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1、網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) The Design and Implementation of a Web-Based Testing System 楊 娟* 程建鋼* 韓錫斌* 曹 巖* 王學(xué)優(yōu)** * 清華大學(xué)教育軟件研究中心 E-mail:yangj00@ ** 清華大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所 Tel: 010-62782405 本文介紹了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的評測子系統(tǒng)——網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。文章簡要介紹了網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的題庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括三個(gè)子庫：試題庫、試卷庫和學(xué)科知識結(jié)構(gòu)庫。然后分別介紹了考試系統(tǒng)六大模塊的開發(fā)：組卷模塊、發(fā)布模塊、考試控制模塊、閱卷模塊、

2、統(tǒng)計(jì)分析模塊和發(fā)還模塊。著重討論了組卷模塊，特別是手動(dòng)組卷模塊功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái) 網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng) 組卷 1 引言 縱觀計(jì)算機(jī)化測試的研究和應(yīng)用的歷史，（如圖1所示）可以看到，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在測試中的應(yīng)用從當(dāng)初單純的判分，到IRT模型出現(xiàn)后的自適應(yīng)考試，再到現(xiàn)在的基于網(wǎng)絡(luò)的情境化、模擬化測試, 發(fā)揮的作用越來越大。試題的形式也在此過程中發(fā)生著變化，從固定在單一試卷中的試題發(fā)展到了可以自由組合的題庫，再到現(xiàn)在的多媒體試題庫。隨著題庫的建立，組卷變得方便了，測試的形式也發(fā)生著變化，由所有學(xué)生同考一張?jiān)嚲淼拇笠?guī)模的集體測試發(fā)展到了同一場考試使用等同考查效力的不

3、同試卷的小組測試，隨著題庫的增大和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，個(gè)別化的測試試卷成為研究人員和教師們新的關(guān)注對象。 圖1 計(jì)算機(jī)在測試中的應(yīng)用1950 1960 1970 1980 1990 2000 集體測試 小組測試 個(gè)別化測試 電子判分/閱卷 IRT模型 題 庫 Item Banking 固定順序的測試 Fixed Sequence Test 多媒體試題 Multimedia Items 自適應(yīng)測試 基于網(wǎng)絡(luò)的測試 情境試題 simulation testing 計(jì)算機(jī)在測試中的應(yīng)用歷史 這個(gè)時(shí)間軸反映的不僅僅是計(jì)算機(jī)的作用的增大，更多反映

4、的是計(jì)算機(jī)的使用使教師和教育測量專家們的許多設(shè)想逐漸能夠得以實(shí)現(xiàn)。因此，技術(shù)的先進(jìn)與否不能作為評判一個(gè)教學(xué)平臺(tái)的好壞的關(guān)鍵，只有最適合教學(xué)需求的才是最好的。作為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，就是要幫助教師實(shí)現(xiàn)教學(xué)理念，作為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中最為重要的組件之一——評測系統(tǒng)，當(dāng)然也要秉承這個(gè)宗旨：幫助教師實(shí)現(xiàn)教育測量功能。 網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)過程中需要進(jìn)行階段性評測，考試是目前較為主流的測量方法，因此網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的學(xué)習(xí)支持子系統(tǒng)的重要組成部分。網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的題庫系統(tǒng)得到了改進(jìn)，可以支持多種媒體形式的試題，同時(shí)，借助便利的組卷模塊可以得到多份等同試卷，還可借助發(fā)布模塊做到同卷不同形式，以此來實(shí)現(xiàn)部分“個(gè)別化測試

5、”的功能。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)目前還是處于小組化測試階段。嚴(yán)格意義的個(gè)別化測試，需要結(jié)合連續(xù)評價(jià)系統(tǒng)，即跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，通過對學(xué)生在學(xué)習(xí)量、技能、學(xué)習(xí)路徑及表現(xiàn)等方面變化的觀察，動(dòng)態(tài)的完成對學(xué)生知識水平原熟練程度的測評，然后有針對地進(jìn)行個(gè)別化測試。本文重點(diǎn)討論了網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)、三類題庫的介紹，以及考試流程中組卷、發(fā)布、考試過程控制、閱卷、成績發(fā)還以及統(tǒng)計(jì)分析等六個(gè)主要功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 2 網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與題庫簡介 2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考試系統(tǒng)的用戶分為教師和學(xué)生兩種，工作流程分為題庫與組卷、考試及批閱和統(tǒng)計(jì)分析三個(gè)階段；支持系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫分為：標(biāo)準(zhǔn)化

