基于ＵＭＬ的可支持教學效果評價的考試系統應用研究

摘 要：采用面向對象分析方法UML來實現考試系統的開發，克服結構化方法開發的軟件維護和重用困難的缺點，融合現代教育測量學原理S-P，S-T分析和多種統計分析方法，使考試系統和形成性教學效果評價有機結合，創新地擴展了考試系統功能，并用C#實現在線考試和形成性教學評價的集成系統，對監控學習效果、提高教學質量有一定的實用價值。

關鍵詞：面向對象；UML；考試系統；S-P，S-T分析

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2008)22-088-03

Application Study of Supporting the Teaching Effect Appraisal Test System Based on UML

WENG Daiyun，DONG Yong，TANG Shiyi

(Chongqing City Management College，Chongqing，400055，China)

Abstract：This article uses object-oriented analysis method UML to realize the test system′s development，overcomes the structurized method development software maintenance and entrusts with heavy responsibility and difficult shortcoming，fuses modern education surveying principle S-P，S-T analysis and many kinds of statistical analysis method，causes the test system and forms the teaching effect appraisal organic synthesis，the innovation expands the test system function，and realizes the online test with C# and forms the teaching appraisal integrative system，it has practical value of monitoring study effect and improving teaching quality.

Keywords：object-oriented;UML;test system;S-P，S-T analysis

1 引 言

考試系統是目前教育行業應用較多的軟件。但在通常情況下，均采用結構化的方法開發，導致軟件的維護困難，且其中的通用功能模塊難以重用在其他系統中。面向對象技術是一種新興的程序技術，其基本思想是使用人現實世界中客觀存在的事物-對象出發來構造軟件系統，并在系統構造中盡可能地運用人類的自然思維方式。采用面向對象的方法來開發軟件，可以克服結構化方法開發的軟件維護和重用困難的缺點。

2 考試系統概述

考試系統主要實現題庫管理、試題編輯、試卷設置（組卷規則設置）、試卷生成與印制、在線考試、試卷質量分析、成績分析等功能。用戶分學生、組卷教師、審卷教師、閱卷教師、考試管理員、試題編輯員、題庫管理員和系統管理員等角色登錄，只能在各自的權限范圍內進行相應的操作。

考試的過程為：組卷教師設定的試卷的題型分布要求、各章節題目分布要求、試題的總體難易程度等參數，系統生成試卷；審卷教師審閱組卷教師的試卷設置及系統生成的試卷；考試管理員印制試卷并組織學生參加考試，或直接組織學生參加在線考試；閱卷教師控制系統自動批閱要求自動閱卷的試題，并手工批閱要求人工閱卷的試題；考試管理員控制系統自動進行成績分析；學生可以查詢個人成績，考試管理員可以查詢所有考試信息、成績信息和成績分析結果。

題庫管理的過程為：題庫管理員設置題庫的結構；導入/導出試題和子庫；試題編輯員編輯題庫中的題目；題庫管理員維護題庫的結構和題庫中的試題。

3 需求獲取與系統實現

使用面向對象技術進行軟件的開發需要經過需求捕獲、系統分析、系統設計與編碼實現、測試等步驟。統一建模語言UML（Unified Modeling Language）是使用面向對象技術時使用最廣泛的工具，對面向對象開發方法的所有步驟都提供了有力的支持。UML的功能非常強大，可以用于描述軟件系統，幫助構建精確、無歧義和完整的模型；以預先統一定義的符號可視化地表示軟件系統，無歧義地解釋由另一個開發者寫的模型；構造可與種種不同的編程語言直接通信的軟件系統模型，并且直接生成框架代碼：在開發和部署階段，通過表達系統的需求使軟件系統的模型文檔化。在各個步驟中，主要得到用例模型、分析模型（包括靜態模型和動態模型）、設計模型（包括靜態模型和動態模型）、面向對象的代碼及面向對象的測試用例等成果。

