基于WEB的试卷自动生成系统

基于WEB的试题资源综合使用系统
— 研究报告
刘利俊
一．研究背景和意义
现代远程教育经过几年的快速发展取得了前所未有的成就，产生了良好的社会效益，同时，也面临着严峻的挑战，其中最为突出的就是远程教育的教学质量问题。

因此，现代远程教育的聚焦点必须从各类资源量的建设转移到教学质量的控制上，构建适用的远程教育教学质量控制体系，这样才能使现代远程教育真正实现高等教育大众化和推进素质教育的总体目标。

考试是教学质量控制的重要环节，历来受到各学校各方面的高度重视，考试过程的组织和实施不断规范化、科学化，考试结果能客观地反映教学、管理的质量和水平。

同时，也存在以下几个问题：（1）认识上重视考试的组织实施，对考试结果缺乏测量分析（2）行动上没有从质量控制体系的高度进行考试工作的建设。

在当前教育信息化的背景下，多数高校都进行了相关考试系统及试题库的开发，实现了试题试卷的数字化，取得了良好的应用效果，但还普遍存在以下几个方面的问题：
1．标准与规范问题：试题资源的建设没有在建设初期制定统一的标准，造成试题数据的统一管理困难；考试系统的设计和开发基本采用二层模式即B/S或C/S，题库及功能扩展相对困难。

2．资源利用率问题：试题的利用率普遍不高，学科间存在不平衡。

3．实现了考试的组织和实施，缺乏考试测量与评价。

缺乏对测试数据进行统计与分析，发现试题库中所存在的问题，发现教师教学过程中的问题，发现学生学习过程中的问题；缺乏对试题及试卷使用情况进行综合分析，没有为远程教育教学质量评价提供必要的依据。

为了探索上述问题的解决方法，逐步构建适合电大远程教育的试题资源综合使用平台，我们向浙江省远程教育学会申请对“现代远程教育环境下基于WEB 的试题资源综合使用平台的构建”这一课题进行研究。

二．研究方法与内容
本课题综合运用了多种研究方法：（1）通过文献分析法收集考试系统、试题库设计、教育测量评价的相关研究成果；（2）通过调查研究法和个案研究法对我校某专业的考试数据进行整理分析，并根据学校远程教育的实际情况进行方案设计和系统开发。

制定了研究计划及进度表，如下：
在研究的过程中，要求课题组成员严格按照时间表及任务进行相关研究工作。

研究的主要内容阐述如下：
1．理论基础探索
课题组围绕试题数据统一管理、试题数据分析、试题应用分析等几个方面进行资料的收集和整理。

资料的主要来源有（1）清华同方全文数据库CNKI（2）互联网相关专题文章URL（3）著作，主要有统计学、教育测量与评价、知识管理、数据库及数据仓库、数据挖掘、WEB程序设计等。

（4）培训及会议资料：省远程学会2004课题负责人会议及杭州远程教育学会课题负责人会议。

2．系统建设方案
课题组在理论学习的基础上，结合学校的实际提出系统建设整体方案：
1)从系统数据源的角度设计硬件环境、软件环境、系统架构、数据表
结构/关系、功能拓扑图、约束条件、校园网络架构。

2)确定了数据分析的模型描述（维度）、数据模型创建工具及创建过程、
数据模型功能列表。

3)确定相关的应用分析工具：SQL SERVER 2000、OLAP、EXCEL。

4)确定和PHP为主要前台开发工具。

方案确定后，课题组进行了合理分工，确定了课题研究的整体方案。

3．系统评估分析
近年来，开展远程教育的高校均花大力进行了网络基础设施、教学资源、应用系统的建设和开发，积累了许多宝贵的经验和教训。

对这些经验和教训及时进行共享和分析可以提高系统建设的效率和质量。

主要包括以下几个方面的内容：数据/模型/分析/架构/应用/经验教训。

4．教学质量管理分析
教学质量管理是一个综合系统，必须考虑诸多方面主观和客观的因素。

在本课题中，主要通过教育统计和测量学的方法对考试质量进行分析和研究。

三．研究过程
1.题库建库理论
试题资源综合使用系统中，要用到试题库，它是评测系统好坏的重要指标。

题库（ITEM BANK）是“按照一定的教育测量理论，在计算机系统中实现的某个学科题目的集合”，它是严格遵循教育测量理论，在精确的数学模型基础上建立起来教育测量工具。

