計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)分析與設(shè)計

韓琰

摘要： 本文介紹了項目反應(yīng)理論及計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)的相關(guān)理論，對計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)的需求進行了分析，并設(shè)計了功能模塊及數(shù)據(jù)庫。

關(guān)鍵詞： 項目反應(yīng)理論計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計

1.引言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人們利用計算機考試軟件來輔助教師完成考試工作，以減輕教師工作負擔(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)典測量理論（CTT）。在經(jīng)典測量理論下，同一批能力水平不相同的考生要接受同一批題目的測試，這樣測試的結(jié)果是：對水平低的考生來說，難度高的題目根本無法作答；對水平高的考生來說，難度低的題目測不出真實水平。實踐證明，如果題目難度跟考生水平相適應(yīng)，測驗效果最好?；陧椖糠磻?yīng)理論的計算機自適應(yīng)考試是根據(jù)測試者的能力水平自動選擇與其能力水平相適應(yīng)題目的個性化測試，能夠彌補經(jīng)典測量理論下考試的不足。

2.基于項目反應(yīng)理論的計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)

2.1項目反應(yīng)理論

2.1.1項目反應(yīng)理論的概念

項目反應(yīng)理論是在針對經(jīng)典測量理論的局限性的基礎(chǔ)上提出來的。項目反應(yīng)理論又稱為潛在特質(zhì)理論。潛在特質(zhì)是指被試某種相對比較穩(wěn)定的、支配其對應(yīng)的測驗作出反應(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）和項目（試題）是項目反應(yīng)理論的核心概念。項目反應(yīng)理論認為被試對某項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)系可以用項目反應(yīng)模型來表示。

2.1.2項目反應(yīng)模型

在眾多的項目反應(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表示受測者能力值，a表示題目對考生能力的區(qū)分度，b表示題目的難度，c表示題目的猜測系數(shù)，P（θ）表示能力為θ的人答對此題目的概率［２］。

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

2.2計算機自適應(yīng)考試（CAT）概述

2.2.1計算機自適應(yīng)考試

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

2.2.2計算機自適應(yīng)考試的施測過程

計算機自適應(yīng)考試的施測過程分為兩個階段。

第一階段：初步探查階段，即測驗剛開始的時候，設(shè)置一批探查性的題目，用來初步估計考生能力水平。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目實施測試，如答對則抽取更難的試題；如答錯則抽取更易的試題；當(dāng)出現(xiàn)既有答對又有答錯的情況時，初步探查階段停止。

第二階段：精確估計真值階段。這時，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。

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

2.3計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)

計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)能夠根據(jù)考生的初始能力水平，自動地在試題庫中抽取個性化初始測試項目進行測試，并根據(jù)考生的答題情況進行判斷，抽取測試題目難度值與考生能力水平相適應(yīng)的下一道測試題目進行測試，直到最后終止考試，并最終得到反映考生真實能力水平的結(jié)果。與傳統(tǒng)的經(jīng)典測驗理論下的考試相比，測試能自動適應(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)考生的特點而靈活變通。同時，系統(tǒng)能實現(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

完成計算機自適應(yīng)考試題庫的建立及維護。教師可以錄入、修改、刪除試題；確定題目所屬知識點，錄入的題目必須有經(jīng)過計算或?qū)＜夜烙嫼蟠_定的難度、區(qū)分度、猜測系數(shù)參數(shù)；可以修改題目參數(shù)、維護題目知識點信息。

2.3.2知識點管理

根據(jù)課程特點，對課程知識內(nèi)容進行分解和分類，將知識內(nèi)容分解為一系列知識單元，然后細分為各知識點。對某個知識點測試的試題類型及試題數(shù)可以有很多。知識點管理包括知識點的添加、修改、刪除。

2.3.3考試過程管理

包括驗證登錄信息、設(shè)置初始能力值、抽題、能力值估計、考試終止管理、二次登錄管理等。所有用戶登錄時要求輸入賬號和密碼，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，他們在系統(tǒng)中的功能不一樣。學(xué)生可完成報名、登錄考試，閱讀考試規(guī)則、抽取試題進行考試和結(jié)束考試的功能，管理員登錄后可對系統(tǒng)進行用戶管理、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。教師登錄后可以進行試題管理、設(shè)置考試基本信息、設(shè)置考生信息和成績管理。

