采礦CAD上機(jī)測(cè)試題庫(kù)及其管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

劉光偉 白潤(rùn)才 曹博 劉寶勇

摘 要：采礦CAD是采礦工程專業(yè)學(xué)生必須熟練掌握的一門(mén)專業(yè)技能。該文以“采礦工程CAD上機(jī)測(cè)試技術(shù)”為基礎(chǔ)，以AutoCAD 2008系統(tǒng)和VB.NET＼C#.NET環(huán)境為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出單元化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的的采礦CAD上機(jī)測(cè)試題庫(kù)及其管理系統(tǒng)，可實(shí)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(shí)現(xiàn)了教考分離，對(duì)考風(fēng)學(xué)風(fēng)有積極的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：采礦CAD VB.NET C#.NET 上機(jī)測(cè)試題庫(kù) 管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xué)生的必修課程，涉及井巷工程、礦山制圖、礦井設(shè)計(jì)等多門(mén)學(xué)科，具有較強(qiáng)的專業(yè)性和實(shí)踐性。課程直接服務(wù)于后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后的工程應(yīng)用。許多企業(yè)和用人單位已經(jīng)將其測(cè)試作為上崗的一種重要依據(jù)。但其測(cè)評(píng)是一項(xiàng)非常復(fù)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(shí)間及資源的浪費(fèi)，而且難度系數(shù)分布科學(xué)性差，容易出現(xiàn)錯(cuò)題等低級(jí)錯(cuò)誤；試題的保存、分組、入庫(kù)以及提取、更新的能力較差；評(píng)卷工作量大，主觀性較計(jì)算機(jī)評(píng)卷大，同樣容易因疲勞而產(chǎn)生的錯(cuò)批、遺漏等低級(jí)非人為錯(cuò)誤。

目前，各高校及考試機(jī)構(gòu)都開(kāi)始進(jìn)行無(wú)紙化考試系統(tǒng)的研發(fā)工作，部分單位己經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些實(shí)用型、專業(yè)型的上機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。李春玲，張曉軍[1]基于AutoCAD的工程制圖試題庫(kù)的開(kāi)發(fā)，在試題庫(kù)開(kāi)發(fā)中，綜合運(yùn)用了VBA和Visual LISP語(yǔ)言，大大提高了軟件的開(kāi)發(fā)效率；徐姍姍[2]基于AutoCAD機(jī)械制圖試題庫(kù)的開(kāi)發(fā)及使用，利用AutoCAD軟件開(kāi)發(fā)機(jī)械制圖試題庫(kù)，實(shí)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(yán)格保證制圖試卷的標(biāo)準(zhǔn)化要求，而且便于擴(kuò)充和使用；吉麗[3]基于AutoCAD VBA技術(shù)的機(jī)械制圖試題庫(kù)的開(kāi)發(fā)，通過(guò)對(duì)AutoCAD2000 VBA技術(shù)的研究，運(yùn)用基于AutoCAD 2000VBA的開(kāi)發(fā)工具，采用改進(jìn)的遺傳算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制圖試題庫(kù)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(kù)系統(tǒng)的研發(fā)，針對(duì)工程制圖學(xué)科的試題中雜帶著各種圖形和公式，開(kāi)發(fā)題庫(kù)、組卷系統(tǒng)難度較大這一問(wèn)題，應(yīng)用Visual FoxPro 9.0構(gòu)建題庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)，以VBA技術(shù)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)組卷、圖文混排，以O(shè)LE技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖形、公式的編輯與維護(hù)，研發(fā)了一套工程制圖試題庫(kù)系統(tǒng)。已有研究側(cè)重于利用VBA技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)械制圖及其相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)采礦工程專業(yè)試題庫(kù)設(shè)計(jì)及基本沒(méi)有涉及。

因此，文中以“基于采礦工程CAD上機(jī)測(cè)試技術(shù)”為基礎(chǔ)，以AutoC AD 2008系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)和VB.NET＼C#.NET混合編程為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)出單元化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的二維、三維采礦CAD上機(jī)測(cè)試題庫(kù)及其管理系統(tǒng)，無(wú)論對(duì)于CAD學(xué)習(xí)、上機(jī)考試與管理、學(xué)生和工程技術(shù)人員熟練掌握CAD技術(shù)、提高其操作應(yīng)用水平都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 采礦CAD上機(jī)測(cè)試題庫(kù)設(shè)計(jì)

