采礦CAD上機測試題庫及其管理系統設計開發

劉光偉 白潤才 曹博 劉寶勇

摘 要：采礦CAD是采礦工程專業學生必須熟練掌握的一門專業技能。該文以“采礦工程CAD上機測試技術”為基礎，以AutoCAD 2008系統和VB.NET＼C#.NET環境為平臺，開發出單元化、標準化、模塊化、網絡化的的采礦CAD上機測試題庫及其管理系統，可實現采礦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量，徹底實現了教考分離，對考風學風有積極的促進作用。

關鍵詞：采礦CAD VB.NET C#.NET 上機測試題庫 管理系統

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，Fuxin City，FuXin 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，具有較強的專業性和實踐性。課程直接服務于后續的課程設計、畢業設計乃至畢業后的工程應用。許多企業和用人單位已經將其測試作為上崗的一種重要依據。但其測評是一項非常復雜、人為性的研究工作，傳統采礦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，而且難度系數分布科學性差，容易出現錯題等低級錯誤；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生的錯批、遺漏等低級非人為錯誤。

目前，各高校及考試機構都開始進行無紙化考試系統的研發工作，部分單位己經開發出一些實用型、專業型的上機測試系統。李春玲，張曉軍[1]基于AutoCAD的工程制圖試題庫的開發，在試題庫開發中，綜合運用了VBA和Visual LISP語言，大大提高了軟件的開發效率；徐姍姍[2]基于AutoCAD機械制圖試題庫的開發及使用，利用AutoCAD軟件開發機械制圖試題庫，實現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技術的機械制圖試題庫的開發，通過對AutoCAD2000 VBA技術的研究，運用基于AutoCAD 2000VBA的開發工具，采用改進的遺傳算法，實現機械制圖試題庫的智能組卷系統；林繼熙[4]基于VBA技術的工程制圖試題庫系統的研發，針對工程制圖學科的試題中雜帶著各種圖形和公式，開發題庫、組卷系統難度較大這一問題，應用Visual FoxPro 9.0構建題庫數據庫，以VBA技術實現隨機組卷、圖文混排，以OLE技術實現圖形、公式的編輯與維護，研發了一套工程制圖試題庫系統。已有研究側重于利用VBA技術開發機械制圖及其相關測試系統，對采礦工程專業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”為基礎，以AutoC AD 2008系統為開發系統平臺和VB.NET＼C#.NET混合編程為開發工具，開發出單元化、標準化、模塊化、網絡化的二維、三維采礦CAD上機測試題庫及其管理系統，無論對于CAD學習、上機考試與管理、學生和工程技術人員熟練掌握CAD技術、提高其操作應用水平都有著重要的現實意義。

1 采礦CAD上機測試題庫設計

文章以AutoCAD 2008系統為考試操作應用平臺，采用VB.NET＼C#.NET開發環境，結合采礦CAD課程的實際特點，設計開發采礦CAD上機測試系統。系統采用模塊化設計方法，二維題庫和三維題庫并存，包括系統管理、試題管理、試卷管理三個模塊[5-7]。系統管理包括路徑設置、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，可以實現圖形路徑和試題路徑的設置，實現模塊和單元的修改；試題管理用于完善試題庫的內容，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，操作系統進行自動組卷、生成以及瀏覽和修改，系統框架如圖1所示。

為方便試題編輯、節省儲存空間、實現快速精確組卷，系統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、分值、預計答題時間等，分組保存，建立試題數據庫。組卷時可根據給定的試卷要求（如知識點考核內容、試題類別、試題數目、難度系數、考試時間、試卷總分值等），系統自動隨機組卷，以光柵圖像形式在AutoCAD窗口中彈出，學生根據圖片中的題目，在AutoCAD模型空間進行繪制圖形。答題結束后單擊上交按鈕，系統自動提交考生答卷（以“學號+姓名”命名的DWG文件），通過自動判卷系統進行評卷，并自動將考生信息及分數提交至主機數據庫[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。客觀題包括選擇題（單選、多選）、判斷題、填空題等形式考查教學大綱范圍內的基礎知識，具體包括：AutoCAD發展歷史、AutoCAD系統設置、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、地質圖案填充編制、采礦專業自定義線型等[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換（二維拉伸成三維、三維投影成二維）、三維不規則實體創建（規則實體通過交并差布爾運算耦合構建）等[11-13]。此外，三維試題庫還結合SMCAD礦業工程輔助設計軟件，在AutoCAD環境下，進行三維實體的參數化建模，包括三維巷道生成、露天礦山地形DEM建模、三維礦體（矸石）構建等。

3 采礦CAD上機測試系統研發關鍵技術

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

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

3.1 試題瀏覽技術

通過系統主界面瀏覽二維、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一單元內不同試題的切換。

3.2 試題及標準答案的增刪、修改技術

AutoCAD中圖塊可通過“屬性定義”對塊進行注釋說明，創建圖塊圖標，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建試題庫。

實現試題的增刪、修改功能主要是通過VB程序在后臺打開數據庫，對數據庫中的數據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，系統自動打開AutoCAD系統，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 難度系數匹配技術

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

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

主觀試題難度系數計算公式：

（1）

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

客觀試題難度系數計算公式：

（2）

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

3.4 自動組卷技術

自動組卷系統可根據命卷老師設定的各題型和各知識點的考題分數及試題難度系數，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）試題的難度系數均值與設定的難度系數偏差在允許范圍內，即。

組卷原則：（1）滿足考核知識點、難度系數值、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

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

自動判卷的實現：

（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量。

（2）建立每個圖元各自的數據鏈表（如直線Line-table、圓Circle-table、矩形Rectangle-table，etc），每個數據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）利用循環語句實現對考生案卷中圖元數據鏈表與標準答案圖元數據鏈表的依次訪問，并進行匹配，記錄每一圖元的匹配結果，直至全部圖元匹配結束。

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

（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重，根據加權方值法計算考生最終分數[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

試卷分析技術主要針對本次命題過程中，試卷內容覆蓋率、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，與學校的教學網站實現互聯，直接將成績錄入至學生個人成績庫，實現成績公開透明、實時錄入。

4 結語

采礦CAD上機測試題庫的開發與實際運行，滿足了對學生的CAD上機測試水平的要求，實現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。本技術研究及其系統開發推動CAD上機測試技術向云端智能化的方向發展，為輔助學生和工程技術人員掌握CAD技術的熟練度、提高其操作應用水平有著重要的現實意義。

參考文獻

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