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摘要：介绍了一个基于校园网的试题库与智能组卷系统的设计理论和实现技术。基于.NET技术实现了系统体系结构设计和数据库设计，并提出了基于多目标函数的自适应组卷，以知识点、题型、区分度、难度、教学要求层次、能力要求为主要控制参数，它具有编码简单、自适应全局寻优和智能搜索技术等特点，提高了组卷效率和试卷的质量，具有很好的实用性。
关键词：体系结构；数据库；智能组卷
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)23-1008-02
Autogenerating Test Paper Based on .Net
LI Chao-hai
(Storage Transportation & Sales Sub-company Information Center of Daqing Oilfield Company Company,Daqing 163453,China)
Abstract: This paper introduces the design theory and implementation test question database and intelligent test paper composition teaching system based on the network of campus。It designs the system's architecture and database using the Net technique. This paper presented a algorithm, it is take the knowledge spot, the topic, the discrimination, the difficulty, the teaching request level, tenability request as the primary control parameter, it has the code tube simple, the auto-adapted overall situation seeks superior and characteristic and so on intelligent search technology, enhanced the group volume efficiency and the examination paper quality, has thievery good usability.
Key words:system architecture; database; intelligent test paper composition
试题库智能组卷问题是一个在一定的约束条件下的多目标参数优化问题，采用传统的数学方法求解相当困难，自动组卷的效率和质量完全取决于试题库设计以及抽题算法的设计。随着计算技术和人工智能的快速发展，以及教育测量理论研究的不断深入，基于教育测量理论的有关计算机辅助设计得到了广泛的应用，其中智能组卷系统的研究与开发得到了越来越多的专家学者的关注[1-3]。
1 系统的体系结构与实现工具
1.1系统的整体架构
由于高校教学管理模式的不断改进，系统只有具备了可伸缩性、灵活性、可靠性、跨平台性，才能适应高校教学发展的需要。系统采用基于B/S模式的Microsoft .Net Framework的三层应用解决方案，系统从总体上可以划分为数据层、数据访问层和业务逻辑层。数据层是系统的最底层，它存储系统的所有数据。数据访问层建立在数据库之上，应用程序通过该层访问数据。业务逻辑层包括创建题库、注册用户等业务逻辑，它一般由页面实现。
1.2 开发平台和开发工具
系统采用Microsoft. Net Framework作为应用体系结构，Microsoft .Net Framework是Microsoft为简化在第三代因特网的分布式环境下的应用程序开发而构建的新一代基于XML Web Service的计算和通信平台。Microsoft Visual Studio .NET则是全面支持NET开发工具，Studio .NET和.NET开发框架紧密结合，是目前使用最广泛的构建下一代互联网应用的优秀工具。系统采用MS SQL Server2000作为后台数据库。
2 系统数据库的结构
本系统的数据库分为三大部分，一部分是公共数据库，主要记录用户信息，权限信息等，另一部分是试题数据库。要得到一份良好的试卷，优良的选题策略和成卷算法固然重要，但前提必须要有质量高的试题，其次由于是由计算机自动到试题库中选题组卷，所以试题库还必须要有合理的结构。最后一部分是知识库的获得，知识库是从专家处并结合自己的设计思想获得的，如课程知识、成卷模式、成卷策略、排版原则和教学测评等，它以数据库的形式存储。以下就系统的试题库、模板库两个子库进行简要说明。
