數據挖掘技術在機考系統中的應用

崔園

（成都醫學院 人文信息管理學院，四川 成都 610083）

智能計算機輔助教學 （Intelligent Computer Assisted Instruction，ICAI）是人工智能與CAI相結合的產物，是CAI的發展。它繼承了CAI的優點，同時也克服了CAI的許多弱點，使CAI不再是簡單的教材、講義復制、以“教”為主的傳統教學模式的搬移，而是給教師和學生提供了創造性、自主性和有針對性的教學環境。將數據挖掘技術[1-2]應用到傳統的機考系統中，利用數據挖掘技術能從大量數據中，發現隱藏于其后的規律或數據間的關系，從而服務于決策這一特點去改善計算機輔助教學（CAI）中的不足，最終成為智能計算機輔助教學系統。本智能計算機教學系統可以根據學生的學習特點、學習效果和學習風格采用不同的教學方法和策略，最重要的是能根據學生作業和測試診斷出學生的錯誤以及判斷出錯的原因，及時給教師反饋信息，同時提出相應的教學策略，改善教學方法。例如對每位學生每次作業、考試中做錯的題進行分類分析，分析的結果可以向教師反饋學生在做題過程中所暴露出來的教學薄弱環節，可以用來改善教學方法，改變教學課時分布。

1 機考系統的設計與實現

建立機考系統的目的一方面是提高考試的合理性、規范性和出題改卷的效率，同時必須為教師組織考試和考生課后練習提供快捷方便的服務，另一方面也是本考試系統具備的最重要的功能就是展示考點錯誤率曲線圖，并且自動分析結果找出教學弱點，老師可以根據找到的教學弱點有針對性的加強教學。因此，本著為了使考試系統從結構和功能上更加完善的目的，設計的考試系統從結構上分為系統管理模塊、考試管理模塊和成績管理模塊。其中考試管理模塊包括 ：考生管理子模塊、題庫管理子模塊、自動組卷子模塊、考試時間控制子模塊、自動閱卷子模塊、考試恢復子模塊。另外，成績管理模塊包括：考試結果展示和分析結果。本系統從功能上能實現自動組卷考試、自動閱卷和成績分析3大主要功能[3-5]。

圖1 系統整體結構關系圖Fig.1 Flow chart of systematic structure and relation

1.1 系統管理模塊

本模塊實現管理員對本系統的用戶進行管理 ，具有添加新用戶、刪除過期失效的用戶，對用戶遺忘密碼進行修改等功能。另外，具備用戶權限的錄入、授權 、維護 、數據庫的備份和恢復，以及數據字典的錄入和維護等系統管理功能。

1.2 考試管理模塊

1.2.1 考生管理子模塊

本子模塊實現學生及其所在學院、班級、學生信息等基礎信息的導入或者錄入學生數據庫，其中學生信息包括姓名、學號、所在年級班級、所在院系、身份證號、照片等信息；另外也可實現考生數據信息維護、人數統計和打印輸出等功能。

1.2.2 題庫管理子模塊

試題數據庫的良好準備是為了自動組卷子模塊的功能實現，試題的覆蓋面、數量、重難點題目的多少直接影響生成試卷的質量。題庫管理子模塊首先應完成試題信息的錄入、添加、刪除、修改等工作。系統管理人員、一般用戶等多種角色的不同教師便可以使用完成維護后的題庫管理模塊，在這里，要根據需要對他們設置不同的權限，大致分為高級管理人員權限和一般用戶權限，高級管理人員具有系統維護的權限、題庫維護的權限，包括錄入 、添加、修改、刪除題庫中的題目等權限，任課教師和臨時用戶可設置為一般用戶權限，有權出卷、閱卷、瀏覽題庫、查看考試成績及分析結果，但不能修改內容。

