衛生統計學智能題庫的設計*

中國醫學科學院醫學信息研究所(100020) 胡紅濮 雷行云 栗 佳 魏路通 張愛超

題庫概述

1.題庫概念與發展

智能題庫[1](item bank)是以一定的教育測量理論為基礎，按照測試目標收集編制的量多質優、附有試題參數并經過分類編碼的題目的有序集合。它通過相應的數學模型對試題進行多項性能指標分析，選出符合要求的優秀題目，并能夠按照要求調出所需試題，最終按規定的條件組合成卷[2]。

我國的題庫建設與國外相比起步較晚[2]，針對衛生統計學學科特色智能題庫的研究較少。已有衛生統計學智能題庫研究，多為關注在線教學平臺搭建[3]、組卷功能[4]或試題建庫流程[2]等單個環節的研究，尚缺乏對衛生統計學學科智能題庫構建及功能設計的系統性研究。

2.題庫建設的重要性

在傳統教學考核方式中，教師需要花費大量的時間根據教學大綱的要求對試題進行甄別、篩選，確定試題標準，完成試卷編排。智能題庫的建立，可以幫助教師從題庫中快速尋找合適的試題，通過輸入簡單的參數，由題庫智能組卷,從而節省命題時間、提升出題效率和試卷質量[5]。

需求分析

1.試題庫分析

衛生統計學智能題庫需建立在課程教學大綱基礎上，按照教學目標設計。本題庫的建設中參考了姜晶梅教授主編的《醫學統計學基礎》等15本優秀教材和教輔資料及其衍生試題、部分重點大學歷屆考試中總結的優秀試題、教師總結科研實際數據案例的試題等[6]。題庫建設過程中對每道題的元數據進行標記，包括：所屬章節、難易程度、要求掌握的水平、對應的知識點、參考答案、分值參考等。目前在衛生統計學課程中，常用到的題目類型包括：名詞解釋、判斷題、選擇題、填空題、簡答題和計算分析題等。智能題庫根據不同的題型設置不同的格式進行儲存，并設置對應參數。

2.試卷分析

應用智能題庫組卷應考慮到試卷的信度、效度及區分度，即被測試者在測驗中的實測值與其真實能力的一致性，考試內容是否能有效地測量學生的知識和能力，以及試題對學生不同掌握水平的區別能力[7]。因此，在組卷時，智能題庫需注意以下幾點：試卷范圍和內容，各知識點題目及分值占比；不同難易程度，題目所占比例；不同題型所占比例及分值；題目排序，考慮到學生答題心理和答題習慣，題目排序應先易后難，分析計算題靠后；降低重復率，盡量避開往屆出過的題目[8]。

3.系統管理分析

用戶管理與系統日常維護是題庫不可缺少的部分。其中，用戶管理方面需要對用戶進行身份驗證，進行用戶的添加與刪除，不同身份的用戶設置不同的權限，并提供密碼驗證與修改，從而加強系統的安全性和試題內容的保密性[8]。

系統功能設計

本研究智能題庫設計主要采取模塊化的設計方法，根據不同的功能來進行模塊劃分。面向的用戶類型主要為：系統管理員、教師、考務人員和學生。主要包括的模塊有：試題配置模塊、題庫管理模塊、試卷管理模塊、在線考試模塊、評卷模塊以及用戶管理模塊[8-10]，系統功能架構如圖1所示。

1.基礎題庫建設

基礎題庫建設，主要功能是形成所需的試題資源，在建設智能題庫過程中把優選的試題通過批量導入途徑生成基礎題庫；題庫建設者將匯總的試題根據教學目標，進行去重、歸類、選優、重新設計并標記相應參數，完成基礎題庫的建設。

2.試題錄入

該模塊面向用戶為課程教師，其功能包括：

(1)手動錄入

系統針對每種題目類型，設置相應的試題模版，并定義好必要的元數據項。教師通過選擇題目類型，在系統內置的試題模版中手工錄入試題及元數據，系統檢索基礎題庫，并顯示類似題目，教師通過比對填寫相應標簽，經系統邏輯校驗審核后存入數據庫中。

圖1 系統功能架構圖

(2)自動生成試題

①半自動生成。半自動生成功能一般用于選擇題、填空題、判斷題等客觀題，教師需要先按照手動錄入的方式錄入試題，并在原有正確和錯誤選項的基礎上，額外增加一些選項。系統能夠在原有選項的基礎上，根據該類題型的構成規則生成試題，經系統邏輯校驗初步審核后，存入題庫數據庫中。

②基于人工智能的全自動生成。教師首先在系統中錄入學生所需掌握的知識點，知識點可以包括概念、定義、公式、統計方法等多種形式，并對該條知識點的元數據進行定義，包括所屬章節、重要程度、掌握程度、知識類型等。軟件利用內置的詞庫和分詞算法，自行對知識點進行自然語言處理，形成計算機可讀取、可理解、可分析的衛生統計學知識庫。隨后，教師通過選擇某條知識的考點，并設置題目類型、所屬章節、難易程度等基本參數，系統讀取知識庫中的相應內容，利用內置的人工智能算法，自動生成對應的題目。自動生成試題流程示例：

Ⅰ教師錄入一條概念型知識“在抽樣研究中，當樣本例數逐漸增多時，標準誤逐漸減小?！?/p>

Ⅱ系統通過切詞算法，對該條知識進行分解，并標記可供選擇的考點。

在抽樣研究中，當樣本例數逐漸增多時，標準誤逐漸減小。

Ⅲ教師選擇“標準誤”考點，并設置題型為選擇題，系統根據內置詞庫和算法自動生成考題。

“標準誤”在詞庫中的關聯概念為“標準差”；(易混淆概念)

