（应用数学专业论文）网络试题库系统选题组卷策略优化及算法设计、实现.pdf

摘要 摘要 试题库系统的开发一直是教育改革中的重要方面，试题库系统不仅是计算机 辅助教学的一个应用，也是现代商业化考试的一个重要工具。试题库系统的理论 发展很迅速，国内外有多种试题库系统已经投入使用，对改进教学方法和提高教 学质量以及实现考试的公平性起到了很大的作用。而全自动成卷模块是试题库系 统的一个亮点，选题模块是全自动成卷模块的核心模块，其中所采用的选题组卷 理论在也不断发展中。 本文结合华南理工大学承担开发的高等教育出版社资助的项目大学数学系 列网络试题库系统，研究了系统中试题库编制理论，并且对系统中全自动成卷模 块用到的选题组卷策略进行了研究，并从试题的数量及试题库结构两个方面对试 题库今后的改进提出了合理的建议。 文中总结了试题库建设的基本原则，根据考试学原理，通过对试题参数及各 参数值在一份试卷中所占比重的分析，对试题库中各指标值试题的数量和比例进 行了研究；并据此对现有高等数学试题库结构进行了分析，指出其不合理之 处，给出修改意见。 本文的主要工作是对试题库系统的核心成卷模块所用到的选题组卷策略的优 化，采用模拟人工组卷的策略，针对系统现有成卷结果的不足，对选题组卷策略 做出了很大改进。 本文针对给出的选题组卷策略，对系统中的成卷模块实现算法重新进行了设 计并在系统中成功运行。用文中的选题组卷策略成的试卷与原有系统中所采用的 选题组卷策略成的试卷相比较，在题型满意度、内容满意度、平均分满意度、不 及格率满意度及总体满意度等满意度方面都有很大的提高。 关键词试题库系统：试题库结构；全自动成卷：选题组卷策略：模拟人工组卷 算法应用 华南理工大学理学硕士学位论文 a b s t r a c t d e v e l o p m e n to f t e s tq u e s t i o nb a s es y s t e mi sa l w a y st h ek e yo ft h ee d u c a t i o n r e f o r m ，t e s tq u e s t i o nb a s es y s t e mi s n o to n l ya na p p l i c a t i o no fc a t ，b u ta l s oi sa n i m p o r t a n tt o o lo fm o d e r n c o m m e r c i a l i z e de x a m i n a t i o n t h e r ea r em a n ya c h i e v e m e n t s i nt h ef i e l do ft h et h e o r yo ft e s tq u e s t i o nb a s es y s t e m a tp r e s e n t ，t h e r ea r em a n y t e s tq u e s t i o nb a s es y s t e mi nu s ei nt h ed o m e s t i ca n dt h eo v e r s e a s ，w h i c hh e l pt o i m p r o v et h e m e t h o da sw e l la st h e q u a l i t y o fe d u c a t i o na n dr e a l i z ej u s t i c e o f e x a m i n a t i o n f u l l a u t o m a t i ct e s tg e n e r a t i o nm o d u l ei sh i g h l i g h to ft e s tq u e s t i o n b a s e s y s t e m ，a n d t h em o d u l eo f s e l e c t i n g e x a m q u e s t i o n i st h ec o r eo f t e s t g e n e r a t i o nm o d u l e ，i nw h i c ht h es e l e c t i n gq u e s t i o n ss t r a t e g yu s e di sv i t a lt os u c c e e d i ns e l e c t i n gq u e s t i o n st oc o m b i n et e s t t h et h e o r yo fb u i l d i n gt e s tq u e s t i o nb a s ea n dt h et h e o r yo fs e l e c t i n gq u e s t i o n s t oc o m b i n et e s ta r es t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n c o m b i n i n gt h ep r o j e c t ，n e t w o r kt e s t q u e s t i