網絡教學環境設計管理論文

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摘要：本文論述的網絡教學環境中試題資源庫系統的建設方法,采用Client/Server體系結構,利用VisualBasic等開發工具,以SQLserver為后臺數據庫,實現了試題形成、試題管理、試卷管理,試題資源庫備份等功能,并針對復雜公式和圖形的插入功能、智能形成試卷策略等關鍵問題提出了解決途徑。

關鍵詞：C/S體系結構；數據庫；試試題資源庫；策略

1引言

在現代教育信息化建設中,隨著計算機技術和網絡技術的滲透,教育領域出現了多媒體教學、網絡教學等諸多與傳統教學方式整合,優勢互補,共同促進學習者提高學習效率的教學模式。但是,無論采用何種模式學習,對學習資源內容的組織、學習效果的評價長久以來是教育研究領域關注的熱點問題。在當代建構主義學習理論、認知理論的指導下,“以學習者為中心”的教學理念強調了學習者在學習過程中不僅要進行知識的有意義建構,而且要在獲取知識的過程中習得一種探索問題、解決問題的能力,因此在客觀評價學習者學習效果時,不僅要學習者掌握的知識在深度和廣度上進行評價,而且要對能力有一個綜合測評。

考試是評測教與學活動的有效手段之一,能夠幫助學習者檢驗學習效果,指導教師改進導學方法。只有加強考試命題的科學性,才能對學習者有一個比較客觀公正的評價。智能化試題資源庫建設是實現上述目標的核心。可以幫助我們根據標準參照性考試的要求準確把握課程標準、合格標準與評價標準,因此,按照教育資源建設規范進行智能化試題資源庫的開發是十分必要的。

2問題的提出

早期的試題資源庫,一般采用FOXBASE作為開發軟件,其特點是能存儲純文本的信息,不能存儲復雜數學符號,只能采用圖形與文字分開處理,輸入管理較困難。在計算機和多媒體技術不斷發展的影響下,現在的出題系統以更高級的面向對象程序語言為開發工具和大型數據庫為后臺,可以支持多媒體數據類型,使用上更為科學、有效,系統功能更為全面、完善。

隨著現代教育迅猛發展,計算機作為輔助工具代替傳統人工手動出題,能更科學、有效地組織考試活動,更科學、準確地評測教與學。因此,很多高校陸續開發了一些基于微機的出題系統,但這些試題資源庫一般都是針對單一課程的小型試題資源庫,有些出題系統中題目本身是不可維護的,即試題資源庫中題目已經不適合學生使用,也不能更新試題資源庫中的題目；有的試題資源庫雖然可以對題目進行簡單的維護,但對題目沒有分類組織,所以維護起來工作量較大；而且大部分的出題系統不支持題干和答案中包含圖片、公式等信息。在實際應用中存在很大的限制。

因此,按照教育資源建設規范,建立一個適合功能完備、題型盡可能齊全的智能化試題資源庫平臺是十分有意義的。這里主要解決的問題是提供較方便的手段來搜集試題；能夠比較靈活地根據試題資源庫和用戶的要求來組織試卷、編輯試卷和打印試卷。本設計選擇客戶機/服務器模式的體系結構,使用VB作為開發工具,SQLserver為后臺數據庫,提出了一個通用智能化試題資源庫平臺的開發方案。

3系統設計的總體方案

3.1C／S結構和在數據庫中的應用

3.1.1C／S結構概述

本試題資源庫平臺作為一個典型的分布式系統,采用了客戶機/服務器(C/S)模式,其結構如圖3.l所示。

圖3.1試題資源庫平臺拓撲結構圖

在服務器端運行的是數據庫服務器,本系統選用SQLServer7,分類存放試題、已經使用過的組好的試卷和系統提供的形成試卷策略；在用戶端(包括系統管理員、教務管理員、出題老師)的使用者可以使用系統平臺完成試題管理(包括試題的錄入、修改和刪除)、試卷管理(包括形成試卷、試卷的生成及打印)、試題資源庫管理及維護等功能。

