試題自動提取系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

[摘要]文章設(shè)計與實現(xiàn)了一個試題自動提取系統(tǒng)，論述了該系統(tǒng)的特點及構(gòu)建原則；闡述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能；并詳細(xì)描述了系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)針對考試系統(tǒng)中試題的自動提取展開研究，把試卷中的問題歸類為試題庫中若干張表，以解決試題庫中人員管理問題、題型問題、課程問題及安全問題等。同時該系統(tǒng)對試題提取過程中的重復(fù)性問題、難度問題、章節(jié)問題等進(jìn)行重點處理，在試題添加過程中加進(jìn)適當(dāng)?shù)囊蜃舆M(jìn)行控制，以保證試題抽取的科學(xué)性、合理性和規(guī)范化。

[關(guān)鍵詞]試題；自動提??；設(shè)計與實現(xiàn)

[中圖分類號]G40-057[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[論文編號]1009-8097(2011)01-0103-04

引言

在精品課程和網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)過程中，試題庫建設(shè)問題是一個值得研究的問題，教師要建立試題庫，以前都是依靠學(xué)科教師把每年的考題積存在檔案袋里，然后調(diào)出來，供學(xué)生練習(xí)或教師下次出題用。這樣很不方便，而且題量有限。隨著信息化建設(shè)步伐的加快，各級學(xué)校的校園網(wǎng)都已建成，試題自動抽取、網(wǎng)上考試正被越來越多的學(xué)校重視。因此我們有必要研究一個試題自動提取系統(tǒng)，更科學(xué)地對知識進(jìn)行考查，更好地發(fā)揮校園網(wǎng)的作用，同時試題庫的建設(shè)，可以更好地實現(xiàn)資源共享，促進(jìn)教育教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提高。通過對大量文獻(xiàn)研究分析，發(fā)現(xiàn)試題自動抽取系統(tǒng)，正在被越來越多的學(xué)校和專家所關(guān)注，因為它正改變著人們的教育觀念、考試模式和教學(xué)模式。有些專家研究了試題自動抽取系統(tǒng)的算法，如題庫系統(tǒng)試卷自動生成算法研究；有些專家研究了用VB和ACCESS數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)試題自動抽取的方法；有些專家研究了基于遺傳算法的試題庫智能組卷系統(tǒng)；但受VB系統(tǒng)自身所限在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下路徑問題一直困擾著人們，實際真正應(yīng)用于實踐的系統(tǒng)還存在一些問題需不斷解決。我們在前人研究的基礎(chǔ)上，采用基于Brower／Server(B／S)模式架構(gòu)設(shè)計，以Windows 2003+IIS6.0作為服務(wù)器的運行環(huán)境，采用ACCESS建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，采用ASP和JSP技術(shù)作為開發(fā)工具，并以ADO作為數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，使用了VBScript和JavaScript作為腳本語言，對試題自動抽取系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計、研究和實現(xiàn)。

一、系統(tǒng)特點及構(gòu)建原則

1.系統(tǒng)特點

(1)適合不同學(xué)科

對不同的學(xué)科都可以使用該系統(tǒng)，只需要改變題型就可以。

(2)可詳細(xì)定義試卷屬性

對考試科目、考試類別、考試學(xué)校、適用班級、考試時間等進(jìn)行動態(tài)定義。

(3)分章節(jié)、按知識點抽題

在數(shù)據(jù)庫中加進(jìn)章節(jié)和知識點標(biāo)識，保證試題知識點的全面性。

(4)可手動和自動兩種方法提取試題

通過手動抽題保證試題的全面性和系統(tǒng)性，自動抽題保證了試題的隨機性和快捷性。

(5)分工明確

前臺由學(xué)生和教師抽題使用和練習(xí)考試使用，后臺由學(xué)科教師出題、建題庫使用。

(6)動態(tài)管理

不論是試題追加還是試題抽取都可以動態(tài)進(jìn)行，可以隨時完善題庫和對所出試題進(jìn)行修改。

試題庫中試題類型可以隨科目不同而追加或修改。

(7)試題難易可控

對不同的試題設(shè)有難度層級。

(8)方便靈活

界面采用智能化管理，不熟悉程序設(shè)計的教師也可以使用。

(9)自動導(dǎo)入Word文檔形成試卷，并可在線考試。

2.構(gòu)建原則

(1)方便實用原則

試題錄入和抽取都可以采用手動和自動兩種方式。兩種方式的使用保證了試題在抽出后的重復(fù)率降低、知識面覆蓋廣。

(2)試題的審核原則

在抽出試題后，有專門的系統(tǒng)，讓學(xué)科專家審核，如果通過才能形成一份試題，不能通過就不能形成試題，保證了試題的可靠性和可信度。

(3)安全可靠原則

系統(tǒng)專門設(shè)計了管理和安全模塊，保證了試題的安全性。

(4)美觀易用原則

界面設(shè)計美觀大方，用戶使用簡單易操作。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要模塊的功能，如圖1所示。試題自動提取系統(tǒng)主要功能是解決隨機抽取、自動生成試卷等問題的。主要模塊有：課程配置、試題與組卷、人員管理、試題管理和系統(tǒng)安全等，如圖2所示。系統(tǒng)的主要功能特點如下：

