計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

韓琰

摘要： 本文介紹了項(xiàng)目反應(yīng)理論及計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)的相關(guān)理論，對(duì)計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)的需求進(jìn)行了分析，并設(shè)計(jì)了功能模塊及數(shù)據(jù)庫。

關(guān)鍵詞： 項(xiàng)目反應(yīng)理論計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們利用計(jì)算機(jī)考試軟件來輔助教師完成考試工作，以減輕教師工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率。但大部分考試系統(tǒng)的基本思想基于傳統(tǒng)的經(jīng)典測(cè)量理論（CTT）。在經(jīng)典測(cè)量理論下，同一批能力水平不相同的考生要接受同一批題目的測(cè)試，這樣測(cè)試的結(jié)果是：對(duì)水平低的考生來說，難度高的題目根本無法作答；對(duì)水平高的考生來說，難度低的題目測(cè)不出真實(shí)水平。實(shí)踐證明，如果題目難度跟考生水平相適應(yīng)，測(cè)驗(yàn)效果最好?；陧?xiàng)目反應(yīng)理論的計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試是根據(jù)測(cè)試者的能力水平自動(dòng)選擇與其能力水平相適應(yīng)題目的個(gè)性化測(cè)試，能夠彌補(bǔ)經(jīng)典測(cè)量理論下考試的不足。

2.基于項(xiàng)目反應(yīng)理論的計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)

2.1項(xiàng)目反應(yīng)理論

2.1.1項(xiàng)目反應(yīng)理論的概念

項(xiàng)目反應(yīng)理論是在針對(duì)經(jīng)典測(cè)量理論的局限性的基礎(chǔ)上提出來的。項(xiàng)目反應(yīng)理論又稱為潛在特質(zhì)理論。潛在特質(zhì)是指被試某種相對(duì)比較穩(wěn)定的、支配其對(duì)應(yīng)的測(cè)驗(yàn)作出反應(yīng)，并使反應(yīng)表現(xiàn)出一致性的內(nèi)在特征［１］。特質(zhì)（能力）和項(xiàng)目（試題）是項(xiàng)目反應(yīng)理論的核心概念。項(xiàng)目反應(yīng)理論認(rèn)為被試對(duì)某項(xiàng)目的正確反映概率與其能力之間遵循一定的函數(shù)關(guān)系，這樣的函數(shù)關(guān)系可以用項(xiàng)目反應(yīng)模型來表示。

2.1.2項(xiàng)目反應(yīng)模型

在眾多的項(xiàng)目反應(yīng)模型中，最具代表性的是伯恩鮑姆提出的邏輯斯蒂模型。邏輯斯蒂模型根據(jù)參數(shù)的不同分為單參數(shù)模型、雙參數(shù)模型和三參數(shù)的模型。三參數(shù)的模型如下：

其中：D=1.702，θ表示受測(cè)者能力值，a表示題目對(duì)考生能力的區(qū)分度，b表示題目的難度，c表示題目的猜測(cè)系數(shù)，P（θ）表示能力為θ的人答對(duì)此題目的概率［２］。

從三參數(shù)模型可以看出三個(gè)參數(shù)和考生水平的高低對(duì)答對(duì)試題概率的影響，其中考生能力水平越高，答對(duì)試題的概率越大，而隨著考生能力的增強(qiáng)，答對(duì)概率趨于1。

2.2計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試（CAT）概述

2.2.1計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試

在計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試過程中，將根據(jù)每一道題目的回答情況進(jìn)行計(jì)算，以得到與被試能力相應(yīng)的能力估計(jì)值，并根據(jù)能力估計(jì)值，在題庫中挑選出最適合被試能力水平的下一道試題進(jìn)行測(cè)試。這樣使考生能夠接受適合自己的一批難度不同的題目，考試成績(jī)更能準(zhǔn)確客觀地反映考生的實(shí)際情況，不會(huì)因?yàn)轭}目的難度差異或考生的偶然失誤而對(duì)成績(jī)有太大影響。

2.2.2計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試的施測(cè)過程

計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試的施測(cè)過程分為兩個(gè)階段。

第一階段：初步探查階段，即測(cè)驗(yàn)剛開始的時(shí)候，設(shè)置一批探查性的題目，用來初步估計(jì)考生能力水平。執(zhí)行的過程如下：首先從題庫中抽取較接近被試的能力水平項(xiàng)目實(shí)施測(cè)試，如答對(duì)則抽取更難的試題；如答錯(cuò)則抽取更易的試題；當(dāng)出現(xiàn)既有答對(duì)又有答錯(cuò)的情況時(shí)，初步探查階段停止。

第二階段：精確估計(jì)真值階段。這時(shí)，挑選試題的原則一般是與初試者的能力水平相適應(yīng)，從題庫中挑選出能提供最大信息量的試題。

計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試中有三個(gè)重要環(huán)節(jié)：能力初值估計(jì)、選題策略、終止規(guī)則［３］。