当前，试题库建库的理论主要有两种：一为经典测量理论，二为项目反映理论。

二者都有一套完整的试题分析指标体系和评价标准。

首先为表示试题难易程度的值，其次为表示区分度的题目与测试的相关系数，还有估计分数真值的标准误差及由此推算出来的信度公式等，并对建立试卷、考分转换与等值等均有一套较为完整的方法。

相比之下，经典测量理论会有不够完善的地方，如考生分数和题目难度有着密切关系，题目难度是相对于考生而言；而项目反映理论则有可使题目参数稳定准确，不受受测样本的影响，它还定义了信息函数这一综合质量指标，用来全面解决考试等值问题。

故从更科学地挑选题目作为标准，在试题综合使用系统开发过程中主要运用项目反映理论。

建立试题资源综合使用系统是一个复杂的系统工程，首先要建立系统的数学模型，然后确定试题的属性指标以及试题的组成结构，再组织优秀的学科教师编写试题，为了保证这些试题的科学性和有效性，还要组织大量的被试样本，进行
抽样测试，对试题参数标注的有效性进行校正。

试题综合使用系统作为一个教育测量工具，它不仅仅是只有试题管理、在线考试和组卷的功能，它更重要的功能是收集测试数据，并对这些测试数据进行统计与分析，发现题库中所存在的问题，发现教师教学过程中的问题，发现学生学习过程中的问题。

这些问题都隐藏在考试分数的后面，试题资源综合使用系统应该通过分析考试数据，发掘信息，提供给教师以更多的教学过程信息。

2.组卷理论
在试题资源综合使用系统建设中，试题质量控制与参数设置、组卷策略是最重要的两个环节；题库建成后，我们需要输入一些查询参数，系统将根据这些参数抽出最适合参数要求的试题，组成能够实际使用的试卷，定义这种查询参数以及对这些参数进行变换算法，我们称之为组卷策略。

组卷策略的实质是将对人比较直观明了的组卷参数变换成计算机能够直接操作的试题属性项，然后根据这些属性项，在题库中抽取试题组成试卷。

因此，完整的组卷策略应该由三部份组成：试题属性项定义、组卷参数的定义、变换算法的说明。

自动组卷只需要设置试卷的一些整体属性参数和题型结构参数，便可以组出一份满意的试卷，它对题目的知识点难度分布没有特殊要求，只设平均难度和平均区分度参数，参数设置简单直观，其组卷的基本步骤为：
1)设置总体参数：试卷标题，考试时间，总题数，满分值，曝光时间、
考察的知识点，平均难度、平均区分度；
2)设置题型比例表，检查约束条件，生成最终组卷参数原型表；
3)题型与知识点分布对应：根据题型比例表，来计算某知识点某类题
型所出的试题数，并预写最终组卷参数表（填写参数表的知识点列）；
4)试卷难度比例的分配：在平均难度计算模式表中随机取一模式值，
得出这份试卷的试题的难度比例，将此难度比例变换成最终组卷参
数表中的难度级别参数。

5)试卷区分度比例的分配：在平均区分度计算机模式表中随机取一模
式值，得出这份试卷的试题的区分度比例，并将此区分度比例变换
成最终组卷参数表中的区分度级别参数。

6)形成最终抽题的组卷参数表
3. 设计系统的整体架构
本系统的采用数据库系统、应用服务器、客户浏览器三层体系结构。

其结构示意图如下：
浏览器
应用服务器
数据库服务器
浏览器
应用服务器
数据库服务器端采用的是SQL Server 2000，这有利于提高大批量数据的吞吐时间，使整个系统管理规范化，数据的完整性、安全性得到保障。

应用服务器端采用可扩展的通用组件对象模型计算模式（COM ），采用分模块层次结构，多模块分立，允许系统的分布式并行处理提高系统的工作效率。

各功能模块之间通过TCP ／IP 、HTTP 、RMI 等多种协议进行消息和数据交换。

用户运行环境为标准的中文浏览器环境（Netscape6.0或以上版本或IE6.0或以上版本，不需要特殊的插件）。

4. 系统的功能设计 1) 考试
A. 考试组卷：教师通过在浏览器中输入相应的组卷参数（主要参数有：试
卷标题、考试时间、总题数、满分值、考察的知识点，平均难度、平均区分度、题型结构等），系统自动组出一份符合要求的试卷及其标准答案，试卷是以HTML的方式呈现，即将一份试卷形成一个HTML文件显示，教师可通过查询的方式在线修改试题，若想使用组卷结果，直接打印或者另存为HTML文件。

