1、智能型计算机网络通用题库工具系统的研究与实现Research and Development of General Database Tool System over Ingelligent Computer Network本论文是在开发智能型计算机通用题库工具系统的基础上撰写的。论文论述了实现计算机题库智能功能的方法，介绍了计算机题库工具系统的设计、功能、通用性、智能性和设计方法。论文还论述了在 Internet 网络环境上实现计算机远程题库工具系统的设计和实现方法。本文体现了题库建设理论和计算机技术的结合。关键词：蓝图 组卷 题库 参数1 引言随着计算机技术的发展和考试形式的要求，计算机题
2、库已经成为现代教育测量学中的自动化、智能化的工具。尽管人们开发了一些计算机题库软件，但是在计算机题库软件系统的通用性、工具性、智能性、实用性和网络共享方面还没有达到考试的要求。本文作者所开发的智能型计算机题库工具软件系统较好的解决了上诉问题，设计出具有一定的智能性，可以建立多科考试题库，能够在 Internet 上共享的，具有自动组卷、评卷、评分及统计功能的计算机题库系统。题库是按照一定的教育测量理论，在计算机系统中实现的某个学科题目的集合。它是严格遵循教育测量理论，在精确的数学模型基础上建立起来的教育测量工具。建立计算机题库是一个复杂的系统工程。计算机题库系统作为一个教育测量工具，它既有试题
3、管理和组卷的功能，同时还具有评判、收集测试数据、和统计分析功能。随着 Internet 的广泛使用，实现基于 Internet 广泛的网络共享及实现安全控制，是计算机题库系统应具有的新功能。目前，我们开发的基于 Internet 的通用题库系统，能在 Web 站点上运行，可以通过浏览器进行访问，补充了单机题库系统的缺欠。2 系统设计与系统功能2.1 系统的设计思想本文作者所设计的基于 Internet 的通用题库工具系统遵循教育测量理论，实现网上计算机题库的维护，制作、修改和存储计算机组卷蓝图，计算机自动按组卷蓝图和算法智能组卷，进行试卷分析,提供网上考试、评分及成绩查询的功能。本系统充分利用
4、因特网络的优势，并具有远程操作的功能。在软件的设计开发过程中，遵守教育、教学测量的理论，适应 Internet 的方式，充分考虑信息的传递与文字、图形、图像等多种载体的关系，在网页制作上尽量色彩明快、美观大方。系统合理安排各功能模块，选用的数学模型合理，符合教育测量理论和教学规律。系统分为数据库部分和控制部分。数据库部分存储题库有关数据。例如，所有的试题、答案等数据都设定相关参数并存储在数据库中。试卷蓝图、试卷、答题结果、评分结果等数据存储在各自的数据库中。控制部分提供用户界面，实现题库生成与维护、生成蓝图、管理蓝图、按蓝图自动组卷、考生登录、人员管理、考试、评分、试卷分析等操作。2.2 系统
5、的总体结构系统提供的功能模块如图 1 所示。2.2.1 题库管理模块本模块的主要功能是建立计算机试题库，提供试题库操作界面，对试题进行录入、显示、添加、打印、修改、删除、显示、按条件进行模糊查询等操作。本模块涉及到试题数据库的建立、修改和控制部分。控制部分提供实现功能的界面和相应的操作。操作本模块所操作的数据是后续操作的基础，必须保持正确无误，操作者要具有权限。本模块还提供远程收集试题的功能，通过该模块实现在 Internet 上提交试题，经检查后输入题库。 图 1 系统提供的功能模块2.2.2 组卷蓝图管理模块蓝图是指具体试卷的总体设计方案。在试卷蓝图中设定试卷的总分、题型、各题型的分数分布
6、、所包含的章节、各章节、知识点的分数分布。试卷蓝图还从测量学的角度制定试卷中试题的重点、一般、非重点的比例，认知层次中识记、理解、简单应用、综合应用试题的比例，试题各难度层次的比例。用户可以使用组卷蓝图模块，根据需要自行生成、管理、显示、修改和存储生成试卷的蓝图。同时，该模块在试卷蓝图库中提供一些常用的组卷蓝图供用户组卷时选择使用。用户也可以从试卷蓝图库中选择已有的组卷蓝图进行组卷，减少自行设计试卷蓝图的麻烦。2.2.3 试卷生成模块试卷生成模块是系统的主体部分。试卷生成模块包括自动生成试卷和人工生成试卷两种功能。组卷的试题来源于试题库管理模块创建的试题库。组卷的原则是组卷蓝图模块创建的蓝图。