6、題庫、試卷庫、答卷庫、統(tǒng)計(jì)信息庫和學(xué)科知識結(jié)構(gòu)庫。系統(tǒng)的功能模塊分別為：試題編制、試題管理、試卷生成、身份確認(rèn)、考試與提交、試卷批閱、統(tǒng)計(jì)分析、成績歸檔、成績發(fā)布等。 考試系統(tǒng)的一般流程如圖2所示： 圖2 系統(tǒng)流程圖 整個(gè)考試系統(tǒng)包含了用戶管理、權(quán)限認(rèn)證，試題與試卷資源建設(shè)與維護(hù)，考試過程控制和統(tǒng)計(jì)分析、信息反饋等四大部分，分別由各自的數(shù)據(jù)庫支持，包括用于用戶管理、權(quán)限認(rèn)證的教師信息庫和學(xué)生信息庫，支持試題與試卷資源建設(shè)與維護(hù)的試題庫和試卷庫，考試過程控制中涉及的答卷庫，統(tǒng)計(jì)分析信息反饋中涉及的統(tǒng)計(jì)信息庫以及在組卷和統(tǒng)計(jì)分析中起輔助作用的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)庫等（如圖3所示）。 圖3

7、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng) 用戶管理權(quán)限認(rèn)證 試題與試卷資源建設(shè)與維護(hù) 考試過程控 制 統(tǒng)計(jì)分析信息反饋 學(xué)生信息庫 教師信息庫 試題庫 試卷庫 答卷庫 統(tǒng)計(jì)信息庫 學(xué)科知識結(jié)構(gòu)庫 2.2 題庫系統(tǒng)介紹 題庫系統(tǒng)包括試題庫、試卷庫和學(xué)科知識結(jié)構(gòu)庫。 題庫系統(tǒng)模型：經(jīng)典測驗(yàn)理論、題目反應(yīng)理論。經(jīng)典測驗(yàn)理論適合于傳統(tǒng)形式的測試,而題目反應(yīng)理論更適合于自適應(yīng)測試?？紤]到目前的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，個(gè)別化測試和教師組卷的集體化測試同時(shí)存在，因此同時(shí)采用兩種測驗(yàn)理論。兩種理論基礎(chǔ)上建立的題庫無非在描述上有差異，因此采用描述庫和題庫分開的辦法，即建立一個(gè)統(tǒng)一的題庫，再分別

8、按照經(jīng)典測驗(yàn)理論和題目反應(yīng)理論建立描述庫。這樣能夠共用一個(gè)題庫，而且在組卷時(shí)可以只調(diào)用描述庫。 試卷庫保存了所有的試卷以及其信息。試卷庫的功能為：一、做備份，有據(jù)可查；二、為以后的組卷提供依據(jù)：教師可以調(diào)出試卷庫中的試卷或直接使用，或作參考，或在此基礎(chǔ)上稍加改動(dòng)形成新試卷；三、通過從試卷庫中選取已公開的試卷，供學(xué)生進(jìn)行自測，檢查學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況。 學(xué)科知識結(jié)構(gòu)庫包含了知識點(diǎn)庫和課程知識結(jié)構(gòu)庫。知識點(diǎn)是組成課程結(jié)構(gòu)的基本單元，知識點(diǎn)庫保存了大量的知識點(diǎn)信息。章節(jié)結(jié)構(gòu)庫則由教師在備課或建立題庫之前按照課程的結(jié)構(gòu)和講授大綱自行建立。在設(shè)置章節(jié)結(jié)構(gòu)過程中，教師必須為每一節(jié)添加知識點(diǎn)，這樣能夠

9、把整個(gè)課程的知識點(diǎn)有機(jī)的組合起來，便于組卷。 每道題在入庫時(shí)都注明該題所涉及的知識點(diǎn)及知識點(diǎn)權(quán)重（試題在該知識點(diǎn)上的考察分量，由認(rèn)知度轉(zhuǎn)換而來），從而在試題與學(xué)科知識結(jié)構(gòu)之間建立聯(lián)系。 3 考試流程功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于經(jīng)典測驗(yàn)理論的試題庫進(jìn)行的組卷、發(fā)布、監(jiān)考、閱卷、發(fā)還和統(tǒng)計(jì)分析等模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 3.1 組卷 組卷分為手工組卷和自動(dòng)組卷兩部分。 手工組卷的特點(diǎn)在于為教師提供方便的查詢試題和分析試卷的功能。一般教師進(jìn)行組卷時(shí)，希望能夠有一個(gè)清晰的知識結(jié)構(gòu)圖，在此基礎(chǔ)上能夠清楚地了解試題的知識點(diǎn)分布。本系統(tǒng)組卷按照章-節(jié)-知識點(diǎn)-試題的層次關(guān)系進(jìn)行。由教師預(yù)先建立章節(jié)結(jié)構(gòu)