“逐漸減小”在詞庫中的關聯概念為“逐漸增大”；(反義詞)

系統自動生成如下題目：

在抽樣研究時，當樣本例數逐漸增多時( )

A.標準誤逐漸減小 B.標準差逐漸減小

C.標準誤逐漸增大 D.標準差逐漸增大

3.題庫管理

該模塊面向用戶為課程教師，其功能包括：

(1)試題瀏覽及查詢

教師可以瀏覽題庫中的題目，題目對應屬性，及相應參考答案。同時，通過對題目參數進行編碼，可以查詢不同屬性對應的題目。例如每道題的前4位數0101為第一章第一節。

(2)試題編輯

通過該功能，教師可以對題庫中本人添加的試題內容和元數據信息進行刪除和修改，并填寫編輯理由，提交審核者進行審核后修改、刪除操作方可生效。

(3)試題審核

高年資教師、系主任等具有審核權限的教師可對其他教師錄入的試題進行審核，審核通過后方可進入正式題庫，未通過的可直接進行修改后進入題庫，或退回錄入修改后再提交審核。

(4)試題統計

應用該功能，教師可以對題庫中的題目進行統計分析，了解題庫中題目的總量以及在不同屬性中的分配，并可查詢不同時間段更新的題目數量。

4．試卷管理

該模塊面向用戶為課程教師，其功能包括：

(1)智能組卷

①手動組卷。結合試題查詢瀏覽功能，查詢不同屬性符合要求的試卷，教師手動進行添加和刪除。此種方法效率較低，不易控制題目總量及占比，常用于輔助經驗豐富的教師進行組卷[9]。

②自動組卷。首先對試卷進行參數設置，包括總分，各章節知識點所占比例與分值(常用的參數設置有：均等，或要求掌握程度：掌握>熟悉>了解)，各題型所占比例與分值，試卷的難易度(通過難易度賦值，輸入相應的難度值)，然后系統根據設置的參數從題庫中抽取相應的題目(自動規避知識點重復的試題)，進行排序。試卷的排序默認為名詞解釋、單選題、對錯題、填空題、計算分析題，由易到難，教師也可根據自身需求進行排序修改。在組卷完成后，可通過預覽功能進行試卷預覽。

(2)試卷上傳與下載

已編輯排版的試卷，連同參考答案及試卷參數一同上傳到服務器存檔。試卷包括未考過與已考過的試卷，一般以word形式輸出。未考過的試卷，可在下載后進行紙質試卷考試。對于已在線考過的試卷，其信息增加了學生在此次考試中的成績及成績分布，不同分數段人數統計，該部分內容在考試及評卷完成后由系統生成。

(3)試卷分析

通過試卷分析功能，教師可以查看已編輯試卷的參數，如題量和分值的分布、難易度等，便于教師通過試卷分析功能控制試卷的質量，從而進行編輯修改。

5.在線考試(包括考試監管)

在線考試模塊供考務人員和學生使用，其登錄后系統根據用戶的不同提供不同的權限。該模塊具有以下功能：

(1)考務監考

考務人員可以進行人員信息管理，對在線考試學生的試卷進行監控。對考試中出現的機器故障，根據開考時系統為每個學生綁定的座序，考務人員進行座序的重新綁定，保障學生可以重新登錄，并從斷點處繼續答題。

(2)在線考試

學生登錄進行考試后，系統綁定座序，為鄰座學生提供不同題目或選項順序的試卷，防止作弊。在考試過程中，學生可在界面上看到考試剩余時間及未答題量，并可對已答題目進行查看和修改，系統自動保存。考生可利用計算機上安裝的SPSS等統計軟件進行分析計算，把結果輸入到答題框中[11]。教師評卷后，學生可登錄查看成績。

6.智能評卷

該模塊的用戶為教師。評卷分為客觀題和主觀題的評卷?？陀^題由系統自動比對參考答案進行評閱。主觀題在系統自動比對的基礎上可由教師進行修改，系統通過比對試卷與參考答案中相應的得分點進行評閱，但考慮到系統主觀題評閱可能由技術帶來的偏差，可由教師進一步修改評閱結果。

此外，評閱結束后，該模塊還可進行試卷成績分析。系統自動統計學生成績及不同分數段人數分布，不同題目及知識點答題的正確率。教師通過瀏覽試卷成績分析，可了解試卷的考核效果，掌握學生的學習情況。該分析結果由系統與對應試卷進行關聯，可在試卷管理模塊查閱。

7.用戶管理

該模塊供系統管理員使用。系統管理員進行系統的日常維護，為用戶提供系統使用的幫助，可為忘記密碼的用戶進行密碼修改，進行用戶的添加、注冊和注銷，以及其他用戶信息的修改變動等。

結 語

該智能題庫是目前正在建設的北京協和醫學院衛生統計學智能化教學體系的一個重要組成部分，該體系從三個方面進行建設：(1)構建多樣化的知識體系，形象化展示“抽象的概念”，可視化展示”復雜的邏輯關系”，動態顯示”知識的關聯”，從而達到“降低學習難度、增加趣味性”的目的；(2)開發智能工具，研發APP學習軟件、構建智能題庫、建立案例庫，達到“促進對知識的理解、記憶和深化”的目的；(3)搭建交流互動平臺：收集和傳播優質資源、建立交流互動的機制、提供應用和科研指導，達到“促進優質資源傳播、強化知識的應”的目的。實現教學管理的計算機化是教學改革的趨勢，該智能題庫的設計可為類似學科題庫構建提供借鑒。在智能題庫構建中，通過遺傳算法[12]，LT-backfilling算法[9]，基于知識點的主觀題自動評判技術[10]，Rijndael 加密算法[10]等方法，將進一步提升智能組卷、主觀題評閱的質量[9-10]。