7、组卷的方法是按照本模块设计的算法实现智能组卷。该模块的产品是符合蓝图要求的试卷。试卷生成模块生成的试卷中所包括的题型、知识内容、能力层次、难度、重点等分数的分布符合所选定蓝图的规定。对所生成试卷的要求是，同一份试卷中不能有相同知识点的试题，更不能有相同的试题。在由一个组卷蓝图生成的不同试卷之间要保持平行，但不能有相同的试题。生成的试卷存储在试卷库中，由试卷管理模块进行管理。试卷生成模块还为远程考试提供组卷功能。考试组织者可以通过浏览器提供的界面选择组卷蓝图，系统可以自动生成一份符合蓝图要求的试卷及其标准答案。2.2.4 试卷管理模块该模块对生成后存储在试卷库中的试卷进行显示、打印、拷贝、发送、
8、修改、存储及删除等操作。2.2.5 远程联机考试模块使用本模块根据教师的要求或学生的登录调出试卷，系统在浏览器中呈现该试卷，并通过表单来输学生群体分析 科目管理系统评分 试卷题目分析蓝图管理 修改试卷试题删除试题 试卷显示 教师成绩查询修改试题增加试题 查看试题 题库初始化 生成新试卷 系统登录人员管理查看试卷蓝图 学生个体分析学生成绩查询学生答题查看试卷题目智能型基于 Internet 题库工具系统试卷管理 试卷分析试卷生成题库管理 网上答题 系统维护入试卷答案。学生提交答卷后，系统将学生答案存入相应数据库，系统进行自动评判。教师也可以调出学生的答卷记录进行查阅。 2.2.6 试卷分析试卷分
9、析包括对试卷的信度、效度、难度的分析，统计考生群体的最高分、最低分、各个分数段的积累人数、平均分、标准差等。该模块可以显示学生在各个分数段分布情况的折线图和直方图，观察学生的成绩是否符合正态分布。2.2.7 系统维护模块系统维护模块的功能包括人员管理，操作人员的权限管理、课程科目管理、用户登录管理等功能。3 组卷策略的智能化及技术实现计算机组卷是题库系统建设中最重要的环节。 组卷是以试题为加工对象，最终形成符合用户要求的试卷。生成试卷时所遵循的指导思想和算法称为组卷策略。组卷策略的实质是按照指定的算法，从试题库中抽取试题组成试卷。3.1 试卷模式试卷模式是组成试卷的试题相应指标在试卷中所占的比
10、例，亦称为“指标曲线” 。它是控制和描述试卷质量的具体要求。组成试卷的试题分布要求是实现计算机组卷的重要依据。试卷模式的探讨包括试卷模式构成和技术实现两个方面。试卷模式包括以下几种。3.1.1 分数模式分数模式是指试卷的总分，用 fmax 表示。3.1.2 时间模式时间模式是试卷的答题时间，用 tmax 来表示。设 t0 为考试时间，其中的答题剩余时间给学生进行思考、订正错误、检查等，设该比率为 r。则有公式 tmax=t0 （1-r） 。3.1.3 难度分布难度分布是指不同等级难度的入选试题的分值占试卷总分的分数分布。设难度 D=1,2,3,4,又设这次组卷期望第 i 种难度的分值为 di（
11、i=1,2,3,4） 。3.1.4 章节分布章节分布是指不同章节的入选试题分值占试卷总分的分数分布，重点章节可以占的比重大一些。设章节 C=1,2,3,m,又设这次组卷期望第 i 章的分值为 Ci（ i=1,2,3,m） 。 3.1.5 题型分布题型分布是指不同题型的入选试题的分值占试卷总分的分数分布，设题型 T=1,2,3,N,设这次组卷期望第 i 种题型的分值为 ti（i=1,2,3,N） 。3.1.6 认知能力分布认知能力分布是指不同认知能力的入选试题的分值占试卷总分的分数分布。设认知能力 A=1,2,3,4,又设这次组卷期望第 i 种认知能力的分值为 Ai（i=1,2,3,4） 。3.