文章以AutoCAD 2008系統(tǒng)為考試操作應(yīng)用平臺(tái)，采用VB.NET＼C#.NET開(kāi)發(fā)環(huán)境，結(jié)合采礦CAD課程的實(shí)際特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)采礦CAD上機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，二維題庫(kù)和三維題庫(kù)并存，包括系統(tǒng)管理、試題管理、試卷管理三個(gè)模塊[5-7]。系統(tǒng)管理包括路徑設(shè)置、模塊設(shè)置、單元設(shè)置等功能，主要用于管理員進(jìn)行題庫(kù)的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)圖形路徑和試題路徑的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)模塊和單元的修改；試題管理用于完善試題庫(kù)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(jìn)行自動(dòng)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(chǔ)存空間、實(shí)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(guò)“屬性定義”為添加屬性信息，如考核知識(shí)點(diǎn)、難度系數(shù)、分值、預(yù)計(jì)答題時(shí)間等，分組保存，建立試題數(shù)據(jù)庫(kù)。組卷時(shí)可根據(jù)給定的試卷要求（如知識(shí)點(diǎn)考核內(nèi)容、試題類別、試題數(shù)目、難度系數(shù)、考試時(shí)間、試卷總分值等），系統(tǒng)自動(dòng)隨機(jī)組卷，以光柵圖像形式在AutoCAD窗口中彈出，學(xué)生根據(jù)圖片中的題目，在AutoCAD模型空間進(jìn)行繪制圖形。答題結(jié)束后單擊上交按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)提交考生答卷（以“學(xué)號(hào)+姓名”命名的DWG文件），通過(guò)自動(dòng)判卷系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)卷，并自動(dòng)將考生信息及分?jǐn)?shù)提交至主機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)[8～9]。

2.1 二維試題庫(kù)設(shè)計(jì)

二維上機(jī)測(cè)試題庫(kù)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(xué)大綱范圍內(nèi)的基礎(chǔ)知識(shí)，具體包括：AutoCAD發(fā)展歷史、AutoCAD系統(tǒng)設(shè)置、AutoCAD操作基礎(chǔ)、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(biāo)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(biāo)注、CAD工程制圖規(guī)范、VBA編程基礎(chǔ)等10余個(gè)測(cè)試單元；主觀題則以工程實(shí)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(kù)設(shè)計(jì)

三維題庫(kù)題型設(shè)計(jì)包括：三維規(guī)則實(shí)體模型繪制、三維實(shí)體編輯與修改、三維實(shí)體標(biāo)注、三維圖形的空間定位與渲染、二維圖形與三維實(shí)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(shí)體創(chuàng)建（規(guī)則實(shí)體通過(guò)交并差布爾運(yùn)算耦合構(gòu)建）等[11-13]。此外，三維試題庫(kù)還結(jié)合SMCAD礦業(yè)工程輔助設(shè)計(jì)軟件，在AutoCAD環(huán)境下，進(jìn)行三維實(shí)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(jī)測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

采礦CAD上機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)采用原型交互式設(shè)計(jì)方法。原型法（The prototype method）是由開(kāi)發(fā)者與用戶交互式設(shè)計(jì)的一種開(kāi)發(fā)模式，具有開(kāi)發(fā)周期短、時(shí)間成本小、用戶滿意等優(yōu)點(diǎn)[14]。其開(kāi)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(kāi)發(fā)者與用戶交互設(shè)計(jì)、修改原型，逐步確定最終模型。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)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(dòng)組卷技術(shù)、自動(dòng)判卷技術(shù)、試卷分析技術(shù)等。首先設(shè)計(jì)相關(guān)算法，在AutoCAD與Visual Studio軟件平臺(tái)上構(gòu)建系統(tǒng)原型，再通過(guò)不斷測(cè)試、修改，逐漸完善采礦CAD上機(jī)測(cè)試題庫(kù)系統(tǒng)各功能模塊的開(kāi)發(fā)。

3.1 試題瀏覽技術(shù)

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

3.2 試題及標(biāo)準(zhǔn)答案的增刪、修改技術(shù)

AutoCAD中圖塊可通過(guò)“屬性定義”對(duì)塊進(jìn)行注釋說(shuō)明，創(chuàng)建圖塊圖標(biāo)，方便檢索，同時(shí)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(chǔ)存空間，利于整體編輯，故本采礦CAD試題庫(kù)采用屬性圖塊形式創(chuàng)建試題庫(kù)。

