大学公共课程试题库管理系统的研究与构建

1、    大学公共课程试题库管理系统的研究与构建     摘要：大学公共课程试题库及其管理系统不仅有利于“教考分离”的实现，而且为试题、试卷等教学资源的长期滚动发展与资源共享搭建了平台。本文在分析大学政治、英语、数学和计算机基础四个公共学科课程试题、试卷特点的基础上，以数学课程为例介绍了大学公共课程试题库管理系统的设计目标、设计原则与系统结构，解决了实现过程中遇到的重点、难点问题，如试题的录入与存储方式、组卷算法以及格式化输出试卷。编制的软件系统和题库内容已得到初步应用。关键词：试题，题库，试题库管理系统，大学公共课程一、引言随着大学教学改革的深

2、入，“教考分离”作为一种检验、评价和促进教学质量的重要措施日益受到重视，而试题库则是实施“教考分离”的基础。试题库的建立不仅有利于客观、公正地评价教师教学质量和学生学习结果，而且试题库建立的过程同时也是试题、试卷等教学资源的动态积累过程。2005年，北京农学院承担北京市教委的教改立项大学公共课程试题库及其管理系统，并联合清华大学教育技术研究所共同研制。根据项目要求，建设政治、英语、数学、计算机四个公共学科共11门课程的题库及其管理系统。本文依托该项目，以计算机辅助测试理论为指导，通过分析试题的特点，确定题库管理系统的模式。并应用信息技术探讨大学公共课程试题库管理系统的构建。二、相关研究分析20

3、世纪60年代，题库的概念最初由英国学者提出，但是美国首先将计算机用于教育测量。将计算机技术引入到题库管理和试卷生成，在专业上这属于计算机辅助测试（computer assisted testing，简称cat）的研究领域。经过半个世纪的发展，该领域发展迅速，相关理论和实践应用亦比较成熟，但是发展趋于多元化，以下是几个主要的应用形式。1.基于传统考试的网络题库管理系统目前对于国内外大多数考试来说，网络考试还存在一些难以避免的局限性，所以传统的纸笔考试仍是主流形式，与之适应的题库系统仍需要大范围推广应用，该系统应具备以下特点：以经典测量理论为指导，能满足较大规模传统纸笔考试的标准化试题库，试题至少

4、包括课程的全部内容。2.基于网络考试的题库管理系统网络化教与学已经成为一种重要的教学形式，因此，为适应新的网络考试形式必须研究和建立具备相应结构和性质的题库系统。与基于传统考试的题库系统相比，该类型的题库系统更能代表计算机辅助测试的表现形式，除了能管理题库和生成试卷外，在线测试、在线阅卷、管理成绩、考试分析等功能亦能容易实现。网络考试虽然不适合大规模的正规考试，但是对规模不大或者考试要求不很严格的课程或领域，基于网络考试的题库系统是非常有发展前景的。3.基于项目反应理论的自适应测验系统该系统在西方主要国家是研究的热点，目前主要偏向于应用与实践研究；国内在该领域更多的是引进和消化，理论研究多一些

5、，应用研究成果还比较少，但毋庸置疑的是该领域代表了今后测量理论和实践的发展趋势。4.基于高级认知能力测试的题库管理系统按照布卢姆的认知分类，一般认为应用、分析、评价、创造属于高级认知能力。要想测试被试的高级认知能力，必须建立高质量、高水准的题库。目前，编制该类型题库的热点和前沿问题主要包括三个方面：（1）二分计分法试题的改造，主要是对多项选择题的选项进行精心设置；（2）非二分计分试题的编制，主要是对自由文本答案的自动化处理；（3）技能性操作题的设置。总之，通过以上分析，并根据项目的实际要求，确定本文研究的题库系统应该属于应用形式中的第一种，即基于传统考试的网络题库管理系统。三、课程特点分析与系

6、统总体规划试题库管理系统总体规划的首要问题是确定课程试题与系统的关系，即确定系统的模式。目前有两种选择：通用课程题库管理系统和独立课程题库管理系统。确定这个问题的答案，需要从分析课程试题特点入手。项目组对北京农学院提供的试题和标准考试试卷进行了仔细分析，表1分别从试题特点、组卷特点和试卷特点三个方面叙述了分析的结果。 从表1中可以看出，首先，4门课程都有自己的“特色”；其次，英语与其它三个学科课程（数学、计算机、政治）有明显区别；再者，若能有效处理解决特殊字符录入、存储问题（如数学公式、图形、图片等），数学、计算机和政治三个学科课程的系统只要“微调”就可以互相满足需求。试题库管理系统

