基于．Ｎｅｔ的智能組卷研究及應(yīng)用

摘要：介紹了一個基于校園網(wǎng)的試題庫與智能組卷系統(tǒng)的設(shè)計理論和實現(xiàn)技術(shù)。基于.NET技術(shù)實現(xiàn)了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計，并提出了基于多目標(biāo)函數(shù)的自適應(yīng)組卷，以知識點、題型、區(qū)分度、難度、教學(xué)要求層次、能力要求為主要控制參數(shù)，它具有編碼簡單、自適應(yīng)全局尋優(yōu)和智能搜索技術(shù)等特點，提高了組卷效率和試卷的質(zhì)量，具有很好的實用性。

關(guān)鍵詞：體系結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)庫；智能組卷

中圖分類號：TP311文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)23-1008-02

Autogenerating Test Paper Based on .Net

LI Chao-hai

(Storage Transportation Sales Sub-company Information Center of Daqing Oilfield Company Company，Daqing 163453，China)

Abstract: This paper introduces the design theory and implementation test question database and intelligent test paper composition teaching system based on the network of campus。It designs the system's architecture and database using the Net technique. This paper presented a algorithm， it is take the knowledge spot， the topic， the discrimination， the difficulty， the teaching request level， tenability request as the primary control parameter， it has the code tube simple， the auto-adapted overall situation seeks superior and characteristic and so on intelligent search technology， enhanced the group volume efficiency and the examination paper quality， has thievery good usability.

Key words:system architecture; database; intelligent test paper composition

試題庫智能組卷問題是一個在一定的約束條件下的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化問題，采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法求解相當(dāng)困難，自動組卷的效率和質(zhì)量完全取決于試題庫設(shè)計以及抽題算法的設(shè)計。隨著計算技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展，以及教育測量理論研究的不斷深入，基于教育測量理論的有關(guān)計算機輔助設(shè)計得到了廣泛的應(yīng)用，其中智能組卷系統(tǒng)的研究與開發(fā)得到了越來越多的專家學(xué)者的關(guān)注[1-3]。

1 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)工具

1.1系統(tǒng)的整體架構(gòu)

由于高校教學(xué)管理模式的不斷改進，系統(tǒng)只有具備了可伸縮性、靈活性、可靠性、跨平臺性，才能適應(yīng)高校教學(xué)發(fā)展的需要。系統(tǒng)采用基于B/S模式的Microsoft .Net Framework的三層應(yīng)用解決方案，系統(tǒng)從總體上可以劃分為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問層和業(yè)務(wù)邏輯層。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的最底層，它存儲系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)訪問層建立在數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用程序通過該層訪問數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)邏輯層包括創(chuàng)建題庫、注冊用戶等業(yè)務(wù)邏輯，它一般由頁面實現(xiàn)。

1.2 開發(fā)平臺和開發(fā)工具

系統(tǒng)采用Microsoft. Net Framework作為應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，Microsoft .Net Framework是Microsoft為簡化在第三代因特網(wǎng)的分布式環(huán)境下的應(yīng)用程序開發(fā)而構(gòu)建的新一代基于XML Web Service的計算和通信平臺。Microsoft Visual Studio .NET則是全面支持NET開發(fā)工具，Studio .NET和.NET開發(fā)框架緊密結(jié)合，是目前使用最廣泛的構(gòu)建下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)秀工具。系統(tǒng)采用MS SQL Server2000作為后臺數(shù)據(jù)庫。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分為三大部分，一部分是公共數(shù)據(jù)庫，主要記錄用戶信息，權(quán)限信息等，另一部分是試題數(shù)據(jù)庫。要得到一份良好的試卷，優(yōu)良的選題策略和成卷算法固然重要，但前提必須要有質(zhì)量高的試題，其次由于是由計算機自動到試題庫中選題組卷，所以試題庫還必須要有合理的結(jié)構(gòu)。最后一部分是知識庫的獲得，知識庫是從專家處并結(jié)合自己的設(shè)計思想獲得的，如課程知識、成卷模式、成卷策略、排版原則和教學(xué)測評等，它以數(shù)據(jù)庫的形式存儲。以下就系統(tǒng)的試題庫、模板庫兩個子庫進行簡要說明。

2.1 系統(tǒng)的試題庫

試題庫是整個系統(tǒng)的最主要和關(guān)鍵的部分。試題庫包含有一定數(shù)量和質(zhì)量、分布合理的試題。教師和管理員可以實現(xiàn)對題庫試題的添加、修改和刪除的功能。系統(tǒng)的各類用戶都能實現(xiàn)試題的查詢功能，可對試題的具體內(nèi)容進行查詢，也可對題庫中試題的整體分布情況進行查詢。可按章節(jié)范圍了解試題分布情況，也可按題型、題分、難度等了解試題分布情況。另外，本題庫能夠處理圖形、圖片、公式等不能用文字描述的特殊信息。該試題庫的試題類型包括了計算題、選擇題、判斷題、填空題等題型，而每道題除了題目正文內(nèi)容外還包含有其它基本信息，如“答案”、“章節(jié)”、“難度等級”、“相關(guān)知識點”、“題型”以及組卷時需要的一些信息等。

2.2 試題庫的結(jié)構(gòu)

