大学公共课程试题库管理系统设计

大学公共课程试题库管理系统:设计

管恩京 1 韩锡斌 2 周潜 2 沈文华 3 范双喜 3 （1.山东理工大学，山东 淄博 255049；2. 清华大学，北京 100084；3. 北京农学院，北京 102206） 大学公共课程试题库及其管理系统不仅有利于学校“教考分离”的实现，而且为试题、试卷等教学资源的长期滚动发展与资源共享搭建了平台。本文在分析大学政治、英语、数学和计算机基础四个公共学科课程试题、试卷特点的基础上，主要以数学与英语为例讨论了大学公共课程试题库管理系统分析、设计和实现中的关键问题。编制的软件系统和题库内容已得到初步应用。 试题、试题库、试题库管理系统、计算机辅助测试、大学公共课程 基础课在高校中大多属于公共必选课，有比较统一的教学目标和考评方式，一般是全校统一考试。对于这种较大规模的考试，传统的以任课教师自主命题的方式不利于客观、公正地评价教师教学质量和学生学习结果。因此建立公共课程的学科试题库，实行“教考分离”，是客观评价教和学质量的得力举措，有利于考试的公平化。同时，利用计算机和网络技术来管理题库，不仅有利于管理的方便化、智能化，而且有利于试题、试卷等教学资源的动态积累与资源共享。 2005 年，北京农学院承担北京市教委的教改立项《大学公共课程试题库及其管理系统》，并联合清华大学教育技术研究所共同研制。根据项目要求，建设政治、英语、数学、计算机四个公共学科共11 门课程的题库及其管理系统。本文依托该项目，以计算机辅助测试理论为指导，通过分析试题的特点，确定题库管理系统的模式，并应用信息化技术探讨大学公共课程试题库 管理系统的设计与构建。 将计算机技术引入到题库管理和试卷生成，在专业上这属于计算机辅助测试（Computer Assisted Testing，简称CAT）的研究领域。计算机辅助测试是一个范围很广的概念, 它涵盖了计算机在教育或心理测量、统计和评价领域中应用的诸多方面。与之相关的术语是计算机辅助评价（Computer Assisted Assessment, 简称CAA） [1] 。 20 世纪60 年代，题库的概念最初由英国学者提出，但是美国首先将计算机用于教育测量，即计算机辅助测试。中国大陆教育测量的实践由来已久，但是受计算机技术的限制，直到 80 年代，随着PC机的普及，计算机辅助测试才逐渐兴起。在这种测验形式中，计算机的参与主要体现在以下几个方面 [2][3] ： 1）管理题库：对试题有序的存储、修改、检索以及试题历史记录等； 2）生成试卷：计算机可以从题库中选择不同属性的题目，有效组织试题，生成满足教学评价（总结性评价）和学习诊断（形成性评价）等需要的试卷； 3）实施测验：测试题目显示在屏幕上，被测者可以在屏幕前进行测验，并由计算机自动记录结果； 4）辅助阅卷：一种是计算机可以自动记录结果，节省了阅卷时间，另外一种是，计算机和光电阅读器联合使用，可以对纸笔形式的测验进行阅卷； 5）分析试卷和试题：可以利用一些统计软件对试卷试题的有关指标进行计算，同时还可以分析被测者在这些试卷中的表现。一种是独立的分析系统，一种是专用的统计软件SPSS； 6）管理成绩：计算机可以把所有题目存储在题库，并把被测者的成绩组织到数据库，对其进行统一管理。 经过半个世纪的发展，目前国内外计算机辅助测试的应用形式已经多样化，本文仅对与题库系统相关的研究现状进行总结和分析

[4][5][6] 。 1）单机版题库系统：这一类系统中，没有引入网络传送的概念，信息和数据的传输通过机器内部来实现。需要安装专门开发的应用软件。试题一般是预装在系统数据库中，好一点的软件也可以提供试题录入等交互界面。由于发展较早，目前单机版测试系统的应用还比较多，但是对于使用用户较多、题库需要经常更新的测试，则不是很适合。 2）C/S模式的题库系统：这是在网络语言发展早期开发的一种测试系统， 此类系统需要在客户端安装应用软件，通过客户端软件与网络服务器进行数据交换；题库系统可以动态管理，编制的试卷可以导出打印，用于传统考试，也可以设计成用于网上测试；部分系统还具备成绩管理和分析功能。由于C/S技术比较成熟，所以用此技术开发的测试系统目前应用比较广泛，但是由于用户需要安装客户端，所以使用不方便，系统升级和维护比较麻烦。 3）B/S 模式的

