采礦CAD上機測試題庫及其管理系統(tǒng)設計開發(fā)

劉光偉 白潤才 曹博 劉寶勇

摘 要：采礦CAD是采礦工程專業(yè)學生必須熟練掌握的一門專業(yè)技能。該文以“采礦工程CAD上機測試技術(shù)”為基礎，以AutoCAD 2008系統(tǒng)和VB.NET＼C#.NET環(huán)境為平臺，開發(fā)出單元化、標準化、模塊化、網(wǎng)絡化的的采礦CAD上機測試題庫及其管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)采礦CAD二維、三維試題的瀏覽、更新、組卷、考試、批閱等功能，提高了命題的效率及質(zhì)量，徹底實現(xiàn)了教考分離，對考風學風有積極的促進作用。

關(guān)鍵詞：采礦CAD VB.NET C#.NET 上機測試題庫 管理系統(tǒng)

中圖分類號：TD824 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0121-03

Research on Open-pit integrated solid model dynamic update technology

Liu Guangwei Bai Runcai Cao Bo Liu Baoyong

（Mining Institute， Liaoning Technical University，F(xiàn)uxin City，F(xiàn)uXin Liaoning，123000，China）

Abstract：Mining CAD is a professional skill which should be expertly mastered by mining engineering students.This paper is based on the“mining engineering CAD computer examination system”，with AutoCAD 2008 system and VB.NET＼C#.NET environment for the platform，developed mining engineering CAD computer examination item bank and its management system.The item bank，which is unitization，standardization，modularization and network，can achieve the functions like browse and update the test data，pack questions，set examination，marking papers based on the mining CAD test questions in 2D or 3D. It improved the efficiency and quality of proposition， thoroughly realized the separation of teaching and examination，and had a positive influence on the exam style.

Key Words：Mining CAD；VB.NET；C#.NET；Computer examination item bank；Management system

《采礦CAD》是采礦工程專業(yè)學生的必修課程，涉及井巷工程、礦山制圖、礦井設計等多門學科，具有較強的專業(yè)性和實踐性。課程直接服務于后續(xù)的課程設計、畢業(yè)設計乃至畢業(yè)后的工程應用。許多企業(yè)和用人單位已經(jīng)將其測試作為上崗的一種重要依據(jù)。但其測評是一項非常復雜、人為性的研究工作，傳統(tǒng)采礦CAD試卷命題的弊端：試題編輯、選題、組卷、整理等工作十分繁重，不僅造成時間及資源的浪費，而且難度系數(shù)分布科學性差，容易出現(xiàn)錯題等低級錯誤；試題的保存、分組、入庫以及提取、更新的能力較差；評卷工作量大，主觀性較計算機評卷大，同樣容易因疲勞而產(chǎn)生的錯批、遺漏等低級非人為錯誤。

目前，各高校及考試機構(gòu)都開始進行無紙化考試系統(tǒng)的研發(fā)工作，部分單位己經(jīng)開發(fā)出一些實用型、專業(yè)型的上機測試系統(tǒng)。李春玲，張曉軍[1]基于AutoCAD的工程制圖試題庫的開發(fā)，在試題庫開發(fā)中，綜合運用了VBA和Visual LISP語言，大大提高了軟件的開發(fā)效率；徐姍姍[2]基于AutoCAD機械制圖試題庫的開發(fā)及使用，利用AutoCAD軟件開發(fā)機械制圖試題庫，實現(xiàn)利用圖塊管理試題資源，采用直接從AutoCAD中檢索選題的方式組卷輸出，能嚴格保證制圖試卷的標準化要求，而且便于擴充和使用；吉麗[3]基于AutoCAD VBA技術(shù)的機械制圖試題庫的開發(fā)，通過對AutoCAD2000 VBA技術(shù)的研究，運用基于AutoCAD 2000VBA的開發(fā)工具，采用改進的遺傳算法，實現(xiàn)機械制圖試題庫的智能組卷系統(tǒng)；林繼熙[4]基于VBA技術(shù)的工程制圖試題庫系統(tǒng)的研發(fā)，針對工程制圖學科的試題中雜帶著各種圖形和公式，開發(fā)題庫、組卷系統(tǒng)難度較大這一問題，應用Visual FoxPro 9.0構(gòu)建題庫數(shù)據(jù)庫，以VBA技術(shù)實現(xiàn)隨機組卷、圖文混排，以OLE技術(shù)實現(xiàn)圖形、公式的編輯與維護，研發(fā)了一套工程制圖試題庫系統(tǒng)。已有研究側(cè)重于利用VBA技術(shù)開發(fā)機械制圖及其相關(guān)測試系統(tǒng)，對采礦工程專業(yè)試題庫設計及基本沒有涉及。