2.3計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)能夠根據(jù)考生的初始能力水平，自動(dòng)地在試題庫中抽取個(gè)性化初始測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)考生的答題情況進(jìn)行判斷，抽取測(cè)試題目難度值與考生能力水平相適應(yīng)的下一道測(cè)試題目進(jìn)行測(cè)試，直到最后終止考試，并最終得到反映考生真實(shí)能力水平的結(jié)果。與傳統(tǒng)的經(jīng)典測(cè)驗(yàn)理論下的考試相比，測(cè)試能自動(dòng)適應(yīng)考生能力水平的具體情況，試題的難度、數(shù)量等可根據(jù)考生的特點(diǎn)而靈活變通。同時(shí)，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)保存試卷功能，也提高了試卷批改的準(zhǔn)確度和速度。本系統(tǒng)應(yīng)該具備以下功能。

2.3.1題目管理功能

完成計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試題庫的建立及維護(hù)。教師可以錄入、修改、刪除試題；確定題目所屬知識(shí)點(diǎn)，錄入的題目必須有經(jīng)過計(jì)算或?qū)＜夜烙?jì)后確定的難度、區(qū)分度、猜測(cè)系數(shù)參數(shù)；可以修改題目參數(shù)、維護(hù)題目知識(shí)點(diǎn)信息。

2.3.2知識(shí)點(diǎn)管理

根據(jù)課程特點(diǎn)，對(duì)課程知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行分解和分類，將知識(shí)內(nèi)容分解為一系列知識(shí)單元，然后細(xì)分為各知識(shí)點(diǎn)。對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)測(cè)試的試題類型及試題數(shù)可以有很多。知識(shí)點(diǎn)管理包括知識(shí)點(diǎn)的添加、修改、刪除。

2.3.3考試過程管理

包括驗(yàn)證登錄信息、設(shè)置初始能力值、抽題、能力值估計(jì)、考試終止管理、二次登錄管理等。所有用戶登錄時(shí)要求輸入賬號(hào)和密碼，執(zhí)行登錄操作。

2.3.4用戶管理

在本系統(tǒng)中，根據(jù)功能需要，涉及三類用戶：管理員、教師和學(xué)生，他們?cè)谙到y(tǒng)中的功能不一樣。學(xué)生可完成報(bào)名、登錄考試，閱讀考試規(guī)則、抽取試題進(jìn)行考試和結(jié)束考試的功能，管理員登錄后可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行用戶管理、系統(tǒng)信息管理，可以增加刪除用戶、修改用戶信息、分配和修改用戶權(quán)限。教師登錄后可以進(jìn)行試題管理、設(shè)置考試基本信息、設(shè)置考生信息和成績(jī)管理。

2.3.5考務(wù)管理

設(shè)置考試科目的相關(guān)信息：考試時(shí)間、科目、地點(diǎn)、監(jiān)考老師等；設(shè)置考試基本參數(shù)，如考試的最大題數(shù)、最大信息量和最長(zhǎng)考試時(shí)間等。

通過以上功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)能夠快速地根據(jù)考生能力情況使各個(gè)考生能夠接受適合自己的一批難度不同的題目進(jìn)行考試和評(píng)分，使考試成績(jī)能較準(zhǔn)確客觀地反映考生的實(shí)際情況，從而體現(xiàn)出考試的客觀性與公正性。

3.計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要充分考慮系統(tǒng)的需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)，根據(jù)前面對(duì)計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)需求分析的結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。

3.1系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文主要針對(duì)在學(xué)校使用計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，考試在局域網(wǎng)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，本系統(tǒng)采用三層C/S結(jié)構(gòu)。三層C/S結(jié)構(gòu)是將應(yīng)用功能分成表示層、功能層和數(shù)據(jù)層三部分，并在邏輯上獨(dú)立。數(shù)據(jù)層作為DBMS獨(dú)立出來，表示層和功能層分離成各自獨(dú)立的程序，兩層間的接口簡(jiǎn)潔明了。

3.2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)的需求分析，根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)將系統(tǒng)功能模塊劃分如下。

3.2.1人員管理

3.2.1.1管理員管理。系統(tǒng)管理員擁有所有系統(tǒng)操作權(quán)，可對(duì)系統(tǒng)管理員增、刪、改。

3.2.1.2教師管理。對(duì)系統(tǒng)中的教師進(jìn)行管理，教師可以進(jìn)行考生的報(bào)名管理（添加考生），考試安排，試題管理以及成績(jī)的查詢。

3.2.2試題管理

3.2.2.1知識(shí)點(diǎn)管理。根據(jù)課程特點(diǎn)，對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行分解和分類，將知識(shí)分解為一系列知識(shí)單元，然后細(xì)分為各知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行題目知識(shí)點(diǎn)的增加、刪除、修改。