客戶/服務器(C/S)結構包括連接在一個網絡中的多臺計算機。處理應用程序,請求另一計算機服務的計算機為客戶機(Client)。而處理數據庫的計算機為服務器(Server)。所有用戶都擁有他們自己的計算機來處理應用程序。在數據庫環境下,通過若干中間件(Middleware)的程序設計接口,客戶機可以與服務器通信。這些接口提供應用程序和數據庫之間的連通性。體系結構如圖3.2所示。

圖3.2客戶/服務器體系結構

客戶/服務器系統的體系結構有以下兩個特點：集合智能用戶工作站作為有效平臺使用；平臺和軟件之間的互操作性。

3.1.2C/S結構的數據庫應用

在典型的C/S數據庫應用中,數據的存儲管理功能,是由服務器程序獨立進行的,并且通常把那些不同的(不管是已知還是未知的)前臺應用所不能違反的規則,在服務器程序中集中實現,例如訪問者的權限,編號不準重復這樣的規則。對于工作在前臺程序上的使用者無須過問背后的過程,就可以完成自己的一切工作。在客戶/服務器結構的應用中,麻煩的事情都可以交給網絡和服務器。在C/S體系下,數據庫真正變成公共、專業化的倉庫,受獨立的專門管理。

3.2系統的設計思想

系統的開發分為兩個階段：第一個階段開發一個基于Client/Server模式的通用試題資源庫管理系統軟件,該軟件運行于局域網上,系統提供試題資源庫的框架結構,以及對試題資源庫中數據的維護功能,但該軟件并不包含任何題目。第二階段由出題教師選擇專業、課程名、然后指定該科目試題中選用的題型,出題人可借助試題資源庫管理系統提供的功能向試題資源庫中加載試題,維護試題資源庫,以及生成試卷和進行試卷的整體分析等。該設計方案的優勢在于：首先可使整個系統具有很好的通用性,不管什么科目,都可包容在同一個試題資源庫中,不管什么院校,都可以使用本系統,只需將自己學校的專業目錄,開課計劃等錄入到系統中就可以建立該科目的試題資源庫了；其次,系統軟件是死的,而試題資源庫的題是活的,可以隨時進行維護更新；第三,試卷可按出題老師給定的出題模式由系統中提供的生成算法隨機生成，保證所出試卷具有同等難度,相同題量,使得用不同試卷考試的學生的成績之間具有可比性。

3.3系統的功能結構

本系統服務器端采用SQLServer建立數據庫,并為客戶端提供服務,客戶端采用VB開發界面,根據使用者不同開發不同客戶端程序。主要分以下幾部分：

系統管理員其主要功能是做系統管理,具體有系統初始化,全面管理各類用戶密碼,系統中數據庫的轉儲與故障恢復、運行維護等。

教務管理員其主要功能是確定該系統的應用范圍,各類用戶的注冊,學生考試試卷的生成等。

出題教師該用戶是本系統中最重要的用戶,該用戶負責課程的建立,試題類型設計,并借助本系統為其提供的試題錄入、查詢、修改、刪除等功能將大量試題存入數據庫并完成校對工作。功能模型如圖3.3。

圖3.3系統功能模型圖

3.4數據庫的設計

數據庫中存放試題信息的數據表和試卷信息的數據表是基本數據表。試題表是系統中最重要的一個表,其屬性構成有：所屬專業,課程代碼,試題編號,試題類型,知識單元,難度,認知分類,試題要求,試題正文,參考答案,評分標準,建議所用時間,建議分數,使用次數,最后使用時間,負責人,出題時間。數據庫中試題表結構如表3.4.1-1所示：

表3.4.1-l試題結構表

表名T-TEST說明課程信息

主鍵外鍵C-ID

字段名稱字段代碼字段類型Null說明、格式

題號T-IDINT(12)No

試題類型TYPECHAR(1)No

課程號C-IDCHAR(4)No

知識單元KNOWLEDGECHAR(11)Yes章號(2)+節號(2

)+知識點代碼(4)+題號(3)