7、总体规划的第二个问题就是确定总的技术路线。既然定位于“基于传统考试的网络题库管理系统”，则有cs和bs两种技术路线。cs最大的优点就是容易实现数学公式等特殊符号的编辑和存储，用户只要安装目前通用的公式编辑软件如chem3d、webeq等就可以在系统中实现自动调用。其最大的缺点是每一台客户机都需要安装客户端编辑器，其维护和升级成本非常高。相对应的，cs的优点也是bs的不足，目前针对bs开发的在线编辑器都很难实现诸如word一样强大的编辑和排版功能，但是bs最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装专门的软件。通过以上分析，本文最终确定了系统开发的总体规划。第一，考虑到日后应用的方便性和数据的

8、安全性，四个学科课程单独建立题库及其管理系统。第二，数学、计算机和政治三个学科课程的数据模型和系统构架可雷同，但具体套用时必须微调。第三，英语由于涉及知识点无法精确划分，以及听力试题无法拆散等原因，所以英语的元数据描述和组卷方式单独设计。第四，采用bs模式的系统架构及相应技术路线，设法解决数学公式等特殊符号的编辑、存储技术以及图文混排问题。四、系统设计因篇幅有限，本文主要以数学学科课程题库为例探讨系统的构建，英语学科课程题库系统另外单独撰文介绍。1.设计目标（1）参照教育部资源元数据相关标准，完善试题、试卷等业务实体的属性。（2）有效解决多种不同题型试题的录入、存储以及试题在题库内的编辑、查询

9、等问题。（3）有效解决图形、数学公式、化学符号等特殊内容的编辑和存储问题。（4）组卷流程要简单实用，组卷算法要科学合理。（5）组成的试卷和答案卷能够分别按照客户提供的标准样式转换成word格式文件。（6）系统用户和权限实现动态化管理。2.设计原则（1）系统功能要完备：系统的主要功能有权限设置、系统设置、试题管理、组卷和试卷管理；除此之外，辅助性功能也要完备，包括用于监控的日志管理、修改用户密码、设置课程的参数、管理组卷策略、统计题库的信息等。（2）系统易用性要好：易用性包括两个方面，一是系统本身安装、维护、升级、数据备份、数据恢复等要简单易用；二是从业务角度看，业务流程要清晰，操作简单易懂、系

10、统反应快捷。（3）系统通用性要强：同一门课程题库系统中能同时管理多门子课程，每门子课程的试题库都拥有各自的题库名称、库文件列表、题型列表、知识点列表等信息。数学课程的题库结构和系统架构“微调”后也能满足计算机和政治课程的需求。（4）系统灵活性要高：能够通过调整部分系统设置满足用户的需求变化，如对考核方式、试卷类型、用户所在单位、考试大纲等全局性参数可以灵活设置。3.系统结构根据对系统的需求分析以及对设计目标和设计原则的把握，从纵、横两个维度对系统的总体结构进行设计。从纵向维度，可以按逻辑关系简单分为两“层”：数据库层与逻辑业务层。其中，数据库层包括实体数据库（如试题库、试卷库、试卷试题库等）和

11、辅助性数据库（如用户库、知识点库、题型库等）。业务逻辑层与实际业务功能密切对应，包括试题管理、组卷、试卷管理等。系统总体结构如图1所示。 从横向维度，可以按业务功能划分成两大“板块”：一块是系统核心业务，包括从试题的录入、存储、组卷，一直到试卷生成并格式化；另外一块是系统的辅助业务，这些功能不是业务的核心，但是也必不可少，主要包括系统管理、用户和权限设置等。系统“横向”结构如图2所示。  五、重点、难点问题分析1.试题录入与存储方式试题库管理系统实现的首要问题是试题的录入和存储。其中，录入的关键是解决常用字符的编辑以及图文混排，并且存储格式要能转换成html语言。

12、表2是解决录入问题的方法比较。  试题的存储方式与试题录入方式紧密相关，总结出来的主要方法见表3。  通过以上对试题录入和存储技术的分析，同时考虑到系统功能强弱以及技术实现的难度，综合比较后确定解决方案，即开发一个客户端编辑器，调用常用的word软件录入试题；存储时，将试题保存为一系列普通word文件，同时将word文件转换成html格式用于页面显示。2.自动组卷算法选择与组卷策略的制定组卷算法和策略直接影响所组试卷的质量。一个好的组卷算法既要保证组卷的成功率，又要保证数据运算的时间效率，同时，针对用户而言，还要考虑策略设置的简洁易用性。据分析，回溯试探

