程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程網(wǎng)上考試組卷方法研究

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摘要：針對(duì)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程網(wǎng)上考試系統(tǒng)組卷存在的問(wèn)題，作者根據(jù)軟件工程的理論，從在線(xiàn)考試系統(tǒng)整體角度出發(fā)，對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的特征進(jìn)行深入研究，分析影響試卷生成的多種因素，提出一套多元隨機(jī)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程網(wǎng)上考試系統(tǒng)智能組卷算法。該組卷算法適合程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試，具有組卷速度快、試卷重復(fù)率低、題目難度系數(shù)適中等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試的需求。

關(guān)鍵詞：智能組卷；知識(shí)點(diǎn)；程序設(shè)計(jì)；軟件工程

一、引言

智能組卷算法是在線(xiàn)考試系統(tǒng)中的重要組成部分，現(xiàn)有智能組卷算法的研究主要圍繞隨機(jī)組卷算法[1]、回溯組卷算法[2]和基于遺傳算法[3-4]的組卷方法展開(kāi)，并且現(xiàn)有智能組卷算法的文獻(xiàn)往往是單獨(dú)針對(duì)智能組卷算法展開(kāi)研究，并沒(méi)有從整個(gè)在線(xiàn)考試系統(tǒng)的角度上對(duì)其進(jìn)行研究，忽略了與系統(tǒng)中其他模塊之間的關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致了智能組卷算法的實(shí)際應(yīng)用存在一定的問(wèn)題。根據(jù)軟件工程的理論，一個(gè)完整的系統(tǒng)各個(gè)模塊之間存在著密不可分的關(guān)聯(lián)，對(duì)于在線(xiàn)考試系統(tǒng)，題庫(kù)的設(shè)計(jì)、智能組卷和自動(dòng)評(píng)閱模塊之間的關(guān)聯(lián)非常緊密。程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程注重考察學(xué)生的編程能力，在線(xiàn)考試系統(tǒng)中編程題目是必不可少的。眾所周知，編程題目的自動(dòng)評(píng)閱一直是研究的難點(diǎn)。本文從軟件工程體系結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，對(duì)智能組卷方式進(jìn)行深入研究，從程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試系統(tǒng)的整體出發(fā)，在考慮編程題目自動(dòng)評(píng)閱的基礎(chǔ)上進(jìn)行題庫(kù)的設(shè)計(jì)，并結(jié)合程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的特征，對(duì)智能組卷算法進(jìn)行研究，提出一套多元隨機(jī)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程網(wǎng)上考試系統(tǒng)智能組卷算法。

二、基于知識(shí)點(diǎn)的題庫(kù)設(shè)計(jì)

