利用遺傳算法組卷的B/S考試系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

謝銳兵

摘要：在線考試作為傳統(tǒng)考試的突破，真正實現(xiàn)了無紙化的考試，是現(xiàn)代化教育的重要幫手。如何設(shè)計和開發(fā)一套好的在線考試系統(tǒng)非常重要，自動組卷模塊在很大程度上決定了考試系統(tǒng)的好壞。該文在通過對遺傳算法組卷的研究后設(shè)計了考試系統(tǒng)的模型。

關(guān)鍵詞：在線考試；自動組卷；遺傳算法；模型

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）02-0248-03

考試作為教學(xué)測評的一種最主要的手段，是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，也是教育質(zhì)量保證體系中的一個重要組成部分，其規(guī)范性、科學(xué)性以及考試工作的組織、管理等，直接關(guān)系到教學(xué)測評的準(zhǔn)確性和客觀性，從而也影響到教學(xué)質(zhì)量的好壞。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸滲入社會生活各個層面的今天，傳統(tǒng)的考試方式將面臨著變革，而在線網(wǎng)絡(luò)考試則是一個很重要的方向。在線考試是在現(xiàn)代測量理論和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下產(chǎn)生出來的新型考試模式，它真正實現(xiàn)了無紙化的考試，突破了傳統(tǒng)考試的種種弊端，越來越成為了現(xiàn)代學(xué)校教育乃至社會其他部門考核的一個重要幫手[1]。而組卷系統(tǒng)又是在線考試系統(tǒng)的一個重要組成部分。隨著計算機(jī)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，利用計算機(jī)存儲大量的試題信息并結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)試題的自動組卷功能已成為一項非常實際可行并且應(yīng)用性極其廣泛的課題。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 可行性分析

1） 考試系統(tǒng)提供了個性化的考試服務(wù)，并提高了考試的公平性

利用遺傳算法組卷的B/S考試系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了試卷的自動生成和客觀題的自動評判，并突破了考試時間和空間的約束，使得學(xué)生的考試可以更加靈活和方便?？荚囅到y(tǒng)依據(jù)責(zé)任教師預(yù)先設(shè)置好的知識點范圍、試卷難易度、考試時間、題目類型等自動生成試卷，增加了試題泄密的難度，每位學(xué)生的試卷不同，也增加了考試作弊的難度，從而提高了考試的公平性。

2） 考試系統(tǒng)大大地減輕了考務(wù)管理工作，提高了工作效率和管理水平[2]

考試系統(tǒng)自動生成電子試卷，考試前無須命題、印刷試卷，各個環(huán)節(jié)的管理工作大大簡化，考試成本大大降低，使得大規(guī)模、大范圍、多場次的考試組織變的輕松，而且整個周期縮短，考后也無須組織大量的教師和工作人員完成考后的閱卷、登分、統(tǒng)計匯總和數(shù)據(jù)分析的工作，這些工作都可以由計算機(jī)來完成。

3） 考試系統(tǒng)采用Web技術(shù)和遺傳算法等先進(jìn)技術(shù)，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高

Web是建立在B/S模型之上，以HTML和HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)，能夠提供面向各種Internet服務(wù)的、一致的用戶界面的一種信息服務(wù)系統(tǒng)。目前Web已成為Internet上最為流行的信息查詢手段，與數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)器的緊密結(jié)合，使得這種模式的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，它的主要優(yōu)點是便于擴(kuò)充應(yīng)用、升級維護(hù)簡便。一套完整的考試系統(tǒng)有許多的功能模塊組成，其中組卷功能是核心。常用的組卷方法有隨機(jī)組卷、人工組卷等，但都有缺陷。通過對遺傳算法的研究，并運(yùn)用到在測試系統(tǒng)中，以實現(xiàn)更科學(xué)更高效的組卷。

1.2系統(tǒng)的功能需求

要設(shè)計和開發(fā)一套科學(xué)合理、規(guī)范實用的考試系統(tǒng)，系統(tǒng)功能是否全面、合理是衡量一套系統(tǒng)優(yōu)劣的根本。系統(tǒng)的主要功能模塊包括：課程管理模塊，題庫管理模塊，試卷生成模塊，測試模塊，成績和試卷管理模塊。