2.1 系统的试题库
试题库是整个系统的最主要和关键的部分。试题库包含有一定数量和质量、分布合理的试题。教师和管理员可以实现对题库试题的添加、修改和删除的功能。系统的各类用户都能实现试题的查询功能，可对试题的具体内容进行查询，也可对题库中试题的整体分布情况进行查询。可按章节范围了解试题分布情况，也可按题型、题分、难度等了解试题分布情况。另外，本题库能够处理图形、图片、公式等不能用文字描述的特殊信息。该试题库的试题类型包括了计算题、选择题、判断题、填空题等题型，而每道题除了题目正文内容外还包含有其它基本信息，如“答案”、“章节”、“难度等级”、“相关知识点”、“题型”以及组卷时需要的一些信息等。
2.2 试题库的结构
该试题库包含3个子库：考试题库、例题库和自测题库。所有的试题组成考试题库。为了培养学生独立思考问题的能力，我们设计了例题库。学生进人例题页面后，按章节和知识点显示所有的例题 ，每道例题后附有一个经典解法按钮，点击该按钮后会显示该题的所有常见解法。另外，为了方便学生及时自我检测学习效果，我们设计了自测题库。由于经过标准化后的题库中的所有试题的答案都具有唯一性，计算机就能够给出准确的判断，自动评判自测的成绩。学生做完自测试卷后，就可以答题了。做完提交后，系统自动批改，然后将题目的正确答案显示出来，并打分，给出自测成绩。
2.3 系统的模板库
模板库是智能组卷时要用到的一个数据库，用于存放智能组卷时对每份试卷的要求，如:包括有哪些题型、需要的题数是多少、有哪些相关知识点、所需的难度等级和考试时间分别是多少等等。在本系统中设计了两个子库:考试试卷模板库和学生自测试卷模板库。每个子库都包含若干个模板，每个模板作为一个模板数据表存放在相应的子模板库中，而对试卷的组卷要求则作为表的字段存放在表中，每个表的内容均可通过智能组卷系统窗体进行添加、修改和删除。
3 系统的组卷策略及算法
目前，国外比较流行的智能组卷系统大多是基于现代测量理论中的IRT的，组卷的发展趋势也将是以IRT作为理论基础，但基于传统测量理论的一些组卷算法还是有它的实用性的，在一些实际的组卷应用中也有它的优点。下面就是我们对基于多目标函数学数模型的组卷策略。
在试题库中随机抽取m道试题做为初始种群是很容易做到的，我们用X1, X2 …，Xm表示这m道题，则求满足约束条件的状态矩阵A就转化为在该X1, X2 …，Xm选出N道满足约束条件试题的问题。采用常用的二进制编码方式对染色体进行编码，得到染色体位串：F1，F2…Fm，满足约束条件的试题数为N，则染色体位串应满足: 。由于完全采用随机方法产生的种群降低了遗传算法的收敛速度，我们是根据教师的要求，按章节比例、题型比例随机抽取m道试题的方法产生出初始种群，然后根据上述染色体编码方式初始化种群生成串群体，在串群体中保留试题题号以便解码，在此种群的大小由实验结合经验给出，同时，我们规定串长为定长。
在实践中，以试题科目《数据结构》为例，将800道试题按要求存于试题库中，并给出要生成的试卷要求。算法中的参数分别为m=500，运行结果见表1。由于算法实行了全局并行搜索，搜索空间大，并且在搜索过程中不断向可能包含最优解的方向调整搜索空间，从而易于找到最优解。从实验结果可以看出，GA能有效地解决试题库智能组卷问题，与其它方法相比，它能较早地找到满足条件的群体。同时也为解决类似于该问题的多重约束目标的问题提供一种新的有效的途径。
另外，在实际组卷过程中，试题库的设计通常也会影响组卷的效率。在题库的建设中，试题属性设置和组卷策略是很重要的。在组卷算法中，我们总是要依据试题属性来选择合适的题目组成试卷。在实际组卷操作过程中，这些作为选择依据的属性若太多，将会影响组卷的效率。具体顺序为将章节、题型、题分作为前三个属性，这是因为在题库中试题的分布中基本上是要考核的知识点和题型都有相关的试题，而题型跟分数是密切相关的。
4 结论
系统完成后，经过不断的测试、修改和完善，目前已录人“信号与系统”课程试题，在我校进行试用，初步达到了预期效果。本系统对试题的筛选以目录树的形式体现，并且区分细化到章、节、知识点，操作者只需利用鼠标点击操作即可，大大提高了组卷选题速度，充分体现了本系统的人性化。提出了基于多目标函数的自适应组卷，以知识点、题型、区分度、难度、教学要求层次、能力要求为主要控制参数，它具有编码简单、自适应全局寻优和智能搜索技术等特点，提高了组卷效率和试卷的质量，具有很好的实用性。目前，本系统只提供了一些基本的统计与分析功能，如平均分、方差、等级量表等，这些指标还不能揭示教学过程的全貌，还需要进一步地引人新的测量指标，如知识点的掌握度、频数分布图等等。
参考文献：
[1] 王书海,钟谦,张宏壮.网络考试中题库设计与组卷技术研究与实现[J].石家庄铁道学院学报,2002,15(3):65-68.
[2] 何海涛,李重真.通用试题库管理系统的设计与实现[J].燕山大学学报,2003,27(3):241-243.
