的教学内容的题目占分量比为FBL zj4 ND SP FBL 难度为ND的题目在水平为SP的试卷中占分量比为 FBL zj5 SPDJ FBL 学生水平等级值SPDJ的教学内容的题目占分量比为FBL 3 结束语 本文讨论了一个智能型试题库管理系统的设计思想和实现中的关键问题 其核心是学生模型库和 教师模型库的建立 而知识库中知识的表示和实效的推理机制是技术中的难点问题 目前本系统仅是 一个雏形 其智能程