課程管理模塊：開發(fā)考試系統(tǒng)并不只是為某一門課程服務(wù)，而是要滿足各種不同課程的理論知識考核，因此系統(tǒng)不僅要能管理將運(yùn)用此系統(tǒng)的課程，還要為課程分配相應(yīng)的責(zé)任教師，負(fù)責(zé)此課程的題庫設(shè)置、考試規(guī)則策略、考試計劃、試卷評閱等。為了規(guī)范考試，要求學(xué)生能按計劃實名參與考試，系統(tǒng)還要能管理課程的選課學(xué)生。

題庫管理模塊：課程責(zé)任教師對本課程的題庫進(jìn)行建設(shè)和管理。為了能讓系統(tǒng)自動生成的試卷更具科學(xué)性合理性，更能符合教學(xué)計劃的要求，課程教師在題庫管理時應(yīng)該對題目的內(nèi)容、所屬章節(jié)、難易度、區(qū)分度等詳細(xì)信息進(jìn)行管理。

試卷生成模塊：責(zé)任教師設(shè)置負(fù)責(zé)課程的考試計劃和組卷策略，包括考試的階段、時間范圍、知識點范圍、章節(jié)比重、題型、題量、分值分配、難易度、區(qū)分度等。系統(tǒng)根據(jù)計劃和策略運(yùn)用遺傳算法合理生成試卷。

測試模塊：學(xué)生在指定的時間范圍內(nèi)登陸系統(tǒng)，完成系統(tǒng)分配的試卷。測試過程要有時間限制，規(guī)定考試時間到后要自動交卷；要提供應(yīng)急機(jī)制，當(dāng)出現(xiàn)斷電等突發(fā)事件時要能延考或重考，出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象要能二次登陸或換機(jī)并能恢復(fù)考試數(shù)據(jù)。

成績和試卷管理模塊：系統(tǒng)能自動評閱客觀題，由責(zé)任教師評閱主觀題，能對學(xué)生的成績進(jìn)行查詢、分析等操作?？紤]到題庫的建設(shè)會對題目有刪減，故應(yīng)該對已評閱試卷進(jìn)行文檔存檔。

1.3 性能需求

系統(tǒng)應(yīng)具有高效性和穩(wěn)定性。如何能在相對較短的時間內(nèi)組成一套性能符合要求的試卷，是考試系統(tǒng)的一項最根本的功能，其抽題組卷算法的設(shè)計對于整個組卷系統(tǒng)的性能和質(zhì)量來講是關(guān)鍵?？荚囅到y(tǒng)將根據(jù)遺傳算法的思想，對題庫進(jìn)行編碼初始化，并通過選擇、交叉、變異的迭代過程進(jìn)行有效組卷。同時對考試系統(tǒng)負(fù)載、應(yīng)急機(jī)制進(jìn)行分析，保證考試系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。系統(tǒng)采用表示層（瀏覽器）、業(yè)務(wù)邏輯層（服務(wù)器）、數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）的B/S三層體系結(jié)構(gòu)，運(yùn)用Web技術(shù)開發(fā)，這樣大大減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

系統(tǒng)應(yīng)具有可操作性和安全性。考試系統(tǒng)的操作應(yīng)該盡量簡單、方便，用戶界面要友好。系統(tǒng)還要提供安全可靠的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，拒絕未被授權(quán)的人員訪問、篡改數(shù)據(jù)信息的企圖，而只向被授權(quán)的用戶提供與其權(quán)限一致的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 組卷算法實現(xiàn)

試卷的質(zhì)量直接影響著考試的考核尺度。如何隨機(jī)的、科學(xué)的、合理的以及高效的生成測試試卷，能最大限度地滿足用戶的不同需要，是考試系統(tǒng)要解決的最核心問題，同時也是考試系統(tǒng)中的一個難點。組卷技術(shù)一般分為人工組卷和自動組卷兩種，自動組卷方法主要包括隨機(jī)抽取法、回溯法、定性映射法、遺傳算法等[3]?，F(xiàn)有的這些組卷算法在不同程度上存在著一些差異。比如，隨機(jī)組卷算法具有便捷快速的特點但隨機(jī)性和不確定性很強(qiáng)；回溯法對題量和題型都比較小的系統(tǒng)適合但隨機(jī)性差、組卷時間長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜耗費(fèi)內(nèi)存；定性映射法生成試卷的效率和成功率比較好但程序結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、算法實現(xiàn)比較困難；遺傳算法主要的特點有并行性、通用性、自適應(yīng)性、全局優(yōu)化性和收斂速度快等[4]。本系統(tǒng)采用的是基于遺傳算法的自動組卷技術(shù)。