難度DIFFICULTYINT(2)Yes

認知分類COGNIZEINT(1)Yes

考試要求REQUESTCHAR(100)Yes

試題正文TEXT

參考答案ANSWERCHAR(6)Yes

評分標準GRADETEXTYes

建議所用時間USE-TIMEINT(2)Yes

建議分數MARKINT(2)Yes

使用次數TIMEINT(2)Yes

最后使用時間LAST-TIMERATEYes

負責人PRINCIPALCHAR(10)Yes

出題時間DRAW-HOURRATEYes

若從對存儲空間的有效利用來考慮,按試題類型進行試題表的分類是可行的,對不同的試題類型定義不同的數據表,對于不同課程用表中的一個字段加以區別。但是這樣設計數據庫的缺點是不能進行統一的處理。本系統采用單一的數據表結構,所有的試題均放在一個表中，課程和題型的不同,只用某一字段來區別開來,這樣試題的表結構相同,處理起來十分方便,在進行數據庫維護或生成試卷時只對單一的試題數據表進行操作,在系統的具體功能實現上比較容易做到。只是由于并不是每一種類型的試題都包含所有的字段，所以系統在分配存儲空間時存在對空字段的無用操作。首先,該系統用一個課程表來存儲開設的專業,課程及教學安排,如表3.4.1-2所示。通過試題表C-ID字段將兩個表關聯起來。

表3.4.1-2課程表

表名T-COURSE說明課程信息

主鍵C-ID外鍵

字段名稱字段代碼字段類型Null說明、格式

課程號C-IDCHAR(4)No

課程名NAMECHAB(40)No

所屬專業SPECIALITYCHAR(60)Yes

計劃學時PERIODINT(2Yes

4系統的開發環境

4.1ActiveX數據對象—ADO

ADO,即ActiveDataObjects,是一種提供訪問各種數據類型的連接機制。通過ODBC的方法同數據庫接口相連。用戶可以使用任何一種ODBC數據源,即不僅適合于SQLServer，Oracle,Access等數據庫應用程序,也適合與Excel表格,文本文件,圖形文件和無格式的數據文件。ADO是基于OLE-DB之上的技術,因此ADO通過其內部的屬性和方法提供統一的數據訪問接口方法。Microsoft在VisualBasic6.0以后的版本都集成的ADO。它與以前的VisualBasic的DAO(DataAccessObject)即數據訪問對象,RDO(RemoteDataObjects)即遠程數據對象相比有了很大的提高。ADO集中了DAO和RDO的優點,可以通過簡單的變化實現各種數據結構進行連接。

4.2VB可視化編程工具

本系統采用VB可視化編程工具,數據庫也可以選用SQLServer,MicrosoftAccess等。VisualBasic開發的出來的系統界面美觀,編程也比較簡單,SQLServer提供很好的數據庫服務,所以本出題系統,選擇VisualBasic為開發工具,SQLServer為后臺數據庫。

MicrosoftVisualBasic是由美國微軟公司開發的可視化編程工具軟件。Visual是指開發圖形用戶戶界面(GUI)的方法。不需編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置,而只要把預先建立的對象Add到屏幕上的一點即可。

MicrosoftExcel的ApplicationsEdition、MicrosoftAccess和Windows的許多其它應用程序都使用這一語言。VisualBasicscriptingEdition(VBscript)是最廣泛的腳本語言,它是VisualBasic語言的子集。