12、1.7 考核点类型分布考核点类型分布是指不同考核点类型的入选试题的分值占试卷总分的分数分布。设考核点类型R=1,2,3,又设这次组卷期望第 i 种考核点类型的分值为 Ri（i=1,2,3） 。 3.2 组卷形式根据用户的组卷要求，组卷可分为自动智能组卷和人工组卷两种组卷方式。 3.2.1 自动智能组卷自动智能组卷方式是由用户确定组卷蓝图后，计算机从蓝图库中选择组卷蓝图或重新生成组卷蓝图，根据蓝图的限定从试题库中选择试题，组出一份符合蓝图要求的试卷。3.2.2 人工组卷人工组卷是根据用户的要求，系统从试题库中选出符合试卷蓝图的试题显示出来，并显示出题库系统选择出来的每道题由用户确定。被确定的试题
13、存储在试卷库中，否则显示下一道符合蓝图要求的试题，循环往复直到组成试卷。3.3 组卷策略的概述从试题库中选取满足要求的试题时需要一定的算法和技巧，这些算法和技巧称为组卷策略。组卷策略有随机组卷策略、搜索组卷策略、回溯组卷策略、优先权组卷策略以及遍历组卷策略等。3.3.1 随机组卷策略随机策略有两种情况,一是从试题全集中随机抽取一题,然后判断是否符合试卷模式的要求,二是从符合试卷模式的某项要求的试题子集中随机抽取一题,然后判断是否符合试卷模式其他项的要求。符合要求的为入选试题,并根据该题的有关指标更新试卷模式表中的未分配分数。随机策略的技术实现是设计一个随机数生成器:xh=Int(upperbo
14、und - lowerbound + 1) * Rnd + lowerbound)其中 lowerbound=1 为随机数下限；upperbound 为符合条件的试题数量为随机数上限；xh 为生成的随机数。3.3.2 搜索组卷策略（1）组卷策略描述搜索组卷策略可以认为是一个生产者_消费者问题,将试题指标看成是原始资源,将试卷模式“题型分布” 看成是一个生产者,剩下的其他几个试卷模式看成是消费者。生产者从试题集中生产出满足约束条件的“中间产品”,并将此“中间产品”送入临时数据库,生产者每生产出一件“中间产品”,消费者则对临时数据库中的“中间产品”加以检验,若能满足约束条件,则在这个“ 中间产品”
15、 上注以“合格”的记号,如果发现其中一件产品已经被所有消费者检验完毕,且符合每一个约束条件,则可以将该产品从临时数据库中取出,送入试卷库。图 2 是生产者_消费者策略示意图。图 2 生产者- 消费者策略（2）技术实现根据组卷蓝图分配以下数组txfenn（n=1,2） 题型分布模式zhangfenn（n=1,2c）章节分布模式ndfenn（n=1,2,3,4） 难度分布模式nlfenn（n=1,2,3,4） 能力分布模式 khdfenn（n=1,2,3） 考核点分布模式例如：数组元素 ndfeni的值是难度为 i 的分数分配剩余分值。试题模式是按指标建立的，包括难度、章节、题型、能力、考核点类型
16、几种试卷模式。首先，根据组卷蓝图中的各项参数，分配数组题型（txfen） 、难度(ndfen) 、章节（zhangfen） 、考核点（khdfen ） 、能力（nlfen）数组中存放各项分配的分值。例如，khdfen（1） =50 即考核点类型中“重点”项的试题分数为 50，随着选出题目，其值逐渐减少，直至为 0 。设以题型模式为主模式，当选出某一试题时，表示该试题已经被题型模式认可，否则不认可；当该试题难度模式为 selectednd=1 表示该试题已经被难度模式认可，否则不认可；当该试题章节模式为selectedzhang=1 表示该试题已经被章节模式认可，否则不被认可；只要该试题全部通过