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

組卷的目標(biāo)就是從試題庫中找出一個試題集合，使這個集合滿足如下條件：一是時間分配、題量及分值分配合理；二是題型分布、知識點章節(jié)比（覆蓋面、重難點等）合理；三是難易程度和區(qū)分度合理等。從而生成一份科學(xué)合理的試卷。

依據(jù)上述條件，可以將試題組的屬性值組成一個矩陣S。

其中n為試卷S的總題數(shù)，每行為一個試題，每列代表試題的一個屬性，分別為分值、題型、知識點章節(jié)、時間、難度和區(qū)分度。

遺傳算法數(shù)學(xué)模型首先要解決的問題是群體進(jìn)行編碼，而編碼和解碼的復(fù)雜度、運(yùn)算時間、運(yùn)算量等都將影響到之后的交叉、變異何選擇操作的效率。在本系統(tǒng)中，為了減少解碼過程，增加組卷的執(zhí)行效率，采用分段的實數(shù)編碼方式。主要方式是：一個染色體表示一份試卷，每個試題對應(yīng)一個基因，每個基因按題型有序排列[5]。在初始化時隨機(jī)產(chǎn)生試題題號并直接用題號代表基因的值，這樣所表達(dá)的基因變量意義清楚，不需要解碼。編碼及初始化如圖1所示，其中n表示試卷總題數(shù)。

2.2 約束條件

3 結(jié)束語

本文重點介紹了運(yùn)用一種改進(jìn)型遺傳算法的思想，通過編碼、初始化、設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)等建立了組卷數(shù)學(xué)模型，并以此為核心設(shè)計和開發(fā)了一套基于B/S模式的考試系統(tǒng)。此系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)真正做到了在線的無紙化考試，并且提高了組卷的質(zhì)量和效率，促進(jìn)了考試系統(tǒng)在教育領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂盈.基于B_S架構(gòu)的遠(yuǎn)程考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[2] 劉琪.基于Web的計算機(jī)輔助考試系統(tǒng)設(shè)計研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2004.

[3] 尚瑩.基于遺傳算法的組卷系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2010.

[4] 夏愛月.基于遺傳算法的自動組卷系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù).2008，10（1）：94-95.

[5] 萬厚沖.改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法在智能組卷中的應(yīng)用[J].福建電腦，2010，1：137-137.

摘要：在線考試作為傳統(tǒng)考試的突破，真正實現(xiàn)了無紙化的考試，是現(xiàn)代化教育的重要幫手。如何設(shè)計和開發(fā)一套好的在線考試系統(tǒng)非常重要，自動組卷模塊在很大程度上決定了考試系統(tǒng)的好壞。該文在通過對遺傳算法組卷的研究后設(shè)計了考試系統(tǒng)的模型。

關(guān)鍵詞：在線考試；自動組卷；遺傳算法；模型

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）02-0248-03

考試作為教學(xué)測評的一種最主要的手段，是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，也是教育質(zhì)量保證體系中的一個重要組成部分，其規(guī)范性、科學(xué)性以及考試工作的組織、管理等，直接關(guān)系到教學(xué)測評的準(zhǔn)確性和客觀性，從而也影響到教學(xué)質(zhì)量的好壞。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸滲入社會生活各個層面的今天，傳統(tǒng)的考試方式將面臨著變革，而在線網(wǎng)絡(luò)考試則是一個很重要的方向。在線考試是在現(xiàn)代測量理論和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下產(chǎn)生出來的新型考試模式，它真正實現(xiàn)了無紙化的考試，突破了傳統(tǒng)考試的種種弊端，越來越成為了現(xiàn)代學(xué)校教育乃至社會其他部門考核的一個重要幫手[1]。而組卷系統(tǒng)又是在線考試系統(tǒng)的一個重要組成部分。隨著計算機(jī)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，利用計算機(jī)存儲大量的試題信息并結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)試題的自動組卷功能已成為一項非常實際可行并且應(yīng)用性極其廣泛的課題。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 可行性分析