13、法和随机算法，组卷成功率较低，适合于小型题库系统。遗传算法在组卷成功率和实效性方面有一定优势，但是应用还不很成熟，并且对于非专业人员来说，策略设置较复杂，易用性不强。通过分析还发现，自动组卷的精度和收敛速度是相互矛盾的，算法复杂度与系统易用性也是相互矛盾的，所以，不存在一种全优的算法，开发者需要在精确性和易用性之间作出选择。考虑到正规考试中，无论采用何种算法组织试卷，命题者都需要对组卷结果进行审核和调整，因此，本文在实践中仍然选择了传统的随机算法，但是对其进行了改进，提出了“基于题型一知识点分布的动态随机组卷算法”，该算法不仅使组卷的误差精度和收敛速度得到改进，并且易用性强，操作简单。3.格式

14、化试卷，使之满足传统纸质考试题库系统业务流程的最后一步是将组织的试卷转换成传统的试卷文档格式。转换的方式和技术与试题录入存储的方式密切相关。如前面所述，试题采用word文件格式存储，那么格式化试卷过程就是将一系列word试题文件组织到一个word文件中，当然，技术的关键是如何按照用户（如北京农学院）提供的特定的试卷格式组织试卷文档。因此，格式化生成word试卷包含两层意思，一是将在线组织的试卷信息转换成word文档形式；二是word文档的版式要符合用户统一规定的标准化的试卷格式。标准化试卷的word文档格式主要包括以下内容：纸张类型、页边距、页眉页脚、试卷的卷头说明以及试题等。此外，按照实际需

15、求，除了将试题内容组织并转换成传统考试卷外，还需要生成与考试卷对应的答案卷。六、系统构建及其特点本文采用基于j2ee的软件架构设计，实现了以上四个学科课程的题库管理系统。经过不断改进，该系统具有以下特点，达到了预期的设计目标：（1）完善的数据标准。在遵循lom与教育部教育资源元数据相关标准的基础上，根据用户需要，对试题、试卷的元数据进行了扩展。（2）开放的管理模式。系统克服了以前试题库系统的诸多弊端，首次使用全新的管理模式，把题库管理程序与题库完全分开。在同一个学科课程题库内，系统能同时管理任意多门子课程。每门子课程的试题库都拥有各自的题库名称、用户列表、题型列表、知识点列表、试题列表、试卷列

16、表等信息。（3）建库简单迅速。由于系统最大的特点是题库管理程序与题库完全分开，所以建立题库的过程实质就是单纯的试题录入过程。试题录入由功能强大的常用文字处理软件word完成，既可以单题录入，也可以批量导入；同时，图形和表达式的编辑达到完美和可靠的解决。题库为一系列普通的word文件，试题可以为任意形式、任意排列，数量不受限制。（4）组卷简单可靠。系统提供手工与自动两种组卷方式。其中，“基于题型一知识点分布的动态随机算法”应用于自动组卷，该方法参数设置简单、直观，抽题结果稳定、可靠。并且自动组卷过程中设置的参数可以作为组卷策略保存到组卷方案库，供下次组卷时直接调用，加快组卷速度。（5）试卷生成格

17、式化。试卷的生成、排版、打印全由word完成。试卷纸张、字体、行间距、页眉页脚等信息，完全按用户提供的试卷格式自动生成；试卷卷头、计分表、试题序号及答题指导等全部自动生成。此外，试卷的答案卷也可以按试卷格式自动化生成。（6）辅助功能完备。在管理员端实现了系统设置，在用户端实现了题库设置，对用户权限实现了“动态权限管理”。这些辅助功能大大提高了系统的灵活性。（7）多层技术架构。在技术实现的过程中，整个系统在三层架构基础上（表现层、业务逻辑层、数据层），根据当前软件开发中的“接口实现分离原则”，将中间业务层细化为服务管理层、业务逻辑接口和业务逻辑实现层、数据访问接口和数据访问实现层，该技术路线降低了软件模块之间的耦合度。七、试题库试题编制完成及其应用情况试题收集、整理、编制、录入、校验工作历时一年半，先后涉及数学、计算机、英语、政治四个学科门类、十一门课程，北京农学院有5个教研室，共50余教师参与试题库项目的研制工作。经过收集、审核、筛选，截至2007年年底，共完成十门课程16971道试题的编制与录入，各门课程完成试题的编制数量见表4。 目前，高等数学、概率论与数理统计、思想道德修养和法律基础三门课程的试题库及其管理系统已经投入试运行阶段。经过20072008年度期末考试的实际应用