o nb a s es y s t e mu s e di nc o l l e g em a t h e m a t i c a lc o u r s e s ，w h i c hi s f u n d e db yt h e h i g h e re d u c a t i o np u b l i s h i n gh o u s ea n du n d e r t a k e nb yt h es c u t ，s o m er e a s o n a b l e s u g g e s t i o ni sp u tf o r w a r df o rb u i l d i n g o ft e s tq u e s t i o nb a s ei n c l u d i n gt h et o t a l n u m b e ro fq u e s t i o n sa n dt h es t r u c t u r eo ft e s tq u e s t i o nb a s ei n t h i s p a p e r t h e s t r a t e g yo fs e l e c t i n gq u e s t i o n sp r o d u c e di nt h i sd i s s e r t a t i o ni sa p p l i e d i ns y s t e m - t h ee s s e n t i a lr u l e so fb u i l d i n gt e s tq u e s t i o nb a s e a r es u m m a r i z e di n t h i s d i s s e r t a t i o n h o wm a n yt h e r eo u g h tt ob eq u e s t i o n so fe a c hv a l u eo fe v e r yi n d e xa n d w h a tr a t i oo u g h tt ob eo c c u p i e d a r es t u d i e da n dp u tf o r w a r db ya n a l y z i n ge v e r y i n d e xa n dt h er a t i oo fe a c hv a l u eo ft h ei n d e xo fq u e s t i o ni nat e s tp a p e r ，b a s e do nt h e p r i n c i p l eo fe x a m i n a t i o n a c c o r d i n gt ot h i s ，w ea n a l y z e dt h es t r u c t u r eo ft h e c u r r e n t t e s t q u e s t i o n b a s eo fc o u r s e h i g h e rm a t h e m a t i c s ，p o i n t o u tw h e r ei ti s u n r e a s o n a b l e ，a n ds u g g e s th o w t oi m p r o v e i nt h i sp a p e r ，ic o m eu pw i t ht h es t r a t e g yo fs e l e c t i n gq u e s t i o n st oc o m b i n et e s t u s e di nt h ec o r et e s tg e n e r a t i o nm o d u l ei nd e t a i l ，o p t i m i z et h eo r i g i n a ls t r a t e g yi n t h em o d u l ea c c o r d i n gt ot h es h o r t a g e si nt h et e s tp a p e rg e n e r a t e db yt h es y s t e m ，a n d m a k eg r e a ti m p r o v e m e n ti ns t r a t e g y t h es t r a t e g yi nt h i sp a p e r i si nf a c tt h es t r a t e g y o fs i m u l a t i n gs e l e c t i n gq u e s t i o n st oc o m b i n et e s tm a n u a l l y b a s e do nt h es t r a t e g yo fs e l e c t i n gq u e s t i o n st oc o m b i n et e s tg i v e ni nt h i sp a p e r ，i d e s i g na f r e s ht h ea l g o r i t h m t oi m p l e m e n tt h ec