陳加糧　黃賢順

【摘 要】本文研究的主要內(nèi)容是試卷自動生成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。通過對試題的一組特征值進行研究，再根據(jù)用戶提供的題型、題量、難易程度等多種條件，然后借助系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)文件，最后采用自動生成試卷的算法動態(tài)地生成滿足各項約束條件的試卷。本文還提出了生成試卷后如何用Word格式輸出和如何具體實現(xiàn)等相關(guān)技術(shù)。解決了教師傳統(tǒng)手動出卷的復雜性和試題內(nèi)容、分值分布等概率問題。

【關(guān)鍵詞】試題庫；試卷生成；算法；Word格式

【Abstract】The main content of this thesis is the design and implementation of the test paper by automatic generation system. Through a set of test question characteristic values were studied， then based on the types， quantity， difficulty degree of topic， and with the help of related data files in the system， finally adopt the algorithm of automatic generating test paper dynamically generate test paper which satisfy the constraint conditions . This thesis also proposes how to use Word format output and how to implement the related technologies， so many problems of the complexity， contents and distribution in manual rollout are solved.

【Key words】Item bank； Test paper generation； Algorithm； Word format

傳統(tǒng)的教學模式中，試卷的組織管理方式不僅難以控制試卷的難易程度和題量大小，而且工作任務相當繁重。出卷老師很難把握試卷在各章節(jié)中分布情況以及和歷年試卷試題的重復率等問題，因而給試卷命題和管理帶來很多相關(guān)問題[1]。鑒于以上各類問題，如何利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫維護三者相結(jié)合，研發(fā)出種能智能、自動生成試卷系統(tǒng)就應運而生。通過試卷自動生成系統(tǒng)的研究與開發(fā)，能讓出卷工作和試卷管理變得高效而便捷[2]。

20 世紀 80 年代我國有部分大學開始向外國學習借鑒相關(guān)技術(shù)，陸續(xù)研制開發(fā)了一批計算機相關(guān)考試系統(tǒng)，比較著名的有浙江大學的 C 語言考試系統(tǒng)和ACM（計算機程序設(shè)計大賽）考試系統(tǒng)、21 世紀教育網(wǎng)上考試系統(tǒng)等[3]。前期的這些試題庫和考試系統(tǒng)大多是在等級考試和認證考試中的應用，如計算機等級考試的上機考試系統(tǒng)、ADOBE 認證考試等，很少應用到教學考試中。因此，開發(fā)應用于高校課程教學考試的自動試卷生成系統(tǒng)，可以通過計算機完善試卷試題庫的建立、修改及按要求隨機抽取試題自動生成試卷的功能，是一項很有意義的工作。

1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

研發(fā)一個面向教師的試卷自動生成系統(tǒng)，它的開發(fā)工作包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計及系統(tǒng)管理等兩部分程序設(shè)計。前臺系統(tǒng)操作員為教師，因此開發(fā)的系統(tǒng)要求界面美觀實用、出卷流程清晰、操作簡單方便、系統(tǒng)可靠、通用性強等特點。介于以上各種情況，經(jīng)過分析比較，本系統(tǒng)決定選擇以下方案構(gòu)建系統(tǒng)：采用B/S模式進行設(shè)計，用面向?qū)ο驤AVA作為開發(fā)語言，同時使用.NET技術(shù)進行頁面的設(shè)計與開發(fā)，選用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫作為后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計和管理[4]。

2 系統(tǒng)詳細設(shè)計

2.1 系統(tǒng)需求分析

通過長時間調(diào)查分析，得知要求系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：

1）教師可以批量錄入試題并共享自己的試題；

2）教師可以有條件選擇進行試卷自動生成；

3）學生支持在線答題，并可以對標準答案；

4）系統(tǒng)進行客觀題評分，教師負責批改主觀題。

在整個教學過程中，自動組卷、題庫管理是十分重要的組成部分，對任課老師來說也至關(guān)重要。其中包括錄入試題、修改試題、查詢試題、刪除試題、確定試題相關(guān)參數(shù)等。通過試卷自生成系統(tǒng)的開發(fā)，可以將試題按“學科”、“章節(jié)”、“題型”、“難易程度”等參數(shù)進行歸類。可以快速生成一套Word文檔試卷，并能生成配套的Word文檔的參考答案[5]。同時還可以根據(jù)輸入的查詢條件對試題進行查詢，編輯和保存。

2.2 試卷生成模塊設(shè)計

試卷生成一般分為兩種方式：手動生成和自動生成兩種。

手動生成試卷是指老師自己根據(jù)需求在試題庫中選擇試題，當用戶選擇的試題重復時（比如：某一知識點在填空題中出現(xiàn)后，又在選擇題或判斷題中出現(xiàn)），系統(tǒng)必須能自動檢測出沖突，用戶必須重新選擇相關(guān)試題。并能根據(jù)選擇的試題進行統(tǒng)計各類題型的數(shù)目及分值，并能總計題量及總分。