所有系統均可表示為2個方面：靜態結構和動態行為。在面向對象技術中，建立的模型主要分為用例模型、靜態模型和動態模型3類。用例模型：使用用例分析捕獲需求，得到描述捕獲的需求的用例模型。靜態模型：將現實生活中的各種對象以及它們之間的關系抽象成類圖等模型，用于表示系統的靜態結構（說明系統包含什么對象以及對象之間的關系，但它并不解釋系統中的各個對象是如何協作來實現系統的功能）。動態建模：使用交互時序圖、協作圖和活動圖描述系統的動態行為（系統的動態行為指對象是如何進行通信以及通信的結果如何）。

本系統使用用例驅動的開發過程，主要使用用例分析（Use Case Analysis）獲取用戶需求。用例驅動指以用例為驅動力驅動軟件開發，即從用例出發，首先將用戶需求轉換為用例，使用用例描述用戶需求，并根據用例的描述和分析，使用靜態圖描述系統核心類，然后進一步描述系統動態行為，得到分析模型，并進一步驅動設計、編碼、測試等階段的工作。

3.1 用例模型

要建立用例模型，首先要找到用例的執行者Actor。在一個實際的工程項目中可以通過以下方法發現Actor：分析使用系統主要功能的人，分析維護、管理和維持系統的日常運行的人，分析系統需要控制的硬件設備，分析系統需要交互的其他系統和對系統的結果感興趣的人。分析系統，得出了學生、出題教師、試題庫管理員、考試管理員、組卷教師、監考教師、閱卷教師、授課教師等Actor，并得到各個Actor的相關用例。

主要的用例如圖1所示。

圖1 考試系統中部分用例圖

3.2 分析與設計

面向對象設計（Object Oriented Design，OOD）是一種軟件設計方法，一種工程化規范。具體地說，OOD就是根據需求決定所需的類、類的操作以及類之問關聯的過程。OOD的目標是管理程序內部各部分的相互依賴。

面向對象分析和面向對象的設計之間有密切的銜接關系。從分析到設計是一個逐漸擴充的過程，是在同一個對象模型基礎上調整改進和擴充的過程。OOA以問題為中心，OOD則解決如何在計算機系統中實現，它遵循抽象、求精和模塊獨立性的原則。

抽象是一種思考和解決問題的方式，它關注于事物的一般特性，不考慮底層細節。求精是一個和抽象相反的過程，它將某個宏觀功能不斷分解、逐步細化。模塊獨立性指模塊之間的接口惟一，高內聚低耦合，各個模塊相對獨立式的軟件容易開發，容易維護。

通過分析與設計的各種方法，得到系統的分析模型和設計模型。主要的類可以分為以下幾種：

題庫管理與編輯相關類：題庫管理類、試題編輯類等；

試卷相關類：設定組卷規則類、試卷類、審卷類等；

考試相關類：，考試設置類、考試類、教師批卷類；

統計和分析類：考試情況統計類，考試成績分析類；

輔助類：用戶管理類、用戶類、學生類、數據庫連接類等。

核心的類如圖2所示。

圖2 Microsoft Visual Studio 2005環境下的系統類圖

4 S-P，S-T分析

本系統中，尤其需要注意的是試卷質量分析和成績分析。成績分析以自定義統計分數段的方式統計某一個分數段的人數和百分比并且以圖表的形式顯示出來，可以根據自定義分數段統計及格率、良好率、優秀率等；計算平均分、標準差等；S-P分析和S-T分析。試卷質量分析包括分項質量和總體質量分析，其中，分項質量分析包括試題的難度、區分度等參數的分析，既根據難度與區分度得出試題質量的結論：總體質量分析包括試卷的信度、效度及難易度等參數的分析，可得出試卷質量的評價結果，并可打印評價結果。