o r et e s tg e n e r a t i o nm o d u l e ，a n da p p l y t h ea l g o r i t h mt ot h es y s t e ms u c c e s s f u l l y f r o ms o m ed a t u m ，w ec a nc o n c l u d et h a tt h e s t r a t e g yo fs e l e c t i n gq u e s t i o n st oc o m b i n et e s ti nt h i sp a p e ri sb e t t e rt h a nt h eo l do n e k e y w or d s t e s t q u e s t i o n b a s e s y s t e m ；s t r u c t u r e o ft e s t q u e s t i o n b a s e f u l l a u t o m a t i ct e s tg e n e r a t i o n ；s t r a t e g yo fs e l e c t i n gq u e s t i o n st oc o m b i n et e s t t h es t r a t e g yo f s e l e c t i n gq u e s t i o n st oc o m b i n et e s t ；i m p l e m e n to fa l g o r i t h m i i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：_ 弘士虫 日期：) 。；年j 月知日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密母 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 刁舡螺 豫毅 e t 期：加；年t 月事口日 日期：谚z 年f 月；r 日 第一章绪论 第一章绪论 1 。1 选题背景 1 1 1 考试的目的和作用 教育测量学对考试的定义是这样的：根据教育目标的要求，由国家及各级教 育管理部门或者教师按照事先拟定的命题组织的对学生所进行的学监成就或者学 历的测试等，称为考试。可见，考试是由教育者所引起的教育对象的一种行为， 它慧一种过程，这稀过程镪括提斑考试謦的、确定考试内容与范圈、命题、进行 考试、阕卷、分析等环节。 由考试的定义不难看密，考试其有如下三个方蕊静意义： 考试翡一般意义，帮考试楚教育测量的工兵。在教育测量串，它所起的作 用稻当于一般镌理两测量申的量其和仪器： 考试的教学意义，郏从教学这个角度来看，考试瓣意义在予它建立了教学 系绞中媳信息反馈渠遂。考试抟念题是摄据教育晷挺进萼亍的，一次念题承平赢的 考试，应能正确的考试要浆，命题的内容能芷确地反映教学地的内容，即考试成 绩可以技番作憝教学效果的取样。通过对考试成绩虼正确分振，教师可以获 _ 譬有 关敦的效果的傣怠，学生可以获褥有关学的效果的信息，从面可以使教师及时地 调整和改进自己的教学工作( 如加强薄弱环节地教学和改进教学方法、改革教学 内容等) ，学生及时地调整和改进自己的学习( 如加强薄弱环节地学习和改进学习 方法等) ； 考试的社会意义，即考试怒对教育进彳亍评估的重要手段之一，又是开发智 力资源的重要手段之一。 由上述考试的三个方丽的意义可以总结出它具有以下几项主要功能。 评定学生的学业成绩，包括确定学生的学业成就在一个群体中所处的相对位 置及确定学生达到的学业水平与教育目标所规定的学业标准之间的差距； 1 为教学管理提供信息和依据： 2 为改进教学工作提供反馈信息； 3 鉴定资格、甄选人才； 4 提高过渡学习程度增大学习保留量； 5 为教育科学研究提供一种有效的手段。 6 人类社会要延续下去，就要把文化( 镪括生产援麓、自然科学、社会科学 等) 传授给下一代，遮就产生了教育。近代淤来，对，l 壅和青少年的教育，主要 华南理工大学理学硕士学位论文 由各级学校来承担，由于升学考试的压力，各级学校特别是中小学，教师和学生 把越来越多的精力集中在课本知识的学习，特别是几门课的学习，而良好道德品 质的培养和健康体质的锻炼，往往被放到次要的地位。而对于课本知识的学习， 也往往忽视基础知识和基本技能的培养，陷入题海战术的怪圈，以致产生“高分 低能”的现象。这一点已经引起不少有识之士的重视，这就是“素质教育”与“应 试教育”的争论。虽然没有人公开否认“素质教育”的口号，然而，是搞真正的 素质教育，还是搞改头换面的应试教育，仍然是没有解决的问题。 考试( 测验) 是衡量教育效果的一种重要方法，它可说是与教育同时产生的。 古代的考试制度，例如我国的科举制度，曾经为我国封建制度的发展起了重要的 作用，近代的学校教育，是适应市场经济需要而发展起来的，也形成了一套考试 制度，这套考试制度对教育的发展也起了一定的促进作用。这些考试中，最常见 的是学业成就测验，最常见的形式是所谓的闭卷考试，即每个应试者接受同样一 批试题的测试，必须独立完成，并不得参考课本或其他的参考资料。