自動生成試卷是整個系統(tǒng)的核心部分。本系統(tǒng)采用交互方式進行組卷，即系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入各種約束條件，自動生成一份滿足條件的試卷。因而試題庫必須在前期就按用戶需求設(shè)計好。通常情況下我們按照“知識點”和“”章節(jié)”來構(gòu)建整個試題庫，構(gòu)建試題庫的基本原則是：首先把教學內(nèi)容細致分解為若干個小知識點，然后將知識點按層次進行分類，再根據(jù)題量、題型、難易度等有機結(jié)合起來，通過程序控制計算機自動生成每份試卷、在知識點的難易程度和分值分布上都具有較強的科學性。因此，參數(shù)的設(shè)置必須按各類題型的共性進行設(shè)置，這樣整套試卷才合理。只有按基于知識點建構(gòu)試卷的原則、這樣才能提高所建構(gòu)試卷的質(zhì)量，提高自動生成試卷的效率。通常在組卷過程中系統(tǒng)將向用戶詢問以下相關(guān)信息：endprint

1）要生成滿分為100分試卷；

2）考試試卷包含哪些章節(jié)內(nèi)容，根據(jù)用戶需求輸入所考章的章節(jié)號；

3）列出該門課程在系統(tǒng)試題庫表中所有的題型，方便供用戶選擇；

4）輸入所考類型的具體代號，以及該類型題目的數(shù)目和所占分數(shù)；

5）按章節(jié)分配各種題型的題數(shù)和分值；

6）控制整套試卷的難度系數(shù)；

通過系統(tǒng)設(shè)置好上述參數(shù)有后，確保題庫中題目數(shù)目能滿足上述條件，這樣就可按要求自動生成一份試卷。

2.3 試卷生成算法設(shè)計

計算機自動組卷實際上就是滿足約束條件的過程。自動組卷過程：先設(shè)置好整個試卷的難易系數(shù)和每種題型的相關(guān)約束條件，再根據(jù)這些約束條件在試題庫中搜索出滿足條件的題目構(gòu)成一套完整的試卷。而這些約束條件通常包含各種題目的題型、題量、難度程度、分值分布等。通過這些局部約束條件來控制整個試卷達到各項指標的均衡，從而形成全局的約束條件。這樣就可以完成一套完成試卷約束條件的設(shè)置，自動生成一套完整、合理的試卷。

自動組卷一個重點難點之處即如何在龐大的試題庫中選出符合用戶需求的各類試題，并使整個組卷具有較高的效率和成功率。

目前流行的試題庫系統(tǒng)組卷一般有兩種方法：一是，利用隨機函數(shù)根據(jù)每道試題的題型、難度、章節(jié)分布等各項約束條件隨機進行選取。這種方法的確能按用戶的要求選出的相應的試題，但繁瑣工作量較大，并不實用；二是，采用回溯法找到滿足整套試卷的全部約束條件解。但是這種方法往往約束條件較多，較為復雜，經(jīng)常會出現(xiàn)無法找到滿足整個約束條件，難以自動生成滿足要求的試卷。為了解決這一問題，本文提出了自身的組卷算法。首先將整套試卷進行量化，構(gòu)建試卷的量化模型：根據(jù)用戶需求確定各種題型的分值分配矩陣和各章中難易度分配矩陣，再采用隨機抽取和近似匹配的策略進行抽題組卷。這種近似匹配的方法不僅能夠生成滿足約束條件的試卷，而且可以讓用戶工作量大大減輕，并在一定程度上提高了整個組卷的效率。本文闡述的近似匹配組卷策略對用戶命題要求主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：

1）隨機抽取的試卷具有隨機性；

2）整個試卷中不能出現(xiàn)知識點相同的試題；

3）分配好整套試卷所涉及的題型、章節(jié)、分值；

4）控制試卷的整體的難易度和每種題型難易度設(shè)置；

為了生成一套規(guī)范、合理的試卷必須避免題庫系統(tǒng)盲目地選題。首先用戶必須將整個試卷的命題要求全局進行規(guī)劃，分解成各項局部指標。（各類題型的難易程度和分值）其次通過人機交互的方式給系統(tǒng)設(shè)置整體難度系數(shù)和各章節(jié)分布以及各類實體的比例；然后根據(jù)用戶的要求讓系統(tǒng)自動在試題庫中有的放矢，篩選出符合或者基本符合要求的試題。這樣就能大幅度提高組卷的效率和成功率。

如果生成的試卷只需要滿足滿足條件1這一點，我們的算法實現(xiàn)是比較簡單的，但是要同時滿足條件以上四點要求，組卷算法就相對比較復雜了。組卷和出卷算法必須需要滿足：1）在試題庫中能隨機選出試題；2）生成的試卷題型要求、試卷整體難度要求、各類試題難度要求、總分為100分等要求；3）試卷中各類試題的的知識點不能重復；4）試題庫結(jié)構(gòu)的合理。