题库系统：随着网络技术的迅速发展和服务器端编程语言的成熟，B/S 结构的题库系统成为目前最流行也是应用最广泛的一种测试系统。该模式下，所有数据处理都是在网络服务器端进行，用户直接通过Web 浏览器访问并交换数据。 4）计算机自适应测验：这是项目反应理论的一个成功的应用，被人们誉为“测验领域的新天地”。所谓“自适应测验”就是测验本身能够自动适应被试的具体情况，“因人施测”，在试题的难度和数量上根据被试者的“特质”（能力）灵活变化。自适应测验除了遵循一般的测验编制原则外，对题库建设、试卷选题算法与施测、测验结果分析与评价等各个方面都有特殊要求。目前，自适应测验的理论与实践是测量领域内研究的热点，也代表了该领域的发展方向。 总之，国内外对以题库系统为工作基础的CAT 理论和实践研究比较早，经典测量理论已经比较成熟，但是目前项目反应理论成为研究的重点。由于所采用的计算机技术不同，所以目前存在多种形式的系统，其中网络版的计算机辅助测试应用最广泛。但是基于项目反应理论的计算机自适应测验是未来该领域发展的方向。 题库及其管理系统发展迅速，相关理论和实践应用亦比较成熟，但是发展趋于多元化，以下是几个主要的发展方向。 1）基于传统考试的网络题库系统。由于目前对于国内外大多数学习成就考试来说，网络考试还存在一些难以避免的局限性，所以传统的纸笔考试仍是主流形式，与之适应的题库系统仍需要大范围推广应用。当然，从归类维度来看，该系统应该具备以下性质：以经典测量理论为指导，能满足较大规模传统纸笔考试的标准化试题库，试题至少包括学科的全部内容。考试形式也同时决定了该题库系统应该是一个独立的系统，不适合内嵌在网络教学平台中。此外，系统除了能满足总结性考试外，最好也能满足形成性考试需要。 2）基于网络考试的题库系统。网络化教与学已经成为一种重要的教学形式，在某些学科或领域，网络化教学已经不再局限于辅助性地位，甚至代替了传统教学形式。因此，为适应新的网络考试形式必须研究和建立具备相应结构和性质的题库系统。与基于传统考试的题库系统相比，该类型的题库系统更能代表计算机辅助测试的表现形式，除了能管理题库和生成试卷外，在线测试、在线阅卷、管理成绩、考试分析等功能亦能容易实现。网络考试虽然不适合大规模的正规考试，但是对规模不大或者考试要求不很严格的课程或领域，基于网络考试的题库系统是非常有发展前景的。 3）基于项目反应理论的自适应测验。该理论和实践在西方主要国家是研究的一个热点，目前主要偏向于应用研究；国内在该领域更多的是引进和消化，理论研究多一些，应用研究成果还比较少，但毋庸置疑的是该领域代表了今后测量理论和实践的发展趋势。 4）基于高级认知能力测试的题库系统。按照布卢姆的认知分类，一般认为应用、分析、评价、创造属于高级认知能力。要想测试被试的高级认知能力，必须建立高质量、高水准的题库。目前，编制该类型题库的热点和前沿问题主要包括三个方面：①二分计分法试题的改造，主要是对多项选择题的选项进行精心设置；②非二分计分试题的编制，主要是对自由文本答案的自动化处理；③技能性操作题的设置。如北京师范大学自主研发的IT技能测评系统ITAS系统，也可以测评操作系统、办公软件、浏览器以及网页制作等内容，被试在系统支持下完成测试所要求的技能任务，系统进行自动阅卷，并生成评测结果 [4][6] 。 总之，通过以上分析，并根据项目的实际要求，确定本文研究的题库系统应该属于发展趋势中的第一种形式，即基于传统考试的网络题库管理系统。 项目要求建设政治、英语、数学、计算机四个学科共11 门课程的题库管理系统，但是没有具体指明建立什么类型的管理系统。是建立一个完全通用的系统还是建立各学科独立系统，若是通用系统，是将4 门学科存储在同一个数据库内，还是放在单独的数据库内。这些问题都是全局性问题，关系到整个项目进展。 确定这些问题的答案，需要从分析学科特点入手。在实践中，对北京农学院提供的试题和标准考试试卷进行了仔细分析，下表分别从试题特点、组卷特点和试卷特点三个方面叙述了分析的结果。 表 3-1 学科课程试题、试卷特点 课程

