成績管理及試卷分析系統的設計與制作

甘肅省白銀市第八中學 張少斌

一、成績管理及試卷分析系統概述

考試成績是衡量學生學習效果的主要標準，既能反映學生學習情況，也能作為評價教學質量的依據，更是招生、學科建設以及創新性教學課程改革等的重要參考。對于成績的分析就顯得至關重要，分析成績不僅能夠掌握學生的學習特點和學習質量，也是教師對于自己教學情況的反思和總結。教師對于成績的分析，是期中、期末的一次教學總結。通過分析成績，教師不僅要獲取學生的相關情況，更要獲取自身的教學情況。

成績的結構化管理是分析成績的關鍵。隨著計算機的普及以及相關人員計算機技術的進步，很多初高中學校已經實現了電子化辦公，對于成績的管理也初步實現了電子化。但是這種“電子化”主要通過使用電子表格將成績記錄并保存下來，并沒有達到分析成績的要求。目前，成績管理系統的形式多種多樣，越來越多的管理系統開源免費，對于成績數據結構化表征的研究也越來越成熟，因此成績管理系統的實現在技術上不再具有很大的難度。但是，由于這類系統的開發人員并不是教育崗位一線人員，因此對成績的分析部分不夠成熟。本研究通過參考成熟的開源代碼構建符合學校成績管理特點的成績管理系統，在此基礎上，將研究重點放在成績的有效分析部分。

這里需要區分一個概念，傳統成績分析系統對于成績的分析包括匯總、分類、計算平均分、計算方差等手段，但是筆者更愿意將其稱為成績管理手段。上述傳統分析手段只有當數據量非常大時，才會有明顯的意義，而且試卷作為成績的載體，傳統的成績分析系統對其分析非常少。試卷上承載著一學期學習的所有知識，如何合理地規劃這些知識點、知識點的選擇是否恰當等都是需要考慮的重點。在考試結束后，對于單個知識點的分析才是成績分析的核心。學生學習的是具體的某個知識點，對知識點的分析才能準確反映學生學習的真實情況，而不應該簡單地分析總體的成績分數。因此筆者認為的成績分析系統包括兩個方面：成績管理模塊與試卷分析模塊。

二、文獻綜述

很多研究者從不同的角度構建了不同的分析系統。姜琳通過隱馬爾科夫模型以及樹自動機理論構建了跨成績管理系統的成績分析系統，主要通過隱馬爾科夫模型發現數據字段與既有成績管理系統成績頁面元素的對應關系，進而建立字段數據轉儲的樹自動機，實現成績信息的自動信息抽取。李雪通過結合粗糙集和決策樹的優勢，利用改進的ID3算法，構建了成績分析系統，該系統包括學生成績分析、教學成果分析、試卷質量分析三大部分，主要通過使用改進的ID3算法進行數據挖掘，利用決策樹算法對挖掘的數據進行分析，進而達到成績分析的效果。侯繼文通過對關聯規則Apriori算法進行改進，設計并制作了集傳統成績分析功能和數據挖據分析功能于一體的成績分析系統。李凱軍等人對成績分析的方法進行了總結，主要有：等級分析法、定性分析法、圖形分析法、統計學方法以及綜合分析表等方法。

這類成績管理及分析系統通過對不同算法的改進來達到獲取成績數據，進而分析成績的目的。但是，這類系統只是停留在對成績的匯總、分類、計算平均分、方差以及使用圖形化界面顯示趨勢等層次，雖然使用了先進的算法對學生的成績數據進行抽取、匯總，但是對于學生知識點的掌握程度無法進行準確分析。李正勝老師也構建了成績管理系統，這個系統的功能大而全，包括教務管理模塊、成績分析模塊等，但在成績分析模塊中，也是通過對成績的匯總統計等基本手段進行分析。

楊開城教授在《教學設計—一種技術學的視角》中提出“知識建模”的概念。知識建模是一種既有助于學習內容序列化又有助于學習活動設計的分析方法。通過知識建模，可以將教材中的知識點歸類。試卷中包含很多需要重點考查的知識點，對試卷中的知識點進行知識建模，將其歸類匯總，進而應用于分析部分，得出分析報表，便可以指導教師的教和學生的學。

楊開城教授將知識點分為七種類型：符號和名稱、概念、原理和公式、格式、過程步驟、認知策略以及事實和范例。他建立了建模規范，即哪些類型的知識點之間可以建立哪種類型的關系，知識建模圖不能存在違反規范的知識點類型和關系。根據知識建模的特性發現，將其應用于成績分析時，不僅能夠準確分析學生知識點薄弱的地方，而且也能通過知識建模歸類出每一學期學習的重點。這樣，教師在制作試卷時，能夠根據知識建模圖去分析試卷知識點的分布情況，也可以分析考試題型的合理性，這樣制作出來的試卷將更具有合理性。試卷中的每一道題都包含一個或多個知識點，因此在學生考試完畢之后，就可以根據每一道題的得分情況來分析單個學生、每一個班級的全體學生以及所有學生對這個知識點的掌握情況。根據分析結果，學生可以復習鞏固沒有掌握清楚的知識點，教師可以發現學生的掌握情況，針對知識點錯誤較多的情況再次進行講授。備課組長也可以根據所有學生對于知識點的掌握情況，發現難度較高、不易理解的知識點，為下次教學做好準備。