10、，把章節(jié)與知識點(diǎn)聯(lián)系起來：教師按照科目的結(jié)構(gòu)添加章節(jié)，并在每個(gè)節(jié)后添加知識點(diǎn)。試題庫中試題和知識點(diǎn)相對應(yīng)，這樣就可以把題庫和章節(jié)結(jié)合起來，能夠使題庫為多個(gè)教師所使用。當(dāng)然教師能夠查到的試題只能屬于公共題庫和教師個(gè)人的題庫。 組卷時(shí)，教師可以選擇章、節(jié)和知識點(diǎn)，組卷程序?yàn)榻處熈谐鏊x知識點(diǎn)所對應(yīng)的試題，供選擇。根據(jù)題庫中題量的多少由教師自行決定選題方式。題量較小時(shí)，可以一次列出所有的試題；題量較大時(shí)，則選一個(gè)知識點(diǎn)，列出考察該知識點(diǎn)的試題。如果一道試題包含不同的知識點(diǎn)，那么該試題只有在選中權(quán)重最大的知識點(diǎn)時(shí)才會(huì)列出。當(dāng)然，如果教師要求獲得更大范圍的試題，這時(shí)列出所有涉及該知識點(diǎn)的試題。例如：一

11、道題包含三個(gè)知識點(diǎn)：A，B，C，權(quán)重分別為：A（0.5）B (0.3 ), C (0.2)。組卷時(shí)，如果教師選中知識點(diǎn)A，這道題會(huì)自動(dòng)列出，供選擇，再選中知識點(diǎn)B或C時(shí)，這道試題就不會(huì)被列出。如果教師需要B或C知識點(diǎn)上的更多試題，他可以要求獲得更大范圍的試題，這樣這道試題才會(huì)列出。這樣做的好處在于：（1）突出試題的主要考察點(diǎn)，試題雖然涉及了多個(gè)知識點(diǎn)，但考察的知識會(huì)有所側(cè)重，沒有必要把著重考察知識點(diǎn)A的試題放到知識點(diǎn)B或C的待選試題集中；（2）避免試題重復(fù)，雖然在選題時(shí)，有相應(yīng)的程序進(jìn)行“剔重”處理（當(dāng)重復(fù)選中某一試題時(shí)提出警示），但是由于有相當(dāng)一部分題會(huì)涉及到多個(gè)知識點(diǎn)，如果不加以權(quán)重的考慮

12、，在各知識點(diǎn)上都分別列出，就會(huì)造成待選題的冗余。對于教師而言，大量的重復(fù)試題會(huì)加大他們的工作量，因此在組卷程序中采取上述策略進(jìn)行預(yù)先“剔重”處理。圖4為試題選擇界面。 圖4 試題選擇頁面 在選題過程中，隨時(shí)把教師選中的試題添加到“已選試題列表”中，同時(shí)顯示出試卷所考察的知識點(diǎn)分布情況,為教師隨時(shí)調(diào)整選題方案提供參考。知識點(diǎn)分布情況顯示如圖5： 圖5 知識點(diǎn)分布圖 比率 難度 第一章 第一節(jié) 知識點(diǎn)A 11% 中 知識點(diǎn)B 5% 較難 ….. 第二節(jié) 知識點(diǎn)D 3% 較易 … … …… 圖5中，知識點(diǎn)的占分比率為

13、涉及到該知識點(diǎn)的被選試題的分?jǐn)?shù)乘以權(quán)重所得到的權(quán)重分的總和，難度以涉及到該知識點(diǎn)的所有被選試題中難度最高的試題為準(zhǔn)。 在組卷完成后，還要進(jìn)行試卷的總分設(shè)置，測驗(yàn)時(shí)間設(shè)置以及其他一些屬性設(shè)定：試題順序是否隨機(jī)，選擇題的選項(xiàng)順序是否隨機(jī)（后兩項(xiàng)屬性將在試卷發(fā)布時(shí)發(fā)揮作用）。 完成組卷后，試卷存入試卷庫，同時(shí)，向試題庫返回信息刷新最終被選試題的曝光時(shí)間。 自動(dòng)組卷模塊，預(yù)先定義一組衡量試卷優(yōu)劣的指標(biāo)，在組織試卷時(shí)，用戶根據(jù)自己的組卷要求，對這些指標(biāo)提出一定的要求，組卷模塊按照一定算法從題庫中挑選試題組成試卷，使其各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值與教師提出的目標(biāo)值盡可能的接近，最大限度地滿足用戶的需求。智能組卷

