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河北联合大学轻工学院 QINGGONG COLLEGE HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕业业设设计计说说明明书书 设计 论文 题目 设计一座年产设计 论文 题目 设计一座年产 325 万吨良坯的炼钢车间万吨良坯的炼钢车间 学生姓名 刘学涛学生姓名 刘学涛 学学 号号 201015090106 专业班级 专业班级 10 冶金冶金 1 班班 学学 部 材料化工部部 材料化工部 指导教师 指导教师 王硕明王硕明 教授教授 2014 年 05 月 27 日 摘 要 I 摘 要 随着互联网在国际上迅猛的发展 基于互联网的各种应用也日益受到人们 的重视 特别是现代远程教育得到了巨大的发展 基于 Web 的考试系统正是在 这种形势下应运而生的 尽管传统的考试形式应用还非常普遍 但伴随着远程 教学的推广普及 作为远程教学系统子系统的在线考试系统呼之欲出 中文摘要约 300 汉字 关键词 考试系统 自动组卷 题库 遗传算法 Abstract II Abstract With the rapid development of Internet in the international more and more web based applications were increasingly subject to people s attention in recent years and the modern distance education has been tremendous development The web based examination system is emerged in such a situation Although the traditional form of examination is also very common with the expansion and universality of distance learning the online examination system come into being as a subsystem of distance learning system Automatic Test Paper is a crucial part in the examination system With the rapid development of artificial intelligence this issue has been a growing number of scientists concerned Automatic Test Paper is the real follow a strategy of topics and select a group of questions from the questions makes them all the properties are within a certain range by volume to meet the expectations index The core of the problem is multi target strategy of choice The design of database is also a very important part in the examination system and the design of database is good or bad will directly affect the effectiveness of automatic Test Paper This paper designs and implements an on line examination system and its functions include on line examinations test management and maintenance automatic Test Paper Grade examination papers and grade point seeing results and information management features such as students etc It focuses on the automatic Test Paper algorithm and the database design project and gives the Test Paper algorithm and the database design