第8章 计算机辅助教学中的 数据库及其管理

1、第8章 计算机辅助教学中的 数据库及其管理,1.网络教学中的试题库及其管理 2.网络教学中的多媒体资源库及其管理 3.网络教学中的知识库及其管理,1.网络教学中的试题库及其管理,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。 题库中的题目属性有一些量化指标是一个统计量，如题目的难度、区分度。这是题库重要指标项，被称为项目统计量(或项目参数)，是根据教育测量理论提供的方法计算出来的。 题库系统是支持题库建立的和对题库进行有效管理的计算机软件。,1.网络教学中的试题库及其管理,目前在题库建设中使用的测量理论有两种： 经典测量理论(CTT: Classical Test The

2、ory) 项目反应理论(IRT: Item Response Theory) 两种理论的核心部分是数学模型，它们是基于不同的假设提出的。 经典测量理论采用的是线性的确定性模型（依赖于被试团体）； 项目反应理论采用的是非线性的概率模型（与被试团体无关） 题库系统,1.网络教学中的试题库及其管理,经典测量理论各项指标的计算都与被试整体的个体特征密切相关，并随测试对象的变化而变化。 主要适合于检测学生相对水平的测验，较难适应考察学生实际水平的测验。 经典测量理论通过项目分析和整体分析来鉴定测验试题的质量和衡量测验的有效性和可靠性。 项目分析：项目分析是对考试中的每一试题进行分析。 整体分析：利用测验

3、的结果对试卷进行全面的分析和评价。,1.网络教学中的试题库及其管理,经典测量理论的项目分析 当用作衡量学生的相对水平时，对测验所做的项目分析一般包括难度分析、区分度分析和迷惑答案的有效性分析等。,难度分析,是衡量测验试题难易水平的数量指标。 采用(0，1)记分法，即答对1题记1分，答错时记0分,式中Pj表示第j题的难度，Cj为答对第j题的人数,n为考生数。 由上面的式子可知，Pj取值范围为0Pj1。Pj=1时表明无一人做对该题，该题难度大；Pj=0时表明每个考生都做对了该题，该题难度小。 在组成试卷时，应尽量使试卷题目的平均难度接近0.5，同时要使试题的难度有一个较合理的分布。,区分度分析,是

4、衡量测试题对不同水平被试者区分程度的指标。 常用的是两端分组法：先将考生的总成绩从高分到低分排列，然后从中划出一个高分组(H组)和一个低分组(L组)，二组人数相等，并分别统计两组对某题j的答对人数。 D的取值在-1和+1之间，D0且D值越接近+1，题目的区分能力越强。一般认为，D在0.4以上的试题就有足够好的区分能力了。 n占总人数的最佳比例是27%。当被试的人数不太多时，分界点可取25一33之间的任何数字，若被试少于1O0人，甚至可用50作分界点，把上下各半作为高分组和低分组。,各组人数为n，RH和RL分别为高分组和低分组答对第j题的人数。,迷惑答案的效力,是指多重选择题中供选择用的非正确答

5、案被挑选的可能性。 如果在考试中某一选项无一人挑选，则说明该选项没迷惑力； 如果被选用的人数多且低分组选用的多于高分组，则说明该选项具有较强的迷惑力； 如果高分组和低分组对某选项选用的人数都很少且人数接近，说明该选项的迷惑力很小。 迷惑力很小的选项被认为有效性低或没有效性，对这样的选项要修改或调整。,例：100个学生，n为27， “( )”表示正确的选项,第一题，选项 C无论是高分组或是低分组无一人选择，说明 C对该试题没有贡献，应予修改或删除。对选项 A，高分组和低分组几乎有相同的选择，说明该选项有意义含糊之处，也需要修改。本题的难度和区分度比较合适。,1,2,3,4,第二题，高分组和低分组

6、对正确选项选择的人数一样多，区分度为0，四个错误选项也具有同等的迷惑力。这很可能是因为题目的编制不当，因此需要进一步修改。,第三题，低分组的答对人数反比高分组的答对人数多，区分度出现负值，这样的题要么删掉，要么重新编制。,第四题，高分组的学生有80以上的学生答错，低分组的无一人答对，可见题太难。而且答错者较多地集中在选项 C上，说明选项的迷惑力太强了。,经典测量理论的整体分析,通过信度和效度两个数量指标来描述的，用以衡量测验的可靠性和有效性。 信度是对测量一致性程度的估计；可靠性是指多次测验的测量结果是一致的 效度是对测量准确程度的估计；有效性是指测验的测量是否准确,信度,是对测量一致性程度的