[3] 陆蓓,王小华.基于动态多目标评价函数的试卷自动生成策略[J].杭州电子工业学院学报,2002,22(1):11-16.
关键词：体系结构；数据库；智能组卷
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)23-1008-02
Autogenerating Test Paper Based on .Net
LI Chao-hai
(Storage Transportation & Sales Sub-company Information Center of Daqing Oilfield Company Company,Daqing 163453,China)
Abstract: This paper introduces the design theory and implementation test question database and intelligent test paper composition teaching system based on the network of campus。It designs the system's architecture and database using the Net technique. This paper presented a algorithm, it is take the knowledge spot, the topic, the discrimination, the difficulty, the teaching request level, tenability request as the primary control parameter, it has the code tube simple, the auto-adapted overall situation seeks superior and characteristic and so on intelligent search technology, enhanced the group volume efficiency and the examination paper quality, has thievery good usability.
Key words:system architecture; database; intelligent test paper composition
试题库智能组卷问题是一个在一定的约束条件下的多目标参数优化问题，采用传统的数学方法求解相当困难，自动组卷的效率和质量完全取决于试题库设计以及抽题算法的设计。随着计算技术和人工智能的快速发展，以及教育测量理论研究的不断深入，基于教育测量理论的有关计算机辅助设计得到了广泛的应用，其中智能组卷系统的研究与开发得到了越来越多的专家学者的关注[1-3]。
1 系统的体系结构与实现工具
1.1系统的整体架构
由于高校教学管理模式的不断改进，系统只有具备了可伸缩性、灵活性、可靠性、跨平台性，才能适应高校教学发展的需要。系统采用基于B/S模式的Microsoft .Net Framework的三层应用解决方案，系统从总体上可以划分为数据层、数据访问层和业务逻辑层。数据层是系统的最底层，它存储系统的所有数据。数据访问层建立在数据库之上，应用程序通过该层访问数据。业务逻辑层包括创建题库、注册用户等业务逻辑，它一般由页面实现。
1.2 开发平台和开发工具
系统采用Microsoft. Net Framework作为应用体系结构，Microsoft .Net Framework是Microsoft为简化在第三代因特网的分布式环境下的应用程序开发而构建的新一代基于XML Web Service的计算和通信平台。Microsoft Visual Studio .NET则是全面支持NET开发工具，Studio .NET和.NET开发框架紧密结合，是目前使用最广泛的构建下一代互联网应用的优秀工具。系统采用MS SQL Server2000作为后台数据库。
2 系统数据库的结构
本系统的数据库分为三大部分，一部分是公共数据库，主要记录用户信息，权限信息等，另一部分是试题数据库。要得到一份良好的试卷，优良的选题策略和成卷算法固然重要，但前提必须要有质量高的试题，其次由于是由计算机自动到试题库中选题组卷，所以试题库还必须要有合理的结构。最后一部分是知识库的获得，知识库是从专家处并结合自己的设计思想获得的，如课程知识、成卷模式、成卷策略、排版原则和教学测评等，它以数据库的形式存储。以下就系统的试题库、模板库两个子库进行简要说明。
2.1 系统的试题库