題庫(kù)是一個(gè)在線(xiàn)考試系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是后續(xù)智能組卷模塊和自動(dòng)評(píng)閱模塊的基礎(chǔ)。程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試系統(tǒng)題目類(lèi)型一般分為選擇題、填空題以及編程題目。選擇題和填空題因?yàn)榇鸢复_定，將標(biāo)準(zhǔn)答案與考生答案進(jìn)行匹配對(duì)比，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)評(píng)閱；對(duì)于編程題目，本文針對(duì)目前計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)程序設(shè)計(jì)類(lèi)題目在線(xiàn)評(píng)閱中存在的不足，在深入分析程序設(shè)計(jì)類(lèi)題目特征的基礎(chǔ)上，提出了一套面向程序設(shè)計(jì)類(lèi)題目的在線(xiàn)評(píng)閱方案，在該方案中，將標(biāo)準(zhǔn)答案轉(zhuǎn)化成關(guān)鍵詞，并對(duì)關(guān)鍵詞按照重要程度劃分成多個(gè)級(jí)別，將每類(lèi)題目的特征與基于多級(jí)關(guān)鍵詞組合的過(guò)程評(píng)分相結(jié)合，提高了程序設(shè)計(jì)類(lèi)題目在線(xiàn)評(píng)閱的準(zhǔn)確性[5]。對(duì)于智能組卷算法，首先要考慮的是一套試卷要考察的知識(shí)點(diǎn)包括哪些。本文從程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試系統(tǒng)的整體出發(fā)，在考慮程序設(shè)計(jì)題目自動(dòng)評(píng)閱的基礎(chǔ)上，結(jié)合程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的特征進(jìn)行題庫(kù)的設(shè)計(jì)，既然智能組卷算法和自動(dòng)評(píng)閱算法都離不開(kāi)知識(shí)點(diǎn)，那么本文圍繞知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行題庫(kù)設(shè)計(jì)。如圖1所示，題庫(kù)的設(shè)計(jì)主要涉及選擇題表、知識(shí)點(diǎn)表、填空題表、題目類(lèi)型表、編程題表5張表，其中知識(shí)點(diǎn)表中的每個(gè)元素包括知識(shí)點(diǎn)ID、知識(shí)點(diǎn)名稱(chēng)、知識(shí)點(diǎn)所在的章節(jié)號(hào)以及題目類(lèi)型代碼字段；選擇題表中每個(gè)元素包括題目ID、知識(shí)點(diǎn)ID、題目類(lèi)型代碼、題干描述、各選項(xiàng)的描述以及該題目的正確答案字段、填空題表中的每個(gè)元素包括題目ID、知識(shí)點(diǎn)ID、題目類(lèi)型代碼、題目描述以及正確答案字段；編程題表中的每個(gè)元素包括題目ID、知識(shí)點(diǎn)ID、題目類(lèi)型代碼、題目描述、各級(jí)關(guān)鍵詞組合字段。為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)了一張題目類(lèi)型表，如果后續(xù)需要增添新的題目類(lèi)型，只需要往此表中添加新的題目類(lèi)型即可，便于整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)。選擇題表、填空題表、編程題表中的知識(shí)點(diǎn)ID字段與知識(shí)點(diǎn)表中的知識(shí)點(diǎn)ID存在主外鍵關(guān)系，選擇題表、填空題表、編程題表中的題目類(lèi)型代碼字段與題目類(lèi)型表中的題目類(lèi)型代碼字段存在主外鍵關(guān)系。