7、估计，即多次测验的测量结果是一致的。 测量误差是引起测验结果不一致的原因，这种不一致是非系统的、随机的。测量误差越小，测验所得结果与被试的真实水平差异越小。 信度系数为真实分数与测验所得实际分数的方差之比。 影响信度的因素有：试题的数量、难度、分数的分布及评分者的主观因素等。,效度,是对测量准确程度的估计，即测验所要测量的东西测量到什么程度，是否如实反映了学生的知识和能力。 分为三大类： 内容效度：学业成绩考试题目与教材内容和教学目标的一致性程度。 构造效度：考试题目与学生实际认知结构水平或某种心理特质相一致的程度。 准则关联效度（统计效度）：测验分数与效度准则之间的相关系数。效度准则具有一定

8、的参照性和预测性。如：高考模拟考试,项目反应理论,项目反应理论是针对经典测量理论的不足而提出来的一种新的测量理论。 它的最大优点是项目参数和被试能力参数的不变性，可以用来衡量学生的实际水平。 成功应用就是自适应测验(Adaptive test)的编制：由测验本身自动地去适应被试的具体情况，在施测试题的难度和数量上去适应被试特点而灵活变通。,题库系统,题库系统是一个相当复杂的系统，它的建立需要专业课教师、程序设计人员和教育测量专家的分工合作。 教育测量专家的工作是为建立题库提供经典的或现代的教育测量理论，使题库具有科学的数学模型。 专业课教师的任务是为建立题库提出目标，按照需求挑选题目，并根据已

9、确定的题库结构为每个题库建题卡。 程序设计者的任务是设计程序，使之实现题库系统所要求的各种功能，并能快速、协调和可靠的工作。,题库系统功能结构图,题库系统的基本构成,建库与维护子系统 查询与检索子系统 交互式组卷子系统 自动组卷子系统 打印与输出子系统 测试分析子系统,网络题库系统的基本构成,远程考试组卷 远程联机考试 远程联机阅卷 考试结果查询,题库结构设计,考虑三个基本特征： 题库中的题目按学科领域分类，这些题目组合可用于特定的教学目标，或测验特定的概念或能力。 题库中的每一题目由两部分组成，即题目属性指标和题目本身。 题库具有构成和给出等价形式测验的能力。 最基础的工作包括：确定题目类型

10、、规定试题属性及题库总体数据结构的确立等方面。,题库结构设计确定题目类型,计算机可以评阅：可采用是非型、多重选择型、匹配型及短答填充型等形式。 人工评阅：计算题、证明题、作图题等。,题库结构设计规定试题属性,反映试题某些情况的指标项。常用的有题目的内容范围、目标分类层次、题目类型、难度、区分度、选中计数等。 是计算机管理、产生与测验目标相符的有效试卷以及对试题进行分析评价的重要指标。,题库结构设计确立题库总体数据结构,是指试题及其所有相关信息被组织存储的形式结构。 分层分块，如题文、题图、答文、答图、属性指标等。各子库用关键字把同一道题的各种信息联系在一起。有时需要建立各种索引文件。 设计时要

11、考虑图形存储问题。,组卷策略设计,是指系统进行组卷的方式方法，是题库系统自动生成有效(对测验目标来说)试卷的关键。 根据出卷者的需求产生一份对于测验目标(如教学评价、学生能力水平评价等)有价值的测验试卷。 组卷策略设计主要涉及成卷要求的数量化、卷面分数分配、库中选题等问题的处理。 由三部分组成：试题属性项定义、组卷参数的定义、变换算法的说明。 根据组卷方式和评价的类型不同，可划分为三大类型：智能组卷、相对评价组卷、绝对评价组卷。,组卷策略设计,设置总体参数 设置题型比例表 题型与知识点分布对应 试卷难度比例的分配 试卷区分度比例的分配 形成最终抽题的组卷参数表,2.网络教学中的多媒体资源库及其

12、管理,支持多媒体网络教学的核心是多媒体资源库的配套建设，适用于校园网内部。 为以教师为主导的教学和以学生为主体的学习提供直接的技术支持。 多媒体资源库可由多媒体素材库、多媒体课件库、VOD 视频点播系统、网络课程库、教学案例库和试题库等部分组成。,基本组成,多媒体素材库中包含大量的多媒体信息, 如各类教育教学所需的文字材料、图片资料、图表资料, 各种动画、声音、视频等。 多媒体课件库中存放有各专业各门课程的多媒体教学软件（购买或自己制作）。 VOD 视频点播系统内装有大量的教育教学用视频资料, 如教育电视片、教学电视片、各类经典影视片、爱国主义教育片、各门课程的实操教学环节录像片等。,基本组成