1.B／S模式簡單易用，分布式管理方便實用

試題輸入、抽題、審卷都在該模式下運行，便于維護(hù)升級，并能夠與校園網(wǎng)集成。試題和考試都可以進(jìn)行分布式管理，教師可以隨時和隨地進(jìn)行試題錄入和試題抽取。學(xué)生可以隨時在互聯(lián)網(wǎng)或校園網(wǎng)上抽取試題檢測自己的學(xué)習(xí)情況。

2.教師出題、學(xué)生練習(xí)、在線考試都可進(jìn)行

試題及組卷模塊，教師可以方便的抽取試卷，。并配有答案，計算機可以批閱客觀題，教師手工批閱主觀題。同樣學(xué)生可以在線上做題練習(xí)，并查詢答案。

3.靈活的題庫抽取策略

隨機出題，保證了考試的公平性、保密性。

可以按題型、知識點、難度、章節(jié)等參數(shù)讓系統(tǒng)自動抽題；根據(jù)需要給定試題分?jǐn)?shù)和修改試題分?jǐn)?shù)：還可以修改題型。

4.完善的試題管理功能

對試卷可以進(jìn)行修改，教師可以對不滿意的試題進(jìn)行手工處理；定義的試卷可以導(dǎo)入Word文檔，即可滿足傳統(tǒng)考試和練習(xí)的要求，也可進(jìn)行在線考試。

5.完整的用戶管理和權(quán)限控制

系統(tǒng)包括管理員、學(xué)科教師、學(xué)生等用戶，不同用戶對系統(tǒng)的使用權(quán)限不一樣，保證題庫的安全性。

三、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計與實現(xiàn)

1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計中最為重要的環(huán)節(jié)，合理的數(shù)據(jù)庫不僅能簡化數(shù)據(jù)庫操作程序的編寫，提高系統(tǒng)的工作效率，而且能方便系統(tǒng)的擴充與維護(hù)。本系統(tǒng)采用ACCESS作為數(shù)據(jù)庫。

主要由以下9張表組成，如表1所示：

另外一些表是常規(guī)管理中常用表，如：管理人員表、公告表、系統(tǒng)日志表等；還有各類型的題庫信息表，每個類型占一張表。

2.自動提取試題算法設(shè)計與實現(xiàn)

(1)當(dāng)完成了數(shù)據(jù)庫中表的設(shè)計后，又設(shè)計了專門的錄入、修改等界面(如圖3)，與數(shù)據(jù)庫中的各表關(guān)聯(lián)，完成數(shù)據(jù)添加任務(wù)和修改任務(wù)，給各字段賦值。

(2)錄入?yún)?shù)包括題型總數(shù)、各種類型試題數(shù)、難度及試題總分等數(shù)據(jù)，如圖4和圖5所示。

根據(jù)錄入的參數(shù)建立循環(huán)處理函數(shù)。第一層循環(huán)為試題類型的循環(huán)，第二層為試題類型中的難度循環(huán)，第三層為試題類型中的試題數(shù)量的循環(huán)。若循環(huán)體中沒有相應(yīng)的參數(shù)，系統(tǒng)會自動跳到下一層循環(huán)。

(3)試題中難度問題的解決

在試題庫數(shù)據(jù)添加時，直接由學(xué)科教師根據(jù)經(jīng)驗按各型試題的要求，把試題難度分成幾類：很難、難、較難、較易、易幾個等級，保證出題需求和質(zhì)量，如圖5所示。

(4)試題中隨機提取試題問題的解決

獲得試題庫表中試題類型和要求難度的試題總數(shù)后與前面相應(yīng)參數(shù)作對比，如果試題總數(shù)小于或者等于抽取題型數(shù)量，則將試題庫中的所有試題都插入試卷表中，如果試題總數(shù)大于抽取試題數(shù)量，則運行randomize函數(shù)，產(chǎn)生不同的種

子數(shù)，再用Rnd()函數(shù)獲得一組隨機數(shù)字，存放在數(shù)組中，然后通過這組隨機數(shù)字從試題庫中抽取試題。

(5)重復(fù)問題的解決

在獲得隨機數(shù)字的時候，系統(tǒng)會判斷前面所獲得的數(shù)字，如有重復(fù)，則刪除該數(shù)字，以防止數(shù)字重復(fù)，也就是試題重復(fù)。

