基于智能组卷的《有限元法与软件应用》课程考试系统的设计

2 0 1 3年 l 2月 第 4 2卷 第 1 2期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e D e s i g n a n d Ma n u f a c t u r i n g E n g i n e e r i n g De c 2 0 1 3 Vo 1 4 2 No 1 2 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 3 1 2 O 1 1 基于智能组卷的 有限元法与软件应用 课程考试 系统 的设计 常睿 尹飞鸿 常州工学院 计划财务处 江苏 常州2 1 3 0 0 2 摘要 根据 有限元法与软件应用 课程的教 学实际 提 出了课程 考试 内容体 系 借助数据挖掘技 术和智能组卷技术 设计 了该课程的在线考试 系统 实践表 明 该 系统能有效减轻教 师的劳动 强 度 提高工作效率 让考试成绩更加客观公正 关键词 课程 智能组卷 数据挖掘 网络考试 系统 中图分类号 T P 2 7 4 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 3 1 2 0 0 4 3 0 4 在教育信息化的背景下 高校教的工具 学的 工具 评的工具 课 的结构和课的形式均发生 了较 大的改变 基于信息化 的远程 网络技术是全球教 育发展 的趋势 作 为课程教学活动 中较为重要 的 考试环节 有必要也有可能采用网络考试的方式取 代传统纸质考试的形式 为此 本文针对应用型本 科院校 有限元法与软件应用 的课程特点 提出 了一种基于数据挖掘技术的智能组卷策略 在此基 础上 使用 A S P N E T和 A j a x技术 采用 B S三层 模式 开发出了 有限元法与软件应用 网络考试 系统并进行了教学测试 1 有限元法与软件应用 课程考试内容体 系结构 作为机械工程专业的专业课 有限元法与软 件应用 课程是一门理论和实践并重的课程 本 文结合常州工学院 有限元法与软件应用 课程教 学组近几年的教学研究 和教育改革成果 本着 厚 基础 重实践 求创新 的指导思想 提 出了如图 1 所示的 有限元法与软件应用 课程考试内容体系 结构 该体系 由理论考试 软件 A N S Y S 和工程 应用考试 3个模块组成 遵循理论一实践一应用逐 层递进 螺旋式上升的教学规律 每个模块下包含 有限元法与软件应用 课程考试 内容 理论考试模块 软件A N S Y S 考试模块 工程应用考试模块 概 述 后 处 理 图 l 有限元法与软件应用 课程考试 内容体系结构 极其丰富的内容 理论考试模块是该课程的理论基 础 软件 A N S Y S 考试模块是该课程 的方法和手 段 工程应用考试模块是该课程教学 的最终 目标 用来解决实际工程问题 2 有限元法与软件应用 课程考试系统体 系设计 本网络考试系统能满足考生 自动组卷 自测 阅卷评分 成绩查询 查看正确答案等需求 从整体 收稿 日期 2 0 1 3 1 1一 仇 作者简 介 常睿 1 9 7 9 一 男 江苏常州人 常州工学院讲师 工学硕士 主要研究方向为数据库开发 数据挖 掘算法研究 数据分析 43 2 0 1 3年第 4 2卷 机 械设计 与制造 工程 上可划分成客户端 的考试 子系统和服务器端 的管 理子系统 客户端 的考试 子系统 由在线考试 和成 绩查询两大子模块组成 服务器端的管理子系统则 由系统安全 智能组卷 阅卷评分 题库管理 试卷 分析和系统维护共 6个子模块组成 具体结构如图 2所示 系统安全子模块 主要对系统用户进行管 理 如用户注册 信息修改 权限设定等 智能组卷 子模块主要提供 自动组卷 的功能 阅卷评分子模 块主要负责将考生答案与数据库中的标准答案进 行 比较 根据所提供 的分值计算出最终成绩 题库 管理子模块提供题库的添加 修改 删除 导人和导 出等功能 试卷分析子模块主要面向教师 用于对 教学班进行分班的成绩分析 也可 以对考试整体情 况进行横向和纵 向分析 系统维护子模块主要负 责系统 的维护工作 解决 系统在使用 中出现的问 题 在线考试模块主要功能是验证考生信息 考试 科 目及考试计算机 的 I P地址 验证通过后将试卷 传送到考生客户端 考生交卷后系统会 自动收卷并 将考生答案提交 到数据库 中 考生查询模块允许 考生查询考试成绩和批改记录 喇络考试系统l I 服 务 器 端 的 管 理 子 系 统I I 客 户 端 的 考 试 子 系 统 主 主 主 