三、程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的多元隨機(jī)組合智能組卷算法

試卷所要考察的知識(shí)點(diǎn)、試卷之間題目的重復(fù)率和智能組卷算法的效率是一個(gè)智能組卷算法的核心。本文圍繞這幾個(gè)方面展開(kāi)重點(diǎn)研究，提出了一種多元隨機(jī)組合智能組卷算法。在線(xiàn)考試之前，教師要登錄在線(xiàn)考試系統(tǒng)，選擇本次考試所要考察的知識(shí)點(diǎn)以及每個(gè)考察知識(shí)點(diǎn)的題目類(lèi)型，確定好這兩個(gè)要素之后，將其保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)中考試知識(shí)點(diǎn)表的結(jié)構(gòu)如表1所示。在線(xiàn)考試開(kāi)始時(shí)，考生登錄在線(xiàn)考試系統(tǒng)點(diǎn)擊抽題，將進(jìn)行抽題的考生的人數(shù)保存到應(yīng)用程序級(jí)變量Application[“count”]中。這時(shí)智能組卷組合算法開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)各類(lèi)型題目進(jìn)行智能組卷，程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試系統(tǒng)題目類(lèi)型一般分為選擇題、填空題及編程題目。下面以選擇題為例詳細(xì)介紹智能組卷算法的流程。1.多元隨機(jī)智能組題算法（1）組卷步驟選擇題目的智能組卷流程如圖2所示，具體步驟如下：①首先從數(shù)據(jù)庫(kù)表中讀取教師已經(jīng)設(shè)置好的本次考試選擇題所要考察的知識(shí)點(diǎn)，采用隨機(jī)排序算法對(duì)選擇題知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行排序，將排好序的知識(shí)點(diǎn)ID保存到一維數(shù)據(jù)中，選擇題目知識(shí)點(diǎn)的數(shù)組為Sk={K0,K1,…,Kn-1}，Ki表示本次考試選擇題所要考察的知識(shí)點(diǎn)的ID，n表示本次考試選擇題所要考察的知識(shí)點(diǎn)的數(shù)目。②因?yàn)槊總€(gè)知識(shí)點(diǎn)ID一般對(duì)應(yīng)多道選擇題題目，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)ID（Ki）從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取選擇題表中該知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有選擇題的題目ID，將其保存到應(yīng)用程序級(jí)變量中，i的初始值為0，知識(shí)點(diǎn)Ki的應(yīng)用程序級(jí)變量如下所示：intSqiArray[]=newint[]{Sqi0,Sqi1,….Sqit-1}Application[“Sqi”]=SqiArray;其中，Sqi表示知識(shí)點(diǎn)Ki對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序級(jí)變量的名字，這個(gè)應(yīng)用程序級(jí)變量是個(gè)數(shù)組，數(shù)組的名字為SqiArray，保存的是數(shù)據(jù)庫(kù)選擇題表中知識(shí)點(diǎn)Ki對(duì)應(yīng)的所有選擇題的題目ID，分別是Sqi0，Sqi1,Sqi2,….Sqit-1，t表示知識(shí)點(diǎn)Ki對(duì)應(yīng)的所有選擇題的數(shù)目。因?yàn)椴捎昧藨?yīng)用程序級(jí)變量，所以在在線(xiàn)考試系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)應(yīng)用程序生存周期，此變量可以被訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)站的每位用戶(hù)所訪(fǎng)問(wèn)，因此只需要在第一位考生登錄系統(tǒng)點(diǎn)擊抽題時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取，后續(xù)登錄抽題的考生只需要訪(fǎng)問(wèn)應(yīng)用程序級(jí)變量即可，無(wú)需再次訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取該知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有的選擇題題目的ID，從而避免了多次訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，提高了系統(tǒng)的性能。③按照隨機(jī)排序算法對(duì)知識(shí)點(diǎn)Ki的應(yīng)用程序級(jí)數(shù)組Application[“Sqi”]進(jìn)行隨機(jī)排序，同時(shí)將該數(shù)組的排序次數(shù)保存到Application[“SorderCount”]。④當(dāng)知識(shí)點(diǎn)Ki的應(yīng)用程序級(jí)數(shù)組Application[“Sqi”]中的題目被隨機(jī)抽取一遍時(shí)，將對(duì)其進(jìn)行再次排序，同時(shí)將該數(shù)組的排序次數(shù)保存到Application[“Sor-derCount”]，用下面的公式來(lái)判斷是否需要再次排序：(Application[“count”]-1)/t+1==Applcation[“Sorder-Count”]？公式1假設(shè)，在數(shù)據(jù)庫(kù)表中，知識(shí)點(diǎn)Ki包含10道題目，當(dāng)?shù)?1位考生開(kāi)始抽題時(shí)，知識(shí)點(diǎn)Ki的應(yīng)用程序級(jí)數(shù)組Application[“Sqi”]中的題目已經(jīng)被隨機(jī)抽取了一遍，這時(shí)，公式左邊的值為（11-1）/10+1==2，而公式右邊Ap-plcation[“SorderCount”]的值為1，公式兩邊的值不相等，因此不滿(mǎn)足條件，那么就對(duì)數(shù)組Application[“Sqi”]進(jìn)行再次排序，再次排序后，公式右邊Applcation[“Sorder-Count”]的值變成了2，公式兩邊的值相等。