(6)上下題知識點重復(fù)問題的解決

除了在建立表時有章節(jié)字段可以解決章節(jié)知識點問題，同時若同一知識點在不同題型中出現(xiàn)的解決也很關(guān)鍵，我們在建立數(shù)據(jù)庫時，可以給各知識點以標(biāo)識，通過不同的標(biāo)識來區(qū)分知識點，在試題抽取時可以對標(biāo)識進(jìn)行判斷，后面題型所抽試題避免出現(xiàn)前面知識點。

在獲得需要插入的試題數(shù)據(jù)之后，我們設(shè)計了系統(tǒng)插入過程，在插入過程中，系統(tǒng)會將試題庫中的試題ID(關(guān)鍵字)存到試題表中，并插入試題類型分值和排序號，以及試題的總分。

(7)試卷的生成

該系統(tǒng)設(shè)計了自動組卷和手工添加試卷兩種操作方式，自動和手工添加試卷不同的是：自動組卷在選擇試題時只需要操作者輸入相應(yīng)的參數(shù)，系統(tǒng)便會根據(jù)參數(shù)值從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫自動選擇試題，完成組卷操作。

在輸入完試卷信息后，該系統(tǒng)設(shè)計有試卷參數(shù)設(shè)定頁面。在頁面中列出此門課程中的題型和試題(試題數(shù)據(jù)按試題的難度劃分)，操作者可以在后面輸入需要的試題數(shù)量以及設(shè)定試題分值和排序號。設(shè)定之后，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值，自動從試題庫抽取試題，從而組成試卷，如圖6和圖7所示。

在生成試卷時，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中獲取所要生成的試卷信息，然后從試卷表中獲得試題信息，最后通過試題ID(關(guān)鍵字)將試題表中的試題循環(huán)顯示。

3.試卷的管理與打印

試卷生成之后，有專門的試卷管理頁面，可以查看試卷的信息，以及修改和預(yù)覽試卷。

(1)在修改頁面中可以修改試卷的參數(shù)，以及試卷里面的試題和調(diào)整試題類型的分值。試卷總分是按照試題的類型數(shù)量和試題類型的分值計算的，如圖8所示。

(2)在預(yù)覽頁面中可以看到試卷最后的組成效果，在試卷的最下面可以點擊打印和打印答案按鈕。試卷生成實現(xiàn)之后，可以將試卷導(dǎo)入到Word中，系統(tǒng)會自動生成一份Word格式的試卷。同時，該系統(tǒng)還可以進(jìn)行在線考試。

四、結(jié)語

該系統(tǒng)通過多個維度對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了設(shè)計，保證了試卷的信度和效度、試題的難易度和區(qū)分度；采用隨機抽取的方法保證了試題的隨機性和安全性；利用B／S模式保證了試題的分布式管理；利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)保證了數(shù)據(jù)的可存儲和再利用。該系統(tǒng)在《C語言精品課程》、《現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用》、《教育軟件與開發(fā)》等多門精品課程和網(wǎng)絡(luò)課程中試運行效果良好，較好地滿足了教學(xué)需要。教師可以很容易地形成所需試題，學(xué)生可以通過試題的形成對所學(xué)知識進(jìn)行檢驗，從而促進(jìn)了教學(xué)改革，實現(xiàn)教考分離；同時又可以把教師從繁重的出題判卷中解放出來，使大量精力用在如何提高教育質(zhì)量上，試題庫的建設(shè)也極大地豐富了教學(xué)資源，使更多的教師和學(xué)生分享網(wǎng)絡(luò)資源的成果。

當(dāng)然，系統(tǒng)中還有一些問題需要完善，如該系統(tǒng)試題自動提取采用的是隨機函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，雖然加進(jìn)了許多約束條件來保證試題的信度、難度及效度，但還不能完全保證試題在抽取時覆蓋面的問題；在主觀題的判卷上還要進(jìn)一步引進(jìn)人工智能和自然語言的分詞系統(tǒng)進(jìn)行處理。

基金項目：本文系山西師范大學(xué)教改項目課題組課題“試題自動提取系統(tǒng)研究”(編號：SD2007ZDET-04)和“C程序設(shè)計精品課程”(編號：SD2008JPKC-09)的研究成果。

作者簡介：康桂珍，山西師范大學(xué)教育技術(shù)與傳媒學(xué)院教師，副教授，碩士。研究方向：教育技術(shù)學(xué)和信息技術(shù)應(yīng)用。

收稿日期：2011年11月1日

編輯：小西