主 主 上 系 智 Il剜 题 试 系 在 成 统 能 卷 库 卷 统 线 绩 安 组 评 管 分 维 考 查 卷 分 理 析 护 试 询 模 模 模 模 模 模 模 模 块 块 块 块 块 块 块 块 图2 有限元法与软件应用 考试系统功能模块图 考试 系统 采用 A S P N E T技 术 A j a x技 术 和 S Q L S e r v e r 2 0 0 8数据库技术相结合的方法开发 总 体为 B S三层体系结构 J 如 图 3所 示 具体 实 现过程划分为 3层 a 数据层 用 S Q L S e r v e r 2 0 0 8数据 库提供 系 统所需要 的各种数据服务 数据层 主要包 括 有 限元法与软件应用 课程考试的试题数据 考试成 绩数据 学生在线学习过程数据以及教师和学生的 基本信息数据等 b 业务逻辑层 该层主要处理表现层传递过 来的用户请求 包括考试试题维护 学生在线考试 教师阅卷 考试统计分析 以及相关查询等业务 并 将结果返 回给表现层 实现各模块 的业 务逻辑功 能 4 4 c 表现层 呈现给用户 即考生 教师和系统 管理员 的前 台界面 浏览器 表现层 图3 有限元法与软件应用 考试系统体系结构图 3 有限元法与软件应用 课程智能组卷策 略设计 网络考试系统 中试卷质量 的高低直接影响考 试成绩能否反映出学生的学习效果 而决定试卷质 量的核心因素是组卷算法 目前智能组卷方法主 要有随机抽取法 回溯尝试法和遗传算法 3种 3 j 随机抽取法生成试卷的质量参次不齐 回溯尝试法 适用于要求和题量较少的组卷 当题量较大时 状 态类型变换 的数量将变得 巨大 时空 复杂度 都很 大 遗传算法具有鲁棒性强 全局寻优 智能搜索 的特性 但 也存 在着算法 复杂 运行 速度慢 等缺 陷 J 为此 本文提 出一种全新 的基 于数据 挖掘 技术的智能组卷策略 如图 4所示 该框架 由两个 图4 有限元法与软件应用 课程智能组卷总体框架 2 0 1 3年第 1 2期 常睿 基于智能组卷的 有限元法与软件应用 课程考试系统的设计 子框架组成 第一个子框架负责试题分析 产生各 试题的难度和区分度值及替代试题 第二个子框架 负责选题组卷 3 1 试题难易度和 区分度分析策略 有限元法与软件应用 课程中的弹性力学有 限单元法模块试题分 为选择题 判断题 简答题和 计算题等内容 有 限元 A N S Y S软件模块试题分为 选择题 判断题和操作题等部分 内容 过程应用模 块试题全为操作题 系统根据统计学原理 首先对 试题进行难度和区分度分析 系统对于主观题难度采用的计算公式为 J P 1 一 l 2 n 式 中 X H为历次考试 该试题 高分组 的平均 得分 前 2 7 X L为历次该试题考试 中低分组 的平均 得分 后 2 7 i 为试题号 W为该试题 的满分人 数 系统对于客观题难度采用的计算公式为 PH P P 1 一 PHi RH n PL RL n 式 中 P 日为高分组 通过 率 R H为高分 组答 对人 数 P 为低分组通过率 R L为低分组答对人数 Z 为总人数中前 2 7 的高分考生人数或后 2 7 的低 分考生人数 系统 对 于 区分 度 采用 的计 算 公 式 为 D PH PL 本文使用经典 A p r i o r i 算法的频繁项集 对相 同单元 的试题分析 比较 算法主要代码如下 f o r e a c h t e s t t T d o Ca l l a p r i o r i a s s o c i a t i o n r u l e s 输入考生答 对试题列表 o u t p u t i t e m r u l e s k for k 1 t o i t e m r ul e s c o un t do A i t e m rul e s k L HS B i t e m r ul e s k R H S for n 2 t o i t e m r u l e s c o u n t do i f i t e m r u l e s n L H S B i t e m rul e s n R H S A A u n i t B u n i t t h e n o u t p u t i t e m c h a n g e r u l e s n e n d for e n d for e n d for 3 2智能组卷策略 智能组卷是 有限元法与软件应用 课程考试 系统的核心 试题难度和区分度确定后 系统需要 根据这些参数抽取出最符合要求的试题 组成满足 实际使用的试卷 具体步骤为 a 测验结果分组 根据每一次 