这种考试方 法有它的优点： 1 考察学生对基础知识的了解和掌握情况，课堂的教学目的。就是使学生了 解和掌握基础知识，这是今后应用以至创新的基础。 2 简单易行。编制试卷、评分等工作都比较简单。 3 公平性较好。 虽然对所谓主观题的评分有一定误差但这种形式的测验仍公认是公平性最 好的一种。正因为这种考试有这些优点，而且其他形式的考试很少兼有这些优点 的，因此这种考试方式仍是目前采用的主要考试方式。 这种考试方法的主要缺点是： 1 主要考察学生对基础知识的记忆及初步理解情况对较深层次的能力，如 应用、创新等方面难以考察。 2 对学生的沟通能力、协作能力、领导能力等方面的素质以及道德品质体质 等方面难以考察。 3 仍有很多人质疑它的公平性。由于有上述缺点，而考试成绩又常常作为升 学、获奖、就业的唯一依据，所谓“一试定终身”，许多学校、教师、学生认为学 习的目的就是得高分，而不是为了提高学生得全面素质。教育和考试发生了异化， 原本考试是为教育服务的，现在变成了教育为了考试。近年来考试又成了一种产 业，许多人以此为生，甚至由此而暴富。既得利益集团的产生，使得这个问题更 加严重，更加复杂化了。 当然，也有大量有识之士、有社会责任感的科学家、教育家认识这个问题的 严重性，提出了各种改革方案。数学奥林匹克竞赛在培养数学人才方面，在促进 数学教育方面都起了重要作用，但它仍未突破原有的模式。近年来，数学建模竞 第一章绪论 赛发展很快，这种形式对培养学生的应用能力、表达能力和协作沟通能力方面都 起了很好的作用，但这种形式仍只能适用于少数优秀的学生，不宜大面积推广， 且其公平性和真实性也有一定的问题。为了使评分更为客观，奥梯斯等开发出“选 择题”的题型，它的评分不受阅卷者主观因素影响被称为客观题，这种题型的另 一个优点是可以适当增加题量，使内容覆盖面加大。但它也有不可克服的缺点： 难以考察学生的表达能力，难以觉察学生在解题过程中产生的错误，还容易滋生 猜答案的投机心理。现在一般认为，选择题只适合作为辅助性的题型。许多教师 在实践中还使用开卷考试、实验、讨论课程论文等考试方式，这些方式在实践中 都行之有效。开卷考试适合于对记忆的要求较低的课程；实验对对考察观察能力、 动手能力有较好的效果，但所用时间长，成本也高：讨论、课程论文对考察表达 能力，查阅资料等能力有较好的效果，但标准受教师个人影响大，而且公平性难 以保证。因此，所谓闭卷考试至今仍是世界各国考试的主要形式特别是中小学、 大学生中考试的主要形式，到了研究生阶段，才逐步转向论文、报告等形式。采 用实验、讨论、论文等考察方式，与其说是考察学生的动手能力、表达能力，不 如说是在考察的过程中，培养学生这些能力，因此，多种形式的考试，对培养学 生的全面素质，无疑有很大作用，但常规考试的作用，仍然是不可替代的。 近来有人提出要编制能够考出素质的考题。表面上这似乎是个好主意，实际 是很难做到的，往往又回到出难题甚至偏题怪题的老路上去。有人提出，考试中 要求学生“举一反三”，这实际上也做不到的，应该鼓励学生在学习的过程中深入 钻研，举一反三，但就具体的学生来说，能在一两门功课中，在某些问题上能举 一反三，已经算是优秀的学生了，要求每门功课都做到举一反三，这是脱离实际 的。近年来高等学校入学考试的试题( 特别是数学、物理) 比起五、六十年代甚 至八十年代初，难度大得惊人，然而高等学校新生的素质并没有很明显的提高， 这里面主要的原因就是：学生主要是靠长时间、高强度的复习，靠题海战术，死 记硬背各种题型的解法而不是通过自己的思考，靠对数学、物理基本概念和基本 思想的理解来做题的。这样学生在花费大量时间和精力应付考试，实际知识水平 并未得到提高，而学生进行体育锻炼和其他有益活动的时间却被减少到最小程度， 学生的身心健康遭到严重的损害。这样的考试制度如不改变，教育事业的发展， 科技的发展，都将是一句空话。 总之，应该还考试以本来的面目。考试的目的主要是了解学生对基础知识和 基本技能的掌握情况。至于素质教育的其他问题，应该寻求其他方法解决，这不 是考试能够承担的任务。“高分低能”，“一试定终身”等弊病，并非考试本身的问 题，而是整个社会的问题。从前是“考，考，老师的法宝，分，分，学生的命根”， 现在是：“考，考，领导的法宝：分，分，教师的命根”，教师的考绩，奖金，甚 至于饭碗，都决定于学生的考分；校长的宝座，也决定于学生的升学率。这种评 3 华南理工大学理学硕士学位论文 价教师、学校的方法如不改变，教育制度的改革将不会有效。 而命题是考试的一个中心环节，对于有效的实现考试的作用起着至关重要的 作用。 1 1 2 研究开发网络试题库系统的意义 1 1 2 1 传统命题方式的利弊 长期以来学科结业考试大多是由教烯根据个人教学经验，或者由教研室临时 组织教师命题。这种传统的经验命题方式存在着一定的缺点。 首先，由于教师个人对教学目标和教学要求的理解不尽相同，个人的教学经 验也存在差异，因而考核的重点、难度、题型等都等都有很大的随意性。由于没 有统一的科学命题要求和试题各项技术指标，因此同一学科的考试，在班级之间， 学校之间，或同一学校的考试，在不同年度之间缺乏可比性，不利于检查和评估 教学质量。 