數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在機(jī)考系統(tǒng)中的應(yīng)用

崔園

（成都醫(yī)學(xué)院 人文信息管理學(xué)院，四川 成都 610083）

智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) （Intelligent Computer Assisted Instruction，ICAI）是人工智能與CAI相結(jié)合的產(chǎn)物，是CAI的發(fā)展。它繼承了CAI的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了CAI的許多弱點(diǎn)，使CAI不再是簡(jiǎn)單的教材、講義復(fù)制、以“教”為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式的搬移，而是給教師和學(xué)生提供了創(chuàng)造性、自主性和有針對(duì)性的教學(xué)環(huán)境。將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[1-2]應(yīng)用到傳統(tǒng)的機(jī)考系統(tǒng)中，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能從大量數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)隱藏于其后的規(guī)律或數(shù)據(jù)間的關(guān)系，從而服務(wù)于決策這一特點(diǎn)去改善計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）中的不足，最終成為智能計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)。本智能計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)風(fēng)格采用不同的教學(xué)方法和策略，最重要的是能根據(jù)學(xué)生作業(yè)和測(cè)試診斷出學(xué)生的錯(cuò)誤以及判斷出錯(cuò)的原因，及時(shí)給教師反饋信息，同時(shí)提出相應(yīng)的教學(xué)策略，改善教學(xué)方法。例如對(duì)每位學(xué)生每次作業(yè)、考試中做錯(cuò)的題進(jìn)行分類分析，分析的結(jié)果可以向教師反饋學(xué)生在做題過程中所暴露出來的教學(xué)薄弱環(huán)節(jié)，可以用來改善教學(xué)方法，改變教學(xué)課時(shí)分布。

1 機(jī)考系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

建立機(jī)考系統(tǒng)的目的一方面是提高考試的合理性、規(guī)范性和出題改卷的效率，同時(shí)必須為教師組織考試和考生課后練習(xí)提供快捷方便的服務(wù)，另一方面也是本考試系統(tǒng)具備的最重要的功能就是展示考點(diǎn)錯(cuò)誤率曲線圖，并且自動(dòng)分析結(jié)果找出教學(xué)弱點(diǎn)，老師可以根據(jù)找到的教學(xué)弱點(diǎn)有針對(duì)性的加強(qiáng)教學(xué)。因此，本著為了使考試系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)和功能上更加完善的目的，設(shè)計(jì)的考試系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為系統(tǒng)管理模塊、考試管理模塊和成績(jī)管理模塊。其中考試管理模塊包括 ：考生管理子模塊、題庫管理子模塊、自動(dòng)組卷子模塊、考試時(shí)間控制子模塊、自動(dòng)閱卷子模塊、考試恢復(fù)子模塊。另外，成績(jī)管理模塊包括：考試結(jié)果展示和分析結(jié)果。本系統(tǒng)從功能上能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組卷考試、自動(dòng)閱卷和成績(jī)分析3大主要功能[3-5]。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)關(guān)系圖Fig.1 Flow chart of systematic structure and relation

1.1 系統(tǒng)管理模塊

本模塊實(shí)現(xiàn)管理員對(duì)本系統(tǒng)的用戶進(jìn)行管理 ，具有添加新用戶、刪除過期失效的用戶，對(duì)用戶遺忘密碼進(jìn)行修改等功能。另外，具備用戶權(quán)限的錄入、授權(quán) 、維護(hù) 、數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)，以及數(shù)據(jù)字典的錄入和維護(hù)等系統(tǒng)管理功能。

1.2 考試管理模塊

1.2.1 考生管理子模塊

本子模塊實(shí)現(xiàn)學(xué)生及其所在學(xué)院、班級(jí)、學(xué)生信息等基礎(chǔ)信息的導(dǎo)入或者錄入學(xué)生數(shù)據(jù)庫，其中學(xué)生信息包括姓名、學(xué)號(hào)、所在年級(jí)班級(jí)、所在院系、身份證號(hào)、照片等信息；另外也可實(shí)現(xiàn)考生數(shù)據(jù)信息維護(hù)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)和打印輸出等功能。

1.2.2 題庫管理子模塊

試題數(shù)據(jù)庫的良好準(zhǔn)備是為了自動(dòng)組卷子模塊的功能實(shí)現(xiàn)，試題的覆蓋面、數(shù)量、重難點(diǎn)題目的多少直接影響生成試卷的質(zhì)量。題庫管理子模塊首先應(yīng)完成試題信息的錄入、添加、刪除、修改等工作。系統(tǒng)管理人員、一般用戶等多種角色的不同教師便可以使用完成維護(hù)后的題庫管理模塊，在這里，要根據(jù)需要對(duì)他們?cè)O(shè)置不同的權(quán)限，大致分為高級(jí)管理人員權(quán)限和一般用戶權(quán)限，高級(jí)管理人員具有系統(tǒng)維護(hù)的權(quán)限、題庫維護(hù)的權(quán)限，包括錄入 、添加、修改、刪除題庫中的題目等權(quán)限，任課教師和臨時(shí)用戶可設(shè)置為一般用戶權(quán)限，有權(quán)出卷、閱卷、瀏覽題庫、查看考試成績(jī)及分析結(jié)果，但不能修改內(nèi)容。