因此，文中以“基于采礦工程CAD上機測試技術(shù)”為基礎，以AutoC AD 2008系統(tǒng)為開發(fā)系統(tǒng)平臺和VB.NET＼C#.NET混合編程為開發(fā)工具，開發(fā)出單元化、標準化、模塊化、網(wǎng)絡化的二維、三維采礦CAD上機測試題庫及其管理系統(tǒng)，無論對于CAD學習、上機考試與管理、學生和工程技術(shù)人員熟練掌握CAD技術(shù)、提高其操作應用水平都有著重要的現(xiàn)實意義。

1 采礦CAD上機測試題庫設計

文章以AutoCAD 2008系統(tǒng)為考試操作應用平臺，采用VB.NET＼C#.NET開發(fā)環(huán)境，結(jié)合采礦CAD課程的實際特點，設計開發(fā)采礦CAD上機測試系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化設計方法，二維題庫和三維題庫并存，包括系統(tǒng)管理、試題管理、試卷管理三個模塊[5-7]。系統(tǒng)管理包括路徑設置、模塊設置、單元設置等功能，主要用于管理員進行題庫的設置，可以實現(xiàn)圖形路徑和試題路徑的設置，實現(xiàn)模塊和單元的修改；試題管理用于完善試題庫的內(nèi)容，包含瀏覽、增加、刪除、修改等操作；試卷管理用于管理員查詢考生信息，操作系統(tǒng)進行自動組卷、生成以及瀏覽和修改，系統(tǒng)框架如圖1所示。

為方便試題編輯、節(jié)省儲存空間、實現(xiàn)快速精確組卷，系統(tǒng)采用圖塊管理試題資源。每一試題都以AutoCAD圖形文件（DWG）格式保存，定義為塊，通過“屬性定義”為添加屬性信息，如考核知識點、難度系數(shù)、分值、預計答題時間等，分組保存，建立試題數(shù)據(jù)庫。組卷時可根據(jù)給定的試卷要求（如知識點考核內(nèi)容、試題類別、試題數(shù)目、難度系數(shù)、考試時間、試卷總分值等），系統(tǒng)自動隨機組卷，以光柵圖像形式在AutoCAD窗口中彈出，學生根據(jù)圖片中的題目，在AutoCAD模型空間進行繪制圖形。答題結(jié)束后單擊上交按鈕，系統(tǒng)自動提交考生答卷（以“學號+姓名”命名的DWG文件），通過自動判卷系統(tǒng)進行評卷，并自動將考生信息及分數(shù)提交至主機數(shù)據(jù)庫[8～9]。

2.1 二維試題庫設計

二維上機測試題庫的題型分為客觀題、主觀題兩類?？陀^題包括選擇題（單選、多選）、判斷題、填空題等形式考查教學大綱范圍內(nèi)的基礎知識，具體包括：AutoCAD發(fā)展歷史、AutoCAD系統(tǒng)設置、AutoCAD操作基礎、文字編輯及表格繪制、圖形繪制及圖形編輯工具、精確繪圖及尺寸標注、圖塊定義及編輯、線型自定義編制、布局與圖形打印、尺寸標注、CAD工程制圖規(guī)范、VBA編程基礎等10余個測試單元；主觀題則以工程實際的使用為原則，如圖簽屬性塊制作、地質(zhì)圖案填充編制、采礦專業(yè)自定義線型等[10]。