4.3MicrosoftSQLServer關系型數據庫

SQLServer的網絡結構提供了許多傳統主機數據庫所沒有的先進功能。數據訪問并不局限于某些已有的主機數據庫應用程序。相反,SQLServer的一個主要優點是其與流行的開發工具和桌面屬應用程序(如Microsoftword)的緊密集成。例如可以從由VisualBasic、VisualC++等許多客戶應用程序中訪問SQLServer數據庫。SQLServer與流行開發工具使用的幾種數據訪問接口兼容?？梢酝ㄟ^MicrosoftJETEngine和DataAccessActiveXDataObjects(ADO)、ODBC、SQLserver內置DBLibrary以及第三方開發工具來訪問SQLServer數據庫。對于無縫桌面數據庫訪問,SQLServer使用OLEDB提供者和ODBC驅動程序,這些驅動程序允許從任何與ODBC或者OLEDB兼容的桌面應用程序中訪問SQLServer數據庫。OLEDB和ODBC可以從數百個簡化設計的桌面應用程序中為特定的查詢、數據分析、自定義報表打開SQLServer數據庫。桌面集成減少了自定義編程工作。在主機環境中，一般對每個新的報表或新的查詢都需要這種編程工作；相反,用戶可以使用他們已經熟悉的桌面工具訪問數據庫信息。

SQLServer數據庫體系結構的核心是服務器,即數據庫引擎。SQLServer數據庫引擎負責處理到達的數據庫請求，并把相應的結果反饋給客戶端系統。SQLServer充分利用了可設置優先權的多任務、虛擬內存和異步I/O功能,這些都是WindowsNT/2000操作系統的一部分。SQLServer數據庫引擎可在多線程內核上創建,在處理多個事務時可以獲得較高的性能。從伸縮性上來說,SQLServer使用并行體系結構,允許自動將工作負荷分布在多CPU上。

5系統的具體實現

本系統的基本功能包括權限管理、試題管理、形成試卷、試卷管理、試題資源庫備份五大功能模塊,本文主要介紹試題管理模塊的設計與實現,并簡要介紹其他模塊的功能。

5.1試題管理模塊的實現

試題管理模塊主要實現如下功能：新建專業/課程庫、刪除專業/課程庫、打開已有課程庫、試題錄入、試題查找/修改/刪除。用VB開發系統,通過在VB開發界面的屬性欄為各控件設置相應的屬性,同時在代碼編寫欄中為控件編寫相應的Click事件代碼,通過添加控件,編寫代碼,完成對系統的開發。

新建專業/課程庫的創建

選擇“新建專業/課程庫”菜單,運用sstab,labe,textbox，combobox,commandbuttonVB控件在SQLserver數據庫中建立相應的專業表、課程表。給相應的控件編寫click事件代碼,則可實現由出題教師向試題資源庫輸入教學中所要求的專業、課程和計劃學時。

刪除專業/課程庫的創建

該功能所用的控件與新建專業/課程庫中的控件相同,通過編寫相應的click事件代碼,系統將從數據庫中刪除專業表、課程表中的相應數據,同時還會將試題表中試題信息中含有該專業，課程字段信息的所有試題刪除。

打開已有課程庫的創建

通過使用VB控件：MSHFlexGrid,CommandButton,給MSHFlexGrid控件編寫相應的DbIClick事件代碼,實現打開界面中具體各門專業或課程功能。

操作人員利用此功能可以了解該專業或課程下的所有試題的信息,但操作人員不能在textbox文本框里寫和修改試題。

試題錄入的創建

該功能是試題管理模塊中最重要敢功能,出題教師通過該功能向試題資源庫中輸入大量的試題供以后的教學和考試使用。所示界面所有的textbox文本框是空白的,出題教師將向這些文本框里輸入對應的試題信息。所用的VB控件有：textbo,frame,label,combo,richtextbox主要用來處理公式、圖片等,錄入人員收所有試題的信息輸完后,通過相應的click事件代碼,系統將把該試題存在數據庫中的試題資源庫里。

試題查找/修改/刪除的創建

系統為使用者提供了宏觀查詢和具體查詢功能。在宏觀查詢中,使用者可以根據專業或具體課程查找到該專業及下設課程或該課程的所有試題,點擊每道試題的大概信息欄,將會有試題的詳細信息。使用者還可以通過專業、課程、題型、難度、章節這些條件具體查詢,在試題資源庫中找出付合要求的試題。