其次，不同性质的考试对试卷的要求是不同的如招生考试属于选拔考试， 学业考试则属于水平考试，前者对试题的区分度要求较高，而后者则更加重视试 题难度，知识覆盖面以及题量的大小。由于理工科教师一般对教育测量理论不太 熟悉，往往不大注意根据考试的性质和要求来恰当选择试题的难度和区分度，以 至在临考前修改试卷或者决定延长考试时间，或改卷时放宽评分标准，以调整考 试成绩等情况。这样，考试不能很好达到预期的目的。 其三，传统经验命题一般采用主观题型，题型单调，题量少，知识覆盖面窄， 试卷的信度和难度难以保证。因而通过这种考试反馈的有效的教学信息量少，不 利于迸一步改进教学。 然而，传统的命题方式简单易行，比较灵活，有经验的教师往往能针对学生 学习中出现的问题出试题，有助于学生的学习，所以仍然是广泛使用的方法。 1 1 2 2 使用试题库组卷的优点 使用试题库组卷能有效的克服以上缺点，而有以下特点 1 能保证试卷的质量 由于试题库是在一个既定的命题规化下，由学科专家命拟，或者从各高等院 校以往大量使用过的成熟的题目中征集，又经专家们加工审议编制而成的。这些 试题无论在科学性和考核功能上都是优良的。同时每道题上都附有技术参数如难 度、区分度等。此外，教学内容的各个部分，教学目标的各个层次，各种题型的 题量的比例都应是满足命题规划要求的。这样按一定要求编制成的试卷就具有较 高的信度和效度。就如同零件库里零件配置品种丰富，类别齐全，质量合格，规 格型号标注清楚。数量充足，组装优质产品就有保证。 2 得到更多的教学信息反馈 4 第一章绪论 用试题库组卷，试卷的题量大，知识覆盖面广，而且每一道试题都体现着一 定的教学目标和考核要求，因此通过对试卷的统计分析，就可以得到许多有用的 教学反馈信息，有利于及时的改进教学工作，提高教学质量。 3 利于开展教学评估，检查教学质量 由于试题库内全部试题都具有标准统一的技术参数，从理论上讲，经过等值 化处理后，他们均处在同一个单位系统上，因而，由这样的试题编制成的试卷， 就易于互相校准，使整个测量系统具有较好的一致性和稳定性，也易于编制等值 的平行的试卷( 包括补考试卷) ，便于进行横向比较( 班级、学校之间) ，纵向比 较( 各界、各年度之间) ，这样有利于开展教学评估，检查教学质量。 总之，利用试题库组卷可以更好的体现教学目标和基本要求，能有力地推动 教学改革，提高教学质量。 二战以来，经济的发展促进了教育的发展，社会对考试的需求呈指数增长， 考试发展成相对独立的行业。如美国的e t s ，举办各种考试，其影响越来越大， 我国的高等教育自学考试，高等学校入学考试，研究生入学考试，以及近年来发 展起来的公务员、律师、注册会计师等的资格考试，也都是影响很广的考试。为 了使这些考试具有公平性、稳定性，编制试题库的任务就提到日程上来。题库由 大量试题集合而成，是具有必要测量性能参数的试题的有机集合。试题要结构合 理，包括各种内容、各种难度的试题，数量比例由学科内在结构决定。题库要由 计算机系统管理。要用优良的数据库存贮试题，并且有优良的成卷算法，迅速生 成合乎用户要求的试卷，因此试题库系统是人工智能研究的一个重要课题。 1 1 3 国内外试题库系统的发展 在国内和国外都已经有不少试题库系统投入使用，并且有不错的效果。 在国内，试题库系统的理论与技术在最近十几年中取得了很大的进步。国内 很多高校都投入了大量的人力物力到各门试题库系统研制工作中去，在试题库的 框架结构、模型建立和选题算法上获得了进展，并取得一定的成果。这些年来出 现了不少的试题库系统产品，如广东迈达威科技发展有限公司的迈达威通用试题 库系统，武汉汉声电脑有限公司研制开发的洪老师题库系统。 在国外，已经投入使用的试题库系统有著名的美国t o f e l ，g r e ，g m a t 等标 准化英语考试：新加坡的化学标准化考试等。另外，除了上述这些著名的试题库 系统外，近年来，在国外出现了一些支持网络考试的产品，如由i n f o r m a t i o n s y s t e m s a n di n s e c t s t u d i e s ( i s i s ) a tv i r g i n i at e c h 开发的一个网上考试系统 w h i z q u i z ；还有几个已经投入使用的考试系统分别是m k l e s s o n ，e v a l ，t u t o r i a l g a t e w a y ，和t h eo p e nl e a r n i n ga g e n c y o fa u s t r i l i a s ( o l a a ) s y s t e m 。 华南理工大学理学硕士学位论文 1 1 4 论文的来源 1 9 9 6 年华南理工大学主持研制的“高等学校试题库通用软件系统”，通过了 由国家教委科技管理中心主持的技术鉴定，并且高等教育出版社出版发行了该试 题库通用系统的单机板。 单机板只能在单台机上使用，不能在网络上共享使用。而随着网络技术的不 断发展和成熟，远程教育成为了可能并且成为现实。远程教育发展对试题库系统 的要求更高了，因此试题库系统的网络化成为了试题库系统发展的必然趋势。 