2.2 三維試題庫設計

三維題庫題型設計包括：三維規(guī)則實體模型繪制、三維實體編輯與修改、三維實體標注、三維圖形的空間定位與渲染、二維圖形與三維實體相互轉(zhuǎn)換（二維拉伸成三維、三維投影成二維）、三維不規(guī)則實體創(chuàng)建（規(guī)則實體通過交并差布爾運算耦合構(gòu)建）等[11-13]。此外，三維試題庫還結(jié)合SMCAD礦業(yè)工程輔助設計軟件，在AutoCAD環(huán)境下，進行三維實體的參數(shù)化建模，包括三維巷道生成、露天礦山地形DEM建模、三維礦體（矸石）構(gòu)建等。

3 采礦CAD上機測試系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

采礦CAD上機測試系統(tǒng)的研發(fā)采用原型交互式設計方法。原型法（The prototype method）是由開發(fā)者與用戶交互式設計的一種開發(fā)模式，具有開發(fā)周期短、時間成本小、用戶滿意等優(yōu)點[14]。其開發(fā)步驟為：（1）確定系統(tǒng)的基本要求和功能；（2）快速建立初始模型——原型；（3）開發(fā)者與用戶交互設計、修改原型，逐步確定最終模型。

系統(tǒng)開發(fā)過程中關(guān)鍵技術(shù)包括：試題瀏覽技術(shù)、試題編輯技術(shù)（增刪、修改）、試題難度系數(shù)匹配研究、自動組卷技術(shù)、自動判卷技術(shù)、試卷分析技術(shù)等。首先設計相關(guān)算法，在AutoCAD與Visual Studio軟件平臺上構(gòu)建系統(tǒng)原型，再通過不斷測試、修改，逐漸完善采礦CAD上機測試題庫系統(tǒng)各功能模塊的開發(fā)。

3.1 試題瀏覽技術(shù)

通過系統(tǒng)主界面瀏覽二維、三維試題庫中各個測試單元的試題，按照題型、分值、難易程度進行分類瀏覽與查詢，利用試題方向鍵進行統(tǒng)一單元內(nèi)不同試題的切換。

3.2 試題及標準答案的增刪、修改技術(shù)

AutoCAD中圖塊可通過“屬性定義”對塊進行注釋說明，創(chuàng)建圖塊圖標，方便檢索，同時圖塊具有按需編輯，提取，插入等特性，不僅可提高制圖效率，而且可以節(jié)省儲存空間，利于整體編輯，故本采礦CAD試題庫采用屬性圖塊形式創(chuàng)建試題庫。

實現(xiàn)試題的增刪、修改功能主要是通過VB程序在后臺打開數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄集進行增刪和修改[15]。試題庫中添加試題通過點擊“添加二維繪圖題”或“添加三維繪圖題”按鈕，系統(tǒng)自動打開AutoCAD系統(tǒng)，在AutoCAD中繪制所要添加的圖形，通過多行文本添文本說明，并以圖塊形式保存。對需要修改或刪除的試題，可通過試題的注釋說明以及圖標進行索引，找到試題后進行修改或刪除。

3.3 難度系數(shù)匹配技術(shù)

試題難度系數(shù)評價的正確性是規(guī)范化、合理化、科學化組卷的基礎。由于經(jīng)典測量理論（Classical Test Theory簡寫為CTT）只需要簡單的數(shù)學模型，容易被題庫建設者理解和接納，具有概念直觀、計算簡單、適用性廣泛的優(yōu)點，所以本試題庫的建立采用CTT來評估試題的難度系數(shù)。CTT原理為試題的難度系數(shù)與得分率成反比，即難度系數(shù)低得分率高，難度系數(shù)高得分率低。

采礦CAD上機測試題庫系統(tǒng)中試題包括主管試題和客觀試題。試題初始難度系數(shù)由命題老師通過經(jīng)驗判定，在組織學生參與測試后，依據(jù)測試者的得分率修正試題的難度系數(shù)[16]。為了試題的難度系數(shù)更加準確，需要經(jīng)過多次測試修正。