S-P表是一種將測試、練習的得分數據排成一覽表，并對學生和問題的特性以視覺化的圖表進行結構分析的方法。S-P表是以學生（Students）數據作為縱軸，問題(Problems)數據作為橫軸做成一覽表，該表去學生和問題的第一個字母，故稱之為S-P表。

注意系數是用于S-P分析的重要參數。是指實際的反應模式與完全反應模式的差異程度。

即：注意系數：

I＝1－實際反應模式與基準變量的協方差完全反應模式與基準變量的協方差

當學生的注意指數大時，說明該學生做錯了對于學生整體而言較容易的題目，而做對了對于學生整體而言是較難的題目。當問題注意指數過大時，表示該題被成績較好的學生作錯，而被較差的學生做對了，說明該題的區分能力低，從分等的意義上講它的使用價值降低。

注意指數本質上是個體與整體量化的比較。對于教學中的問題分析，學生的個別指導有重要的參考意義。

S-T分析是對每個學生對每道問題做出反應的時間給予記錄并進行分析的一種方法。應用S-T分析可以對問題進行簡單的分析，當然它不像項目反應理論對問題刻畫那么精細。它用時間反應矩陣來表示（水平方向是Time ，垂直方向是Student）。

集體反應曲線就是對某一個測驗問題，在規定的時間內，回答人數隨時間變化的積累曲線。包括正答曲線和響應曲線。利用集體反應曲線，可以對問題的類型、難度以及學生的反應時間做出分析。根據正答曲線的形狀。可以進行如下的分析：

(1)如果曲線起始部分較陡，說明大部分學生做出正確的反應，表明問題過于簡單；

(2)如果曲線起始部分較緩慢，那說明許多學生要經過一段時間才能做出正確反應，表明問題有一定難度，學生存在程度差別；

(3)如果曲線分為2段，表明問題難度不大，但學生中存在程度不同的集團。

5 結 語

本文采用面向對象的程序設計方法，設計實現了考試與試題庫管理系統。系統克服了結構化方法開發的軟件維護和重用困難的缺點，容易維護，很多的類可以在相似和相關的系統中重用。另外，系統融合了現代教育測量學原理和多種統計分析方法，可以對試卷的多種評價指標進行統計，對試題的難度、區分度，試卷的信度、效度等指標可以做定量定性的分析，從而能更加科學、合理地評價考試效果，對教師教學、學生個性培養、提高命題質量、使考試工作趨向科學性、規范化，提供了一種解決途徑。

參考文獻

［1］方貴賓，李侃.UML和統一過程實用面向對象的分析和設計.北京：機械工業出版社，2003.

［2］李金平.考試質量分析.江南大學學報：自然科學版，2004(4):103-107.

［3］鄭日昌，漆書清.考試的教育測量學基礎.北京:高等教育出版社，1990.

［4］王孝玲.教育測量.上海:華東師范大學出版社，2005.

［5］張海藩.軟件工程導論［M］.北京:清華大學出版社，2003.

［6］朱鴻，金凌紫.軟件質量保障與測試［M］.北京：科學出版社，1997.

［7］李世亮.在線成績分析與數據挖掘系統研究［D］.北京:北京師范大學，2004.

［8］方貴賓，李侃，張罡.UML和統一過程實用面向對象的分析和設計.北京:機械工業出版社，2003.

［9］Sierhuis M.An Object-oriented Design Method for Know-ledge-based Systems［C］.USA： 1991 IEEE/ACM Con-ference on Developing and Managing Expert System Programs，1991.

［10］Alto P.The Iris Database System ［J］.ACM SIGMOD Record，Proceedings of the 1990 ACM Sigmod International Conference on Management of Data，1990.

［11］盧志寧，宋瑾鈺.基于UML的面向對象通信協議建模技術研究.現代電子技術，2007，30(12):87-89.

作者簡介 翁代云 男，1972年出生，重慶大學計算機學院計算機軟件與理論碩士，重慶城市管理職業學院電子信息工程系高級講師。研究方向為軟件工程。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文