1 9 9 9 年，高等教育出版社对“网络试题库系统”进行了招标。华南理工大学 由于在试题库方面有深厚的基础和技术力量，因而中标承担“大学数学系列网络 试题库系统”的设计与开发任务。经过不到两年的努力，该系统初步完成，本人 的毕业设计和论文就起源于该系统的核心部分一全自动成卷模块，模拟人工智能 成卷，优化该模块所完成的选题策略及其算法，并实现之。 1 2 大学数学系列网络试题库系统介绍 1 2 1 系统简介 本试题库系统是教育部新世纪网络工程项目。该系统运用考试学的基本理论， 总结现行的多门课程试题库系统及考试特点，具有高等数学、概率与数理统计、 线性代数约1 7 0 0 0 道试题，覆盖选择、填空、计算、证明、应用等题型以及各类 难度的试题库，借助人工智能技术，能实现高等数学、概率与数理统计、线性代 数的面向试题库的全自动智能成卷、自组卷以及面向试卷库的直接成卷，能提供 学生自测、考试、提高的使用，并具有试卷的文本输出、一次性机试输出及自适 应机试输出系统。 1 2 2 运行环境、运行模式和工作原理 本系统采用b s 模式，运行分为服务器和客户端。服务器的运行环境要求较 高，由于服务器必须响应多人同时访问和应用要求，因此服务器端最好使用台式 服务器。在服务器端要求安装w e b 服务器、应用服务器和数据库服务器等软件a 客户端只要一台普通的p c 机，在其上可以运行浏览器就可以了。w i n d o w s 2 0 0 0 、 w i n 9 8 等操作系统都可以，p w s 、i i s 等都可以作为w e b 服务器和应用服务器，数 据服务器用m ss q l s e r v e r 。 本系统的运行模式如下图l l ： 6 第一章绪论 口 用户 口 用户 手提电脑 图1 一l 网络试题库系统运行模式( 硬件上的结构) f i g u r el 1t h em o d e lo ft h en e t w o r ks y s t e mo fb a s eo ft e s tq u e s t i o n 由图1 1 可以很清楚的看到系统的运行模式：用户通过各种途径连接到 i n t e r n e t ，访问与i n t e r n e t 连接的系统服务器，向服务器发出请求，服务器通过逻 辑处理这些请求和对数据库的访问，以网页的形式把结果返回给用户，从而完成 一次应答或交互。 本系统的工作原理如下图l 一2 ： 1 向w e b 服务器 1 将w e b 洲览器的数 1 _ 接收网络用户的 应用服务器存放试 负责连接数据库服 存放试蘑的指标 发送请求 据包经隔络寻址发 请求，把网络请问 爱库系统的应用逻 2 接收t e b 服务 避到和b 服务器； 请求转化为参数 辑 务嚣与应用服务 库和系统的知识 器返回的页面 2 将w e b 服务器的返 发送到应用服务嚣 1 接收b b 服务器传 器库 井解释 回经罔络寻址发送 进行赴理： 递的教调用相 1 接收应用服务器1 接收轴l 语 2 接收应用服务器 应的应用逻辑处曩 的s 札语句l句，井运行该语 到- e b 浏览嚣 的结果逅回，并以 请求 2 向数据库服务器 句获得结果 同页的形式返回给 2 向e b 服务嚣返回 发送s 札语句； 2 把结果返回数 用户。 处理结果； 采接收报据库厦务 据库连接工具； 3 向数据库连接工 嚣的结果返回i 具发送s o l 语句， 毛把结果返回培应 4 接收敷据库连接 甩履务器。 工鼻矗回的站果。 图1 2 网络试题库系统的工作原理( 软件上的结构) f i g u r e1 2t h ep r i n c i p l eo ft h en e t w o r ks y s t e mo fb a s eo ft e s tq u e s t i o n 1 2 3 系统主要功能模块介绍”1 本系统主要有以下1 1 各功能模块，简单介绍如下： 1 用户管理模块 管理员调用的功能模块，主要完成对已有用户资料的修改，旧用户的删除及 辅导站教师和一般教师身份的确认等。 2 知识库管理模块 7 华南理工大学理学硕士学位论文 管理员调用的功能模块，主要完成新知识的录入，已有知识的修改与编辑， 知识的更换。 3 试题管理模块 管理员调用的功能模块，主要完成对试题库中的试题的增删改，包括新试题 的录入与检查功能，旧试题的删除及对已有试题的指标、正文和答案的修改等。 4 ，试卷库管理模块 管理员调用的功能模块，主要完成对试卷库中的试卷进行增删改，包括新试 卷的录入，旧试卷的删除，对已有的试卷进行修改，以及增删试卷中的试题和调 整试卷中的各道试题的分数。 5 练习卷库管理模块 管理员调用的模块，主要完成对练习卷库中的练习卷进行增删改。包括叛练 习卷的录入，旧练习卷的删除，对已有练习卷进行修改，以及增删练习卷中的题 目。 6 试卷库更新模块 辅导站教师调用的功能模块，主要是完成试卷库中新试卷的增加和录入。 7 ，练习卷库更新模块 辅导站教师调用的功能模块，主要是完成练习卷库中新练习卷的增加与录入。 8 成卷模块 辅导站教师与一般教师调用的功能模块，包括自动成卷与自选题成卷。自选 题成卷由用户自己选题成卷用户可以对试题进行赋分及对试卷进行排版，满意 后确认试卷，终其加入到试卷库串。