自動(dòng)成卷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：針對(duì)離散數(shù)學(xué)課程期末閉卷考試形式繁瑣的問(wèn)題，通過(guò)分析課程知識(shí)點(diǎn)的選取和題型分布，研究自動(dòng)成卷的方法，提出設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一套試卷自動(dòng)生成的軟件，實(shí)現(xiàn)試題的錄入、查詢(xún)和按章節(jié)分布以及隨機(jī)抽題自動(dòng)成卷功能。

關(guān)鍵詞：離散數(shù)學(xué)；試卷自動(dòng)生成系統(tǒng)；Java；MySQL

1.背景

傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，試卷大多采用手工出卷，教師根據(jù)知識(shí)點(diǎn)選題和出題，工作量大，效率低，而且出題主觀性較強(qiáng)，科學(xué)性不足。離散數(shù)學(xué)作為大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)大類(lèi)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，章節(jié)繁多，知識(shí)點(diǎn)瑣碎，因而手工成卷工作量大和效率低的問(wèn)題尤為突出。隨著教育教學(xué)改革的不斷深入，迫切需要計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實(shí)行“考教分離、試卷規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化”，減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)考務(wù)自動(dòng)化和管理數(shù)字化。

國(guó)外已有一些標(biāo)準(zhǔn)化考試系統(tǒng)和大型公司的認(rèn)證考試系統(tǒng)，如微軟公司、SUN、CISCO公司的各類(lèi)認(rèn)證考試，英語(yǔ)托福和GRE等。我國(guó)一些大學(xué)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始向外國(guó)學(xué)習(xí)借鑒相關(guān)技術(shù)，陸續(xù)研制開(kāi)發(fā)了一批計(jì)算機(jī)考試系統(tǒng)，比較著名的有浙江大學(xué)的c語(yǔ)言考試系統(tǒng)和ACM（計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)大賽）考試系統(tǒng)、北京南瓊電子有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的NATURE試題庫(kù)管理系統(tǒng)、21世紀(jì)教育網(wǎng)上考試系統(tǒng)、邁達(dá)威通用試題庫(kù)系統(tǒng)等。這些試題庫(kù)和考試系統(tǒng)大多應(yīng)用在等級(jí)考試和認(rèn)證考試中，如計(jì)算機(jī)等級(jí)考試的上機(jī)考、ADOBE認(rèn)證考試等，真正應(yīng)用于高校教學(xué)考試的還比較少。因此，開(kāi)發(fā)應(yīng)用于高校課程教學(xué)考試的自動(dòng)試卷生成軟件，完成試卷試題庫(kù)的建立、修改及隨機(jī)抽取試題自動(dòng)生成試卷的功能，是一項(xiàng)很有意義的工作。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想與功能模塊

2.1知識(shí)點(diǎn)的選取和題型分布

要設(shè)計(jì)一份高質(zhì)量的試卷，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行公證、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，并非易事。為了讓軟件系統(tǒng)能自動(dòng)生成一份質(zhì)量過(guò)硬的試卷，要考慮課程知識(shí)點(diǎn)的覆蓋面、重難點(diǎn)、內(nèi)容的差異、題型和題量的大小、分值等因素，因此任何課程要想自動(dòng)成卷，必須先清楚了解課程知識(shí)點(diǎn)選取和題型分布的要求。

我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)選取浙江工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)大類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)第1學(xué)年的離散數(shù)學(xué)課程為編程對(duì)象，使用清華大學(xué)出版社出版、王衛(wèi)紅主編的《離散數(shù)學(xué)》作為教材。該課程開(kāi)設(shè)在第1學(xué)年上、下兩學(xué)期，第1學(xué)期稱(chēng)為離散數(shù)學(xué)I，48課時(shí)，主講內(nèi)容為命題邏輯、謂詞邏輯、集合、關(guān)系和函數(shù)部分。根據(jù)本科教學(xué)水平評(píng)估和教學(xué)大綱要求，離散數(shù)學(xué)I考試設(shè)置填空題、判斷題、計(jì)算題、證明題4種題型。第2學(xué)期為離散數(shù)學(xué)II，32課時(shí)，主講內(nèi)容為代數(shù)系統(tǒng)和圖論，考試設(shè)置填空題、判斷題、計(jì)算題、證明題和作圖題5種題型。根據(jù)上、下學(xué)期的教學(xué)重點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的題型分值，各章節(jié)題型、分?jǐn)?shù)分布情況見(jiàn)表1和表2。根據(jù)教學(xué)大綱要求和教材內(nèi)容，每章節(jié)為一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，由于教學(xué)中把集合與關(guān)系放在同一章，因此為了提高出題的準(zhǔn)確度，軟件設(shè)計(jì)中把集合、關(guān)系分別作為一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

