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目录
第一章绪论1
1.1研究的背景和意义1
1.2计算机智能组卷中要解决的重要问题2
1.3本文的主要工作3
第二章组卷的评价体系与建模5
2.1组卷的基本原则5
2.1.1试卷信度和效度5
2.1.2组卷的基本原则7
2.2组卷策略7
2.3组卷步骤8
2.4试题参数及其说明9
2.5组卷的数学模型12
2.6组卷过程的难点及其解决办法18
第三章常用组卷算法介绍20
3.1随机抽题成卷算法20
3.2自动成卷算法20
3.3倒塔式收缩成卷算法21
3.4回溯试探成卷算法21
第四章遗传算法在组卷中的应用22
4.1遗传算法22
4.1.1遗传算法概述22
4.1.2遗传算法的基本思想22
4.1.3遗传算法的特点23
4.1.4构成遗传算法的基本要素23
4.2采用传统遗传算法的组卷算法24
4.3改进遗传算法的组卷算法27
4.3.1个体编码的改进27
4.3.2优化初始种群28
4.3.3个体适应度函数的自适应改进30
4.3.4选择方法的改进31
4.3.5交叉算子的自适应改进31
4.3.6变异算子的改进33
总结与展望35
致谢37
参考文献38
附录40
第一章绪论
随着计算机技术的发展,如何有效地利用计算机从已有的标准试题库中自动,成功,高效地组合满足考试目的的试题,形成具有专业教师水准的试卷是一项非常有意义的课题.在过去的近三十年中,关于组卷技术的研究,结合教育测量学的发展,已产生众多的理论知识.但各种组卷方法在实际应用中仍存在不成熟之处,因此,组卷算法的研究仍是一项具有深远意义的课题.本章将从组卷技术研究的背景和意义出发,提出组卷中的几个重要问题,确定本文要完成的几项工作.
1.1研究的背景和意义
当前,许多学校采用的都是传统的考试方式,通常由任课老师出几道题目,然后按主观制定的评分标准打分.这种考试方式的不科学性表现在:1)从命题到评分都有主观性,不能做到授课教师和命题教师的分离,影响了考试的准确性和可靠性.2)难以满足现代考试对知识点,认知层次,平均分,考试时间,区分度,难度系数等测量学的要求.3)若考试规模大,教师的工作量变得相当繁重.针对传统考试这些弊端,广大教学科研工作者开始探索能高效,经济,灵活,保密,及时编制试卷的方法,以使现代考试更科学化,标准化.
随着计算机与数据库技术的飞速发展,计算机应用已经深入到人们生活的各个方面.科研部门利用计算机高效的管理数据能力,进行了题库组建,将适合一定考核目标,具有必要参数的大量优质测验项目集合在一起.实践证明,题库的构建在一定程度上推动了考试的大规模发展.目前,国内研制的较有影响的题库系统有清华大学研制的高等学校工科高等数学课程试题库系统,南京大学计算机技术系研发的PASCAL题库系统,山东省高教自考办公室等联合编制的高等数学财经类题库系统等[1].但这些系统大多没有自动组卷功能,因此,组卷系统的研究逐渐成为题库建设的热点.组卷即先组建一个比较完整的题库,然后计算机根据用户给定的约束条件从题库中搜索满足要求的试题,自动组合成一套比较完整的试卷.
近几年,国内外许多科研单位和学校机构都对组卷系统进行了研究,但至今还没有一个很好的组卷方案.自动组卷的效率与质量取决于组卷算法的设计.如何设计一个算法从题库中既快又好地抽出一组最符合用户要求的试题,涉及到一个全局寻优和收敛速度快慢的问题.
目前,常用的组卷算法有随机抽题成卷算法,自动成卷算法[2],倒塔式收缩成卷算法[3],回溯试探成卷算法[4].对于随机抽题成卷算法,在随机抽取试题的过程中,可能发现抽出来的试题不符合某种要求,如整体难度系数超出预定的难度值,或者考试过程中预计学生所花费的考试时间超过给定的考试时间等原因,从而导致本次组卷过程失败.由于随机抽取的试卷存在过多的无效试卷,而导致组卷效率比较低,因此许多研究者基于随机抽取算法的基础上,提出了自动成卷算法与倒塔式收缩成卷算法.算法在组卷过程中采用随机的方法抽取试题,但在抽取过程中通过验证所选择的试题是否满足系统给定的目标条件来决定该试题是否抽取.当发现目前没有任何试题满足要求而组卷过程又没有完成时,则采用回溯试探方法,通过废弃前一段时间所做的组卷操作来重新进行组卷.由于这种方法在组卷过程中通过废弃部分工作而不是废弃本次组卷过程中的全部操作,从而有效降低了无效组卷的次数,使自动组卷算法的性能得到提高.但这种算法缺乏专家知识的启发式搜索,耗费时间也难以估量.许多研究者开始利用人工智能的方法试图改进自动组卷的性能,并提高组卷的质量.由于组卷算法的目的是从试题库中对各试题单位进行组合,使组合出来的试卷能够基本满足用户给定的各项指标,对应这种问题存在多个可行解,对于用户来说,无所谓最优解,这一点恰好可以结合遗传算法适合大规模并行,可同时搜索解空间的多个区域的特点.将遗传算法改进为一种快速有效的组卷算法因此而成为了一项具有一定实际意义的课题.
1.2计算机智能组卷中要解决的重要问题
试卷是教师用来在规定时间范围内对某一个群体在某一知识领域的理解程度所进行的检验与评估的重要手段.学生经测试后,会在各个知识点的掌握上显示出差异,老师便能通过差异对学生采取针对性的指导,同时调整教学方式,使之适应学生的实际要求.试卷质量的好坏直接影响对考生真实情况的反映,因此,试卷难度以及对知识点的覆盖程度是组卷过程中非常重要的问题[16].此外,如何利用专家的组卷经验对题库中的试题进行有效组卷也不容忽视.
概括而言,应用计算机进行组卷过程中,必须注意的几个重要问题[4]是:
1)试卷使用对象
在组卷之前,首先应对本次出题的对象进行全面了解.了解考生的整体水平,对相关知识点的掌握情况,知识点的认知层次要求等.
2)试卷属性
为使试卷满足教学和教师要求,应合理定义试卷属性,常用与组卷相关的属性有:知识点,题型,题量,认知层次,难度等.
3)试题各项指标的衡量
由于题库中的试题是由不同老师提供的,每位老师对各个知识点的要求也不尽相同,这必然导致对题库中每道试题的各项指标的衡量缺乏统一标准,从而导致组卷系统的客观性受教师主观能动性的影响,使得计算机智能组卷的性能受到干扰.因此,应通过考生的考试结果调整试题各项指标,使之更接近考生的真实水平.
4)试卷的评估
在组卷过程中,系统按照预定的指标信息从试题库中挑选单元试题,以在满足组卷要求的情况下组成试卷,实现计算机自动组卷的目的.在组卷完成后对于组卷程度是怎样的情况,许多系统并没有对这个问题进行考虑,只是简单地从试题库中抽取试题
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