计算机自适应考试系统分析与设计

韩琰

摘要： 本文介绍了项目反应理论及计算机自适应考试系统的相关理论，对计算机自适应考试系统的需求进行了分析，并设计了功能模块及数据库。

关键词： 项目反应理论计算机自适应考试系统系统设计

1.引言

随着计算机技术的发展，人们利用计算机考试软件来辅助教师完成考试工作，以减轻教师工作负担，提高工作效率。但大部分考试系统的基本思想基于传统的经典测量理论（CTT）。在经典测量理论下，同一批能力水平不相同的考生要接受同一批题目的测试，这样测试的结果是：对水平低的考生来说，难度高的题目根本无法作答；对水平高的考生来说，难度低的题目测不出真实水平。实践证明，如果题目难度跟考生水平相适应，测验效果最好。基于项目反应理论的计算机自适应考试是根据测试者的能力水平自动选择与其能力水平相适应题目的个性化测试，能够弥补经典测量理论下考试的不足。

2.基于项目反应理论的计算机自适应考试系统

2.1项目反应理论

2.1.1项目反应理论的概念

项目反应理论是在针对经典测量理论的局限性的基础上提出来的。项目反应理论又称为潜在特质理论。潜在特质是指被试某种相对比较稳定的、支配其对应的测验作出反应，并使反应表现出一致性的内在特征［１］。特质（能力）和项目（试题）是项目反应理论的核心概念。项目反应理论认为被试对某项目的正确反映概率与其能力之间遵循一定的函数关系，这样的函数关系可以用项目反应模型来表示。

2.1.2项目反应模型

在众多的项目反应模型中，最具代表性的是伯恩鲍姆提出的逻辑斯蒂模型。逻辑斯蒂模型根据参数的不同分为单参数模型、双参数模型和三参数的模型。三参数的模型如下：

其中：D=1.702，θ表示受测者能力值，a表示题目对考生能力的区分度，b表示题目的难度，c表示题目的猜测系数，P（θ）表示能力为θ的人答对此题目的概率［２］。

从三参数模型可以看出三个参数和考生水平的高低对答对试题概率的影响，其中考生能力水平越高，答对试题的概率越大，而随着考生能力的增强，答对概率趋于1。

2.2计算机自适应考试（CAT）概述

2.2.1计算机自适应考试

在计算机自适应考试过程中，将根据每一道题目的回答情况进行计算，以得到与被试能力相应的能力估计值，并根据能力估计值，在题库中挑选出最适合被试能力水平的下一道试题进行测试。这样使考生能够接受适合自己的一批难度不同的题目，考试成绩更能准确客观地反映考生的实际情况，不会因为题目的难度差异或考生的偶然失误而对成绩有太大影响。

2.2.2计算机自适应考试的施测过程

计算机自适应考试的施测过程分为两个阶段。

第一阶段：初步探查阶段，即测验刚开始的时候，设置一批探查性的题目，用来初步估计考生能力水平。执行的过程如下：首先从题库中抽取较接近被试的能力水平项目实施测试，如答对则抽取更难的试题；如答错则抽取更易的试题；当出现既有答对又有答错的情况时，初步探查阶段停止。

第二阶段：精确估计真值阶段。这时，挑选试题的原则一般是与初试者的能力水平相适应，从题库中挑选出能提供最大信息量的试题。

计算机自适应考试中有三个重要环节：能力初值估计、选题策略、终止规则［３］。

2.3计算机自适应考试系统

计算机自适应考试系统能够根据考生的初始能力水平，自动地在试题库中抽取个性化初始测试项目进行测试，并根据考生的答题情况进行判断，抽取测试题目难度值与考生能力水平相适应的下一道测试题目进行测试，直到最后终止考试，并最终得到反映考生真实能力水平的结果。与传统的经典测验理论下的考试相比，测试能自动适应考生能力水平的具体情况，试题的难度、数量等可根据考生的特点而灵活变通。同时，系统能实现保存试卷功能，也提高了试卷批改的准确度和速度。本系统应该具备以下功能。

2.3.1题目管理功能

完成计算机自适应考试题库的建立及维护。教师可以录入、修改、删除试题；确定题目所属知识点，录入的题目必须有经过计算或专家估计后确定的难度、区分度、猜测系数参数；可以修改题目参数、维护题目知识点信息。

2.3.2知识点管理

根据课程特点，对课程知识内容进行分解和分类，将知识内容分解为一系列知识单元，然后细分为各知识点。对某个知识点测试的试题类型及试题数可以有很多。知识点管理包括知识点的添加、修改、删除。

2.3.3考试过程管理

包括验证登录信息、设置初始能力值、抽题、能力值估计、考试终止管理、二次登录管理等。所有用户登录时要求输入账号和密码，执行登录操作。

2.3.4用户管理

在本系统中，根据功能需要，涉及三类用户：管理员、教师和学生，他们在系统中的功能不一样。学生可完成报名、登录考试，阅读考试规则、抽取试题进行考试和结束考试的功能，管理员登录后可对系统进行用户管理、系统信息管理，可以增加删除用户、修改用户信息、分配和修改用户权限。教师登录后可以进行试题管理、设置考试基本信息、设置考生信息和成绩管理。