的测验结果将 试题分成 4组 分别为高分考生答对的试题 高分 考生答错的试题 低分考生答对的试题和低分考生 答错的试题 b 分组数据挖掘 分别对 4组数据集进行挖 掘 利用最大项集挖掘算法找 出各组 中最大长度的 频繁项集 c 设计区分度试题组合 设计出一个具有 区 分度的试题组合 表 1 显示 了试题出现在高低分组 最大长度 的频繁 项集 中的组 合情形 高对 低 错 表示在 高分考生答对 的最大长度频繁项集 中 出现的试题 同时也 出现在低分考生答错的最大长 度频繁项集中 这类试题区分度高 是非常好的试 题 高对 低对 仅出现在高分对 或 仅 出现 在低分错 的试题 虽然 区分 度一般 但仍能作 为 推荐试题出现 除此 以外的其他试题 的区分度不 好 应归于不推荐试题序列 表 1 高 低 分组最大长度的频繁项集 内 试题可能产生的组合 d 生成基本题组 依据上述规则进行优 先序 的分类 具体做法是选取高分组答对 的最大长度频 繁项集 然后在这些试题的推荐优先序上标 0 接着在高分组答对 的最大长度频繁项集后加 上低 分组答错的最大长度频繁项集 若 出现相 同试 题 则将该试题 的推荐优先序改为 1 否则将该 试题的推荐优先序标为 2 再将低分组答对的最 大长度频繁项集加入推荐 的试题序列中 如果出现 相同的试题 将该试题的推荐优先序标为 3 否 则加入到另一个不推荐的试题序列 中 最终 在当 前推荐的试题序列上删除高分错 的最大长度频繁 项集中出现 的试题 并将它们添加到不推荐的试题 序列中 完成上述操作后产生 了推荐试题序列和 不推荐试题序列 从而生成 了基本题组 基本试题组 生成 后 可从 中随机抽取 R组作 为某份试卷的侯选题 目 结合出卷者准备选出的单 4 5 2 0 1 3年第 4 2卷 机械设计与制造工程 元比例 试题难度和区分度 对侯选试题进行筛选 操作 为了防止作弊情况的发生 通常会设计 出两 份相似试卷 为保证公平 一般采用置换 同质试题 的方式 这里的替代试题来源于图 4所示子框架 1中的试题关联性分析步骤 4结束语 本考试系统结合 有限元法与软件应用 课程 特点 设计了由理论考试 软件应用考试 和工程应 用考试三大模块组成的考试体系结构 基于难度 区分度分析算法的组卷策略极大地提高了组卷的 效率和试卷的质量 并帮助学生进行有针对性的练 习 在教学测试实践中起到了 良好 的教学和考核效 果 参考文献 1 郑峰 李宝明 基于 B S 结构 的远程教学平 台设计 J 电子 2 3 4 5 测试 2 0 0 8 1 6 7 7 l 李跃华 曹大林 丁浩 基于 B S结构考试系统的设计与实现 J 南通大学学 报 2 0 0 5 4 1 7 3 7 5 杨洁 郭喜凤 基于 We b考试 系统的智能组 卷算 法的研究 与 实现 J 河北北方学院学报 2 0 1 3 2 9 1 2 0 2 3 王灿辉 计算机 自动组卷算法研究 J 福州 大学学报 自然 科 学版 2 0 0 1 增 刊 1 8一l 0 l 4 肖洋 王骁 刘凤 新 在线考试 组卷算法 研究 J 北京 化工 大学学报 自然科学版 2 0 0 6 4 4 4 4 7 De s i g n o f W e b Ex a mi n a t i o n S y s t e m Ba s e d o n t he I n t e l l i g e nt Te s t Pa pe r Co mpo s i t i o n f o r The Fi n i t e El e me nt M e t ho d a nd S o f t wa r e App l i c a t i o n CHANG Rui YI N F e i h o ng C h a n g z h o u I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y J i a n g S u C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 2 C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e t e a c h i n g p r a c t i c e o f t h e f i n i t e e l e me n t me t h o d a n d s o f t wa r e a p p l i c a t i o n c o u r s e i t p u t s f o r wa r d t h e c o u r s e e x