基于本體技術的網絡測試系統研究與設計

摘 要:為了及時收集教學反饋，借助數字教育服務提高教學質量和效果， 把本體技術引入到網絡教學中，可以更好地實現網絡教學信息系統的自動化和智能化。本文提出了一個在網絡教學中基于本體技術的網絡測試系統設計模型，可在此基礎上實現網絡測試系統動態性和智能性需求，從而得到一個有效及時的教學效果評估。

關鍵詞: 中職；本體；網絡測試；教學效果評估

一、引言

計算機技術、網絡技術和多媒體技術的迅猛發展，為網絡教學的發展奠定了一個良好的基礎。在中職教學中，教學反饋是檢驗教學效果的重要一環，更是進行有效教學改革的關鍵依據，但是較大量的作業批改、檢測等工作量常常使教學反饋未能及時有效收集，從而使教學效果受到影響。為了及時收集教學反饋，借助數字教育服務提高教學質量和效果，把本體技術引入到網絡教學中，網絡測試是檢驗教學效果的有效手段，它的作用日益被重視，網絡測試能夠根據學生的個體情況、知識結構，有針對性地確定及調整教學策略，智能化自動監控和激勵學生的學習、豐富教學手段、提高教學水平。本文提出了一個在網絡教學中基于本體技術的網絡測試系統設計模型，并把此模型應用于課堂教學中的網絡測試，應用于開發在線考試系統等實踐中，實現網絡測試系統動態性和智能性需求，從而得到一個有效及時的教學效果評估。

二、本體的概念及其技術優點

（一）本體的概念。

本體（Ontology），源自哲學術語。在人工智能界，最早給出Ontology定義的是Neches等人，他們將Ontology定義為“給出構成相關領域詞匯的基本術語和關系，以及利用這些術語和關系構成的規定這些詞匯外延的規則的定義”。Neches認為：“本體定義了組成主題領域的詞匯表的基本術語及其關系，以及結合這些術語和關系來定義詞匯表外延的規則。”后來在信息系統、知識系統等領域，越來越多的人研究Ontology，并給出了許多不同的定義。其中最著名并被引用得最為廣泛的定義是由Gruber提出的，“本體是概念化的明確的規范說明”。

和這個定義類似的有N. Guarino and P. Giaretta (1995)“本體是概念化的明確的部分的說明/一種邏輯語言的模型”（“an ontology is an explicit， partial account of a conceptualization/ the intended models of a logical language.”）。W. N. Borst對該定義也進行了引申“本體是共享的概念模型的形式化的規范說明”。

由于信息技術中的本體論，將現實世界中的抽象概念中數學方法、信息技術方法進行了處理，使之可以應用計算機技術和信息技術進行高效的檢索、分類、處理、轉換和推導，因此，信息技術中的本體論方法，在人工智能、信息檢索與處理等方面被越來越廣泛地應用。

而網絡自動測試，涉及測試題目的自動生成、測試結果的正確性自動判斷和測試效果的自動分析，因此適合于用信息技術的本體論方法來實現自動組卷、自動判卷和自動測試結果分析。

（二）應用本體技術的優點。

本體技術具有以下優點：（1）對現實事物的精確描述。可以用數學方式和模型對一個現實概述進行形式化建模，用數學的精確方式描述其特性。（2）自動性。由于本體之間可以并行工作，所以多本體可以快速求解問題。（3）準確性。可以引入數學精確模型、離散數學模型描述確定性關系，或引入模糊數學等模型描述非確定性關系，從而量化地描述客觀事物及其相關規律。

上述特點，對客觀地、但又統計性地分析教學效果、學生對知識的掌握情況、教學活動的因果關系都可以綜合進行利用。

三、基于本體技術的網絡測試設計

在網絡課程中，構建一個理想的網絡測試系統，不僅給學生提供了一個網絡測試知識的平臺，同時也滿足了教師隨時組織學生進行網絡考試的需要，對提高教學效果有著重要和積極的作用。