组成满意的试卷后，可以存成正式的考卷，供学生考试用。

B.个人组卷：学生可以针对自己学习特点，输入组卷参数（参数项与教师
组卷不同），形成针对性的练习试卷，可以打印，或另存为HTML文件。

C.在线考试：学生选择组号，并指定要考试的试卷，调出该试卷，系统在
浏览器中以HTML的方式呈现该试卷，并通过表单来输入试卷答案，学生提交答卷后，系统将学生答案存入学生档案之中，教师在阅卷时，可以调出学生的答卷记录进行批阅。

选择已经组出的试卷，进行在线考试，提交所做的试卷后，系统将自动保存学生的做题答案，并转给教师批改。

D.教师阅卷：教师通过网络批改学生考过的试卷。

教师登录后，选择要批
阅的试卷，再选择参加考试的学生，调出该学生的考卷及答案，客观题由系统自动判别，非客观题由教师判定给分，教师确认提交后，判卷信息便存入学生的档案之中。

E.考试结果查询：学生登录后，选择自己考过的试卷，便可调出该试卷，
显示出该试卷的内容、标准答案、学生的答卷记录、教师的评分情况等。

2)数据分析
数据分析大致分为四类：
A.试卷统计：包括试卷的信度、效度、平均难度；考生群体的最高分、
最低分、各个分数段的积累人数、平均分、标准差；各个考生的原始分数和经过转换后的分数。

B.试题分析：包括题目难度、区分度、效度、知识点得分。

C.学生情况分析：帮助学生澄清对分数的认识 — 对分数的解释可以帮
助学生确定自己在所感兴趣的群体中处于什么样的位置，它让学生明白分数的含义是相对的，而不是绝对的；单纯的分数并不能说明全部问题；获知学生变化趋势 — 学生如果希望知道自己是否进步了，就需要按时间轴作一个关于考试成绩的历史追踪。

然而直接比较原始分
数是没有意义的，必须要通过转换后的标准分数、百分等级分数等相比较，才能够得出是前进还是后退的结论。

D.学生知识和能力的分析：题库系统与学生之间通过联机测试界面进行
交互，计算机记录并分析学生有意义的反应信息。

对于纸笔测验来说，学生在试卷上做出的反应情况，也可以通过手工的方式录入到库中，作为分析的数据。

E.教学过程分析：通过多次考试成绩的累积，可以以知识点为单位，分
析学生在各知识点上的得分布，若在某个知识点上，学生的反应普遍异常，则说明教师在些知识单元上的教学存在较大问题，必须改进教学。

3)自测练习
A.在线测试：学生可以输入组卷参数（参数项与教师组卷相同，只能抽
出客观题），形成模拟的练习试卷，然后进行联机测试，提交所做的试卷后，系统将自动评阅，并给出标准答案，对做错的试题给出详细解答。

B.个人测试：学生可以针对自己学习特点，输入组卷参数（参数项与教
师组卷不同，只能抽出客观题），形成针对性的练习试卷，并可让学生进行联机测试，学生提交所做的试卷后，系统将自动评阅，并给出标准答案，对做错的试题给出详细解答。

4)题库管理
A.添加试题：在试题库中加入编好的试题；有两种方式加入：单题录入：
按预置的试题格式一道一道地填写；批量录入：将多道试题按预定的格式形成一个TXT文件，由录入程序一次性的录入题库；
B.查询试题：用户在查询界面中输入试题查询参数（包括试题中所有的
属性参数，并可实现逻辑组合），查出符合条件的试题；供后续修改或删除处理。