主觀試題難度系數(shù)計算公式：

（1）

式中：Dz為某主管試題的難度系數(shù)，S為全體測試者在某試題上得分的平均值，F(xiàn)為某試題的滿分值。

客觀試題難度系數(shù)計算公式：

（2）

式中：Dk為某客觀試題的難度系數(shù)，P為答對某試題的人數(shù)，T為參與答題的總?cè)藬?shù)。

3.4 自動組卷技術(shù)

自動組卷系統(tǒng)可根據(jù)命卷老師設定的各題型和各知識點的考題分數(shù)及試題難度系數(shù)，按要求在試題庫中隨機抽取試題，生成試卷。為保證試卷的科學性和適應性，組卷應滿足一定的約束條件和原則。

約束條件：（1）隨機抽取試題是總分值等于設定分值；（2）試題的難度系數(shù)均值與設定的難度系數(shù)偏差在允許范圍內(nèi)，即。

組卷原則：（1）滿足考核知識點、難度系數(shù)值、分值、題型、答題時間等要求[17]；（2）保證抽取試題的隨機性和頻率一致性；（3）確保相鄰考生試題的差異性。

3.5 自動判卷技術(shù)

采礦CAD上機測試系統(tǒng)要求考生的考卷以AutoCAD圖形文件（DWG）格式保存。

自動判卷的實現(xiàn)：

（1）提取標準答案所有圖元以及考生答卷中所有圖元（Line、Circle、Rectangle，etc），記錄各圖元信息及數(shù)量。

（2）建立每個圖元各自的數(shù)據(jù)鏈表（如直線Line-table、圓Circle-table、矩形Rectangle-table，etc），每個數(shù)據(jù)鏈表中都包含各自圖元的特征信息，如位置信息和形狀信息。Line-table中主要包含直線的起點及終點坐標，Circle-table中主要包含圓心坐標及直徑，Rectangle-table中主要包含矩形對角線的始末坐標。

（3）利用循環(huán)語句實現(xiàn)對考生案卷中圖元數(shù)據(jù)鏈表與標準答案圖元數(shù)據(jù)鏈表的依次訪問，并進行匹配，記錄每一圖元的匹配結(jié)果，直至全部圖元匹配結(jié)束。

（4）統(tǒng)計正確記錄（True-record），計算出考生答卷中正確的圖元數(shù)量占標準答案中總圖元數(shù)量的比例，依此給出該題相應的分數(shù)。

（5）對于不同圖元在完成過程中的難度以及重要程度的不同，可通過給予不同的圖元相應的權(quán)重，根據(jù)加權(quán)方值法計算考生最終分數(shù)[18]。自動判卷設計路線，如圖3所示。

（6）學生提交試卷后，程序在后臺會自動進行評判，給出機考成績。

3.6 試卷分析技術(shù)

試卷分析技術(shù)主要針對本次命題過程中，試卷內(nèi)容覆蓋率、各能力層次題目分值比例、難易程度、各題型所占分值比例、以及學生對各個題型的得分情況進行統(tǒng)計，匯總成總成績分析，對試卷總體進行客觀評價，與學校的教學網(wǎng)站實現(xiàn)互聯(lián)，直接將成績錄入至學生個人成績庫，實現(xiàn)成績公開透明、實時錄入。

4 結(jié)語

采礦CAD上機測試題庫的開發(fā)與實際運行，滿足了對學生的CAD上機測試水平的要求，實現(xiàn)了試題庫的管理及其自動組卷功能，大大降低了教師出題、評閱的工作量，降低了人為因素。本技術(shù)研究及其系統(tǒng)開發(fā)推動CAD上機測試技術(shù)向云端智能化的方向發(fā)展，為輔助學生和工程技術(shù)人員掌握CAD技術(shù)的熟練度、提高其操作應用水平有著重要的現(xiàn)實意義。

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