計算機自適應考試系統分析與設計

韓琰

摘要： 本文介紹了項目反應理論及計算機自適應考試系統的相關理論，對計算機自適應考試系統的需求進行了分析，并設計了功能模塊及數據庫。

關鍵詞： 項目反應理論計算機自適應考試系統系統設計

1.引言

隨著計算機技術的發展，人們利用計算機考試軟件來輔助教師完成考試工作，以減輕教師工作負擔，提高工作效率。但大部分考試系統的基本思想基于傳統的經典測量理論（CTT）。在經典測量理論下，同一批能力水平不相同的考生要接受同一批題目的測試，這樣測試的結果是：對水平低的考生來說，難度高的題目根本無法作答；對水平高的考生來說，難度低的題目測不出真實水平。實踐證明，如果題目難度跟考生水平相適應，測驗效果最好。基于項目反應理論的計算機自適應考試是根據測試者的能力水平自動選擇與其能力水平相適應題目的個性化測試，能夠彌補經典測量理論下考試的不足。

2.基于項目反應理論的計算機自適應考試系統

2.1項目反應理論

2.1.1項目反應理論的概念

項目反應理論是在針對經典測量理論的局限性的基礎上提出來的。項目反應理論又稱為潛在特質理論。潛在特質是指被試某種相對比較穩定的、支配其對應的測驗作出反應，并使反應表現出一致性的內在特征［１］。特質（能力）和項目（試題）是項目反應理論的核心概念。項目反應理論認為被試對某項目的正確反映概率與其能力之間遵循一定的函數關系，這樣的函數關系可以用項目反應模型來表示。

2.1.2項目反應模型

在眾多的項目反應模型中，最具代表性的是伯恩鮑姆提出的邏輯斯蒂模型。邏輯斯蒂模型根據參數的不同分為單參數模型、雙參數模型和三參數的模型。三參數的模型如下：

其中：D=1.702，θ表示受測者能力值，a表示題目對考生能力的區分度，b表示題目的難度，c表示題目的猜測系數，P（θ）表示能力為θ的人答對此題目的概率［２］。

從三參數模型可以看出三個參數和考生水平的高低對答對試題概率的影響，其中考生能力水平越高，答對試題的概率越大，而隨著考生能力的增強，答對概率趨于1。

2.2計算機自適應考試（CAT）概述

2.2.1計算機自適應考試

在計算機自適應考試過程中，將根據每一道題目的回答情況進行計算，以得到與被試能力相應的能力估計值，并根據能力估計值，在題庫中挑選出最適合被試能力水平的下一道試題進行測試。這樣使考生能夠接受適合自己的一批難度不同的題目，考試成績更能準確客觀地反映考生的實際情況，不會因為題目的難度差異或考生的偶然失誤而對成績有太大影響。

2.2.2計算機自適應考試的施測過程

計算機自適應考試的施測過程分為兩個階段。

第一階段：初步探查階段，即測驗剛開始的時候，設置一批探查性的題目，用來初步估計考生能力水平。執行的過程如下：首先從題庫中抽取較接近被試的能力水平項目實施測試，如答對則抽取更難的試題；如答錯則抽取更易的試題；當出現既有答對又有答錯的情況時，初步探查階段停止。

第二階段：精確估計真值階段。這時，挑選試題的原則一般是與初試者的能力水平相適應，從題庫中挑選出能提供最大信息量的試題。

計算機自適應考試中有三個重要環節：能力初值估計、選題策略、終止規則［３］。

2.3計算機自適應考試系統

計算機自適應考試系統能夠根據考生的初始能力水平，自動地在試題庫中抽取個性化初始測試項目進行測試，并根據考生的答題情況進行判斷，抽取測試題目難度值與考生能力水平相適應的下一道測試題目進行測試，直到最后終止考試，并最終得到反映考生真實能力水平的結果。與傳統的經典測驗理論下的考試相比，測試能自動適應考生能力水平的具體情況，試題的難度、數量等可根據考生的特點而靈活變通。同時，系統能實現保存試卷功能，也提高了試卷批改的準確度和速度。本系統應該具備以下功能。

2.3.1題目管理功能

完成計算機自適應考試題庫的建立及維護。教師可以錄入、修改、刪除試題；確定題目所屬知識點，錄入的題目必須有經過計算或專家估計后確定的難度、區分度、猜測系數參數；可以修改題目參數、維護題目知識點信息。

2.3.2知識點管理

根據課程特點，對課程知識內容進行分解和分類，將知識內容分解為一系列知識單元，然后細分為各知識點。對某個知識點測試的試題類型及試題數可以有很多。知識點管理包括知識點的添加、修改、刪除。

2.3.3考試過程管理

包括驗證登錄信息、設置初始能力值、抽題、能力值估計、考試終止管理、二次登錄管理等。所有用戶登錄時要求輸入賬號和密碼，執行登錄操作。

2.3.4用戶管理

在本系統中，根據功能需要，涉及三類用戶：管理員、教師和學生，他們在系統中的功能不一樣。學生可完成報名、登錄考試，閱讀考試規則、抽取試題進行考試和結束考試的功能，管理員登錄后可對系統進行用戶管理、系統信息管理，可以增加刪除用戶、修改用戶信息、分配和修改用戶權限。教師登錄后可以進行試題管理、設置考試基本信息、設置考生信息和成績管理。