1.2.3 自動組卷子模塊

本子模塊主要功能是按照組卷方案實現智能組卷，組卷方案是由出卷的教師根據考試內容的要求、題型、知識重難度和題目數量而提出的，使用ADO技術從試題數據庫中滿足組卷方案的題目中隨機抽題進行智能組卷 ，形成本次機考試試卷，可預覽組卷，若出卷教師對試卷中的某些題目不滿意，還可以進行修改或從題庫更換題目，最后形成合理試卷供考試使用。該模塊要求只有高級管理員授權 ，才有修改和調整試卷的權利。

1.2.4 考試時間控制子模塊

考生在登錄客戶端考試系統成功后即可參加考試，考生應在服務器設定的考試時間內完成考試，否則 ，當考試時間結束時，系統將會強制自動交卷，終止該生考試。在設計考試時間控制子模塊中我們巧用了Timer計時器控件和 Time函數，設定Timer計時器控件的Interval屬性為1 000，同時在Timer事件中應用Time函數，這樣可以實現每間隔1秒鐘觸發Timer事件，根據不斷變化的系統時間將考試剩余時間實時地顯示在考試界面上。

1.2.5 自動閱卷子模塊

在考試結束之后，教師可以選擇系統自動閱卷，此時，系統會對考生的答案與數據庫中的標準答案一一進行對比和評判，每題的分值是教師在選題時就設定好的，系統根據每題設定的分值，自動統計總分，同時把考生成績保存到成績數據庫中相應的字段。考試結束后考生的成績就已經產生，但不會直接顯示給考生 ，可在全部考生考試結束后憑準考證號進行成績查詢。該模塊實施采用 B／S或 C／S模式。

圖2 自動閱卷子模塊Fig.2 Module automatically reviewing exam papers

1.2.6 考試恢復子模塊

通常，使用計算機進行網絡考試，很難避免網絡意外中斷，其原因主要包括人為的誤操作、網絡堵塞或者機器硬件等事情發生。當考試意外中斷出現后，考試恢復機制是否能實現的關鍵問題就是考試系統是否能保留有學生已完成的考試數據。在本系統中，從考生開始答卷起，考生的所有考試答案及考生考試剩余時間都會實時儲存到數據庫中去。這樣考生在重新登錄后，系統可以通過數據庫及時恢復考生的考試數據，繼續考試。

1.3 成績管理模塊

在這個成績管理模塊中，我們用數據挖掘技術中SOM（自適應聚類）算法實現了考試結果的展示和分析結果兩個功能。因為考生信息庫的數據量非常大，所以使用SOM算法從大量數據中，發現隱藏于其中的規律或數據間的關系。

1.3.1 考試結果展示

在自動閱卷完畢后，將每位考生成績添加在之前建立的學生信息數據庫中，生成電子表格或報表形式的成績表，以供教師和學生查詢，并實現打印功能。

1.3.2 分析結果

實現這一功能，首先在向題庫添加試題時，同時也要輸入本題考點，待自動閱卷完成后，統計試卷中每題在所有考生中的出錯率，并以柱形圖直觀地展示出來，通過出錯率由高到低地顯示，教師便可根據柱形圖迅速地了解學生對哪些知識點掌握最弱，以及哪些知識點是學生們的難點和重點，根據分析結果提出相應的教學策略，改善教學方法，以達到提高教學質量的目的[6-9]。

2 結束語

本機考系統最大特點是在傳統的機考系統的基礎上應用了數據挖掘技術，增加了自動分析成績的功能，使之能夠幫助教師改善教學方法，加強薄弱環節的教學，另外，在結構和功能方面也大大地進行了完善。

圖3 結果顯示界面Fig.3 Interface displaying results

目前，已將本考試系統應用到計算機VB課程教學中，主要是平時的課后練習及期末考試，體會是一方面提高了學校計算機機考的自動化，真正實現了教考分離，另一方面實現了不斷促使教師改善教學方法，提高教學質量，這對促進高校教學改革有一定的意義，為教育事業做出貢獻。但針對不同體型，閱卷的智能化程度還有待提高，需要進一步研究與探索。

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