該試題庫包含3個子庫：考試題庫、例題庫和自測題庫。所有的試題組成考試題庫。為了培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題的能力，我們設(shè)計了例題庫。學(xué)生進人例題頁面后，按章節(jié)和知識點顯示所有的例題 ，每道例題后附有一個經(jīng)典解法按鈕，點擊該按鈕后會顯示該題的所有常見解法。另外，為了方便學(xué)生及時自我檢測學(xué)習(xí)效果，我們設(shè)計了自測題庫。由于經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后的題庫中的所有試題的答案都具有唯一性，計算機就能夠給出準(zhǔn)確的判斷，自動評判自測的成績。學(xué)生做完自測試卷后，就可以答題了。做完提交后，系統(tǒng)自動批改，然后將題目的正確答案顯示出來，并打分，給出自測成績。

2.3 系統(tǒng)的模板庫

模板庫是智能組卷時要用到的一個數(shù)據(jù)庫，用于存放智能組卷時對每份試卷的要求，如:包括有哪些題型、需要的題數(shù)是多少、有哪些相關(guān)知識點、所需的難度等級和考試時間分別是多少等等。在本系統(tǒng)中設(shè)計了兩個子庫:考試試卷模板庫和學(xué)生自測試卷模板庫。每個子庫都包含若干個模板，每個模板作為一個模板數(shù)據(jù)表存放在相應(yīng)的子模板庫中，而對試卷的組卷要求則作為表的字段存放在表中，每個表的內(nèi)容均可通過智能組卷系統(tǒng)窗體進行添加、修改和刪除。

3 系統(tǒng)的組卷策略及算法

目前，國外比較流行的智能組卷系統(tǒng)大多是基于現(xiàn)代測量理論中的IRT的，組卷的發(fā)展趨勢也將是以IRT作為理論基礎(chǔ)，但基于傳統(tǒng)測量理論的一些組卷算法還是有它的實用性的，在一些實際的組卷應(yīng)用中也有它的優(yōu)點。下面就是我們對基于多目標(biāo)函數(shù)學(xué)數(shù)模型的組卷策略。

在試題庫中隨機抽取m道試題做為初始種群是很容易做到的，我們用X1， X2 …，Xm表示這m道題，則求滿足約束條件的狀態(tài)矩陣A就轉(zhuǎn)化為在該X1， X2 …，Xm選出N道滿足約束條件試題的問題。采用常用的二進制編碼方式對染色體進行編碼，得到染色體位串：F1，F(xiàn)2…Fm，滿足約束條件的試題數(shù)為N，則染色體位串應(yīng)滿足: 。由于完全采用隨機方法產(chǎn)生的種群降低了遺傳算法的收斂速度，我們是根據(jù)教師的要求，按章節(jié)比例、題型比例隨機抽取m道試題的方法產(chǎn)生出初始種群，然后根據(jù)上述染色體編碼方式初始化種群生成串群體，在串群體中保留試題題號以便解碼，在此種群的大小由實驗結(jié)合經(jīng)驗給出，同時，我們規(guī)定串長為定長。

在實踐中，以試題科目《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》為例，將800道試題按要求存于試題庫中，并給出要生成的試卷要求。算法中的參數(shù)分別為m=500，運行結(jié)果見表1。由于算法實行了全局并行搜索，搜索空間大，并且在搜索過程中不斷向可能包含最優(yōu)解的方向調(diào)整搜索空間，從而易于找到最優(yōu)解。從實驗結(jié)果可以看出，GA能有效地解決試題庫智能組卷問題，與其它方法相比，它能較早地找到滿足條件的群體。同時也為解決類似于該問題的多重約束目標(biāo)的問題提供一種新的有效的途徑。

另外，在實際組卷過程中，試題庫的設(shè)計通常也會影響組卷的效率。在題庫的建設(shè)中，試題屬性設(shè)置和組卷策略是很重要的。在組卷算法中，我們總是要依據(jù)試題屬性來選擇合適的題目組成試卷。在實際組卷操作過程中，這些作為選擇依據(jù)的屬性若太多，將會影響組卷的效率。具體順序為將章節(jié)、題型、題分作為前三個屬性，這是因為在題庫中試題的分布中基本上是要考核的知識點和題型都有相關(guān)的試題，而題型跟分?jǐn)?shù)是密切相關(guān)的。

4 結(jié)論

系統(tǒng)完成后，經(jīng)過不斷的測試、修改和完善，目前已錄人“信號與系統(tǒng)”課程試題，在我校進行試用，初步達到了預(yù)期效果。本系統(tǒng)對試題的篩選以目錄樹的形式體現(xiàn)，并且區(qū)分細化到章、節(jié)、知識點，操作者只需利用鼠標(biāo)點擊操作即可，大大提高了組卷選題速度，充分體現(xiàn)了本系統(tǒng)的人性化。提出了基于多目標(biāo)函數(shù)的自適應(yīng)組卷，以知識點、題型、區(qū)分度、難度、教學(xué)要求層次、能力要求為主要控制參數(shù)，它具有編碼簡單、自適應(yīng)全局尋優(yōu)和智能搜索技術(shù)等特點，提高了組卷效率和試卷的質(zhì)量，具有很好的實用性。目前，本系統(tǒng)只提供了一些基本的統(tǒng)計與分析功能，如平均分、方差、等級量表等，這些指標(biāo)還不能揭示教學(xué)過程的全貌，還需要進一步地引人新的測量指標(biāo)，如知識點的掌握度、頻數(shù)分布圖等等。

參考文獻：

[1] 王書海，鐘謙，張宏壯.網(wǎng)絡(luò)考試中題庫設(shè)計與組卷技術(shù)研究與實現(xiàn)[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，2002，15(3):65-68.

[2] 何海濤，李重真.通用試題庫管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].燕山大學(xué)學(xué)報，2003，27(3):241-243.

[3] 陸蓓，王小華.基于動態(tài)多目標(biāo)評價函數(shù)的試卷自動生成策略[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002，22(1):11-16.