卫生统计学组卷系统的设计与构建研究

魏路通，万艳丽，陈庆锟，胡红濮

卫生统计学作为医学相关专业基础课程，其理论与方法是从事医学研究工作的重要工具，但该学科公式繁多、概念抽象、逻辑性强，高校普遍认为难教、难学［1］，该学科试题练习需求较大，题目分布散乱，考核内容存在一定不合理性［2］，且传统的手动组卷考试工作存在消耗大、效率低、周期长等弊端［3］。传统的人工手动组卷模式已无法适应当下的卫生统计学教学及学习工作需求，结合信息化技术的卫生统计学组卷系统亟待设计开发。本文就卫生统计学组卷系统的设计与构建研究做一综述。

1 研究意义

智能组卷［4］（Intelligent test paper generation）是指依靠一定的试卷生成算法，根据指定试卷限定参数与约束条件，自动、准确地从题库中挑选出符合预设条件约束的试题集合，组成高质量目标试卷。构建整合学科知识点的卫生统计学组卷系统，将有利于学生针对自身学习需求开展个性化练习，有利于教师结合培养目标进行命题组卷，解决卫生统计学教学面临的自主练习困难、人工组卷效果不尽如人意等问题，从而使学生可以充分利用零碎时间进行学习，接触到更加丰富的试题资源，减少传统卫生统计学教学模式下教师的重复劳动，提高工作效率，提升教学质量，促进卫生统计学学科发展。

2 理论方法

2.1 题库建设理论 作为智能组卷系统的数据库基础，题库建设首先需要结合大纲确定课程体系及相关知识点，收集整理试题并进行属性标注，然后将设置好属性的试题存储到试题库中，并结合课程体系的变化进行题库的维护与使用［5］。本研究主要参考人民卫生出版社的《卫生统计学》第7 版教材［6］，结合其他版本教材进行课程体系梳理与题目收集，参考试卷相关研究［7］并结合卫生统计学题目特征进行属性确定，在卫生统计学专家及专业教师的指导下进行初步的属性标注，并利用Excel 模板录入试题并导入系统。见表1。

表1 卫生统计学试题属性

2.2 组卷系统理论 完成组卷系统的核心点［8］在于对实际问题中变量间的关系进行分析、研究，将其转化为数学模型，使用计算机技术求最优解。因此在实现试卷组成的过程中，数学模型决定了组卷质量，做好智能组卷的基础工作首先是建立数学模型。本研究依据卫生统计学学科教学与课程学习需要，采用矩阵的形式建立数学模型，表示试卷中各试题及其元数据属性，由n 道试题组成的试卷，每个试题有7 个元数据属性，即n×7的试卷矩阵，其中每行代表一道题，每列代表一种属性。根据矩阵中的试题属性建立约束条件，进行组卷模型的初步设计。见表2。

表2 组卷系统的约束条件

3 系统设计

3.1 题库构建设计 卫生统计学的练习或考核目标应紧密围绕医学研究、卫生工作中所用到的统计学理论与方法，这要求试题库构建之前，梳理课程体系与知识点，将获得的题目按知识点进行归类，以知识点而非章节作为试题的属性［9］。在卫生统计学题库题量方面，录入题库的题目数量越多、知识点覆盖越全面为好，但在实际的题目收集过程中，由于符合知识点要求且满足练习需求的优质题目数量有限，可先根据已有卫生统计学题目资源进行题库的构建，然后根据使用效果，对试题属性参数进行不断修正，并适时淘汰劣质题目，吸收纳入新的题目，保持题库持续动态更新，使题库不断地发展完善。

本研究在前期依据卫生统计学教材梳理的知识点基础上，从相应的教材、习题册与公开的网络素材等资源点搜索题目，尽可能地为每条知识点配备一道试题，在卫生统计学学科专家教师的指导下，对各题目进行各项属性初步标注，再由专家进行题目审核，将审核通过的题目录入题库系统，对于审核不通过的题目进行修改价值判断，将一些本身无法满足使用需求的题目舍弃。题库构建流程见图1。