14、包含組卷要求、試卷指標(biāo)、生成方法、選題方法和試卷評價(jià)這四個(gè)要素，而試卷指標(biāo)又是各道試題的試題指標(biāo)計(jì)算得到的，因此我們還要加上試題指標(biāo)和試題指標(biāo)到試卷指標(biāo)的計(jì)算方法這樣兩個(gè)要素，總括起來，智能組卷共包含組卷要求、試卷指標(biāo)、試題指標(biāo)、試卷評價(jià)以及選題方法等6個(gè)要素。 組卷要求包括了覆蓋面大，重點(diǎn)突出，各章節(jié)分?jǐn)?shù)分布均衡，各題型分?jǐn)?shù)分布合適，難度符合目的，總分、總時(shí)符合要求，以及考察知識點(diǎn)不相重復(fù)等多項(xiàng)層次不同的要求。這些較為抽象的組卷要求必須明確化：①根據(jù)教師常見的“要求”設(shè)置試卷指標(biāo)，用來數(shù)量化衡量一張?jiān)嚲恚虎谕ㄟ^給各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)置權(quán)重，或?qū)⑵鋭澐值讲煌匾缘燃壍姆椒?，反映出特定考試中教師對各?xiàng)

15、指標(biāo)的不同重視程度；③組卷時(shí)讓教師對這些預(yù)定指標(biāo)提出希望值，然后系統(tǒng)據(jù)此選題組卷。 試卷指標(biāo)分為四類：①最基本指標(biāo)：總分、總時(shí)、題數(shù)；②基本指標(biāo)：考試的出題范圍和重點(diǎn)考察內(nèi)容；③常見指標(biāo)：試卷的難度和區(qū)分度；④涉及試卷的均衡協(xié)調(diào)的指標(biāo)：試卷的題型比例、知識點(diǎn)比例等。根據(jù)試卷指標(biāo)和試題指標(biāo)間的內(nèi)在聯(lián)系，由試題指標(biāo)生成試卷指標(biāo)，這種生成方法在選題過程中即成為選擇條件。 組卷實(shí)質(zhì)是在試題庫范圍內(nèi)挑選一個(gè)子集，實(shí)現(xiàn)方法可以分成兩類：一類是確定值的，一類是模糊值的。確定值是指，挑選出一個(gè)子集，讓它的各項(xiàng)指標(biāo)精確的等于預(yù)定值，這有點(diǎn)類似于一個(gè)方程組求解的問題。自變量是各道試題的各個(gè)指標(biāo)值可以看作是一個(gè)

16、m×n的矩陣，應(yīng)變量是各個(gè)試卷指標(biāo)，可以看作一個(gè)l×1的矩陣，方程形式是試卷指標(biāo)＝f（各項(xiàng)試題指標(biāo)），方程數(shù)是總的試卷指標(biāo)數(shù)，而自變量的定義域是整個(gè)題庫中的試題組成的集合。對于這個(gè)有十幾個(gè)自變量，十幾個(gè)方程的方程組的求解問題，目前還沒有有效的解法，即使有解法，也常常會(huì)遭遇無解的情況，因此這種解方程的方法不予采用。 相應(yīng)的，模糊值是指，挑選出一個(gè)子集，讓他的各項(xiàng)指標(biāo)值和預(yù)定值之間的差異盡可能的小，首先，我們有十幾個(gè)目標(biāo)函數(shù)和這些函數(shù)的預(yù)定值，然后我們可以為每一張?jiān)嚲碛?jì)算這十幾個(gè)目標(biāo)函數(shù)的實(shí)際值，然后將目標(biāo)值與實(shí)際值比較一下，求出差值，然后，或者是根據(jù)這個(gè)差值用加權(quán)平均等方法算出一個(gè)綜合的差值，