C.修改试题：查询出试题后，可对试题的各项参数及试题内容进行修改。

D.删除试题：查询出试题后，可删除该试题。

E.预置组卷策略：对于一些常见的考试组卷，可以预置一些常用的组卷
策略，教师组卷时可以选择现成的组卷策略，无需重复输入复杂的参
数便可组卷。

5)系统工具
A.注册管理：管理用户注册信息，进行权限管理。

B.系统设置：设置一些影响系统运行的全局参数，如题型、难度分布表
等。

C.退出系统：退出题库系统，若退出后，还需继续使用本系统，需要重
新登录。

5.实施步骤
A.数据准备：系统的数据来源分为手工录入、自动生成、外围数据
的纳入几个阶段。

在研究初期采用统一的方法规则及手段进行数
据录入，研究进程中逐步实现数据的自动获取及生成，最后可以
对异构数据进行纳入。

B.程序设计：系统整体框架采用，同时根据研究进展和课
题组成员的技术情况，采用ASP和PHP进行部分模块的设计开发。

C.分析建模：数据分析需要数据挖掘理论基础理论的支撑，采用以
下几种分析方法：手工分析（基于比较的分析，表现形式为：报
表、图形[折线图-趋势、柱型图-实际横向数据、组合柱型图、
饼图、面积图、雷达图-多维、组合图形）；基于数学模型的分析
（正态分布曲线、对数、指数、方差）；自动分析（借助OLAP
进行多种分析方法的综合应用，定期生成分析报告）。

四．研究成果
1.论文：基于WEB的试题资源综合使用系统的设计与实现
2.软件：演示URL：http://218.75.127.102/
五．课题组基本情况
课题编号：DES-2004-05
单位：杭州广播电视大学
课题组：刘利俊（负责人）虞建峰徐奔郎轶
申请结题日期：2006-2-25
五．附件
1.论文：基于WEB的试题资源综合使用系统的设计与实现
（投稿日期：2006.3 南京广播电视大学学报）
基于WEB的试题资源综合使用系统的设计与实现
刘利俊 徐奔 虞建峰 郎轶
（杭州广播电视大学，浙江杭州 310012）
[ 摘 要 ]远程教育的教学模式要求现代教育技术构建以知识的共享、转化和传播为核心的教学支持服务体系。

试题作为教学支持服务体系中资源库的重要组成部分，其建设和使用水平将直接影响教学支持的质量。

本文介绍了利用WEB技术进行试题资源的综合使用系统的设计及实现方法。

[ 关键词 ]远程教育 SQL Server 试题资源
一、引言
1998年，教育部正式批准清华大学等四所高校为国家现代远程教育第一批试点院校。

经过几年的快速发展，我国的现代远程教育取得了前所未有的成就，同时，也面临着严峻的挑战，最突出的就是远程教育的教学质量问题。

众所周知，考试是教学过程中的一个重要环节，考试能否客观评价教学效果在很大程度上取决于试题试卷的质量。

目前，许多院校都进行了试题库的开发，实现了试题试卷的数字化，但是普遍存在以下问题：如试题资源的使用水平普遍不是很高，缺乏对试题及试卷使用情况进行科学地综合分析，没有为远程教育教学评价提供必要的依据。

鉴于此，我们根据多年教学支持服务的经验和对教育统计学的应用研究，提出了利用Web技术进行试题资源综合使用系统的设计及实现方法。

二、系统的整体架构
(一)系统的总体思想
通过技术建立的基于Web的试题资源综合使用系统具有可读性更强、执行效率更高、支持多种客户端类型、更加安全等特点，从而实现试题库管理的计算机化，并加以推广使用，从而减轻教师的负担。

本系统包括8个功能模块，分别是系统管理、试题录入、试题管理、教师组卷、在线考试、教师阅卷、成绩查询和历届试题分析。

功能结构图如图1 所示。

系统的设计与实现
系统各功能部分说明如下:
(1) 系统管理子模块
在系统管理子模块中可以实现三个功能，一个是在用户登录时对用户身份的合法性进行验证，第二个是在用户修改密码时使用。

第三个是系统管理员对已经存在的用户的权限进行设置。

(2) 试题管理子模块
系统重要的一项功能便是对试题库中已存在试题的管理了，一个良好的试题库管理系统不仅是对一门课程进行试题的管理，而且要对多门课程的试题进行管理，本系统可以管理多门课程，用户可以添加新的课程以及相应的试题，删除旧的课程，设置课程所拥有的属性等。

其管理要求基本实现对录入试题的编辑、浏览、查询，以及对试题库中试题数量的统计、试题难度结构的统计等等。

(3) 试题录入子模块
用户主要完成试题信息的录入，包括录入试题内容、录入试题答案和添加分析提示。

在录入的过程中用户所输入的数据必须通过数据的合法性、一致性和唯一性的检查才能保存到数据库中。

录入的同时用户可以选择试题的各项属性，例如试题类型，试题难度等。

(4) 教师组卷子模块
教师按照一定的组卷条件，组成符合学生和教师使用的试卷。

它应具备三个方面的功能：个人组卷、考试组卷和组卷策略的存储和使用。

个人组卷指学生可根据自己的需要，针对自己的知识缺陷，组出符合自己练习的试卷；考试组卷指能组出正式考试的试卷，它应具备三种组卷策略：智能组卷、绝对评价组卷、相对评价组卷。