（一）網絡測試系統的本體體系。

網絡測試系統相關的本體包括：學生、知識/信息、章節、試卷、教師。

每個本體，都包括：屬性集、事件集、規劃集、能力集，分別反映其在網絡測試系統中的工作模式。

屬性集(Beliefset）：描述本體對世界的理解和認識，采用基于元組的關系模型來表示本體的信念。

事件（Event）：事件是一種特殊的對象。

規劃（Plan）：規劃定義了一組動作序列。

能力（Capability）：能力封裝了信念、事件、規劃等功能性單元。描述了本體能夠訪問的屬性集、能夠感知和處理的事件以及對事件做出響應和處理、實現本體目標所需的規劃。

本體：一個本體實際上就是一個特殊的對象。它擁有一組能力、包含一組屬性集關系、擁有一組規劃、能夠對一組事件進行響應和處理。

（二）本體設計。

網絡測試系統中包括學生本體、教師本體、信息管理本體、決策本體、改卷本體五個本體，其中信息管理本體維護考生成績，試卷分析結果及考生、教師的注冊信息；學生本體可以發送測試請求給教師本體，也可以發送信息查詢請求給信息管理本體；教師本體響應和處理學生的測試請求及維護知識庫；決策本體響應和處理教師本體的出卷請求，將出好的試卷號返回給教師本體；改卷本體響應和處理教師本體的改卷要求，并將試卷成績發送給信息管理本體保存。

學生本體包括測試請求、測試完成、進行測試、信息查詢請求等事件，包括響應教師本體返回的信息、執行測試、響應信息管理本體返回的信息等規劃。教師本體包括出卷請求、改卷請求、響應學生本體的測試請求等事件，包括響應學生本體的測試請求、執行出卷請求、執行改卷請求等規劃。由于信息管理本體、決策本體、改卷本體的事件和規劃比較單一，在這里不一一羅列。

（三）系統包括的屬性集。

屬性集是描述本體對世界的理解和認識，一般采用基于元組的關系模型來表示本體的信念 。本系統用屬性集來存儲信息，其作用相當于數據庫的作用。

（1）信息屬性集。因為每位用戶都必須在系統注冊后才能使用系統。信息管理本體除了響應和處理學生及改卷本體的請求，還包括認證學生或教師的身份，所以信息屬性集除了保存學生的測試成績以外，還要保存學生和教師的個人信息。對于信息屬性集，只有信息管理本體可以訪問，包括對該屬性集的增加、刪除、修改信息的操作。

（2）試卷屬性集。各位教師本體均有自己的試卷，這些試卷是各位教師本體請求決策本體根據出卷要求進行組卷，保存在試卷屬性集中。試卷屬性集存儲試卷信息，包括試卷編號、試卷要求編號（用于不同的組卷要求）、理論分值、實踐分值、試卷文件的存放路徑等信息。各位教師本體可以向試卷屬性集中增加、刪除試卷，其他教師和測試的學生本體只可讀。

（3）組卷要求屬性集。組卷要求屬性集存儲組卷要求信息，包括組卷要求編號、知識點分布、難度分布、教學要求等信息。各位教師本體可以對組卷要求屬性集中各自的組卷要求進行閱讀、修改、增加、刪除，而決策本體只可以閱讀組卷要求屬性集。

（4）試題屬性集。存儲各類計算機課程的各種試題（包括填空、選擇、判斷等）。試題屬性集存儲試題信息，包括試題編號、題型、分值、所屬章節、所屬教師、難度系數等信息。各位教師本體可以對試題屬性集中各自的試題讀、修改、增加、刪除，而決策本體及評判本體只可以讀。

（四）系統設計的特色.

與傳統的網絡測試系統相比，系統采用本體系統進行開發，使該系統具有更高的自動化水平，也具有一定的智能性，例如出卷、改卷及知識庫的維護等都是由相應的基于本體規則完成，一定程度上減輕了教師的負擔。

同時，在實現自動判卷時，可建立本體之間的標準答案、相近答案、錯誤答案等一系列本體項，列出對不同的本體項的，并給出出現相應的答案時的判分依據等本體內容。因此，可實現較復雜的自動判卷邏輯，從而可以以此為基礎實現智能化的自動判卷。

進一步，可基于網絡測試的本體體系，實現教學效果自動評估：建立“知識點—考題—答題內容”本體體系，在學生在網絡測試系統對某個考題項進行了回答后，可從“知識點—考題—答題內容”本體體系中了解考生對某個考題的某個回答，反映了他對知識點的掌握程度達到什么程度、存在什么知識掌握缺陷，從而在測試過程中或測試后了解學生的知識掌握情況。