17、或是直接使用這十幾個(gè)差值，來進(jìn)行優(yōu)化，使這些差值極小，以此得出最符合教師要求的試卷。詳細(xì)的介紹將另文敘述。 3.2 發(fā)布 教師完成組卷后，試卷尚未發(fā)布，學(xué)生端還看不到試卷，在發(fā)布前，教師可以隨時(shí)修改試卷，一旦發(fā)布，該試卷就不能再更改。發(fā)布的過程就是在學(xué)生端為每個(gè)學(xué)生創(chuàng)建一份試卷，把所有的試題信息，包括題干，選項(xiàng)（其實(shí)是試題和選項(xiàng)的id），試題順序，選項(xiàng)順序?qū)懭朊總€(gè)學(xué)生的試卷表中。發(fā)布過程可以通過觸發(fā)器完成。如果教師設(shè)定屬性：試題順序隨機(jī)，選擇題選項(xiàng)隨機(jī)，那么生成每份試卷時(shí)都隨機(jī)排列試題順序和選項(xiàng)順序，能夠生成多份形式不同的試卷。 3.3 考試過程控制 學(xué)生端一旦進(jìn)入考試頁面開始考試

18、，計(jì)時(shí)器就開始計(jì)時(shí)，在頁面跳轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)時(shí)暫停，待新頁面載入后繼續(xù)計(jì)時(shí)，到了規(guī)定的時(shí)間，自動(dòng)上繳試卷。在考試過程中采用一頁面顯示一題的方式，同時(shí)用一狀態(tài)框列出已答試題和正在作答試題，便于學(xué)生掌握自己的答題情況。學(xué)生可以修改已作答的試題。最后學(xué)生上交試卷，或者到時(shí)自動(dòng)上交?？荚図撁嫒鐖D6。 圖6 學(xué)生端考試頁面 3.4 閱卷 計(jì)算機(jī)自動(dòng)批閱判斷題、選擇題等客觀題，主觀題則提交給教師批閱。在教師批閱時(shí)，不僅顯示 學(xué)生的答案，還顯示參考答案和評分標(biāo)準(zhǔn)，便于教師參考進(jìn)行評分。教師批閱完后，主觀成績也入庫，與客觀成績匯總，形成試卷最后的成績。 3.5 成績發(fā)還 閱卷完畢后，即使是完全計(jì)

19、算機(jī)評閱的試卷也必須經(jīng)過教師的察看后，才能發(fā)還。因?yàn)榻處熆赡苄枰獙W(xué)生的成績進(jìn)行一定的調(diào)整。 教師一旦確認(rèn)了試卷成績，所有的成績就發(fā)還給相應(yīng)的學(xué)生。 3.6 統(tǒng)計(jì)分析 統(tǒng)計(jì)和分析其實(shí)應(yīng)分為兩個(gè)模塊：統(tǒng)計(jì)學(xué)生總體的得分情況，用圖形表現(xiàn)各分?jǐn)?shù)段的學(xué)生人數(shù)，從而了解學(xué)生總體的掌握情況；分析單個(gè)學(xué)生各知識點(diǎn)的得分，從而了解其對于各知識點(diǎn)的掌握情況，分析各知識點(diǎn)上學(xué)生的解答情況。 4 結(jié)論 基于Web的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)的研制與設(shè)計(jì)對遠(yuǎn)程教育具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值，本項(xiàng)目比較系統(tǒng)地設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)，建立了題庫、知識點(diǎn)庫、試卷庫等數(shù)據(jù)庫，完成了從手動(dòng)組卷到統(tǒng)計(jì)分析一系列功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，介

20、紹了智能組卷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 參考文獻(xiàn) [1] 李擁軍.基于World Wide Web遠(yuǎn)程測試的研究與實(shí)現(xiàn).現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育.2000（75）：41-44. [2] 吳平.遠(yuǎn)程考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì).中國遠(yuǎn)程教育.2000（162）：46-48. [3] 余勝泉，何克抗.網(wǎng)絡(luò)題庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).教育技術(shù)通訊. [4] 余勝泉，姚顧波，何克抗.通用試題庫組卷策略算法.教育技術(shù)通訊. [5] 錢俊，劉艷芳，丁鳳濤.網(wǎng)絡(luò)題庫建設(shè)和管理. [6] 張江，黃迪明，廖建明.通用考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),電子科技大學(xué)學(xué)報(bào).2001.30（2）：157-161. [7] 唐豐.清華大學(xué)畢業(yè)

21、設(shè)計(jì)論文. [8] 蔣理.網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)設(shè)計(jì).微機(jī)發(fā)展.2000（6）：71-72. This paper discusses the design and implementation of an online testing system, which is the subsystem of Tsinghua Education Online E-learning platform. Item bank, paper bank and knowledge bank are introduced briefly. Six modules of testing system includi

22、ng testing authoring module, test publishing module, testing administration module, scoring module, data analysis, and feedback module are introduced. This paper focuses on the testing authoring module and described its design in detail. Key words：Web based testing test generate test authoring