2.2自動(dòng)成卷的方法

自動(dòng)成卷系統(tǒng)按照教材教案章節(jié)知識(shí)點(diǎn)出題，采取隨機(jī)策略選取試題。若選擇題的關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)設(shè)置為命題邏輯，系統(tǒng)就只從命題邏輯相關(guān)的選擇題里隨機(jī)抽取題目，按設(shè)定數(shù)量提交；若設(shè)置謂詞邏輯知識(shí)點(diǎn)，則選取謂詞邏輯的題目，以此類(lèi)推。這樣可以避免同知識(shí)點(diǎn)的題重復(fù)出現(xiàn)，以偏概全。判斷題、計(jì)算題、證明題等各種題型都是同樣的出題原理，最后合成一份滿分試卷。這種成卷方式的成卷步驟雖然有些繁瑣，但是成卷質(zhì)量較高，試卷結(jié)構(gòu)更為科學(xué)合理。另一種方式是根據(jù)學(xué)期增加知識(shí)點(diǎn)，一次生成，但這樣會(huì)出現(xiàn)重復(fù)知識(shí)點(diǎn)的試題或者缺少某個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)的試題，準(zhǔn)確率低。本系統(tǒng)采用第一種成卷方式，按章節(jié)知識(shí)點(diǎn)隨機(jī)出題成卷。

離散數(shù)學(xué)課程知識(shí)點(diǎn)包括命題邏輯、謂詞邏輯、集合、關(guān)系、函數(shù)、代數(shù)系統(tǒng)和圖論。每個(gè)章節(jié)出題可細(xì)分為不同數(shù)量的選擇題、判斷題、計(jì)算題、證明題等。系統(tǒng)按知識(shí)點(diǎn)建立相應(yīng)題型的試題庫(kù)，如建立命題邏輯的選擇題、判斷題、計(jì)算題、證明題等題型題庫(kù)。每種題型的題目設(shè)計(jì)做到全面覆蓋知識(shí)點(diǎn)而又不重復(fù)。

2.3系統(tǒng)主要功能模塊

根據(jù)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)要求，教師可設(shè)置知識(shí)點(diǎn)管理、試題管理、試卷管理等主要功能模塊，

1）知識(shí)點(diǎn)管理。

系統(tǒng)可以對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行增刪和管理，如離散數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)包括命題邏輯、謂詞邏輯、集合、關(guān)系、函數(shù)、代數(shù)系統(tǒng)、圖論等，可以在系統(tǒng)中的知識(shí)點(diǎn)管理欄目下進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)編輯和知識(shí)點(diǎn)顯示，同時(shí)也可以對(duì)當(dāng)前的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行增、刪、改、查等操作。

2）試題管理。

試題管理模塊實(shí)現(xiàn)試題編輯和顯示。在試題編輯頁(yè)面可以輸入題目?jī)?nèi)容、修改試題內(nèi)容的格式等，如修改字體、字號(hào)、顏色，改變對(duì)齊格式等；還可完成題目屬性設(shè)置：題型、分值、難度、關(guān)聯(lián)章節(jié)及知識(shí)點(diǎn)。題型分選擇題、判斷題、計(jì)算題、證明題、作圖題等，關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于相應(yīng)章節(jié)。

系統(tǒng)可對(duì)編輯好的試題進(jìn)行試題顯示和查看。系統(tǒng)會(huì)顯示所有編輯完成的試題及其類(lèi)型、分?jǐn)?shù)、難度、關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)，還可以顯示試題的總數(shù)量、頁(yè)碼等，通過(guò)UP、NEXT上下翻頁(yè)查看成卷的一套試題；也可根據(jù)題型和關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)查詢(xún)所有滿足條件的試題，如可以查看題庫(kù)中圖論部分所有的選擇題、判斷題、計(jì)算題、證明題等。

3）試卷管理。

試卷管理模塊可實(shí)現(xiàn)試卷的編輯和顯示。在試卷編輯頁(yè)面可以編輯試卷的標(biāo)題和說(shuō)明。系統(tǒng)可以對(duì)試卷進(jìn)行查看，進(jìn)行自動(dòng)組卷設(shè)置、手動(dòng)組卷和刪除。已出題的試卷會(huì)顯示試卷的題目數(shù)量、總分值等信息。

對(duì)于已生成的試卷，可以通過(guò)自動(dòng)組卷設(shè)置添加試題。自動(dòng)組卷設(shè)置選擇題型、數(shù)量、關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)（與知識(shí)管理對(duì)應(yīng)）、每個(gè)題的分值和難度。這里的分值一定要與當(dāng)初試題編輯的時(shí)候分值相同，并且題庫(kù)中的題目能夠滿足需要（設(shè)置數(shù)據(jù)不可越界）。查看已生成并修改完成的試卷，可以看到試卷的標(biāo)題及各種試題，如圖2所示。生成的試卷可能還有需要修改格式、分值等問(wèn)題，如果有與系統(tǒng)設(shè)置不同的修改需要，則自動(dòng)成卷系統(tǒng)還提供導(dǎo)出試卷為word格式的功能。

3.結(jié)語(yǔ)

筆者以離散數(shù)學(xué)課程為例，分析課程的知識(shí)點(diǎn)和題型分布，研究自動(dòng)成卷的方法，開(kāi)發(fā)出自動(dòng)成卷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)的管理和題庫(kù)的增、刪、改、查等功能及試卷的生成、預(yù)覽、修改、輸出等功能。系統(tǒng)自動(dòng)生成的試卷有效地控制了試卷知識(shí)點(diǎn)的覆蓋廣度和難度，可用于計(jì)算機(jī)大類(lèi)專(zhuān)業(yè)離散數(shù)學(xué)課程考核。另外，該系統(tǒng)有一定的通用性，嵌入不同課程的題庫(kù)可用于不同課程考試的自動(dòng)組卷、成卷。自動(dòng)成卷系統(tǒng)改變了過(guò)去的紙質(zhì)考試出題的繁瑣狀況，提高了出卷效率。