试题库是整个系统的最主要和关键的部分。试题库包含有一定数量和质量、分布合理的试题。教师和管理员可以实现对题库试题的添加、修改和删除的功能。系统的各类用户都能实现试题的查询功能，可对试题的具体内容进行查询，也可对题库中试题的整体分布情况进行查询。可按章节范围了解试题分布情况，也可按题型、题分、难度等了解试题分布情况。另外，本题库能够处理图形、图片、公式等不能用文字描述的特殊信息。该试题库的试题类型包括了计算题、选择题、判断题、填空题等题型，而每道题除了题目正文内容外还包含有其它基本信息，如“答案”、“章节”、“难度等级”、“相关知识点”、“题型”以及组卷时需要的一些信息等。
2.2 试题库的结构
该试题库包含3个子库：考试题库、例题库和自测题库。所有的试题组成考试题库。为了培养学生独立思考问题的能力，我们设计了例题库。学生进人例题页面后，按章节和知识点显示所有的例题 ，每道例题后附有一个经典解法按钮，点击该按钮后会显示该题的所有常见解法。另外，为了方便学生及时自我检测学习效果，我们设计了自测题库。由于经过标准化后的题库中的所有试题的答案都具有唯一性，计算机就能够给出准确的判断，自动评判自测的成绩。学生做完自测试卷后，就可以答题了。做完提交后，系统自动批改，然后将题目的正确答案显示出来，并打分，给出自测成绩。
2.3 系统的模板库
模板库是智能组卷时要用到的一个数据库，用于存放智能组卷时对每份试卷的要求，如:包括有哪些题型、需要的题数是多少、有哪些相关知识点、所需的难度等级和考试时间分别是多少等等。在本系统中设计了两个子库:考试试卷模板库和学生自测试卷模板库。每个子库都包含若干个模板，每个模板作为一个模板数据表存放在相应的子模板库中，而对试卷的组卷要求则作为表的字段存放在表中，每个表的内容均可通过智能组卷系统窗体进行添加、修改和删除。
3 系统的组卷策略及算法
目前，国外比较流行的智能组卷系统大多是基于现代测量理论中的IRT的，组卷的发展趋势也将是以IRT作为理论基础，但基于传统测量理论的一些组卷算法还是有它的实用性的，在一些实际的组卷应用中也有它的优点。下面就是我们对基于多目标函数学数模型的组卷策略。
在试题库中随机抽取m道试题做为初始种群是很容易做到的，我们用X1, X2 …，Xm表示这m道题，则求满足约束条件的状态矩阵A就转化为在该X1, X2 …，Xm选出N道满足约束条件试题的问题。采用常用的二进制编码方式对染色体进行编码，得到染色体位串：F1，F2…Fm，满足约束条件的试题数为N，则染色体位串应满足: 。由于完全采用随机方法产生的种群降低了遗传算法的收敛速度，我们是根据教师的要求，按章节比例、题型比例随机抽取m道试题的方法产生出初始种群，然后根据上述染色体编码方式初始化种群生成串群体，在串群体中保留试题题号以便解码，在此种群的大小由实验结合经验给出，同时，我们规定串长为定长。
在实践中，以试题科目《数据结构》为例，将800道试题按要求存于试题库中，并给出要生成的试卷要求。算法中的参数分别为m=500，运行结果见表1。由于算法实行了全局并行搜索，搜索空间大，并且在搜索过程中不断向可能包含最优解的方向调整搜索空间，从而易于找到最优解。从实验结果可以看出，GA能有效地解决试题库智能组卷问题，与其它方法相比，它能较早地找到满足条件的群体。同时也为解决类似于该问题的多重约束目标的问题提供一种新的有效的途径。
另外，在实际组卷过程中，试题库的设计通常也会影响组卷的效率。在题库的建设中，试题属性设置和组卷策略是很重要的。在组卷算法中，我们总是要依据试题属性来选择合适的题目组成试卷。在实际组卷操作过程中，这些作为选择依据的属性若太多，将会影响组卷的效率。具体顺序为将章节、题型、题分作为前三个属性，这是因为在题库中试题的分布中基本上是要考核的知识点和题型都有相关的试题，而题型跟分数是密切相关的。
4 结论
系统完成后，经过不断的测试、修改和完善，目前已录人“信号与系统”课程试题，在我校进行试用，初步达到了预期效果。本系统对试题的筛选以目录树的形式体现，并且区分细化到章、节、知识点，操作者只需利用鼠标点击操作即可，大大提高了组卷选题速度，充分体现了本系统的人性化。提出了基于多目标函数的自适应组卷，以知识点、题型、区分度、难度、教学要求层次、能力要求为主要控制参数，它具有编码简单、自适应全局寻优和智能搜索技术等特点，提高了组卷效率和试卷的质量，具有很好的实用性。目前，本系统只提供了一些基本的统计与分析功能，如平均分、方差、等级量表等，这些指标还不能揭示教学过程的全貌，还需要进一步地引人新的测量指标，如知识点的掌握度、频数分布图等等。
参考文献：
[1] 王书海,钟谦,张宏壮.网络考试中题库设计与组卷技术研究与实现[J].石家庄铁道学院学报,2002,15(3):65-68.
[2] 何海涛,李重真.通用试题库管理系统的设计与实现[J].燕山大学学报,2003,27(3):241-243.
[3] 陆蓓,王小华.基于动态多目标评价函数的试卷自动生成策略[J].杭州电子工业学院学报,2002,22(1):11-16.