1） 考試系統(tǒng)提供了個性化的考試服務(wù)，并提高了考試的公平性

利用遺傳算法組卷的B/S考試系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了試卷的自動生成和客觀題的自動評判，并突破了考試時間和空間的約束，使得學(xué)生的考試可以更加靈活和方便?？荚囅到y(tǒng)依據(jù)責(zé)任教師預(yù)先設(shè)置好的知識點范圍、試卷難易度、考試時間、題目類型等自動生成試卷，增加了試題泄密的難度，每位學(xué)生的試卷不同，也增加了考試作弊的難度，從而提高了考試的公平性。

2） 考試系統(tǒng)大大地減輕了考務(wù)管理工作，提高了工作效率和管理水平[2]

考試系統(tǒng)自動生成電子試卷，考試前無須命題、印刷試卷，各個環(huán)節(jié)的管理工作大大簡化，考試成本大大降低，使得大規(guī)模、大范圍、多場次的考試組織變的輕松，而且整個周期縮短，考后也無須組織大量的教師和工作人員完成考后的閱卷、登分、統(tǒng)計匯總和數(shù)據(jù)分析的工作，這些工作都可以由計算機(jī)來完成。

3） 考試系統(tǒng)采用Web技術(shù)和遺傳算法等先進(jìn)技術(shù)，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高

Web是建立在B/S模型之上，以HTML和HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)，能夠提供面向各種Internet服務(wù)的、一致的用戶界面的一種信息服務(wù)系統(tǒng)。目前Web已成為Internet上最為流行的信息查詢手段，與數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)器的緊密結(jié)合，使得這種模式的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，它的主要優(yōu)點是便于擴(kuò)充應(yīng)用、升級維護(hù)簡便。一套完整的考試系統(tǒng)有許多的功能模塊組成，其中組卷功能是核心。常用的組卷方法有隨機(jī)組卷、人工組卷等，但都有缺陷。通過對遺傳算法的研究，并運(yùn)用到在測試系統(tǒng)中，以實現(xiàn)更科學(xué)更高效的組卷。

1.2系統(tǒng)的功能需求

要設(shè)計和開發(fā)一套科學(xué)合理、規(guī)范實用的考試系統(tǒng)，系統(tǒng)功能是否全面、合理是衡量一套系統(tǒng)優(yōu)劣的根本。系統(tǒng)的主要功能模塊包括：課程管理模塊，題庫管理模塊，試卷生成模塊，測試模塊，成績和試卷管理模塊。

課程管理模塊：開發(fā)考試系統(tǒng)并不只是為某一門課程服務(wù)，而是要滿足各種不同課程的理論知識考核，因此系統(tǒng)不僅要能管理將運(yùn)用此系統(tǒng)的課程，還要為課程分配相應(yīng)的責(zé)任教師，負(fù)責(zé)此課程的題庫設(shè)置、考試規(guī)則策略、考試計劃、試卷評閱等。為了規(guī)范考試，要求學(xué)生能按計劃實名參與考試，系統(tǒng)還要能管理課程的選課學(xué)生。

題庫管理模塊：課程責(zé)任教師對本課程的題庫進(jìn)行建設(shè)和管理。為了能讓系統(tǒng)自動生成的試卷更具科學(xué)性合理性，更能符合教學(xué)計劃的要求，課程教師在題庫管理時應(yīng)該對題目的內(nèi)容、所屬章節(jié)、難易度、區(qū)分度等詳細(xì)信息進(jìn)行管理。

試卷生成模塊：責(zé)任教師設(shè)置負(fù)責(zé)課程的考試計劃和組卷策略，包括考試的階段、時間范圍、知識點范圍、章節(jié)比重、題型、題量、分值分配、難易度、區(qū)分度等。系統(tǒng)根據(jù)計劃和策略運(yùn)用遺傳算法合理生成試卷。