project of on line examination system integrating the characteristics of on line examination system Test Paper algorithm is the focus of the research and in a large number of domestic and international literature on the basis of this paper use a genetic algorithm as a intelligence and optimization Test Paper to solve the problem of Test Paper Algorithm is carried on the detailed design and analysis in the text and coding structure cross operator and mutation operator are carried on a distinctive design and make the genetic algorithm to meet Test Paper as the requirements of this particular issue Keywords examination system automatic test paper database genetic algorithm 目 录 III 目 录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1 1 在线考试的现状 1 1 1 1 在线考试在国外的发展状况 1 1 1 2 在线考试在国内的发展状况 1 1 1 3 当前在线考试系统的特征 2 1 2 组卷算法的现状 2 1 3 本课题的来源 3 1 4 本文主要内容 4 1 5 本章小节 4 第 2 章 组卷算法与题库的研究 5 2 1 组卷算法理论 5 2 1 1 随机选取法和回溯试探法 5 2 1 2 遗传算法 5 2 2 在线考试系统的组卷算法 8 2 2 1 组卷算法的确定 8 2 2 2 组卷参数定义 9 2 2 3 基于遗传算法的组卷算法设计 11 2 3 题库基础理论 14 2 3 1 题库发展 14 2 3 2 题库的概念 14 2 3 3 题库的特征 14 2 3 4 题库的建设理论 15 2 3 5 题库建设步骤 16 2 4 在线考试系统的题库建设方案 17 2 4 1 在线考试系统的题库建设步骤 17 2 4 2 题库管理系统框架 18 2 4 3 题库管理设计方案 18 2 5 本章小结 20 第 3 章 在线考试系统的需求分析和设计 21 3 1 系统需求分析 21 3 1 1 系统功能分析 21 目 录 IV 3 1 2 系统的数据流图 21 3 2 系统概要设计 22 3 2 1 系统功能模块的划分 22 3 2 2 在线考试系统的主流程图 23 3 2 3 数据库设计 24 3 3 系统详细设计 29 3 4 本章小结 33 第 4 章 考试系统中题库和组卷子系统的实现 35 4 1 题库子系统 35 4 1 1 科目管理 35 4 1 2 题库管理 36 4 2 组卷子系统 37 4 2 1 组卷子系统的操作流程 37 4 2 2 组卷子系统的操作界面 38 4 2 3 基于遗传算法的组卷算法的实现 38 4 3 本章小结 46 结 论 47 参考文献 49 谢 辞 55 注 释 55 附 录 55 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1 1 在线考试的现状 1 1 1 在线考试在国外的发展状况 大约 1997 年初 国外开始出现支持网上教学的系统和平台 近年来层出 不穷 国外大多数系统侧重于网上的课程开发 课程管理 学生历史记录等方 面 对教学过程提供全面有效但是比较基础的支持 也有一些系统重视教学活 动的设计 如提供对不同教学模式的教学实施方便性的支持 美国的 NTU 英国 的 pen College 都是十分典型的网络教育示例 但是 一些范围内的考试采取的 技术还是 1 1 2 在线考试在国内的发展状况 国内网络教育和网络大学已经兴起 通过对国内网上学校了解发现 网上 课程考试支撑系统明显不足 我国的网络学院的开办 作为网络课程重要组成 部分的网络考试系统也有很多地方开发过 如北京师范大学的网络教学平台 其测试考核自动化 但是功能单一 只能适用于计算机应用操作考试 网络版 扩展性能差 采用的是两层 C S 结构 只能在局域网内使用 上海交大也开发 了一个网络考试平台 它的试题库做不得错 但是实时在线考试功能较差 不 少高校及科 1 