全自动残卷接收用户弱要求然后诵用相应 的成卷模式进行选题成卷，试题赋分及试卷的排版输出。用户还可以对机器的成 卷结果进行修改，满意后确认试卷，将其加入到试卷库中。 9 查询试卷 辅导站教师和一般教师调用的模块，主要完成试卷的查询和返回。用户可以 输入试卷的标注特点，系统返回满足要求的试卷。 1 0 考试模块 学生调用的功能模块，主要完成网上考试。学生选择考试科目，输入试卷号， 系统返回试卷，学生进行解答并将解答结果提交系统服务器。对客观题，系统 对其进行评分：对主观题，系统以文本的形式记录解答过程由辅导站教师进行 评分。 1 1 练习模块 学生调用的功能模块，包括练习卷练习和自适应练习。学生可以选择练习的 范围进行练习。 8 第一章绪论 1 2 4 网络试题库系统的总体框图 图1 3 网络试题库的总体框图 f i g u r e1 3t h es t r u c t u r eo ft h en e t w o r ks y s t e mo fb a s eo ft e s to u e s t i o n 1 3 本论文的主要工作及其意义 1 3 1 主要工作 主要是对选题策略的优化，全自动成卷模块中选题算法设计及实现。我们还 对系统进行了测试，对所成的试卷质量制定了评价系统以检验其质量，从而对试 题库的质量给予一定的评价，对今后的进一步改进提出了一些设想。 1 3 2 本文的意义 本文的主要意义有： a ) 总结前人的经验，给出试题库编制及选题组卷的基本策略方面的一些理论， 可以作为今后研制此类试题库系统的一个借鉴。 b ) 在已有试题库系统的基础上，提出了更完善，更智能的选题策略，设计了 其算法。它们在系统中的成功应用，与由以往策略、算法所成的试卷相比，明显 在各满意度上更优一些。 9 华南理工大学理学硕士学位论文 第二章试题库的编制 要得到一份良好的试卷，首先当然需要质量高的试题，其次由于是由计算机 自动到试题库中选题组卷，所以还必须试题库有合理的结构，最后当然还要确保 组卷成功的选题组卷策略和优良的成卷算法。 这一章将从试题质量和试题库结构方面对试题库的建设理论方面作出总结和 详细的介绍。 2 1 大学数学系列试题库的特征 国际上通用的一些考试，如美国e t s 举行的t o e f l 和g r e 等考试，由于它 的题型单一( 全是选择题) 。内容较为单纯( 例如g r e 通常分为语言、逻辑和专 业只是等三部分，各部分没有什么联系) ，难度差别较小，又因为每次考试题量很 大( 达l o o 2 0 0 题) ，因此无论题库的设计、编制和成卷的算法，都要相对简单。 我们编制的试题库特别是高等数学试题库，题型多样( 现采用选择、填空、计算、 证明。应用等五种题型) 内容丰富( 现分2 4 章，1 1 8 节，4 0 8 个知识点) ，这些内 容互相有联系，在成卷时需要考虑各种参数的适当搭配，才能得出一份较为满意 的试卷。 2 2 试题库的建设 2 2 1 建设试题库所应遵循的原则 一份质量好的试卷自然离不开试题库内的各试题的质量好坏，因而我们在建 设题库时应有一定的原则，总结起来，有以下几条基本原则： 1 命题必须以考试大纲为准绳。依据课程的教学大纲。并正确理解、掌握教 学大纲，明确重点和难点；对不同专业、不同类型、不同层次的要求应区别对待。 2 试题的内容、重点、难点及范围应与教学大纲一致。在指导思想上应着眼 考核知识和能力两个方面，命题要引导学生主动钻研，积极思维，进行创造性学 习。因此在收集试题和出题时，除了基本概念，基本理论题外，还应出一些分析 题，培养学生分析和解决问题的能力。 3 考试的目的主要是解决教与学的情况，检查学生对课程知识掌握的程度， 因此题库应突出基本概念、基本知识、基本技能，覆盖面要大，具有适当的难度。 试题中有一定量的基本题，也要有适量的解体灵活的题，偏题、难题、怪题、竞 赛题不应列入试题。一些试题库编写者在实践中的体会是：基本题，一般题，较 1 0 第二章试题库的编制 难题的比例以5 ：4 ：2 为较好，一般题和较难题可就某个方面综合命题，这类题 主要是检查学生在掌握基本知识的基础上对分析问题和解决问题的应变能力，即 学习是否深入，运用是否灵活。 4 每道试题应该题意清楚，内容正确，符合教学基本要求，其难度、时间最 好经过测试。 2 2 2 试题库的结构 2 2 2 1 试题的参数及各参数的值在一份试卷中应占的比例 一道试题的主要参数有题型、难度、内容、时间、分数等5 个。 目前选用的题型有选择、填空、计算、证明、应用等五种，选择题和填空题 主要考察学生对基本概念以及基本公式的掌握情况，难度档较低，所用时间较短， 在试卷中还起着扩大内容覆盖面的作用。选择题的特点是利用干扰项来考察学生 对知识是否真正掌握，有助于分析学生错误的原因，缺点是容易用猜测代替思考。 填空题可以避免这一缺点，计算题是数学考试中主要题型，它主要考察学生对计 算公式的掌握情况，对考察学生的逻辑推理、表达能力也起一定的作用。证明题 是考察学生逻辑推理表达能力，考察学生对某些重要定理的理解情况的。应用题 是考察学生利用数学知识解决几何、物理等实际问题的能力。