在彈出試題具體信息界面時,textbox的Enabled屬性等于false,此時文本框是可看不可寫的,點擊“修改”按扭,textbox的Enabled屬性會變成true,同時commandbutton控件的captain屬性變為“保存”,這時使用者可以在文本框里修改試題的信息,系統將在數據庫中把修改后的試題信息覆蓋原來的試題信息。

在刪除試題這項功能中，涉及到題號的處理問題。系統采用Mid(stringvar,start［,length］)函數找到題號中相應的位數,給它們減1,則可實現刪除一道題,則所有試題的題號自動減1。

5.2形成試卷模塊

該模塊是本系統的核心模塊,它可以使用原來已存在的試卷,也可以提供手動形成試卷和自動形成試卷功能。手動形成試卷利用試題的查找功能,一邊瀏覽試題資源庫中的試題,一邊選擇符合要求的試題形成試卷,將它存入試卷庫中,在試卷生成功能中通過編輯生成試卷。自動形成試卷的主要功能是：(1)要求使用者手動輸入形成試卷要求,并將其存入數據庫中。(2)根據使用者的形成試卷要求生成試卷設計方案數據庫文件。(3)根據試卷設計方案到試題資源庫中選擇試題,作上標記。(4)選擇完畢將選中的試題存入試卷庫中。形成試卷方案將存入數據庫中的形成試卷策略庫中，下次形成試卷可直接使用該方案。

5.3試卷管理模塊

試卷管理模塊有編輯試卷、存入試卷庫、試卷生成、試卷分析功能。

無論采用哪種方法形成試卷,都可能對試卷進行一定程度的編輯和修改,這時系統提供編輯試卷的方法和位置,設計一個編輯界面,供使用者編輯試卷使用,編輯完成后,會將試卷存入試卷庫。

試卷分析功能是對每套試卷進行統計和分析工作,這些工作包括：統計各科目的題數和分數；統計各類型的數量和分數；統計形成試卷結束后剩余的試題數；統計各難度系數試題的數量和分數分布；將上述統計結果存儲到試卷分析庫文件中,供下次出題時參考。

6關鍵問題的解決

在試題資源庫建設中,特別是理科課程的試題會遇到大量的公式圖形等,這些數據量比較大,因此存在一個在數據庫中和里存儲的問題,本設計采用以下解決方式。

在VB中,RichTextBox控件可在一個控件中顯示圖形和文字,且支持滾動條,用該控件可解決上述問題。數據庫為test.mdb,它有一個表“試題”，在這個表中有一個字段“題目”，用來保存試題文字和圖形,該字段是Memo型的。

先將試題文字和圖形編輯后保存為RTF格式。使用Windows9x/NT的寫字板或其他字處理軟件Word、WPS2000都可生成RTF格式文件。然后將保存的RTF文件加入到數據庫中。建立一個窗體,在其中加上一個按鈕和一個RichTextBox控件,通過輸入下面的代碼,點擊按鈕可以將est.rtf文件加入到數據庫中。這里的核心語句是AppendChunk,用來向Memo型字段加入數據。

PrivateSubCommand1_Ciick()

DimdbTestAsDatabase

DimrdTestAsRecordset

SetdbTest=OpenDatabase(“g:＼test.mdb”)

SetrdTest=dbtest.OpenRecordset(“試題”)

RdTest.AddNew

RichTextBoxl.LoadFile“g：＼test.rtf”

RdTest(“題目”).AppendChunkRichTextBox1.TextRTF

RdTest.Update

EndSub

準備好了試題資源庫,可以利用VB的數據綁定顯示試題。建立圖6.l所示的窗體,并在其上放置一個RichTextBox控件、一個Data控件和相關關控件。

在試題資源庫建設中還有一個關鍵問題就是要形成大量沒有重復的等效試卷。因此,需要根據考綱的題分、難度系數、試題覆蓋面、題型比例等約束條件形成高質量、具有可信度的試卷。形成試卷系統首先要調用相應的形成試卷策略,設計出符合用戶要求和一定約束條件的試卷模式,然后再按試卷模式選取試題組成試卷。本系統采用以下解決方法。

