基于認知診斷的英語四級?？荚u測的設計

李司航，季波，張敏，王永盛，楊艷婷

摘要： 該文為解決大學生英語四級的在線模擬考試及評測分析問題，以大學英語四級在線考試中的試題信息、考生答題信息為對象，以認知診斷模型（DINA模型）和推薦算法為手段，開展大學生英語四級在線模考評測。系統采用B/S架構、Spring MVC框架，Tomcat 服務器、MySQL數據庫等主流的開發工具與技術界面簡潔友好，性能良好。

關鍵詞：英語四級;認知診斷;?？荚u測;Spring MVC

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0067-02

近年來，許多高校和企業推出了很多在線英語練習系統。國外Knewton公司的教學模式不僅注重去了解每一個學習者的優勢和弱勢，而且標出每一個需要掌握的知識要點，實現了對學習者在標準考試中數百種技能掌握程度的診斷。德國Trier大學的ELM-ART系統，卡耐基梅隆大學Brusilovsky教授開發的InterBook項目，美國斯坦福學習研究所與瑞典和德國等各國合作開展的“分布式學習知識的個性化訪問”項目等都是引領自適應學習的研究項目。廈門易和方科技研發的大學英語四級模擬測試系統是國內較有影響的帶有診斷的測試系統，該系統通過自動分配組卷技術，真實模擬大學英語四級考試，利用診斷性算法對各類題型做出診斷，為考生提供題目分析服務。常見的認知診斷模型有項目反映理論（Item Response Theory， IRT）[1]和確定型技能診斷模型（Deterministic Input， Noisy And gate， DINA）[2]。基于上述兩個基礎模型，學者們又提出基于模糊理論的FuzzyCDM模型[3]。常見的知識跟蹤方法有基于貝葉斯的知識追蹤模型（Bayesian Knowledge Tracing， BKT）和深度知識追蹤（Deep Knowledge Tracing ，DKT）模型[4]。這些研究深刻表明認知診斷是未來英語考試評測的主導模式。

市面上存在的英語四級?？荚u測普遍存在以下不足：已有的?？枷到y難以真實地記錄考生做題的每個細節，只能得到每道題的分數用于評測，而且這種評測無法細粒度地診斷考生對知識點的真實掌握情況。

本文設計的基于認知診斷的英語四級?？荚u測，綜合了目前市場上已存在的英語四級?？计脚_的功能，采用當前盛行的SSM框架進行開發，并解決了上訴的不足之處，為大學生英語四級?？荚u測提供高效的解決方案。

1 系統分析

通過基于認知診斷的英語四級模考評測，意在打造一個可以幫助大學生有效的英語四級?？荚\斷，本文在需求分析的相關基礎之上著重研究以下幾個方面：

如何通過Servlet等技術實現在線模考功能;

如何結合每道題的答題日志數據，對答題后生成的考試成績進行數據綜合分析;

如何針對考生薄弱知識點，推薦與之相類似的知識點真題。

為實現上述研究目標，系統需具備如下功能：

1）在線?？脊δ埽涸嚲碚故竟δ堋⒍嗑€程計時器功能、評分功能、登錄功能;

2）知識點評測：結合每道題的答題日志數據，對答題后生成的考試成績進行數據綜合分析，根據認知診斷模型（DINA模型）自動評測考生對具體每個知識點的掌握情況（繪制雷達圖）;

3）推薦試題：針對考生薄弱知識點，推薦與之相類似的知識點真題，進行高效的強化訓練，從而避免大學生盲目刷題。

2 系統主要功能實現

2.1 技術架構

在線模考系統采用Servlet + MySQL + WebSocket等技術，評測系統采用Spring + MyBatis + jFreeChart + MySql，如表1所示。

2.2 主要功能實現

根據系統分析，本系統主要包含如下功能， 考試主界面如圖1所示。

1）在線?？寄K

本模塊包括系統維護和系統功能。系統維護包括增加試卷功能、增加問題功能、增加答案功能、設置正確答案功能、設置分數功能。系統功能包括試卷展示功能、多線程計時器功能、評分功能、登錄功能。

在線?？枷到y采用Servlet + MySQL + WebSocket等技術實現在線?？?，利用HTML5、jQuery、JavaScript WebSocket等前端技術來制作界面、增加網頁的互動性，采用Java實現基礎數據類型的轉換、多線程處理、字符串操作、時間日期的轉換，使用Servlet/JSP實現代碼充分復用，實現強大功能，在考試期間采用多線程計時，并且對考試答案進行加密，使用TSJL技術進行試卷的迭代。?？即痤}界面如圖2所示。

2）知識點評測模塊

本模塊包括業務邏輯和系統管理。業務邏輯部分包括模板錄入、成績導入、成績導出、雷達圖繪制、邏輯運算功能。系統管理包括系統資源分配、角色分配、用戶管理、機構管理功能。

評測系統采用Spring + MyBatis + jFreeChart + MySql實現評測系統，利用HTML、JavaScript、jQuery實現前端頁面的設計，采用SpringMVC + MyBatis框架進行系統搭建，使用認知診斷DINA模型處理評測數據保存至Excel并對Excel進行解析，繪制雷達圖，通過圖形模塊對雷達圖進行處理輸出。

認知診斷DINA模型是一種廣泛使用的多維離散模型，克服了傳統IRT只能評估一維能力的缺點。在一次具有K個知識技能考察的測試中，學生u答對測練習v的概率可以在DINA模型里表示為：

3）推薦試題

針對考生薄弱知識點，推薦與之類似的知識點真題，使用基于內容推薦算法，將相類似的知識點真題聚類，然后給學生推薦，這樣學生就可以重點針對這類知識點強化訓練，避免盲目刷題。