2.3.5考務(wù)管理

設(shè)置考試科目的相關(guān)信息：考試時間、科目、地點、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)、最大信息量和最長考試時間等。

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

3.計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)的設(shè)計要充分考慮系統(tǒng)的需求和設(shè)計目標(biāo)，根據(jù)前面對計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)需求分析的結(jié)果，對系統(tǒng)進行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

3.1系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文主要針對在學(xué)校使用計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)來設(shè)計，考試在局域網(wǎng)環(huán)境內(nèi)進行，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，并在邏輯上獨立。數(shù)據(jù)層作為DBMS獨立出來，表示層和功能層分離成各自獨立的程序，兩層間的接口簡潔明了。

3.2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)計算機自適應(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)，可對系統(tǒng)管理員增、刪、改。

3.2.1.2教師管理。對系統(tǒng)中的教師進行管理，教師可以進行考生的報名管理（添加考生），考試安排，試題管理以及成績的查詢。

3.2.2試題管理

3.2.2.1知識點管理。根據(jù)課程特點，對課程知識進行分解和分類，將知識分解為一系列知識單元，然后細分為各知識點，進行題目知識點的增加、刪除、修改。

3.2.2.2試題管理。進行題目的增加、刪除、修改，修改題目的參數(shù)信息、知識點信息。

3.2.3考務(wù)管理

3.2.3.1考試管理。對考試進行管理，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、考試時間、考試班級、考試的最大題數(shù)、最大信息量、最長考試時間等。設(shè)置、修改和刪除考場信息，如考試編號、考試科目、考試班級、監(jiān)考老師、考試地點等。

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、姓名、班級、身份證號等）。如輸入考生考號、姓名可查詢當(dāng)前考生考試狀態(tài)。

3.2.3.3實時考試管理。實時管理考試開始，考試結(jié)束，實時處理與記錄考生與考場情況。

3.2.4在線考試

3.2.4.1考生登錄?？忌卿浛荚囅到y(tǒng)，進行身份驗證。

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

3.2.5成績管理

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

3.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)的特點，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、試題知識點表ExamPKB、試題表Subject、考試信息表Exam、考試考場信息表ExaminationRoom、考生試題信息表ExamineeSubject等。以下是各表的主要數(shù)據(jù)項：

3.3.1管理員信息表Admin：包括人員編號、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、身份證號、姓名、年齡、性別、班級、聯(lián)系電話、狀態(tài)、考場號、考試時間、能力值、分?jǐn)?shù)等。

3.3.3試題知識點表ExamPKB：包括知識點編號、知識點名稱、所在章、所在節(jié)等知識點。

3.3.4試題表Subject：包括題目編號、題目內(nèi)容、選項A、選項B、選項C、選項D、標(biāo)準(zhǔn)答案、試題所屬知識點編號、難度值、區(qū)分度、猜測系數(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、考試名稱、考試時間、最大測試項目數(shù)、最大測驗信息量、考試時長、考試狀態(tài)。

3.3.6考試考場信息表ExaminationRoom：包括考場編號、考場名稱、監(jiān)考老師、考試地點。

3.3.7考生試題信息表ExamineeSubject：包括考生編號、試題編號、答案、答題結(jié)果、能力值、測試項目數(shù)、測驗信息量等。

4.結(jié)語

本文對計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)進行了分析與設(shè)計。主要介紹了計算機自適應(yīng)考試系統(tǒng)的相關(guān)理論，并對系統(tǒng)進行了功能模塊的設(shè)計及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。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算、考試終止、選題策略等算法的選擇，不同的算法對系統(tǒng)運行速度的影響和對網(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考試結(jié)果的影響。

參考文獻：

［1］葉華喬.基于IRT的計算機化自適應(yīng)考試研究［J］.福建電腦，2009，（12）.

［2］朱靖華李麗娟.基于項目反應(yīng)理論的計算機化自適應(yīng)考試系統(tǒng)的研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2008，（4）.

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