17、消费，即被所有需要的模式认可，该试题才成为入选试题。3.3.3 回溯组卷策略（1）组卷策略描述随着选题数量的增加，模式之间的约束越来越大,很可能出现或者超出范围,或者徘徊不前的现象,这说明随机选中的某道试题可能不是最优的。这时可以采用回溯组卷策略继续组卷。所谓回溯组卷策略就是当抽到第 k 题，组卷无法进行下去时，用第 i(i=“ & pd & “set danrs=conn.execute(sql) 执行 sql 查询，将结果存入 danrs 这一 recordset 对象danzf=danrs(“zfz“) 计算单选总分值dantl=danrs(“ztl“) 计算单选总题量sql=“sele
18、ct sum(fz) as zfz,count(stxh) as ztl from “ & duoxuan & _“ where pd=“ & pd & “set duors=conn.execute(sql)duozf=duors(“zfz“) 计算多选总分值duotl=duors(“ztl“) 计算多选总题量danrest=txfen（1） 计算单选未分配分数，下面每选一道单选题，txfen（1）将减去该题相应分数duorest=txfen（2） 计算多选未分配分数if dantl0 thenpdan=(danzf/dantl)*danrest)/dantl 计算单选优先权elsepdan
19、=-1end ifif duotl0 thenpduo=(duozf/duotl)*duorest)/duotl 计算多选优先权elsepduo=-1 题量为 0，优先权最低，系统实施时，若总题量太少，不可以组卷end ifdanrs.closeduors.closeif pdanpduo then 确定优先权xz=1 单选题优先elsexz=0 多选题优先end if 在计算机实现过程中，以题型为主模式，利用优先权公式得到应该优先考虑的题型，确定后，再利用优先权公式得到该题型中难度和章节的优先权，最终确定要选的试题。当选过一题后，应该重新计算优先权，其中包括题型、难度、章节，以使组卷工作继续
20、进行。3.3.5 遍历策略 遍历策略就是把题库中的试题一一进行检验，选出所有符合条件的试题的方法。由于随机策略的使用，有些符合条件的试题可能不被选中。所以，当所有策略均不能选出所有符合条件的试题时，可以考虑使用遍历策略，使那些没有机会被选中的符合条件的试题可以被选出来。 由此可见，利用遍历策略比较简单，但是方法应该在其他策略使用完毕才能使用，从而使组卷工作更为科学。3.4 系统组卷策略的实现在组卷过程中，首先利用优先权策略确定题型、难度、章节的优先权。之后，利用随机策略确定试题编号。然后使用搜索策略判断是否符合试卷模式的要求。当组卷发生阻塞的情况，可以使用回溯策略，用新选出的试题替代某道以前已
21、选试题。当回溯也无法进行下去时，有可能因为能力和考核点等试卷模式的制约而使优先权策略出现问题，选题不能继续时调整策略，使用随机策略，搜索策略，回溯策略。当忽略优先权后仍然不能完成选题，可能是因为随机数的原因使某些符合条件的题目不能被选中，因而可以使用遍历策略，把题库中的所有题目一一顺序检验。当遍历策略仍然不能选出所有符合要求的试题时，系统提示用户调整组卷参数,使组卷在一定的弹性范围内实现。如果仍然不能满足需要,则可以人工补充试题,直到选题完毕。界面如图 3 所示，组卷流程图如图 4 所示。图 3 自动组卷时的界面4 系统运行环境与开发工具4.1 系统软件的运行环境（1）硬件环境：客户端需为 5
22、86 或其以上兼容机，且具备上网条件。（2）软件环境：本题库软件体系结构采用浏览器/服务器（B/S ）网络计算模式，数据库服务器端采用的是 SQL Server 数据库系统。各功能模块之间通过 TCPIP、HTTP、RMI 等多种协议进行消息和数据交换。（3）服务器：Windows NT 4.0 操作系统或 Windows 2000 Server 操作系统、Microsoft SQL SERVER7.0 。（4）客户端：中文 Windows98 或 Windows2000 或 WindowsNT 操作系统。IE4.0 浏览器。4.2 系统开发工具网上开发工具是 ASP、SQL SERVER7.