2.3.5考務管理

設置考試科目的相關信息：考試時間、科目、地點、監考老師等；設置考試基本參數，如考試的最大題數、最大信息量和最長考試時間等。

通過以上功能的設計與實現，本系統能夠快速地根據考生能力情況使各個考生能夠接受適合自己的一批難度不同的題目進行考試和評分，使考試成績能較準確客觀地反映考生的實際情況，從而體現出考試的客觀性與公正性。

3.計算機自適應考試系統的設計

系統的設計要充分考慮系統的需求和設計目標，根據前面對計算機自適應考試系統需求分析的結果，對系統進行體系結構設計、功能結構設計和數據庫設計。

3.1系統的體系結構設計

本文主要針對在學校使用計算機自適應考試系統來設計，考試在局域網環境內進行，本系統采用三層C/S結構。三層C/S結構是將應用功能分成表示層、功能層和數據層三部分，并在邏輯上獨立。數據層作為DBMS獨立出來，表示層和功能層分離成各自獨立的程序，兩層間的接口簡潔明了。

3.2系統功能結構

根據計算機自適應考試系統的需求分析，根據系統目標將系統功能模塊劃分如下。

3.2.1人員管理

3.2.1.1管理員管理。系統管理員擁有所有系統操作權，可對系統管理員增、刪、改。

3.2.1.2教師管理。對系統中的教師進行管理，教師可以進行考生的報名管理（添加考生），考試安排，試題管理以及成績的查詢。

3.2.2試題管理

3.2.2.1知識點管理。根據課程特點，對課程知識進行分解和分類，將知識分解為一系列知識單元，然后細分為各知識點，進行題目知識點的增加、刪除、修改。

3.2.2.2試題管理。進行題目的增加、刪除、修改，修改題目的參數信息、知識點信息。

3.2.3考務管理

3.2.3.1考試管理。對考試進行管理，設置、修改和刪除考試的相關信息。如考試編碼、考試科目、考試時間、考試班級、考試的最大題數、最大信息量、最長考試時間等。設置、修改和刪除考場信息，如考試編號、考試科目、考試班級、監考老師、考試地點等。

3.2.3.2考生管理。設置考試信息后，添加、修改、刪除和查詢考生信息（學號、姓名、班級、身份證號等）。如輸入考生考號、姓名可查詢當前考生考試狀態。

3.2.3.3實時考試管理。實時管理考試開始，考試結束，實時處理與記錄考生與考場情況。

3.2.4在線考試

3.2.4.1考生登錄。考生登錄考試系統，進行身份驗證。

3.2.4.2在線考試。學生進入系統閱讀考試規則，獲得初始能力值，系統進行抽題，考生答題，根據答題結果進行考生能力值估計，判斷是否滿足結束條件，同時記錄該考生考試題數、測試信息量和考試時間等信息，系統保存學生考試進度，以免異常造成考試信息丟失。

3.2.5成績管理

學生登錄后，可查詢本人的成績；教師登錄后可查詢班級成績，并可導出成績。

3.3數據庫設計

根據計算機自適應考試系統的特點，結合系統需要采集的信息，考慮數據的冗余性、一致性和程序的復雜性，本系統設計的主要數據表如下：管理員信息表Admin、考生信息表Examinee、試題知識點表ExamPKB、試題表Subject、考試信息表Exam、考試考場信息表ExaminationRoom、考生試題信息表ExamineeSubject等。以下是各表的主要數據項：

3.3.1管理員信息表Admin：包括人員編號、人員名稱、登錄名、密碼、人員類型等相關信息。

3.3.2考生信息表Examinee：包括考號、身份證號、姓名、年齡、性別、班級、聯系電話、狀態、考場號、考試時間、能力值、分數等。

3.3.3試題知識點表ExamPKB：包括知識點編號、知識點名稱、所在章、所在節等知識點。

3.3.4試題表Subject：包括題目編號、題目內容、選項A、選項B、選項C、選項D、標準答案、試題所屬知識點編號、難度值、區分度、猜測系數、能力值、試題抽中次數等相關信息。

3.3.5考試信息表Exam：包括考試編號、考試名稱、考試時間、最大測試項目數、最大測驗信息量、考試時長、考試狀態。

3.3.6考試考場信息表ExaminationRoom：包括考場編號、考場名稱、監考老師、考試地點。

3.3.7考生試題信息表ExamineeSubject：包括考生編號、試題編號、答案、答題結果、能力值、測試項目數、測驗信息量等。

4.結語

本文對計算機自適應考試系統進行了分析與設計。主要介紹了計算機自適應考試系統的相關理論，并對系統進行了功能模塊的設計及數據庫的設計。另外，在自適應考試系統中還應該考慮考試過程中能力值計算、考試終止、選題策略等算法的選擇，不同的算法對系統運行速度的影響和對網絡條件的要求不一樣；還要考慮試題內容的均衡問題和題目的曝光率對考試結果的影響。

參考文獻：

［1］葉華喬.基于IRT的計算機化自適應考試研究［J］.福建電腦，2009，（12）.

［2］朱靖華李麗娟.基于項目反應理論的計算機化自適應考試系統的研究［J］.科學技術與工程，2008，（4）.

［3］曹新社.基于項目反應理論的計算機化自適應考試系統［J］.福建電腦，2006，（3）.