基于認(rèn)知診斷的英語四級?？荚u測的設(shè)計

李司航，季波，張敏，王永盛，楊艷婷

摘要： 該文為解決大學(xué)生英語四級的在線模擬考試及評測分析問題，以大學(xué)英語四級在線考試中的試題信息、考生答題信息為對象，以認(rèn)知診斷模型（DINA模型）和推薦算法為手段，開展大學(xué)生英語四級在線?？荚u測。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)、Spring MVC框架，Tomcat 服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫等主流的開發(fā)工具與技術(shù)界面簡潔友好，性能良好。

關(guān)鍵詞：英語四級;認(rèn)知診斷;?？荚u測;Spring MVC

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0067-02

近年來，許多高校和企業(yè)推出了很多在線英語練習(xí)系統(tǒng)。國外Knewton公司的教學(xué)模式不僅注重去了解每一個學(xué)習(xí)者的優(yōu)勢和弱勢，而且標(biāo)出每一個需要掌握的知識要點，實現(xiàn)了對學(xué)習(xí)者在標(biāo)準(zhǔn)考試中數(shù)百種技能掌握程度的診斷。德國Trier大學(xué)的ELM-ART系統(tǒng)，卡耐基梅隆大學(xué)Brusilovsky教授開發(fā)的InterBook項目，美國斯坦福學(xué)習(xí)研究所與瑞典和德國等各國合作開展的“分布式學(xué)習(xí)知識的個性化訪問”項目等都是引領(lǐng)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的研究項目。廈門易和方科技研發(fā)的大學(xué)英語四級模擬測試系統(tǒng)是國內(nèi)較有影響的帶有診斷的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過自動分配組卷技術(shù)，真實模擬大學(xué)英語四級考試，利用診斷性算法對各類題型做出診斷，為考生提供題目分析服務(wù)。常見的認(rèn)知診斷模型有項目反映理論（Item Response Theory， IRT）[1]和確定型技能診斷模型（Deterministic Input， Noisy And gate， DINA）[2]。基于上述兩個基礎(chǔ)模型，學(xué)者們又提出基于模糊理論的FuzzyCDM模型[3]。常見的知識跟蹤方法有基于貝葉斯的知識追蹤模型（Bayesian Knowledge Tracing， BKT）和深度知識追蹤（Deep Knowledge Tracing ，DKT）模型[4]。這些研究深刻表明認(rèn)知診斷是未來英語考試評測的主導(dǎo)模式。

市面上存在的英語四級?？荚u測普遍存在以下不足：已有的模考系統(tǒng)難以真實地記錄考生做題的每個細(xì)節(jié)，只能得到每道題的分?jǐn)?shù)用于評測，而且這種評測無法細(xì)粒度地診斷考生對知識點的真實掌握情況。

本文設(shè)計的基于認(rèn)知診斷的英語四級?？荚u測，綜合了目前市場上已存在的英語四級?？计脚_的功能，采用當(dāng)前盛行的SSM框架進(jìn)行開發(fā)，并解決了上訴的不足之處，為大學(xué)生英語四級模考評測提供高效的解決方案。

1 系統(tǒng)分析

通過基于認(rèn)知診斷的英語四級?？荚u測，意在打造一個可以幫助大學(xué)生有效的英語四級模考診斷，本文在需求分析的相關(guān)基礎(chǔ)之上著重研究以下幾個方面：

如何通過Servlet等技術(shù)實現(xiàn)在線?？脊δ?

如何結(jié)合每道題的答題日志數(shù)據(jù)，對答題后生成的考試成績進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合分析;

如何針對考生薄弱知識點，推薦與之相類似的知識點真題。

為實現(xiàn)上述研究目標(biāo)，系統(tǒng)需具備如下功能：

1）在線?？脊δ埽涸嚲碚故竟δ?、多線程計時器功能、評分功能、登錄功能;

2）知識點評測：結(jié)合每道題的答題日志數(shù)據(jù)，對答題后生成的考試成績進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合分析，根據(jù)認(rèn)知診斷模型（DINA模型）自動評測考生對具體每個知識點的掌握情況（繪制雷達(dá)圖）;

3）推薦試題：針對考生薄弱知識點，推薦與之相類似的知識點真題，進(jìn)行高效的強(qiáng)化訓(xùn)練，從而避免大學(xué)生盲目刷題。

2 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

2.1 技術(shù)架構(gòu)

在線模考系統(tǒng)采用Servlet + MySQL + WebSocket等技術(shù)，評測系統(tǒng)采用Spring + MyBatis + jFreeChart + MySql，如表1所示。

2.2 主要功能實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)分析，本系統(tǒng)主要包含如下功能， 考試主界面如圖1所示。

1）在線模考模塊

本模塊包括系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)功能。系統(tǒng)維護(hù)包括增加試卷功能、增加問題功能、增加答案功能、設(shè)置正確答案功能、設(shè)置分?jǐn)?shù)功能。系統(tǒng)功能包括試卷展示功能、多線程計時器功能、評分功能、登錄功能。

在線模考系統(tǒng)采用Servlet + MySQL + WebSocket等技術(shù)實現(xiàn)在線?？迹肏TML5、jQuery、JavaScript WebSocket等前端技術(shù)來制作界面、增加網(wǎng)頁的互動性，采用Java實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換、多線程處理、字符串操作、時間日期的轉(zhuǎn)換，使用Servlet/JSP實現(xiàn)代碼充分復(fù)用，實現(xiàn)強(qiáng)大功能，在考試期間采用多線程計時，并且對考試答案進(jìn)行加密，使用TSJL技術(shù)進(jìn)行試卷的迭代。?？即痤}界面如圖2所示。

2）知識點評測模塊

本模塊包括業(yè)務(wù)邏輯和系統(tǒng)管理。業(yè)務(wù)邏輯部分包括模板錄入、成績導(dǎo)入、成績導(dǎo)出、雷達(dá)圖繪制、邏輯運算功能。系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)資源分配、角色分配、用戶管理、機(jī)構(gòu)管理功能。

評測系統(tǒng)采用Spring + MyBatis + jFreeChart + MySql實現(xiàn)評測系統(tǒng)，利用HTML、JavaScript、jQuery實現(xiàn)前端頁面的設(shè)計，采用SpringMVC + MyBatis框架進(jìn)行系統(tǒng)搭建，使用認(rèn)知診斷DINA模型處理評測數(shù)據(jù)保存至Excel并對Excel進(jìn)行解析，繪制雷達(dá)圖，通過圖形模塊對雷達(dá)圖進(jìn)行處理輸出。

認(rèn)知診斷DINA模型是一種廣泛使用的多維離散模型，克服了傳統(tǒng)IRT只能評估一維能力的缺點。在一次具有K個知識技能考察的測試中，學(xué)生u答對測練習(xí)v的概率可以在DINA模型里表示為：

3）推薦試題

針對考生薄弱知識點，推薦與之類似的知識點真題，使用基于內(nèi)容推薦算法，將相類似的知識點真題聚類，然后給學(xué)生推薦，這樣學(xué)生就可以重點針對這類知識點強(qiáng)化訓(xùn)練，避免盲目刷題。