⑤選取Application[“Sqi”]中下標(biāo)為(Applicaton[“count”]-1)%t的選擇題題目ID。⑥根據(jù)選擇題題目ID從選擇題表中讀取題干描述以及各個(gè)選項(xiàng)，對(duì)該選擇題的選項(xiàng)根據(jù)隨機(jī)排序算法進(jìn)行排序，從而生成最終的知識(shí)點(diǎn)Ki對(duì)應(yīng)的本次考試的選擇題。⑦循環(huán)執(zhí)行步驟②至⑥，直至選擇題目知識(shí)點(diǎn)的數(shù)組Sk={K0,K1,…,Kn-1}中所有的知識(shí)點(diǎn)Ki都生成確定的題目為止。（2）涉及算法該選擇題自動(dòng)組卷算法步驟中多次涉及到的隨機(jī)排序算法：①算法一開(kāi)始，對(duì)本次考試中所要考察的所有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)排序，即使出現(xiàn)考生所抽取的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的題目相同的情況，但是因?yàn)橐呀?jīng)對(duì)本次考試中所要考察的所有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了隨機(jī)排序，所以這個(gè)相同的題目在不同考生試卷中的序號(hào)一樣的概率很低，從而加大了考生作弊的難度。②根據(jù)考生人數(shù)和知識(shí)點(diǎn)Ki的選擇題目的數(shù)量對(duì)知識(shí)點(diǎn)Ki的應(yīng)用程序級(jí)數(shù)組Application[“Sqi”]進(jìn)行多次隨機(jī)排序，不僅很大程度上避免了考生所抽取的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)題目相同的情況，而且保證了數(shù)據(jù)庫(kù)中的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所有題目被抽取到的概率基本一致。③確定選擇題的ID后，對(duì)該選擇題的選項(xiàng)根據(jù)隨機(jī)排序算法進(jìn)行排序，即使出現(xiàn)考生所抽取的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的題目ID相同的情況，但是算法會(huì)對(duì)選擇題的選項(xiàng)根據(jù)隨機(jī)排序算法進(jìn)行隨機(jī)排序，從而一定程度上降低了相同題目ID生成相同題目的概率，降低了試卷的重復(fù)率和考生作弊發(fā)生的情況。填空題和編程題的智能組卷算法與選擇題的智能組卷算法類(lèi)似，填空題和編程題因?yàn)闆](méi)有多個(gè)選項(xiàng)，所以相對(duì)于選擇題的組卷，不需要對(duì)多個(gè)選項(xiàng)再進(jìn)行隨機(jī)排序。2.多元隨機(jī)組合智能組卷算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)智能組卷組合算法主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括選擇題結(jié)構(gòu)向量，每個(gè)向量元素包括知識(shí)點(diǎn)ID、題目類(lèi)型代碼ID、題目的ID以及選擇題的選項(xiàng)信息，如圖3所示；填空題結(jié)構(gòu)向量，每個(gè)向量元素包括知識(shí)點(diǎn)ID、題目類(lèi)型代碼ID、題目的ID以及填空題題目描述，如圖4所示；編程題結(jié)構(gòu)向量，每個(gè)向量元素包括知識(shí)點(diǎn)ID、題目類(lèi)型代碼ID、題目的ID以及編程題的題目描述，如圖5所示。最后，將生成的試卷保存到數(shù)據(jù)庫(kù)考生試卷表中，如表2所示。

四、結(jié)束語(yǔ)

智能組卷算法是在線(xiàn)考試系統(tǒng)中的重要組成部分，本文根據(jù)軟件工程的理論，從軟件工程體系結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)對(duì)智能組卷方式進(jìn)行深入研究，從程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試系統(tǒng)的整體出發(fā)，在考慮編程題目自動(dòng)評(píng)閱的基礎(chǔ)上進(jìn)行題庫(kù)的設(shè)計(jì)，結(jié)合程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程的特征，提出了一種多元隨機(jī)智能組合組卷算法。本文以我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)為依托對(duì)該算法進(jìn)行了實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)有的程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程網(wǎng)上考試系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)踐證明，本文提出的多元隨機(jī)智能組卷算法不僅考慮了計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐類(lèi)課程的特征，而且綜合考慮了試卷的章節(jié)比例，各試卷之間的重復(fù)率以及各試卷之間考察知識(shí)點(diǎn)的相似度、智能組卷算法的效率等要素，其適合程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程在線(xiàn)考試，具有組卷速度快、試卷重復(fù)率低、題目難度系數(shù)適中的優(yōu)點(diǎn)。

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作者：龐希愚 王成 單位：山東交通學(xué)院