測試模塊：學(xué)生在指定的時間范圍內(nèi)登陸系統(tǒng)，完成系統(tǒng)分配的試卷。測試過程要有時間限制，規(guī)定考試時間到后要自動交卷；要提供應(yīng)急機(jī)制，當(dāng)出現(xiàn)斷電等突發(fā)事件時要能延考或重考，出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象要能二次登陸或換機(jī)并能恢復(fù)考試數(shù)據(jù)。

成績和試卷管理模塊：系統(tǒng)能自動評閱客觀題，由責(zé)任教師評閱主觀題，能對學(xué)生的成績進(jìn)行查詢、分析等操作。考慮到題庫的建設(shè)會對題目有刪減，故應(yīng)該對已評閱試卷進(jìn)行文檔存檔。

1.3 性能需求

系統(tǒng)應(yīng)具有高效性和穩(wěn)定性。如何能在相對較短的時間內(nèi)組成一套性能符合要求的試卷，是考試系統(tǒng)的一項最根本的功能，其抽題組卷算法的設(shè)計對于整個組卷系統(tǒng)的性能和質(zhì)量來講是關(guān)鍵?？荚囅到y(tǒng)將根據(jù)遺傳算法的思想，對題庫進(jìn)行編碼初始化，并通過選擇、交叉、變異的迭代過程進(jìn)行有效組卷。同時對考試系統(tǒng)負(fù)載、應(yīng)急機(jī)制進(jìn)行分析，保證考試系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。系統(tǒng)采用表示層（瀏覽器）、業(yè)務(wù)邏輯層（服務(wù)器）、數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）的B/S三層體系結(jié)構(gòu)，運(yùn)用Web技術(shù)開發(fā)，這樣大大減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

系統(tǒng)應(yīng)具有可操作性和安全性。考試系統(tǒng)的操作應(yīng)該盡量簡單、方便，用戶界面要友好。系統(tǒng)還要提供安全可靠的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，拒絕未被授權(quán)的人員訪問、篡改數(shù)據(jù)信息的企圖，而只向被授權(quán)的用戶提供與其權(quán)限一致的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 組卷算法實現(xiàn)

試卷的質(zhì)量直接影響著考試的考核尺度。如何隨機(jī)的、科學(xué)的、合理的以及高效的生成測試試卷，能最大限度地滿足用戶的不同需要，是考試系統(tǒng)要解決的最核心問題，同時也是考試系統(tǒng)中的一個難點。組卷技術(shù)一般分為人工組卷和自動組卷兩種，自動組卷方法主要包括隨機(jī)抽取法、回溯法、定性映射法、遺傳算法等[3]?，F(xiàn)有的這些組卷算法在不同程度上存在著一些差異。比如，隨機(jī)組卷算法具有便捷快速的特點但隨機(jī)性和不確定性很強(qiáng)；回溯法對題量和題型都比較小的系統(tǒng)適合但隨機(jī)性差、組卷時間長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜耗費(fèi)內(nèi)存；定性映射法生成試卷的效率和成功率比較好但程序結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、算法實現(xiàn)比較困難；遺傳算法主要的特點有并行性、通用性、自適應(yīng)性、全局優(yōu)化性和收斂速度快等[4]。本系統(tǒng)采用的是基于遺傳算法的自動組卷技術(shù)。

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

組卷的目標(biāo)就是從試題庫中找出一個試題集合，使這個集合滿足如下條件：一是時間分配、題量及分值分配合理；二是題型分布、知識點章節(jié)比（覆蓋面、重難點等）合理；三是難易程度和區(qū)分度合理等。從而生成一份科學(xué)合理的試卷。

依據(jù)上述條件，可以將試題組的屬性值組成一個矩陣S。

其中n為試卷S的總題數(shù)，每行為一個試題，每列代表試題的一個屬性，分別為分值、題型、知識點章節(jié)、時間、難度和區(qū)分度。

遺傳算法數(shù)學(xué)模型首先要解決的問題是群體進(jìn)行編碼，而編碼和解碼的復(fù)雜度、運(yùn)算時間、運(yùn)算量等都將影響到之后的交叉、變異何選擇操作的效率。在本系統(tǒng)中，為了減少解碼過程，增加組卷的執(zhí)行效率，采用分段的實數(shù)編碼方式。主要方式是：一個染色體表示一份試卷，每個試題對應(yīng)一個基因，每個基因按題型有序排列[5]。在初始化時隨機(jī)產(chǎn)生試題題號并直接用題號代表基因的值，這樣所表達(dá)的基因變量意義清楚，不需要解碼。編碼及初始化如圖1所示，其中n表示試卷總題數(shù)。