三、系統功能設計

該系統主要分為兩大模塊：成績管理模塊和試卷分析模塊。成績管理模塊與平常所見的成績管理系統的功能區別不大，主要有成績錄入、平均分與方差、差異比較、指標分析等基本功能。需要說明的是，差異比較指的是本次差異與原始差異的差值，本次差異指的是每個班級本次成績平均分與年紀平均分的差值，而原始差異指每個班級的入學成績平均分與全年級入學成績平均分的差值。因為很多學校的班級分為普通班和提高班，因此在計算差異比較時，會將其分開計算。如果僅僅通過簡單地將班級平均分與年級平均分進行比較，一方面獲得的比較數據不準確，另一方面也無法看出班級的進步。通過差異比較，將每一個班級的考試成績做橫向與縱向的雙重比較，這樣就可以精確地把握這個班級的學習情況。

試卷分析模塊主要有兩大功能：試卷知識建模功能、知識點分析功能。試卷知識建模功能按照楊開城教授設計的標準，通過對每一小題的分析，歸納其包含的知識類型，并根據教材內容，擴展和完善相關的知識建模。在對每一小題分析完畢后，通過圖形化顯示出期中、期末試卷中知識點的分布情況，對試卷的合理性進行分析。一方面，在整體分析層面，如果發現某一個知識點占比較重，就需要分析這個知識點是比較重要的知識點，還是因為沒有合理規劃知識點；另一方面，在單個題型分析層面，判斷應該考查該知識點還是與應該考查與該知識點相關聯的知識。在建模完畢之后，將建模好的知識點與每一道試題進行關聯。

知識點分析功能需要與閱卷系統結合使用。閱卷系統可以將每一個學生每一道題的分值計算出來，這樣通過閱卷系統就可以獲取到相關的數據，這些數據包括學生屬性與成績數組等。將這些數據導入本研究構建的系統中，通過系統分析，就可以獲取關于單個知識點考試情況的圖形化報表。通過這些報表，既可以讓學生知道自己的哪方面知識點掌握不好，又可以讓教師了解整個班級在這一學期學習中知識點的掌握情況，還可以讓備課組長發現哪些知識點需要重點教授。

四、樣例分析

以我校某年高一第二學期期中數學考試為例。這一學期主要學習了三角函數以及平面向量，因此在期中考試時，重點考查了這兩部分知識。在這里，筆者選擇第一部分—三角函數進行分析。三角函數是整個高中階段學習的重點和難點，很多學生不能夠清晰地掌握這部分知識，教師在這一部分內容的教學過程中也會出現很多問題。因此，以這部分為例進行探究分析，能夠很清晰地分析出學生的學習問題以及教師的教學問題。

首先，對這部分進行知識建模。這一部分知識點繁雜，有圖1所示的重要知識點。其次，對這些知識點分析擴展后，得到完整的知識建模圖，如圖2所示。

圖1 重要知識點建模圖

圖2 全部知識點建模圖

通過知識點建模圖，就可以分析該題知識點的分布情況。該題包含的知識點有第二象限角及其范圍以及同角三角函數。以此方法分析試卷中每一道題所涵蓋的知識點，進而統計所有知識點的分布情況，如圖3所示。

圖3 分析結果

如此便得到了知識點的分布情況，從分析結果中便可以得到哪些知識點的占比較重，如果確實是重要的知識點，那么可以不用再去修改；如果發現知識點不是考查的核心，就需要更改試卷中的題目，進而更加完善試卷。

五、總結與展望

試卷分析一直是我國教育領域的短板，一般的試卷分析或者卷面分析只是對試卷合理性以及學生錯誤領域的大概分析，并沒有如同知識建模這般以知識點為基礎。這樣分析的結果是不清楚的甚至是錯誤的，對于之后的試卷制作以及教學都意義甚微。知識建模理論剛好填補了這方面的空白。知識建模將試卷中的每一個知識點根據知識建模規范進行建模，建模完成后依據匯總的知識點對試卷的合理性進行評估。在學生考試結束后，根據每一個知識點的學生得分情況，可以分析出學生的薄弱區，也可以分析出知識點的難易程度，還可以分析出教學的重點和難點。但是因為該理論比較煩瑣，需要大量的時間去歸納知識點并對其進行知識建模，導致教師對于該理論比較排斥。因此，今后的工作應以此為重點，研究如何更快更高效地進行知識建模。