试题特点 组卷特点 试卷特点 数学 要处理数学公式符号 可按知识点组卷 普通试卷形式

计算机 文本为主，可能存在图形 可按知识点组卷 普通试卷形式 政治 以文本为主，可能

存在图形 可按知识点组卷 普通试卷形式 英语 大量的复合题（父子题），题型概念模糊，作文题可能存在图形 没有知识点概念，组卷策略复杂 听力部分的文本内容必须跟磁带录音严格对应；用答题卡回答的部分，要求试题序号严格对应 从表中可以看出，首先，4 门课程都有自己的“特色”；其次，英语与其它三个学科课程（数学、计算机、政治）有明显区别；再者，若能有效处理解决特殊字符录入、存储问题（如数学公式、图形、图片等），数学、计算机和政治三个学科课程的系统只要“微调”就可以互相满足需求。 在建立题库系统时，还需要充分考虑到日后应用的方便性和数据的安全性，因此，综合考虑，本文认为4 个学科应该单独建立系统；其中，数学、计算机和政治三个学科的数据模型和系统构架可以雷同，但具体套用时必须微调；英语题库系统需要单独设计。 通过分析学科特点还可以看到，政治和计算机学科由于试题内容以文本为主，若不考虑扩展性，从技术实现来看，是最容易的；英语题库系统的关键在设计，技术实现难度也不大；数学题库系统需要解决数学公式符号的录入与存储等问题，技术实现难度最大。 既然定位于“基于传统考试的网络题库系统”，则单机版应用软件的开发路线已经排除；网络软件开发则有C/S和B/S两种架构以及相应的技术路线。在本文研究现状分析中，已经阐述了两种模式的优缺点。就该项目而言，C/S 最大的优点就是容易实现数学公式等特殊符号的编辑和存储，用户只要安装目前通用的公式编辑软件如 Chem3D 、WebEq 等就可以在系统中实现自动调用。其最大的缺点是每一台客户机都需要安装客户端编辑器，其维护和升级成本非常高。相对应的，C/S 的优点也是 B/S的不足，目前针对 B/S开发的在线编辑器都很难实现诸如 Word 一样强大的编辑和排版功能，但是 B/S 最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装专门的软件。 通过以上分析，并经过项目组反复论证，本文最终确定了系统开发的总体规划，内容如下： 第一，四门学科中，政治、数学、计算机在解决录入和存储格式的基础上，系统的功能和操作流程可以通用。英语学科，由于涉及到知识点无法精确划分，以及听力试题无法拆散等原因，所以英语的元数据描述和组卷方式单独设计。 第二，先难后易。根据系统实现的技术难度，4 个学科题库的开发顺序依次是：数学—英语 —计算机—政治。只要数学题库系统成功了，计算机和政治题库系统自然迎刃而解。 第三，采用 B/S 模式的系统架构及相应技术路线，设法解决数学公式等特殊符号的编辑、存储技术以及图文混排问题。 因此，按照总体规划，本文内容主要以实现数学学科题库为例论述软件系统的研发，英语题库系统则放到最后单独讨论。 系统需求分析主要是从用户的角度和系统的角度来描述软件的需求，明确整个系统的业务流程、主要功能以及系统的重点问题等。 题库系统的主要用途是辅助教师组卷考试，系统的主要使用者是组织考试的教务处老师和入闱的命题专家。一般来说，命题专家主要是由丰富教学经验的学科教师担任。其中，命题专家负责核心业务，如负责管理与学科紧密相关的试题和组卷等；教务处老师主要负责辅助性业务，如系统日常维护和管理等。虽然是辅助性业务，但是教务处老师承担着管理员的角色，掌控整个业务流程。从以上分析可以确定系统的角色分为：命题专家、教学管理员和系统管理员。若组织某一学科考试，实际的业务流程大致如此：首先由教务处选定命题专家，然后由命题专家组织试题，成卷之后用于考试。根据以上分析，可以确定出该领域的主要业务流程，如图所示： 题库设置在线组卷浏览/下载/打印试卷试题管理主要业务流程 main_flow 系统设置用户管理题库管理 图3-1 题库系统主要业务流程 根据业务流程可以看出该系统主要应该实现题库管理、试卷库管理和考务管理的部分工作。除此之外，还需要包括系统管理的相关功能。 1）试题库管理子系统：管理题库的试题，包括：查找、预览、修改、删除、新增试题。 2）试卷库管理子系统：管理试卷库试卷，包括：查找、预览、修改、删除已有试卷，手动或自动组织新试卷。 3）考务管理子系统：查找、预览试卷，输出、打印试卷等考务管理。 4）系统设置：对试题题型、难易度、学科知识结构等属性进行设置。 5）用户管理：对用户角色进行设置，并给每个用户赋予权限。 6）日志管理：对系统运行状态进行跟踪记录，实施安全管理。 1）试题的录