1 3 当前在线考试系统的特征 综观现有的网络课程 多数还是处于资源建设阶段 配套成熟的网络考试 系统不多 通过对一些远程教育学校 市场上的在线考试系统分析 其特点和 存在的问题如下 基于 WEB 的在线考试系统的特点 1 实现考试的远程化 可以不受时间和空间限制的开展考试 不必将考生 集中到一个具体的考场 2 测试方式多样化 可以针对客观题 如选择题 也可以针对主观题 如 填空题 简答题 3 实现了考试和评的自动化 除了部分主观题 在线考试系统都可以在考 试结束后自动地立即评阅考卷 从而快速得到考试结果 体现了考试的高效性 河北联合大学轻工学院 2 与准确性 4 充分发挥教师的主动性 教师 或管理员 可以较方便地对题库进行增添 删除 修改等维护工作 5 可自动对学习者的考试结果进行记录和处理 为面向学习者的个别指导 提供依据 1 2 组卷算法的现状 组卷系统是实现在线考试系统的一个重要的组成部分 自动组卷是考试系 统自动化或半自动化操作的核心目标之一 它就是按照教师和教学要求 由计 算机自动从试题库中选择试题 组合成一份符合要求的试卷 而如何保证生成 的试卷 1 3 本课题的来源 我们学校以前所有课程的考试都是采用手工试卷考试形式 由任课教师根 据教学重点自己设计或从其他资料上选些试题 组成试卷进行考试 考试后由 任课教师手工判卷 这样的试卷考试存在许多弊端 1 4 本文主要内容 本文主要设计并实现了一个在线考试系统 考试系统功能包括在线考试 试题管理和维护 智能组卷 阅卷评分 查看成绩和学生信息管理等功能 本 文重点研究了题库建设理论和组卷算法 并详细描述了本考试系统的题库建设 方案和基于遗传算法的组卷算法设计过程 本文将单设章节讨论题库建设方案 和组卷算法 1 5 本章小结 本章主要分析了在线考试系统和组卷算法的当前现状 总结了考试系统的 特征 指出了当前考试系统的一些问题 最后对本课题的来源以及本文主要内 容进行了介绍 第 2 章 组卷算法与题库的研究 3 第 2 章 组卷算法与题库的研究 2 1 组卷算法理论 2 1 1 随机选取法和回溯试探法 以往的具有自动组卷功能的考试系统大多采用随机选取法和回溯试探法 1 随机选取法 随机选取法根据状态空间的控制指标 由计算机随机的抽取一道试题放入 试题库 此过程不断重复 直到组卷完毕 或已无法从题库中抽取满足控制指 标的试题为止 该方法结构简单 对于单道题的抽取运行速度较快 但是对于 整个组卷过程来说组卷成功率低 即使组卷成功 花费时间也令人难以忍受 尤其是当题库中各状态类型平均出题量较低时 组卷往往以失败而告终 简而 言之 组卷时显得较死板 无法满足题库多变要求 且不具有智能性 1 2 1 2 遗传算法 1 遗传算法概述 遗传算法是一种仿生优化算法 它的产生归功于美国 Michigan 大学的 Holland 在 20 世纪 60 年代末 70 年代初的开创性工作 其本意是在人工适应 系统中设计的一种基于自然演化原理搜索机制 大约在同一时间 Fogel 和 Rechenberg 及 Schwefel 引入了另两种基于自然演化原理的算法 演化程序 Emvolutionary Programming 和演化策略 Evolution Strategies 这三种算法 构成了目前的演化计算领域的三大分支 它们从不同层次 不同角度模拟自然 原理 以达到求解问题的目的 2 2 2 在线考试系统的组卷算法 2 2 1 组卷算法的确定 在线考试系统将要实现多门课程的组卷和考试 而每一门课程中又包含多 种题型 每种题型中的每个试题又属于不同的章节 具有不同的难度 因此考 试系统是从不同科目 不同题型 不同难度 不同章节范围内的试题中选题组 河北联合大学轻工学院 4 卷 组卷时对试题的要求很多 其复杂程度可想而知 最重要的是在线考试系 统是基于 2 2 2 组卷参数定义 总体参数是指对试卷的整体属性的说明 具体有 试卷标题 考试时间 满分值 平均难度 平均区分度 考察的章节知识点 表表 2 1 总体参数表总体参数表 参数名称 试卷标题 考试时间满分值平均难度平均区分度考察的章节知识点 参数值 Test 100 100 难 中 1 2 3 2 题型比例 题型比例指试卷的题型结构 也就是试卷中有那些大题型 某道大题型下 有多少道小试题 这些试题在试卷中占多少分 某题型要考察那些知识点 题 型比例参数可概括成为一个一维表 其中列为 题型 试题数 分数 题型考 察的章节知识点 表表 2 2 题型比例表题型比例表 题型 试题数 分数 考察章节知识点 A 10 20 1 6 5 B 5 20 2 4 N 1 5 3 良 20 30 25 15 5 中 5 25 40 25 5 较差 5 5 30 40 20 差 0 5 30 30 35 2 2 3 基于遗传算法的组卷算法设计 从上文可知 使用遗传算法组卷时要涉及到七大要素 并且上文已对这七 