2.3.5考务管理

设置考试科目的相关信息：考试时间、科目、地点、监考老师等；设置考试基本参数，如考试的最大题数、最大信息量和最长考试时间等。

通过以上功能的设计与实现，本系统能够快速地根据考生能力情况使各个考生能够接受适合自己的一批难度不同的题目进行考试和评分，使考试成绩能较准确客观地反映考生的实际情况，从而体现出考试的客观性与公正性。

3.计算机自适应考试系统的设计

系统的设计要充分考虑系统的需求和设计目标，根据前面对计算机自适应考试系统需求分析的结果，对系统进行体系结构设计、功能结构设计和数据库设计。

3.1系统的体系结构设计

本文主要针对在学校使用计算机自适应考试系统来设计，考试在局域网环境内进行，本系统采用三层C/S结构。三层C/S结构是将应用功能分成表示层、功能层和数据层三部分，并在逻辑上独立。数据层作为DBMS独立出来，表示层和功能层分离成各自独立的程序，两层间的接口简洁明了。

3.2系统功能结构

根据计算机自适应考试系统的需求分析，根据系统目标将系统功能模块划分如下。

3.2.1人员管理

3.2.1.1管理员管理。系统管理员拥有所有系统操作权，可对系统管理员增、删、改。

3.2.1.2教师管理。对系统中的教师进行管理，教师可以进行考生的报名管理（添加考生），考试安排，试题管理以及成绩的查询。

3.2.2试题管理

3.2.2.1知识点管理。根据课程特点，对课程知识进行分解和分类，将知识分解为一系列知识单元，然后细分为各知识点，进行题目知识点的增加、删除、修改。

3.2.2.2试题管理。进行题目的增加、删除、修改，修改题目的参数信息、知识点信息。

3.2.3考务管理

3.2.3.1考试管理。对考试进行管理，设置、修改和删除考试的相关信息。如考试编码、考试科目、考试时间、考试班级、考试的最大题数、最大信息量、最长考试时间等。设置、修改和删除考场信息，如考试编号、考试科目、考试班级、监考老师、考试地点等。

3.2.3.2考生管理。设置考试信息后，添加、修改、删除和查询考生信息（学号、姓名、班级、身份证号等）。如输入考生考号、姓名可查询当前考生考试状态。

3.2.3.3实时考试管理。实时管理考试开始，考试结束，实时处理与记录考生与考场情况。

3.2.4在线考试

3.2.4.1考生登录。考生登录考试系统，进行身份验证。

3.2.4.2在线考试。学生进入系统阅读考试规则，获得初始能力值，系统进行抽题，考生答题，根据答题结果进行考生能力值估计，判断是否满足结束条件，同时记录该考生考试题数、测试信息量和考试时间等信息，系统保存学生考试进度，以免异常造成考试信息丢失。

3.2.5成绩管理

学生登录后，可查询本人的成绩；教师登录后可查询班级成绩，并可导出成绩。

3.3数据库设计

根据计算机自适应考试系统的特点，结合系统需要采集的信息，考虑数据的冗余性、一致性和程序的复杂性，本系统设计的主要数据表如下：管理员信息表Admin、考生信息表Examinee、试题知识点表ExamPKB、试题表Subject、考试信息表Exam、考试考场信息表ExaminationRoom、考生试题信息表ExamineeSubject等。以下是各表的主要数据项：

3.3.1管理员信息表Admin：包括人员编号、人员名称、登录名、密码、人员类型等相关信息。

3.3.2考生信息表Examinee：包括考号、身份证号、姓名、年龄、性别、班级、联系电话、状态、考场号、考试时间、能力值、分数等。

3.3.3试题知识点表ExamPKB：包括知识点编号、知识点名称、所在章、所在节等知识点。

3.3.4试题表Subject：包括题目编号、题目内容、选项A、选项B、选项C、选项D、标准答案、试题所属知识点编号、难度值、区分度、猜测系数、能力值、试题抽中次数等相关信息。

3.3.5考试信息表Exam：包括考试编号、考试名称、考试时间、最大测试项目数、最大测验信息量、考试时长、考试状态。

3.3.6考试考场信息表ExaminationRoom：包括考场编号、考场名称、监考老师、考试地点。

3.3.7考生试题信息表ExamineeSubject：包括考生编号、试题编号、答案、答题结果、能力值、测试项目数、测验信息量等。

4.结语

本文对计算机自适应考试系统进行了分析与设计。主要介绍了计算机自适应考试系统的相关理论，并对系统进行了功能模块的设计及数据库的设计。另外，在自适应考试系统中还应该考虑考试过程中能力值计算、考试终止、选题策略等算法的选择，不同的算法对系统运行速度的影响和对网络条件的要求不一样；还要考虑试题内容的均衡问题和题目的曝光率对考试结果的影响。

参考文献：

［1］叶华乔.基于IRT的计算机化自适应考试研究［J］.福建电脑，2009，（12）.

［2］朱靖华李丽娟.基于项目反应理论的计算机化自适应考试系统的研究［J］.科学技术与工程，2008，（4）.

［3］曹新社.基于项目反应理论的计算机化自适应考试系统［J］.福建电脑，2006，（3）.