根据专家的意见， 按时间计算，计算题约占4 0 ，其他各种题型各占1 5 为宜。 难度是试题的一个重要指标。在教育测量学中，某一测验项目的难度通常用 难度指数c 来衡量，难度指数c ( 也称通过率) 定义为全体被试者在该项目的平 均得分值与测验项目总分( 即满分) 的比值。这样其实难度指数c 就是o 与1 之 间的任意实数，但实际上不需要也不可能对试题的难度进行如此细微的划分。在 开始编制题库时，也采取难度指数作为试题难度的指标。后来感到这一指标用起 来不方便，因为难度指数受被试群体的影响很大，后来采取的方法是把试题分为 6 档，按照1 9 9 0 年前后教委直属重点工科大学中工科专业的中等学生的程度，难 度档从低到高所对应的难度指数依次为约为0 9 5 ，0 9 ，0 8 ，0 6 5 ，o 4 5 ，0 2 。确 定试题难度的具体方法如下： 把区间( 0 ，1 ) 划分为6 个小区间：( c l h l , c l + h 1 ) ，( c 2 一h 2 , 。c 24 - h2 ) ， ，( c 6 一h 6 , c 64 - h 6 ) ，c l ，c 2 ，c 6 是各个区间的中一t b 值，h i , h 2 ，h 6 是各个小区间 的半区间长，把难度指数( 通过率) 属于区间( c ；一h i ，c ；+ h ；) 的试题难度称之为 第i 档难度，这样我们就定义了难度的6 个档次，而得分率高于c + h 。的归为第1 档，得分率低于c 。+ h 6 的归为第6 档。其中c = o 9 5 ，c 2 = o 9 ，c ，= 0 8 ，c 4 = o 6 5 ， c 5 = o 4 5 ，c6 = 0 2 ：h i = o 0 1 2 5 ，h2 = 0 0 3 7 5 ，h 3 = o 0 6 2 5 h 4 = o 0 8 7 5 ，h 5 = o 1 1 2 5 ， h 6 = 0 1 3 7 5 a 教育测量学理论认为，为了使试题具有较强的区分度，应使多数题难度接近 华南理工大学理学硕士学位论文 o 5 ，少数可在0 3 o 7 之间。然而高等学校的考试，并不仅仅是为了区分学生的 程度，它至少还有检查教学效果和督促学生学习的作用。有些重要的基本概念， 虽然难度不大，如果不考学生就不会认真复习，因此1 2 档的容易题，仍应占 2 0 左右为宜。中等难度( 3 4 档) 的题主要起检查教学效果的作用，应该是多 数学生能做出，中等学生会有小的错误，大约应占5 0 6 0 。较难的题( 5 6 档) ，其难度不宜太高，主要目的是发现优秀学生，并鼓励他们进一步钻研，根据 学生总体程度，可占2 0 3 0 。 考虑用户对试题难度的要求通常用平均得分与及格率表示，我们需要将平均 得分与不及格率转换为分布曲线( 即各档难度的题目与考试时间的比例) ，这就需 要研究考试成绩的分布曲线，一般使用所谓“常模”理论，认为考试成绩的分布 应该是正态分布，实际上只有在两种情况下，某次考试的成绩呈正态分布：第一 种情况是，未经筛选的大量某类人群，测查的是基本的心理特征：第二种隋况是， 参加考试的学生的程度非常一致。实际上，试题库面向的用户，是我国的高等学 校的学生，他们经常是经过入学考试选拔出来的，但每个学校，每个专业甚至每 个班中，学生程度仍有明显差异。在这种情况下，学生的考试成绩分布，实际上 还与正态分布有很大的差异。 我们运用多元正态分布的理论，假设参试者的程度分为若干个等级( 通常为 3 4 个等级) ，每个等级的学生程度基本一致，构造一个考试成绩的分布模型( 图 2 - 1 ) ，图2 1 中从左到右四条正态曲线为四个等级的学生成绩分布图，而剩下的 那一条非正态曲线是由四条正态分布曲线加权构成的考试成绩分布模型，发现和 实测分布十分接近，图2 2 ，图2 3 为实测的两个系的学生的成绩分布图。 图2 - - 1 四类学生成绩分布模型以及由此构造的总体学生成绩分布模型 f i g u r e2 - 1t h es c o r ed i s t r i b u t i o no ff o u rg r o u p so fs t u d e n t sa n d t o t a ls t u d e n t s 1 2 第二章试题库的编制 图2 2 系1 学生高等数学考试成绩分布图 f i g u r e2 - 2t h et e s ts c o r ed i s t r i b u t i o no fs e n i o r m a t ho fd e p a r t m e n to n e 图2 3 系2 学生高等数学考试成绩分布图 f i g u r e2 - 3t h es c o r ed i s b u t i o no fs e n i o r m a t ho fd e p a r t m e n tt w o 现在就是利用这一模型把用户指定的平均得分与不及格率转换为难度一时间 分布曲线。( 具体见张敏论文) 平均分和不及格率是一份试卷的重要指标。试题库系统原来设计的平均分范 围为6 5 8 0 分。根据成绩分布模型，我们发现比较合适的平均分范围为7 0 7 3 5 分，过低的平均分将使试题过难，过高的平均分将使试题过易，严重影响