组卷策略的存储和使用是指具备预先存储组卷参数的功能。

(5) 在线考试子模块
学生登录系统后，先找出自己所在班级应参加的考试试卷，然后由学生选择一份试卷，并调出该试卷，系统在浏览器中以HTML的方式呈现该试卷，并通过表单来输入试卷答案，系统提供多种答题页面设计格式（每页一题、每页多题等），由教师组卷时选定。

该系统提供多种答题模式，一方面允许学生按线性顺序答题，另一方面也允许学生随机选择某题进行修改和补充。

系统还具有自动计时功能，并显示浮动的倒记时时钟，提醒学生掌握好答题的速度。

在学生提交答卷后或考试结束时，系统自动将学生答案存入学生答题信息表中。

为了防止意外死机，系统实时记录学生的答题情况，把数据及时保存在系统服务器的学生答题数据库中，一旦掉电或死机，学生可再次登录，从断点处继续答题。

（6）教师阅卷子模块
教师通过网络批改学生考过的试卷。

教师登录后，选择要批阅的试卷，再选择参加考试的学生，调出该学生的考卷及答案，客观题由系统自动判别，非客观题由教师判定给分，教师确认提交后，判卷信息便存入学生答题信息表中。

阅卷教师只需批阅主观题（比如简答题）,而客观题（比如选择题）可让系统自动阅卷。

这样可以减轻教师负担，提高准确率。

（7）成绩查询子模块
学生登录后，选择自己考过的试卷，便可调出该试卷，显示出该试卷的内容、标准答案、学生的答卷记录、学生的考试成绩、教师的评分情况、班级的名次、年级的名次等。

（8）历届试题查询子模块
学生可以通过系统查询历届已考过的试卷，并调出该试卷，显示出该试卷的内容、考试时间、总题数、满分值、标准答案、所考察的知识点，平均难度、平均区分度、题型结构、学生的平均分数、教师的评分情况等，以提前熟悉试题类型和了解常考的知识点，以便有针对性的进行复习。

三、关键技术分析
ASP. NET是一个已编译的、基于. NET的环境，也可和任何与. NET兼容的语言共同编写应用程序，包括Visual Basic. NET、Visual C# 和Visual C + +等。

ASP. NET的所有程序代码都将在服务器端执行，当程序执行完毕后，服务器仅将执行的结果返回给客户浏览器，这样就不再受客户浏览器类型的约束，同时也可减轻客户端浏览器的负担，大大提高交互速度。

(一)数据库的设计
根据系统需求进行概念设计，如图2 所示。

将E/R 图转换成关系模型，可得到主要关系(表)：试卷信息表(testpaper)：包含的域有试卷号、试卷名、使用班级、试卷状态等；试题信息表(testitem)：包含的域有试题号、试题内容、标准答案、题型、分值、试卷号、出题教师号等；答题信息表(answers)：包含的域有学号、试题号、学生答案、成绩等; 阅卷信息表(readpaper)：包含的域有教师号、试卷号、评阅时间等。

以上只是系统中主要的表，在本系统，还包括教师信息表(teacher)、学生信息表(students) 、班级与试卷关系表(assignwork) 和班级信息表(class) 等。

(二)主要模块的设计与实现
(1) 系统登陆模块：
首先，用户在进入系统之前需进行身份验证，只有合法用户才能进入系统。

合法用户通过身份验证进入系统后，系统会为其在Server端申请Session变量，用来保留用户标识，就可以根据用户权限不同进行相应的处理。

下面是连接数据库的代码片段：
< %
SqlConnection StuConn=new SqlConnection("Data Source=localhost;Integrated Security=SSPI;
Initial Catalog=netexam");
SqlCommand LoginCmd=StuConn.CreateCommand();
Session["Id"]=StudentId.Text.Trim();
StuConn.Open();
% >
为了避免用户不经登录直接调用系统页面，在用户登录的同时系统设置了用户的Cookies值，用户在调用系统每一个页面时都要对用户的Cookies值进行判断，如果此值不存在则重新定向到登录页面。

(2) 教师组卷子模块
教师输入教师帐号和密码后，系统验证帐号和密码的合法性，如果合法则可进入出题系。