實(shí)現(xiàn)試題的增刪、修改功能主要是通過(guò)VB程序在后臺(tái)打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)記錄集進(jìn)行增刪和修改[15]。試題庫(kù)中添加試題通過(guò)點(diǎn)擊“添加二維繪圖題”或“添加三維繪圖題”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)AutoCAD系統(tǒng)，在AutoCAD中繪制所要添加的圖形，通過(guò)多行文本添文本說(shuō)明，并以圖塊形式保存。對(duì)需要修改或刪除的試題，可通過(guò)試題的注釋說(shuō)明以及圖標(biāo)進(jìn)行索引，找到試題后進(jìn)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(píng)價(jià)的正確性是規(guī)范化、合理化、科學(xué)化組卷的基礎(chǔ)。由于經(jīng)典測(cè)量理論（Classical Test Theory簡(jiǎn)寫(xiě)為CTT）只需要簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，容易被題庫(kù)建設(shè)者理解和接納，具有概念直觀、計(jì)算簡(jiǎn)單、適用性廣泛的優(yōu)點(diǎn)，所以本試題庫(kù)的建立采用CTT來(lái)評(píng)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(jī)測(cè)試題庫(kù)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(guò)經(jīng)驗(yàn)判定，在組織學(xué)生參與測(cè)試后，依據(jù)測(cè)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(zhǔn)確，需要經(jīng)過(guò)多次測(cè)試修正。

主觀試題難度系數(shù)計(jì)算公式：

（1）

式中：Dz為某主管試題的難度系數(shù)，S為全體測(cè)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(jì)算公式：

（2）

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

3.4 自動(dòng)組卷技術(shù)

自動(dòng)組卷系統(tǒng)可根據(jù)命卷老師設(shè)定的各題型和各知識(shí)點(diǎn)的考題分?jǐn)?shù)及試題難度系數(shù)，按要求在試題庫(kù)中隨機(jī)抽取試題，生成試卷。為保證試卷的科學(xué)性和適應(yīng)性，組卷應(yīng)滿足一定的約束條件和原則。

約束條件：（1）隨機(jī)抽取試題是總分值等于設(shè)定分值；（2）試題的難度系數(shù)均值與設(shè)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(shí)點(diǎn)、難度系數(shù)值、分值、題型、答題時(shí)間等要求[17]；（2）保證抽取試題的隨機(jī)性和頻率一致性；（3）確保相鄰考生試題的差異性。

3.5 自動(dòng)判卷技術(shù)

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

自動(dòng)判卷的實(shí)現(xiàn)：

（1）提取標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(gè)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(diǎn)及終點(diǎn)坐標(biāo)，Circle-table中主要包含圓心坐標(biāo)及直徑，Rectangle-table中主要包含矩形對(duì)角線的始末坐標(biāo)。

（3）利用循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)對(duì)考生案卷中圖元數(shù)據(jù)鏈表與標(biāo)準(zhǔn)答案圖元數(shù)據(jù)鏈表的依次訪問(wèn)，并進(jìn)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(jì)正確記錄（True-record），計(jì)算出考生答卷中正確的圖元數(shù)量占標(biāo)準(zhǔn)答案中總圖元數(shù)量的比例，依此給出該題相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。

（5）對(duì)于不同圖元在完成過(guò)程中的難度以及重要程度的不同，可通過(guò)給予不同的圖元相應(yīng)的權(quán)重，根據(jù)加權(quán)方值法計(jì)算考生最終分?jǐn)?shù)[18]。自動(dòng)判卷設(shè)計(jì)路線，如圖3所示。

（6）學(xué)生提交試卷后，程序在后臺(tái)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行評(píng)判，給出機(jī)考成績(jī)。

3.6 試卷分析技術(shù)

試卷分析技術(shù)主要針對(duì)本次命題過(guò)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(xué)生對(duì)各個(gè)題型的得分情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，匯總成總成績(jī)分析，對(duì)試卷總體進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，與學(xué)校的教學(xué)網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，直接將成績(jī)錄入至學(xué)生個(gè)人成績(jī)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)成績(jī)公開(kāi)透明、實(shí)時(shí)錄入。

4 結(jié)語(yǔ)

采礦CAD上機(jī)測(cè)試題庫(kù)的開(kāi)發(fā)與實(shí)際運(yùn)行，滿足了對(duì)學(xué)生的CAD上機(jī)測(cè)試水平的要求，實(shí)現(xiàn)了試題庫(kù)的管理及其自動(dòng)組卷功能，大大降低了教師出題、評(píng)閱的工作量，降低了人為因素。本技術(shù)研究及其系統(tǒng)開(kāi)發(fā)推動(dòng)CAD上機(jī)測(cè)試技術(shù)向云端智能化的方向發(fā)展，為輔助學(xué)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(yīng)用水平有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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