数据挖掘技术在机考系统中的应用

崔园

（成都医学院 人文信息管理学院，四川 成都 610083）

智能计算机辅助教学 （Intelligent Computer Assisted Instruction，ICAI）是人工智能与CAI相结合的产物，是CAI的发展。它继承了CAI的优点，同时也克服了CAI的许多弱点，使CAI不再是简单的教材、讲义复制、以“教”为主的传统教学模式的搬移，而是给教师和学生提供了创造性、自主性和有针对性的教学环境。将数据挖掘技术[1-2]应用到传统的机考系统中，利用数据挖掘技术能从大量数据中，发现隐藏于其后的规律或数据间的关系，从而服务于决策这一特点去改善计算机辅助教学（CAI）中的不足，最终成为智能计算机辅助教学系统。本智能计算机教学系统可以根据学生的学习特点、学习效果和学习风格采用不同的教学方法和策略，最重要的是能根据学生作业和测试诊断出学生的错误以及判断出错的原因，及时给教师反馈信息，同时提出相应的教学策略，改善教学方法。例如对每位学生每次作业、考试中做错的题进行分类分析，分析的结果可以向教师反馈学生在做题过程中所暴露出来的教学薄弱环节，可以用来改善教学方法，改变教学课时分布。

1 机考系统的设计与实现

建立机考系统的目的一方面是提高考试的合理性、规范性和出题改卷的效率，同时必须为教师组织考试和考生课后练习提供快捷方便的服务，另一方面也是本考试系统具备的最重要的功能就是展示考点错误率曲线图，并且自动分析结果找出教学弱点，老师可以根据找到的教学弱点有针对性的加强教学。因此，本着为了使考试系统从结构和功能上更加完善的目的，设计的考试系统从结构上分为系统管理模块、考试管理模块和成绩管理模块。其中考试管理模块包括 ：考生管理子模块、题库管理子模块、自动组卷子模块、考试时间控制子模块、自动阅卷子模块、考试恢复子模块。另外，成绩管理模块包括：考试结果展示和分析结果。本系统从功能上能实现自动组卷考试、自动阅卷和成绩分析3大主要功能[3-5]。

图1 系统整体结构关系图Fig.1 Flow chart of systematic structure and relation

1.1 系统管理模块

本模块实现管理员对本系统的用户进行管理 ，具有添加新用户、删除过期失效的用户，对用户遗忘密码进行修改等功能。另外，具备用户权限的录入、授权 、维护 、数据库的备份和恢复，以及数据字典的录入和维护等系统管理功能。

1.2 考试管理模块

1.2.1 考生管理子模块

本子模块实现学生及其所在学院、班级、学生信息等基础信息的导入或者录入学生数据库，其中学生信息包括姓名、学号、所在年级班级、所在院系、身份证号、照片等信息；另外也可实现考生数据信息维护、人数统计和打印输出等功能。

1.2.2 题库管理子模块

试题数据库的良好准备是为了自动组卷子模块的功能实现，试题的覆盖面、数量、重难点题目的多少直接影响生成试卷的质量。题库管理子模块首先应完成试题信息的录入、添加、删除、修改等工作。系统管理人员、一般用户等多种角色的不同教师便可以使用完成维护后的题库管理模块，在这里，要根据需要对他们设置不同的权限，大致分为高级管理人员权限和一般用户权限，高级管理人员具有系统维护的权限、题库维护的权限，包括录入 、添加、修改、删除题库中的题目等权限，任课教师和临时用户可设置为一般用户权限，有权出卷、阅卷、浏览题库、查看考试成绩及分析结果，但不能修改内容。

1.2.3 自动组卷子模块

本子模块主要功能是按照组卷方案实现智能组卷，组卷方案是由出卷的教师根据考试内容的要求、题型、知识重难度和题目数量而提出的，使用ADO技术从试题数据库中满足组卷方案的题目中随机抽题进行智能组卷 ，形成本次机考试试卷，可预览组卷，若出卷教师对试卷中的某些题目不满意，还可以进行修改或从题库更换题目，最后形成合理试卷供考试使用。该模块要求只有高级管理员授权 ，才有修改和调整试卷的权利。

1.2.4 考试时间控制子模块

考生在登录客户端考试系统成功后即可参加考试，考生应在服务器设定的考试时间内完成考试，否则 ，当考试时间结束时，系统将会强制自动交卷，终止该生考试。在设计考试时间控制子模块中我们巧用了Timer计时器控件和 Time函数，设定Timer计时器控件的Interval属性为1 000，同时在Timer事件中应用Time函数，这样可以实现每间隔1秒钟触发Timer事件，根据不断变化的系统时间将考试剩余时间实时地显示在考试界面上。

1.2.5 自动阅卷子模块

在考试结束之后，教师可以选择系统自动阅卷，此时，系统会对考生的答案与数据库中的标准答案一一进行对比和评判，每题的分值是教师在选题时就设定好的，系统根据每题设定的分值，自动统计总分，同时把考生成绩保存到成绩数据库中相应的字段。考试结束后考生的成绩就已经产生，但不会直接显示给考生 ，可在全部考生考试结束后凭准考证号进行成绩查询。该模块实施采用 B／S或 C／S模式。

图2 自动阅卷子模块Fig.2 Module automatically reviewing exam papers

1.2.6 考试恢复子模块

通常，使用计算机进行网络考试，很难避免网络意外中断，其原因主要包括人为的误操作、网络堵塞或者机器硬件等事情发生。当考试意外中断出现后，考试恢复机制是否能实现的关键问题就是考试系统是否能保留有学生已完成的考试数据。在本系统中，从考生开始答卷起，考生的所有考试答案及考生考试剩余时间都会实时储存到数据库中去。这样考生在重新登录后，系统可以通过数据库及时恢复考生的考试数据，继续考试。

1.3 成绩管理模块

在这个成绩管理模块中，我们用数据挖掘技术中SOM（自适应聚类）算法实现了考试结果的展示和分析结果两个功能。因为考生信息库的数据量非常大，所以使用SOM算法从大量数据中，发现隐藏于其中的规律或数据间的关系。

1.3.1 考试结果展示

在自动阅卷完毕后，将每位考生成绩添加在之前建立的学生信息数据库中，生成电子表格或报表形式的成绩表，以供教师和学生查询，并实现打印功能。

1.3.2 分析结果

实现这一功能，首先在向题库添加试题时，同时也要输入本题考点，待自动阅卷完成后，统计试卷中每题在所有考生中的出错率，并以柱形图直观地展示出来，通过出错率由高到低地显示，教师便可根据柱形图迅速地了解学生对哪些知识点掌握最弱，以及哪些知识点是学生们的难点和重点，根据分析结果提出相应的教学策略，改善教学方法，以达到提高教学质量的目的[6-9]。

2 结束语

本机考系统最大特点是在传统的机考系统的基础上应用了数据挖掘技术，增加了自动分析成绩的功能，使之能够帮助教师改善教学方法，加强薄弱环节的教学，另外，在结构和功能方面也大大地进行了完善。

图3 结果显示界面Fig.3 Interface displaying results

目前，已将本考试系统应用到计算机VB课程教学中，主要是平时的课后练习及期末考试，体会是一方面提高了学校计算机机考的自动化，真正实现了教考分离，另一方面实现了不断促使教师改善教学方法，提高教学质量，这对促进高校教学改革有一定的意义，为教育事业做出贡献。但针对不同体型，阅卷的智能化程度还有待提高，需要进一步研究与探索。

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