23、0、Microsoft Visual InterDev 和 Dreamweave 等软件。NNNNNNNNNNYY YYYYYYYYY组 卷选 题 完 毕优 先 权 策 略随 机 策 略搜 索 策 略回 溯 策 略回 溯 成 功可 以 继 续回 溯 完 毕选 题 完 毕随 机 策 略搜 索 策 略回 溯 策 略回 溯 成 功可 以 继 续回 溯 完 毕选 题 完 毕人 工 补 充结 束遍 历 策 略选 题 完 毕调 整 参 数图 4 遍历策略组卷流程图5 系统的改进方向目前，本系统已经基本建成，正在试运行阶段，基本的功能都已经具备，应做进一步的研究和开发。今后需要继续研究开发以下几个方面。（1
24、）与基于网络的远程教学平台进行无缝集成 目前，国内基于网络的远程教学正处于发展阶段，迫切需要一个能够很好地支持教师教学、学生学习的专用远程教学平台。在远程教学支持平台上，教学、完成作业、考试、自我练习与测试是非常重要的几个方面。本题库系统具备了组卷、考试、评判等多项功能，可以为远程教学提供强有力的支持。现在本系统是一个独立的系统，我们今后将把各个功能模块拆分，并与网络课程紧密整合，无缝的集成到远程教学支持平台中。 （2）加强统计与分析功能，提供更加丰富的教学测量指标分析 目前，本系统只提供了一些基本的统计与分析功能，如平均分、方差、等级量表、难度等。这些指标还不能揭示教学过程的全貌，还需要进一
25、步地引入新的测量指标，并详细阐述它在教育中所代表的含义，如知识点的掌握度、频数分布图、学生曲线等等，为了给没有教育测量背景的教师和学生参考，还将制作测量指标的应用案例，说明如何在实际教学过程中应用这些指标。 （3）速度问题在组卷时，组卷算法比较复杂，计算量太大，由于 ASP 是解释性脚本语言，用它做复杂的计算，会使系统的响应速度太慢,甚至会出现超时连接的错误,特别是在多人并发访问时比较明显。这个问题的解决需要采用 COM 组件对象模型的开发技术 ,将组卷算法实现为一个 ActiveX 动态链接库，这样算法以二进制代码的方式运行,而不是需要系统再解释的脚本，可以大大提高的响应速度。（4）为保证系
26、统的安全性，教师对系统所作的操作应记录其登录的时间，并以日志的形式加以保存，以备日后查询。6 结论信息技术的发展，计算机网络技术已经日臻成熟，为基于 Internet 的通用题库系统的发展注入了活力。我国相继建立和形成教育网络的基本格局。在这种情况下，通用题库系统的网络化就十分必要了，因此基于 Internet 的通用题库系统必然借助网络技术，最大限度地发挥它的作用。 参考文献1 教育部考试中心主编. 考试的教育测量学基础. 高等教育出版社, 第 2 版. 1996.2 教育部考试中心主编. 考试的统计分析方法. 高等教育出版社, 第 2 版. 1996.3 卢正勇. 考试命题概论.高等教育出
27、版社, 1991.This paper is based on the the development of general database tool system over ingelligent computer network. It not only covers the realization method for the intelligent function of computer database, but also includes the design, function, generization, ingelligence and design method for this system. And the paper also focus on the design method for realizing the computer distance database tool sytem over the internet network. It conveys the combination of construction theory of database and computer technologies.Key words: Blueprint compose database parameter