13、,网络课程库内存放有成熟的网络课程（一般自己制作，统一基于WEB 格式, 包含有多个功能模块）。 教学案例库中存有各个专业、各门课程的教学案例。案例以多媒体课件或是视频录像片的形式存在。 试题库中存放有大量的试题。试题逐级分类存放，是开放式的、可扩展的。,系统设计,建立一套本校内部使用的多媒体素材库，这是整个资源库建设中最为重要、工作量最大、技术难度很高的工作。 提供入库工具 具有海量存储能力 并行建立VOD 视频点播系统 可控视频流技术 同时支持超过100个的视频流 并行建立多媒体课件库 支持上传与下载,系统设计,三者集成集合 后台内容多元化，按照一定的组织方式(存贮方式) 分门别类存储在硬

14、盘阵列中。 前台为同一的门户网站，提供跨平台高查准率、高查全率的检索。,网络教学运作模式,教师网上多媒体备课 教师网上多媒体上课 教师网上集体备课 学生自学网上课程 教师可以利用试题库系统, 在课堂上直接自动组卷, 对学生进行测试。考试可以在网上进行。学生可以上试题库, 进行模拟测试, 强化学习。 教师和学生都可以利用VOD 视频点播系统进行教学和学习。 教师可以直接调用案例库中的案例进行教学。学生可以自已进入案例库进行案例的观看和分析, 实现自主学习。,检索技术,应用于提问与文件表示的匹配比较技术 准确匹配技术：要求文献中包含的需求模式必须与提问表达的模式完全匹配，才能作为命中文献输出。 模

15、糊匹配技术：部分匹配 1.基于关键词的检索 2.基于概念的检索 3.基于内容的检索 检索发展，体现思维实质,3.网络教学中的知识库及其管理,知识是一种用符号表示的信息 例： f=ma 人有两条腿 计算机中所能表示的知识均要满足下面的条件： 知识表示需要有一个统一的结构模式； 知识表示需要有有限一致的符号； 上述的符号与模式能构成一个合理的体系。,知识的分类,现代认知心理学把知识概括为陈述性知识、程序性知识和策略性知识三类。 陈述性知识可以分为三种： 有关事物的名称或符号的知识。例如关于植物的根、叶、茎或DNA和RNA符号的意义。概念 简单的命题知识或事实知识。如“重庆是中国的重要工业城市”。事

16、实 有意义的命题的组合知识，即经过组织的言语信息。如陈述鸦片战争产生的原因、光合作用的过程，就是这类知识。规则,知识的分类,程序性知识：面对各种不同的概念与规则的运用情境，能顺利地进行识别、运算和操作。 如将事物分类，进行问题解决，运用已有的概念和规则解释新情境中出现的自然或社会现象等。把陈述性知识转化为能力（程序性知识） 一般程序性知识所处理的对象是客观事物，而策略性知识所处理的对象是个人自身的认知活动。,知识与知识表示,一般所采用的知识表示体系是用“概念事实规则”所表示的三级知识体系，这种体系将知识分成为三个层次，即概念知识层、事实知识层和规则知识层。,花、红色、太阳、人、手、世界、美丽,

17、太阳是红的,人有一双手,人能改造世界,花是红的,花是美丽的,人有一双手，故人能改造世界,花是红的，因此花是美丽的,产生事实,产生规则,知识与知识表示,知识库系统中目前一般采用谓词逻辑表示方法。 在谓词逻辑中，知识构造概念、事实与规则可分别用个体(或变元)、谓词与谓词公式表示。 例：is(flower,red)-beautiful(flower),知识库,知识库 知识库是知识的集合，知识包括概念、事实与规则 知识库的基本内容可描述如下:KB = F + R，其中KB 代表知识库， F 代表事实集，R 代表规则集,知识管理,基于知识的信息处理 利用现有知识进行推理、联想、学习和问题求解 知识库管理系统应具有支持传统数据库管理系统的一切功能，包括对数据、知识的有效地存取、事务处理等。还应有一个描述性语言，用于对知识的操纵与处理。 IBM知识管理：当面对难题，身边的同事和过去的学习都无计可施的时候，IBM人可以检索IBM内容渊博而条理清楚的知识库，在全球开展业务的过程中，曾经有人遭遇过类似的困境,知识库系统,知识库系统是一种资源的集成，它包括硬件、软件、信息以及有关的人员。 具体有如下内容： 知识库及相应的存储机构。 知识库管理系统及相应的机制。