大要素的设计思想进行了介绍 下面详细介绍一下在线考试系统在使用遗传算 法进行组卷时所涉及的七大要素的设计方法 第 2 章 组卷算法与题库的研究 5 2 3 题库基础理论 2 3 1 题库发展 计算机应用的普及 为计算机管理试题库提供了可能 同时也促进了试题 库理论和实践的发展 七十年代 试题库建设形成较完善的经典理论体系 即 CTT 2 3 2 题库的概念 题库是大量具有必要参数的题目的有机组合 题库中的题目都是按照测验 目标精心筛选和校准的 每一题目除了试题本身的内容外 还要具有表征题目 属性的编号 来源 知识点 答案 难度 区分度以及使用情况等多种指标 这些题目以一定的结构存放在题库中 使用者可以方便地根据题目属性指标提 供的信息选择题目 编制所需要的试卷 2 3 3 题库的特征 题库的特征主要有以下几点 2 3 4 题库的建设理论 题库建设理论是指整个题库工作的基本理论 题库建设理论的涵义是广 泛 2 3 5 题库建设步骤 实际上题库建设是一项相当艰巨的系统工程 要建设一个题库 一般要包 括以下几个步骤 2 4 在线考试系统的题库建设方案 根据我校对学生的培养目标和考核目的 在线考试系统题库建设依据经典 测试理论进行 河北联合大学轻工学院 6 2 4 1 在线考试系统的题库建设步骤 在线考试系统的题库建设包括以下几个步骤 1 题库的结构设计 2 4 2 题库管理系统框架 题库建设和设计是实现在线考试的基础 为了加强对题库的管理 本在线 考试系统设置只有系统管理员才有权限管理题库 因此要对题库进行管理 首 先需要以系统管理员身份登录考试系统 在线考试系统中的题库管理部分包括 科目管理和题库管理两个部分 具体题库管理系统框架如图 2 1 所示 后台管理 题库管理科目管理 添 加 科 目 删 除 科 目 修 改 科 目 添 加 试 题 删 除 试 题 修 改 试 题 浏 览 试 题 图 2 1 题库管理系统框架图 2 4 3 题库管理设计方案 科目管理主要实现科目的添加 删除和修改功能 所涉及数据只有科目名 称一个数据 操作比较容易 在此不再叙述 下面主要描述一下题库管理设计 方案 2 5 本章小结 本章分别对组卷算法和题库进行了研究 组卷算法方面首先介绍和分析了 随机选取法和回溯试探法两种组卷算法 接着介绍了遗传算法 最后给出了在 线考试系统的组卷算法设计方案 题库方面主要介绍了题库的发展 题库的概 第 2 章 组卷算法与题库的研究 7 念 题库的特征和题库建设方面的理论 以及题库建设的步骤 最后给出了在 线考试系统的题库建设方案 河北理工大学信息学院 8 第 3 章 在线考试系统的需求分析和设计 3 1 系统需求分析 3 1 1 系统功能分析 在线考试系统是我校为了改变过去的试卷考试而开发的一个基于网络的考 试系统 为了确定考试系统的功能 我们首先听取了学校领导的意见 进而又 了解了现在学校考试的特点以及考试的全过程 并且多次组织各系教师开会 听取 3 1 2 系统的数据流图 根据在线考试系统的功能 对考试系统中的数据流进行分析 可以得到如下 3 2 系统概要设计 3 2 1 系统功能模块的划分 在线考试系统是一个基于网络同时可实现多门课考试的考试系统 结合我 校的实际情况 该考试系统的主要功能模块可分为后台管理部分和在线考试部 分 其中后台管理部分主要实现考试科目管理 题库管理 考生管理 成绩管 理 发布公告和试卷生成等功能 在线考试部分主要实现网上查看考试公告 在线考试 和查询成绩的功能 在线考试系统功能模块图如下图 3 3 所示 3 2 2 在线考试系统的主流程图 在线考试进入之后首先必须登陆才可以使用考试系统的功能 登陆时要进 行用户身份判断 有两种身份 一种是普通学生 另一种管理员 两种身份登 陆后所看到考试系统界面不同 3 2 3 数据库设计 1 概念结构设计 概念模型是对信息世界建模 所以概念模型应该能够方便 准确地表示出 第 4 章 考试系统中题库和组卷子系统的实现 9 上述信息世界中的常用概念 概念模型的表示方法很多 其中最为著名最为常 用的 3 3 系统详细设计 详细设计阶段的主要任务是为各模块划分子模块 后台管理部分的各模块的 子模块划分图如下所示 3 4 本章小结 本章主要介绍了在线考试系统的需求分析和设计过程 分为考试系统需求 分析 考试系统概要设计和考试系统详细设计三个部分 河北理工大学信息学院 10 结 论 考试在教育中起着举足轻重的作用 它为教育者提供了检测教育效果的手 段 然而目前学校与社会上的各种考试大都采用传统的考试方式 即纸笔考试 在此方式下 组织一次考试通常要经过如下几个步骤 人工出卷 考生考试 人工阅卷 成绩评估和试卷分析 显然 随着考试类型的不断增加及考试要求 的不断提高 教师的工作量将会越来越大 并且其工作将是一件十分烦琐和非 常容易出错的事情 可以说传统的考试方式已经很难适应现代考试的需要 并 且随着计算机应用的