四、基于本體技術的網絡測試設計的實際應用

筆者基于上述本體技術的網絡測試設計，應用ASP技術開發了一個“網絡測試系統”，可供教師在課堂教學中對學生進行測試，及時地了解學生本次課對授課內容的掌握情況，及時收集教學反饋，從而能有針對性地確定及調整教學策略和教學目標。該“網絡測試系統”的功能模塊如下圖:

（一）考生登錄模塊設計。

考生登錄模塊主要由學生本體、教師本體、信息管理本體完成，學生本體首先執行測試請求事件，該事件發送給教師本體；教師本體響應學生本體的測試請求后，學生本體執行進行測試事件，該事件發送給學生本體本身，學生開始測試；當學生完成測試后，學生本體執行測試完成事件，該事件發送給教師本體，學生完成測試。學生本體執行信息查詢請求事件，該事件發送給信息管理本體，學生可據此查詢測試成績。在整個過程中，學生本體包括的規劃有：響應教師本體返回的信息、執行測試、響應信息管理本體返回的信息。考生登錄模塊的程序設計流程圖如下：

（二）管理員登錄模塊設計。

管理員登錄模塊主要由教本體、決策本體、改卷本體完成，教師本體可以完成測試、練習和維護3個工作，工作原理如下：

（1）教師組織測試。選定測試學生名單，查看試卷屬性集，如果有符合要求的試卷，則將試卷號發送給測試學生名單中已登錄的學生，否則，將組卷要求發送給決策本體，決策本體將根據組卷要求進行出卷，并將出好的試卷號發送給教師本體，教師再將試卷號發送給學生考試。學生測試結束之后，教師本體發送改卷請求給改卷本體，由改卷本體批改試卷。通常教師本體預先將組卷要求發送給決策本體，等待決策本體出好試卷之后再組織學生測試。

（2）在啟動測試以后，教師還可以啟動練習功能，指導其他學生做一些測試練習。

（3）教師還可以啟動維護功能，開始修改試題庫或者知識庫。

（三）實際應用效果。

筆者原來在上《計算機基礎》這門課時碰到這樣的問題，對于第一章“計算機概述”的內容，由于理論性較強，知識點多，教師在課堂上較難了解學生對授課內容的掌握情況，應用“網絡測試系統”，可以把事先準備好的題目在課堂上利用二十分鐘對學生進行測試及成績分析，及時收集教學反饋，從而得到一個有效及時的教學效果評估。同時能夠根據測試系統反映學生的個體情況、知識結構，有針對性地確定及調整教學策略和教學目標，激勵了學生的學習并增添了一份緊張的學習氣氛，有助于學生學習積極性的提高。自從應用了“網絡測試系統”，學生對“計算機概述”這章的學習興趣和學習效率都得到了較大的提高。

上述基于本體技術的網絡測試設計還可應用于開發在線考試系統。筆者參編了教材《動態網站項目實訓教程》（華中科技大學出版社，書號：ISBN978-7-5609-6930-5），在編寫“項目9 綜合演練：在線考試系統”這一章中，應用了基于本體技術的網絡測試設計模型，該在線考試系統是在上述“網絡測試系統”的基礎上作了一些改進，系統的功能更加完善，例如可以按照各個考生的測試時間，實現各個考生的在線考試。《動態網站項目實訓教程》這本書的銷量不錯，該在線考試系統受到使用者的廣泛好評。 同時該考試系統在我校的幾門課程中應用，教師們也反映良好。

五、結語

本體技術應用到網絡教學中的網絡測試系統，在某種程度上，可以較好地克服原有網絡教學中網絡測試系統的缺陷。利用本體的相關思想，實現網絡教學中的網絡測試系統，在一定程度上滿足了學生和教師對網絡測試系統智能性和動態性的需求，是可以實現的。目前，網絡測試是網絡課程的重要的組成部分，隨著網絡環境的不斷完善、本體技術的逐漸成熟，筆者提出的基于本體的網絡測試系統也將會不斷地進行改進和完善，網絡測試系統將成為未來數字教育服務領域以及網絡教學中的重要研究課題之一。

（作者單位：廣州市財經職業學校）

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責任編輯 朱守鋰