1.2.3 自動(dòng)組卷子模塊

本子模塊主要功能是按照組卷方案實(shí)現(xiàn)智能組卷，組卷方案是由出卷的教師根據(jù)考試內(nèi)容的要求、題型、知識(shí)重難度和題目數(shù)量而提出的，使用ADO技術(shù)從試題數(shù)據(jù)庫中滿足組卷方案的題目中隨機(jī)抽題進(jìn)行智能組卷 ，形成本次機(jī)考試試卷，可預(yù)覽組卷，若出卷教師對(duì)試卷中的某些題目不滿意，還可以進(jìn)行修改或從題庫更換題目，最后形成合理試卷供考試使用。該模塊要求只有高級(jí)管理員授權(quán) ，才有修改和調(diào)整試卷的權(quán)利。

1.2.4 考試時(shí)間控制子模塊

考生在登錄客戶端考試系統(tǒng)成功后即可參加考試，考生應(yīng)在服務(wù)器設(shè)定的考試時(shí)間內(nèi)完成考試，否則 ，當(dāng)考試時(shí)間結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)強(qiáng)制自動(dòng)交卷，終止該生考試。在設(shè)計(jì)考試時(shí)間控制子模塊中我們巧用了Timer計(jì)時(shí)器控件和 Time函數(shù)，設(shè)定Timer計(jì)時(shí)器控件的Interval屬性為1 000，同時(shí)在Timer事件中應(yīng)用Time函數(shù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)每間隔1秒鐘觸發(fā)Timer事件，根據(jù)不斷變化的系統(tǒng)時(shí)間將考試剩余時(shí)間實(shí)時(shí)地顯示在考試界面上。

1.2.5 自動(dòng)閱卷子模塊

在考試結(jié)束之后，教師可以選擇系統(tǒng)自動(dòng)閱卷，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)考生的答案與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)答案一一進(jìn)行對(duì)比和評(píng)判，每題的分值是教師在選題時(shí)就設(shè)定好的，系統(tǒng)根據(jù)每題設(shè)定的分值，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)總分，同時(shí)把考生成績(jī)保存到成績(jī)數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的字段?？荚嚱Y(jié)束后考生的成績(jī)就已經(jīng)產(chǎn)生，但不會(huì)直接顯示給考生 ，可在全部考生考試結(jié)束后憑準(zhǔn)考證號(hào)進(jìn)行成績(jī)查詢。該模塊實(shí)施采用 B／S或 C／S模式。

圖2 自動(dòng)閱卷子模塊Fig.2 Module automatically reviewing exam papers

1.2.6 考試恢復(fù)子模塊

通常，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)考試，很難避免網(wǎng)絡(luò)意外中斷，其原因主要包括人為的誤操作、網(wǎng)絡(luò)堵塞或者機(jī)器硬件等事情發(fā)生。當(dāng)考試意外中斷出現(xiàn)后，考試恢復(fù)機(jī)制是否能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題就是考試系統(tǒng)是否能保留有學(xué)生已完成的考試數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，從考生開始答卷起，考生的所有考試答案及考生考試剩余時(shí)間都會(huì)實(shí)時(shí)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中去。這樣考生在重新登錄后，系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)庫及時(shí)恢復(fù)考生的考試數(shù)據(jù)，繼續(xù)考試。

1.3 成績(jī)管理模塊

在這個(gè)成績(jī)管理模塊中，我們用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中SOM（自適應(yīng)聚類）算法實(shí)現(xiàn)了考試結(jié)果的展示和分析結(jié)果兩個(gè)功能。因?yàn)榭忌畔斓臄?shù)據(jù)量非常大，所以使用SOM算法從大量數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)隱藏于其中的規(guī)律或數(shù)據(jù)間的關(guān)系。

1.3.1 考試結(jié)果展示

在自動(dòng)閱卷完畢后，將每位考生成績(jī)添加在之前建立的學(xué)生信息數(shù)據(jù)庫中，生成電子表格或報(bào)表形式的成績(jī)表，以供教師和學(xué)生查詢，并實(shí)現(xiàn)打印功能。

1.3.2 分析結(jié)果

實(shí)現(xiàn)這一功能，首先在向題庫添加試題時(shí)，同時(shí)也要輸入本題考點(diǎn)，待自動(dòng)閱卷完成后，統(tǒng)計(jì)試卷中每題在所有考生中的出錯(cuò)率，并以柱形圖直觀地展示出來，通過出錯(cuò)率由高到低地顯示，教師便可根據(jù)柱形圖迅速地了解學(xué)生對(duì)哪些知識(shí)點(diǎn)掌握最弱，以及哪些知識(shí)點(diǎn)是學(xué)生們的難點(diǎn)和重點(diǎn)，根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的教學(xué)策略，改善教學(xué)方法，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的[6-9]。

2 結(jié)束語

本機(jī)考系統(tǒng)最大特點(diǎn)是在傳統(tǒng)的機(jī)考系統(tǒng)的基礎(chǔ)上應(yīng)用了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，增加了自動(dòng)分析成績(jī)的功能，使之能夠幫助教師改善教學(xué)方法，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的教學(xué)，另外，在結(jié)構(gòu)和功能方面也大大地進(jìn)行了完善。

圖3 結(jié)果顯示界面Fig.3 Interface displaying results

目前，已將本考試系統(tǒng)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)VB課程教學(xué)中，主要是平時(shí)的課后練習(xí)及期末考試，體會(huì)是一方面提高了學(xué)校計(jì)算機(jī)機(jī)考的自動(dòng)化，真正實(shí)現(xiàn)了教考分離，另一方面實(shí)現(xiàn)了不斷促使教師改善教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，這對(duì)促進(jìn)高校教學(xué)改革有一定的意義，為教育事業(yè)做出貢獻(xiàn)。但針對(duì)不同體型，閱卷的智能化程度還有待提高，需要進(jìn)一步研究與探索。

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