3.2 功能模块设计 系统的功能设计主要通过模块化实现，根据不同类型功能进行划分，共4 个模块，见图2。（1）试题模块：提供卫生统计学试题的添加功能，包括手动录入和批量导入两种形式：手动录入时依次输入试题题干和参考答案并设置各项属性，批量导入功能提供导入模板，需按要求将题目录入模板文件中，再上传模板文件进行题目的批量录入；另外提供试题编辑功能，包括修改试题属性或删除试题等［10］。（2）试卷模块：是系统的主要功能模块，提供自动组卷、管理试卷功能，根据用户设定的参数，系统抽取试题完成组卷；提供试卷的查看、发布、删除、下载等功能［11］。（3）用户模块：主要服务于系统的使用单位及个人，用于实现用户个人、班级与单位信息管理［12］，包括对使用单位、用户信息的增添、删除、编辑等功能，按单位对用户群体进行划分，便于限定试卷可见范围及考生范围；设计用户及单位注册、密码等信息修改功能。（4）测评模块：提供测评工作管理功能，测评操作包括发布考试任务、设置考试时间、分配试卷等［13］；改卷评分包括收回考卷、评阅试卷、发布成绩等功能。

3.3 系统架构分析 作为系统开发最常用的架构，浏览器/服务器模式（B/S 模式）具有使用方便、开发简单、扩展性强等优势［14］，只需一台连入互联网的电脑并安装浏览器即可使用。本研究设计的卫生统计学组卷系统主要面向教师与学生，受众群体基本都分布在校园，利用B/S 模式易在校园里搭建平台，方便师生使用，因此本研究采用该模式进行系统架构设计。B/S 架构属于三层结构模式［15］，每一层分别进行不同的工作形式，分别为数据层、表现层、业务层。

图1 题库构建流程图

图2 卫生统计学组卷系统功能模块图

卫生统计学组卷系统的架构设计见图3，数据层对卫生统计试题及试卷资源、用户及单位数据、测试信息等数据资源进行存储、管理与维护，位于系统架构的底层［16］，为系统提供数据支持；业务层是卫生统计学组卷系统B/S 模式架构中的重要分层［17］，用于实现系统中涉及的功能应用，是数据层与表现层之间进行数据交换的桥梁［18］。表现层是为用户提供服务的图形表现页面，帮助用户快速理解与高效使用系统各项功能，以实现用户与系统间的交互。表现层根据用户类型分为卫生统计学学生、教师与系统管理员三种界面，不同用户分别使用对应的入口登录系统，使用相应的系统功能。

4 构建成果

4.1 卫生统计学试题库 构建卫生统计学试题库应尽可能全面地收集相关试题［19］，试题的来源应尽可能准确、广泛且具有代表性，例如各版本公开出版的教材及配套习题册、流行病与卫生统计学多年来积累的考试真题、网络资源中公开发布的教学与习题材料、公开的医学科研实验数据及典型案例等，但应用时需注意避免版权纠纷。

本研究以前期梳理的卫生统计学知识点（树形图部分展示见图4）为导向，自主命题并结合从各类公开资源中收集的题目，经初步筛选与属性标记，目前共纳入题库336 道题目。按题型划分，选择题、判断题等考察卫生统计学知识记忆与方法应用的题目约140 道，名词解释类考察卫生统计学知识理解程度的题目约110 道，简答、计算与案例分析题等考察卫生统计学方法理解及应用条件的题目约70 道；按重要程度与难易度划分，要求掌握的题目与中等难度的题目占题库中题目大多数，旨在强化卫生统计学理论知识基础，为学习更高层次的知识做足准备。题库中各类题型、重要程度、难易度、区分度对应的题目数量构成占比见图5。