本文主要介紹了以章節(jié)知識點為基礎(chǔ)的試題庫模型，采用隨機算法進行抽取試卷，必須將每種題型生成不同的表單，這樣才能使生成的試卷滿足基本教學和考試要求。以下以四種題型為例：

1）填空題表單，用來存放全部填空題的數(shù)據(jù)；

2）選擇題表單，用來存放全部選擇題的數(shù)據(jù)；

3）判斷題表單，用來存放全部判斷題的數(shù)據(jù)；

4）簡答題表單，用來存放全部簡答題的數(shù)據(jù)；

根據(jù)這四組表單，設(shè)置表單查詢的相應關(guān)鍵字段。查詢條件中主要包括：章節(jié)、難易度、分值等。

人工組卷時，只要匹配以上查詢條件。就可以根據(jù)查詢條件在試題庫中查找滿足條件的試題。

自動組卷時，試卷模型的設(shè)計質(zhì)量和產(chǎn)生合適的隨機數(shù)直接影響到生成試卷的好壞。在設(shè)計試卷模型時，應綜合考慮試題的章節(jié)、難易程度及試題總量和分值等因素，再通過隨機數(shù)產(chǎn)生一個0-1之間的隨機數(shù)，然后通過取整函數(shù)將此數(shù)變成一個合適的整數(shù)。在編程過程中，通過程序先得到所有滿足條件的記錄，再通過隨機數(shù)確定記錄和試題編號，然后檢查是否滿足條件。最后通過循環(huán)控制試題的總數(shù)，完成整個試卷的自動生成。為避免各類題型之間出現(xiàn)相同的試題內(nèi)容，每成成一道試題，必須與以前生成的試題進行比對，如果出現(xiàn)相同內(nèi)容或相同題目都會重新再查詢。這樣就能確保證抽取的試題既能滿足條件又內(nèi)容不相同。

2.4 生成Word文檔設(shè)計

自動生成試卷系統(tǒng)最終目標是根據(jù)隨機抽取后的試題，按照已有的試卷模板，生成所需要的Word文檔試卷[6]。為解決這一關(guān)鍵問題，我們需要掌握在ASP中正確使用以及MS Office COM對象的理解。主要掌握以下幾個方面的知識內(nèi)容

1）首先必須正確安裝Word應用程序；

2）理解MS Word對象層次關(guān)系結(jié)構(gòu)；

3）利用VBA編程；

主要采用的Word對象及使用方法如下：

1）Paragraphs集合對象。該對象的作用是段落對齊的集合?？梢酝ㄟ^Paragraphs（Index）對象來對指定段落進行必要的對齊編輯。

2）Sections集合對象。該集合對象主要包含了選定內(nèi)容、范圍或文檔中的所有節(jié)。

3）Range對象。該對象的功能是表示文檔中的一個范圍。每一個Range對象都包含一個起始和一個終止字符位置兩部分的定義。

4）InsertParagaphAfter方法，該方法的功能是在指定的所選內(nèi)容或區(qū)域之后插入一個新段落符號。

5）InsertParagaphBefoe方法，該方法的功能是在指定的所選內(nèi)容或區(qū)域前插入一個新段落。

本系統(tǒng)還實現(xiàn)了如何將生成的試卷在Word 2010中進行輸出：

1）在系統(tǒng)中添加引用Microsoft word 11.0 Object Library；

2）將Doc.Application.obsible屬性調(diào)試為True；

3）根據(jù)不同科目試卷的要求，必須在題庫中查詢相應的考試科目、考試時間等。然后設(shè)置好文檔中的Sebction對象，如字體，字號、字體顏色等屬性設(shè)置。

4）對于文檔中存儲了圖形、大篇文字、參考答案等可以先采用PDF格式存為臨時文件，然后通過程序在Word中插入該臨時文件即可。

5）在Word 2010中按要求調(diào)整試卷的格式，然后進行打印輸出即可。

系統(tǒng)自動生成試卷后，我們可以采用同樣的辦法，根據(jù)試卷模板生成需要的格式，自動生成對應的試卷參考答案。

3 結(jié)語

本文主要針對系統(tǒng)中自動生成試卷部分的算法研究以及如何將自動生成的試卷采用Word文檔輸出方法的實現(xiàn)。采用自動生成試卷系統(tǒng)，能提高教師工作效率、促進試卷管理逐步走向正規(guī)化和自動化。

【參考文獻】

[1]周莉.基于.NET的機考管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].吉林大學，2016.

[2]羅顯鴿.試卷生成系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件導刊，2012（6）：55-56.

[3]王長利.試卷生成管理系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應用，2011（3）：120-121.

[4]黃瓊.基于B/S的在線考試系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應用，2016，28：94.

[5]周文君，劉柱鴻.基于COM組件的Word試卷生成技術(shù)的研究[J].電腦知識與技術(shù)，2015，24：62-63.

[6]廖歐.基于Web的在線考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，201.endprint