3.2.2.2試題管理。進(jìn)行題目的增加、刪除、修改，修改題目的參數(shù)信息、知識(shí)點(diǎn)信息。

3.2.3考務(wù)管理

3.2.3.1考試管理。對(duì)考試進(jìn)行管理，設(shè)置、修改和刪除考試的相關(guān)信息。如考試編碼、考試科目、考試時(shí)間、考試班級(jí)、考試的最大題數(shù)、最大信息量、最長(zhǎng)考試時(shí)間等。設(shè)置、修改和刪除考場(chǎng)信息，如考試編號(hào)、考試科目、考試班級(jí)、監(jiān)考老師、考試地點(diǎn)等。

3.2.3.2考生管理。設(shè)置考試信息后，添加、修改、刪除和查詢考生信息（學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、身份證號(hào)等）。如輸入考生考號(hào)、姓名可查詢當(dāng)前考生考試狀態(tài)。

3.2.3.3實(shí)時(shí)考試管理。實(shí)時(shí)管理考試開始，考試結(jié)束，實(shí)時(shí)處理與記錄考生與考場(chǎng)情況。

3.2.4在線考試

3.2.4.1考生登錄?？忌卿浛荚囅到y(tǒng)，進(jìn)行身份驗(yàn)證。

3.2.4.2在線考試。學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)閱讀考試規(guī)則，獲得初始能力值，系統(tǒng)進(jìn)行抽題，考生答題，根據(jù)答題結(jié)果進(jìn)行考生能力值估計(jì)，判斷是否滿足結(jié)束條件，同時(shí)記錄該考生考試題數(shù)、測(cè)試信息量和考試時(shí)間等信息，系統(tǒng)保存學(xué)生考試進(jìn)度，以免異常造成考試信息丟失。

3.2.5成績(jī)管理

學(xué)生登錄后，可查詢本人的成績(jī)；教師登錄后可查詢班級(jí)成績(jī)，并可導(dǎo)出成績(jī)。

3.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

根據(jù)計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)需要采集的信息，考慮數(shù)據(jù)的冗余性、一致性和程序的復(fù)雜性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)表如下：管理員信息表Admin、考生信息表Examinee、試題知識(shí)點(diǎn)表ExamPKB、試題表Subject、考試信息表Exam、考試考場(chǎng)信息表ExaminationRoom、考生試題信息表ExamineeSubject等。以下是各表的主要數(shù)據(jù)項(xiàng)：

3.3.1管理員信息表Admin：包括人員編號(hào)、人員名稱、登錄名、密碼、人員類型等相關(guān)信息。

3.3.2考生信息表Examinee：包括考號(hào)、身份證號(hào)、姓名、年齡、性別、班級(jí)、聯(lián)系電話、狀態(tài)、考場(chǎng)號(hào)、考試時(shí)間、能力值、分?jǐn)?shù)等。

3.3.3試題知識(shí)點(diǎn)表ExamPKB：包括知識(shí)點(diǎn)編號(hào)、知識(shí)點(diǎn)名稱、所在章、所在節(jié)等知識(shí)點(diǎn)。

3.3.4試題表Subject：包括題目編號(hào)、題目?jī)?nèi)容、選項(xiàng)A、選項(xiàng)B、選項(xiàng)C、選項(xiàng)D、標(biāo)準(zhǔn)答案、試題所屬知識(shí)點(diǎn)編號(hào)、難度值、區(qū)分度、猜測(cè)系數(shù)、能力值、試題抽中次數(shù)等相關(guān)信息。

3.3.5考試信息表Exam：包括考試編號(hào)、考試名稱、考試時(shí)間、最大測(cè)試項(xiàng)目數(shù)、最大測(cè)驗(yàn)信息量、考試時(shí)長(zhǎng)、考試狀態(tài)。

3.3.6考試考場(chǎng)信息表ExaminationRoom：包括考場(chǎng)編號(hào)、考場(chǎng)名稱、監(jiān)考老師、考試地點(diǎn)。

3.3.7考生試題信息表ExamineeSubject：包括考生編號(hào)、試題編號(hào)、答案、答題結(jié)果、能力值、測(cè)試項(xiàng)目數(shù)、測(cè)驗(yàn)信息量等。

4.結(jié)語

本文對(duì)計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。主要介紹了計(jì)算機(jī)自適應(yīng)考試系統(tǒng)的相關(guān)理論，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了功能模塊的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。另外，在自適應(yīng)考試系統(tǒng)中還應(yīng)該考慮考試過程中能力值計(jì)算、考試終止、選題策略等算法的選擇，不同的算法對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行速度的影響和對(duì)網(wǎng)絡(luò)條件的要求不一樣；還要考慮試題內(nèi)容的均衡問題和題目的曝光率對(duì)考試結(jié)果的影響。

參考文獻(xiàn)：

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［3］曹新社.基于項(xiàng)目反應(yīng)理論的計(jì)算機(jī)化自適應(yīng)考試系統(tǒng)［J］.福建電腦，2006，（3）.