2.2 約束條件

3 結(jié)束語

本文重點介紹了運(yùn)用一種改進(jìn)型遺傳算法的思想，通過編碼、初始化、設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)等建立了組卷數(shù)學(xué)模型，并以此為核心設(shè)計和開發(fā)了一套基于B/S模式的考試系統(tǒng)。此系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)真正做到了在線的無紙化考試，并且提高了組卷的質(zhì)量和效率，促進(jìn)了考試系統(tǒng)在教育領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂盈.基于B_S架構(gòu)的遠(yuǎn)程考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[2] 劉琪.基于Web的計算機(jī)輔助考試系統(tǒng)設(shè)計研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2004.

[3] 尚瑩.基于遺傳算法的組卷系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2010.

[4] 夏愛月.基于遺傳算法的自動組卷系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù).2008，10（1）：94-95.

[5] 萬厚沖.改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法在智能組卷中的應(yīng)用[J].福建電腦，2010，1：137-137.

摘要：在線考試作為傳統(tǒng)考試的突破，真正實現(xiàn)了無紙化的考試，是現(xiàn)代化教育的重要幫手。如何設(shè)計和開發(fā)一套好的在線考試系統(tǒng)非常重要，自動組卷模塊在很大程度上決定了考試系統(tǒng)的好壞。該文在通過對遺傳算法組卷的研究后設(shè)計了考試系統(tǒng)的模型。

關(guān)鍵詞：在線考試；自動組卷；遺傳算法；模型

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）02-0248-03

考試作為教學(xué)測評的一種最主要的手段，是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，也是教育質(zhì)量保證體系中的一個重要組成部分，其規(guī)范性、科學(xué)性以及考試工作的組織、管理等，直接關(guān)系到教學(xué)測評的準(zhǔn)確性和客觀性，從而也影響到教學(xué)質(zhì)量的好壞。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸滲入社會生活各個層面的今天，傳統(tǒng)的考試方式將面臨著變革，而在線網(wǎng)絡(luò)考試則是一個很重要的方向。在線考試是在現(xiàn)代測量理論和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下產(chǎn)生出來的新型考試模式，它真正實現(xiàn)了無紙化的考試，突破了傳統(tǒng)考試的種種弊端，越來越成為了現(xiàn)代學(xué)校教育乃至社會其他部門考核的一個重要幫手[1]。而組卷系統(tǒng)又是在線考試系統(tǒng)的一個重要組成部分。隨著計算機(jī)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，利用計算機(jī)存儲大量的試題信息并結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)試題的自動組卷功能已成為一項非常實際可行并且應(yīng)用性極其廣泛的課題。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 可行性分析

1） 考試系統(tǒng)提供了個性化的考試服務(wù)，并提高了考試的公平性

利用遺傳算法組卷的B/S考試系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了試卷的自動生成和客觀題的自動評判，并突破了考試時間和空間的約束，使得學(xué)生的考試可以更加靈活和方便?？荚囅到y(tǒng)依據(jù)責(zé)任教師預(yù)先設(shè)置好的知識點范圍、試卷難易度、考試時間、題目類型等自動生成試卷，增加了試題泄密的難度，每位學(xué)生的試卷不同，也增加了考試作弊的難度，從而提高了考試的公平性。

2） 考試系統(tǒng)大大地減輕了考務(wù)管理工作，提高了工作效率和管理水平[2]

考試系統(tǒng)自動生成電子試卷，考試前無須命題、印刷試卷，各個環(huán)節(jié)的管理工作大大簡化，考試成本大大降低，使得大規(guī)模、大范圍、多場次的考試組織變的輕松，而且整個周期縮短，考后也無須組織大量的教師和工作人員完成考后的閱卷、登分、統(tǒng)計匯總和數(shù)據(jù)分析的工作，這些工作都可以由計算機(jī)來完成。