图3 卫生统计学组卷系统B/S 模式架构图

4.2 组卷系统初步构建 根据系统设计思路，初步构建了卫生统计学组卷系统。在主页面（见图6）进行登录时，不同的用户需选择进入与其身份相对应的入口，学生选择答题入口，教师选择组卷入口，管理员选择管理系统入口，只有输入正确的用户名和密码才能登入系统进行访问。学生用户进入答题系统可使用测评模块的答题与查询成绩功能，教师用户进入组卷系统可使用试卷模块的组卷与发布功能，同时利用测评模块的改卷功能回收答卷进行评阅。管理员用户分为超级管理员与普通管理员，超级管理员是卫生统计学组卷系统的拥有者，可以使用系统的全部功能，并且可设置普通管理员。普通管理员登录进入系统后可对试题进行添加、导入与编辑，对用户信息进行增添、查看与删除，以及对试卷与测试安排进行管理与操作等系统功能。

4.2.1 试题模块 试题模块面向通过组卷系统登录验证的管理员用户，可以对系统试题库中的试题进行查看、删除、修改等操作，并可以将新的试题录入系统，设置新试题的知识点、难易度、区分度等相关属性，或者通过批量导入功能，利用系统提供的表格模板进行试题的一次性大量录入。点击试题管理菜单下的试题列表可以进入图7 所示的卫生统计学组卷系统试题管理界面，单击任意试题可对该题目进行属性编辑或信息修改操作。

4.2.2 用户模块 用户模块包括用户管理与测评单位管理两大功能项，供超级管理员与普通管理员使用，超级管理员可以通过点击添加管理员与管理员列表两个功能进行对普通管理员的添加、修改与删除。普通管理员可以使用添加用户、用户列表、添加测评单位、单位列表等功能，进行用户、单位的管理，包括用户账号注册、密码修改、信息修改、测评单位增删改等操作。点击用户管理菜单下的用户信息可进入图8 所示的卫生统计学组卷系统的用户信息管理界面，进行用户姓名、账号、密码、学号及所在单位年级等身份信息进行修改。

4.3 组卷功能 作为卫生统计学组卷系统的核心功能，组卷功能根据用户设置的试卷约束条件，从试题库中抽取试题进行初步组卷，并计算初始试卷对应的数学矩阵模型中各项约束条件的数值，与用户的设定进行比较，如知识点是否与预选集合一致、难度是否符合用户要求等。若满足全部约束条件则输出试卷供用户在线发布或直接打印使用，否则系统将删掉不满足用户预设条件要求的题目或题目组合，从试题库中抽取其他试题组成新试卷并计算约束值，至满足约束条件后输出试卷结果供用户使用。

图4 卫生统计学知识点树图

图5 卫生统计学试题库题目属性构成图

图6 卫生统计学组卷系统管理员登录页面图

图7 卫生统计学组卷系统试题管理界面图

点击试卷管理功能下的添加试卷，即可进入卫生统计学组卷系统的设置试卷参数页面，根据考核需求设定完成试卷名称、题型题量与难度等各项参数后，单击提交按钮，等待系统完成组卷，进入试卷列表界面选择刚才设置的试卷名称，预览组卷结果并完成试卷输出。

图8 卫生统计学组卷系统用户信息管理界面图

5 小 结

本文介绍的卫生统计学组卷系统是目前建设中的卫生统计学智能化教学体系的重要组成部分，该系统在教学体系的其他部分内容的支持下进行设计与开发，具有扎实的构建基础。组卷系统在大学英语考试［20］、计算机理论考试［21］、医学类学科考试［22-23］等多类学科中已有广泛应用，这些都为本研究的开展提供了理论支撑，提供了许多可借鉴的优秀经验。本研究针对卫生统计学课程教学中存在的问题，充分利用学科试题特征，构建便于教学的卫生统计学新工具。目前系统已初步构建完成，下一步将针对系统功能展开测试与完善，并收集整理更多的卫生统计学优质题目进行标注，以扩充试题资源库，为系统的高效使用提供数据支撑。