圖6.1利用Richtextbox控件顯示試題

首先把題型與考察要求間的關聯關系看作一種重要的專家知識。將這種專家知識用各種題型的選擇概率表示,反映知識、理解、應用、分析和綜合的知識點。我們采用題型初始化策略和題型優化策略,結合形成試卷系統中專家知識的特點用產生式規則表示如下：

if(考查要求)

then〈題型=題型1(cf1)or題型=題型2(cf2)…or題型=題型n(cfn)〉。

式中cfi是各個結論的發生概率。系統采用這一知識表示既可以體現各種題型相對于不同考查要求的適應度,同時也保證了知識的不確定性,可以模擬人類在運用經驗知識時的直覺與靈感,使系統在運用專家知識時既遵循原則又具有較強的靈活性。

在形成試卷過程中,需要對試題的題型進行優化,指導題型優化的形成試卷策略同樣要基于專家知識。題型優化策略包括試題刪除規則和試題添加規則。

〈題型A刪除規則〉::=〈題型為A的試題An選擇概率最小and題型A超額〉O〈刪除試題對象An〉；

〈題型A再分配規則〉::=〈題型為A的試題的數量不足and考查要求與題型A選擇概率相對較高的知識點分值仍有剩余〉O〈生成新的試題對象An〉；

形成試卷過程中另外一種重要的專家知識是難度系數與考查要求間的不確定知識。這一知識體現為不同考查要求的試題的難度系數均值和方差。難度系數均值越小說明要求越高試題越難,難度方差越大說明對難度系數的要求比較寬松。由此得出難度初始化策略。

if〈考查要求=A〉

then〈難度均值=M(A)，難度方差=S(A)〉.

在完成難度系數的初始化以后,需要對所有試題的難度系數進行優化,使整套試題的難度系數滿足用戶的要求。

難度調節過程中可以利用如下的策略：

〈難度系數調節策略1〉：：=〈難度系數誤差較大〉o〈調節分值較大的試題的難度系數〉；

〈難度系數調節策略2〉：：=〈難度系數誤差較小〉o〈調節分值較小的試題的難度系數〉。

形成試卷策略庫中涉及到了不同表示形式的專家知識，有的專家知識以知識表的形式存在，有的專家知識以產生式規則的形式存在，并且不同的專家知識間存在著相互的關系。形成試卷策略庫中各形成試卷策略間的關系以圖6.2表示如下：

圖6.2形成試卷策略層次圖

通過對形成試卷過程的分析，得出了形成試卷過程中兩類重要的專家知識和基于專家知識的一系列形成試卷規則和形成試卷策略。在此基礎上，給出了基于專家知識的智能形成試卷系統策略庫設計。在這樣的策略庫指導下基于專家知識的形成試卷系統能夠實現快速的自動形成試卷，試卷質量明顯改善。

7結論

試題資源庫系統的設計，在不同的需求環境中可能有不同的設計，本系統的設計偏重于系統軟件的通用性，便于將各門課程的試題資源庫統一管理起來。實現了基于Client/Server模式的試題管理、形成試卷、試卷管理等功能。可以支持各門課程的試題資源庫的更新與管理；支持不同權限的人員對試題資源庫的不同管理；支持各種復雜的公式與圖形。在此基礎上還應做以下進一步的研究：

1.與網絡遠程教學平臺集成。目前，國內基于網絡的遠程教學正處于迅速崛起的發展階段,迫切需要一個能夠很好地支持教師教學、學生學習的專用遠程教學平臺,在遠程教學支持平臺上,作業、考試、自我練習與測試是非常重要的一環,如系統能支持網上測試等功能,同時開放給學生進入,則可為遠程教學提供強有力的支持。

2.加強統計與分析功能,提供更加豐富的教學測量指標分析。本系統提供了一些基本的統計和分析功能。這些指標還遠遠不能描述考試過程的全貌,還需要進一步地引入新的測量指標,并詳細闡述它在教育中所代表的含義。

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