3） 考試系統(tǒng)采用Web技術(shù)和遺傳算法等先進(jìn)技術(shù)，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高

Web是建立在B/S模型之上，以HTML和HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)，能夠提供面向各種Internet服務(wù)的、一致的用戶界面的一種信息服務(wù)系統(tǒng)。目前Web已成為Internet上最為流行的信息查詢手段，與數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)器的緊密結(jié)合，使得這種模式的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，它的主要優(yōu)點是便于擴(kuò)充應(yīng)用、升級維護(hù)簡便。一套完整的考試系統(tǒng)有許多的功能模塊組成，其中組卷功能是核心。常用的組卷方法有隨機(jī)組卷、人工組卷等，但都有缺陷。通過對遺傳算法的研究，并運(yùn)用到在測試系統(tǒng)中，以實現(xiàn)更科學(xué)更高效的組卷。

1.2系統(tǒng)的功能需求

要設(shè)計和開發(fā)一套科學(xué)合理、規(guī)范實用的考試系統(tǒng)，系統(tǒng)功能是否全面、合理是衡量一套系統(tǒng)優(yōu)劣的根本。系統(tǒng)的主要功能模塊包括：課程管理模塊，題庫管理模塊，試卷生成模塊，測試模塊，成績和試卷管理模塊。

課程管理模塊：開發(fā)考試系統(tǒng)并不只是為某一門課程服務(wù)，而是要滿足各種不同課程的理論知識考核，因此系統(tǒng)不僅要能管理將運(yùn)用此系統(tǒng)的課程，還要為課程分配相應(yīng)的責(zé)任教師，負(fù)責(zé)此課程的題庫設(shè)置、考試規(guī)則策略、考試計劃、試卷評閱等。為了規(guī)范考試，要求學(xué)生能按計劃實名參與考試，系統(tǒng)還要能管理課程的選課學(xué)生。

題庫管理模塊：課程責(zé)任教師對本課程的題庫進(jìn)行建設(shè)和管理。為了能讓系統(tǒng)自動生成的試卷更具科學(xué)性合理性，更能符合教學(xué)計劃的要求，課程教師在題庫管理時應(yīng)該對題目的內(nèi)容、所屬章節(jié)、難易度、區(qū)分度等詳細(xì)信息進(jìn)行管理。

試卷生成模塊：責(zé)任教師設(shè)置負(fù)責(zé)課程的考試計劃和組卷策略，包括考試的階段、時間范圍、知識點范圍、章節(jié)比重、題型、題量、分值分配、難易度、區(qū)分度等。系統(tǒng)根據(jù)計劃和策略運(yùn)用遺傳算法合理生成試卷。

測試模塊：學(xué)生在指定的時間范圍內(nèi)登陸系統(tǒng)，完成系統(tǒng)分配的試卷。測試過程要有時間限制，規(guī)定考試時間到后要自動交卷；要提供應(yīng)急機(jī)制，當(dāng)出現(xiàn)斷電等突發(fā)事件時要能延考或重考，出現(xiàn)死機(jī)等現(xiàn)象要能二次登陸或換機(jī)并能恢復(fù)考試數(shù)據(jù)。

成績和試卷管理模塊：系統(tǒng)能自動評閱客觀題，由責(zé)任教師評閱主觀題，能對學(xué)生的成績進(jìn)行查詢、分析等操作?？紤]到題庫的建設(shè)會對題目有刪減，故應(yīng)該對已評閱試卷進(jìn)行文檔存檔。

1.3 性能需求

系統(tǒng)應(yīng)具有高效性和穩(wěn)定性。如何能在相對較短的時間內(nèi)組成一套性能符合要求的試卷，是考試系統(tǒng)的一項最根本的功能，其抽題組卷算法的設(shè)計對于整個組卷系統(tǒng)的性能和質(zhì)量來講是關(guān)鍵?？荚囅到y(tǒng)將根據(jù)遺傳算法的思想，對題庫進(jìn)行編碼初始化，并通過選擇、交叉、變異的迭代過程進(jìn)行有效組卷。同時對考試系統(tǒng)負(fù)載、應(yīng)急機(jī)制進(jìn)行分析，保證考試系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。系統(tǒng)采用表示層（瀏覽器）、業(yè)務(wù)邏輯層（服務(wù)器）、數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）的B/S三層體系結(jié)構(gòu)，運(yùn)用Web技術(shù)開發(fā)，這樣大大減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

系統(tǒng)應(yīng)具有可操作性和安全性?？荚囅到y(tǒng)的操作應(yīng)該盡量簡單、方便，用戶界面要友好。系統(tǒng)還要提供安全可靠的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，拒絕未被授權(quán)的人員訪問、篡改數(shù)據(jù)信息的企圖，而只向被授權(quán)的用戶提供與其權(quán)限一致的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2 組卷算法實現(xiàn)

試卷的質(zhì)量直接影響著考試的考核尺度。如何隨機(jī)的、科學(xué)的、合理的以及高效的生成測試試卷，能最大限度地滿足用戶的不同需要，是考試系統(tǒng)要解決的最核心問題，同時也是考試系統(tǒng)中的一個難點。組卷技術(shù)一般分為人工組卷和自動組卷兩種，自動組卷方法主要包括隨機(jī)抽取法、回溯法、定性映射法、遺傳算法等[3]?，F(xiàn)有的這些組卷算法在不同程度上存在著一些差異。比如，隨機(jī)組卷算法具有便捷快速的特點但隨機(jī)性和不確定性很強(qiáng)；回溯法對題量和題型都比較小的系統(tǒng)適合但隨機(jī)性差、組卷時間長且結(jié)構(gòu)復(fù)雜耗費(fèi)內(nèi)存；定性映射法生成試卷的效率和成功率比較好但程序結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、算法實現(xiàn)比較困難；遺傳算法主要的特點有并行性、通用性、自適應(yīng)性、全局優(yōu)化性和收斂速度快等[4]。本系統(tǒng)采用的是基于遺傳算法的自動組卷技術(shù)。

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

組卷的目標(biāo)就是從試題庫中找出一個試題集合，使這個集合滿足如下條件：一是時間分配、題量及分值分配合理；二是題型分布、知識點章節(jié)比（覆蓋面、重難點等）合理；三是難易程度和區(qū)分度合理等。從而生成一份科學(xué)合理的試卷。

依據(jù)上述條件，可以將試題組的屬性值組成一個矩陣S。

其中n為試卷S的總題數(shù)，每行為一個試題，每列代表試題的一個屬性，分別為分值、題型、知識點章節(jié)、時間、難度和區(qū)分度。

遺傳算法數(shù)學(xué)模型首先要解決的問題是群體進(jìn)行編碼，而編碼和解碼的復(fù)雜度、運(yùn)算時間、運(yùn)算量等都將影響到之后的交叉、變異何選擇操作的效率。在本系統(tǒng)中，為了減少解碼過程，增加組卷的執(zhí)行效率，采用分段的實數(shù)編碼方式。主要方式是：一個染色體表示一份試卷，每個試題對應(yīng)一個基因，每個基因按題型有序排列[5]。在初始化時隨機(jī)產(chǎn)生試題題號并直接用題號代表基因的值，這樣所表達(dá)的基因變量意義清楚，不需要解碼。編碼及初始化如圖1所示，其中n表示試卷總題數(shù)。

2.2 約束條件

3 結(jié)束語

本文重點介紹了運(yùn)用一種改進(jìn)型遺傳算法的思想，通過編碼、初始化、設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)等建立了組卷數(shù)學(xué)模型，并以此為核心設(shè)計和開發(fā)了一套基于B/S模式的考試系統(tǒng)。此系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)真正做到了在線的無紙化考試，并且提高了組卷的質(zhì)量和效率，促進(jìn)了考試系統(tǒng)在教育領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂盈.基于B_S架構(gòu)的遠(yuǎn)程考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[2] 劉琪.基于Web的計算機(jī)輔助考試系統(tǒng)設(shè)計研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2004.

[3] 尚瑩.基于遺傳算法的組卷系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2010.

[4] 夏愛月.基于遺傳算法的自動組卷系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護(hù).2008，10（1）：94-95.

[5] 萬厚沖.改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法在智能組卷中的應(yīng)用[J].福建電腦，2010，1：137-137.