劉城霞

（北京信息科技大學 計算機學院，北京 100101）

0 引 言

數據結構在線學習系統的考核中,不但要有對數據結構基本概念的考核,基于邏輯結構應用的考核,還要有對數據結構程序設計的考核,而基于網絡去做這些考核存在許多問題,比如技術實現有困難或對答案的機器評價有歧義。如何做到真正的網上合理考核,是主要研究和探討的內容。

隨著網絡教學平臺的發(fā)展與推廣,越來越多的學生和教育機構選擇網絡教學來完成知識的傳遞。比如美國很多大學運用網絡完成了很多的在線教育任務,學生足不出戶就可以完成全部的教學任務,對于留學生來說更是提供了很大的便利,也節(jié)省了許多支出。再比如,國內各個高校也都紛紛建立自己的在線教學體系,在專門的網站上開設各種課程學習。

在線教學中,如何正確有效地評價學生在線學習的效果尤為重要,正確地評價能促進學生學習積極性并將學生不足的地方指出,指導學生進一步地學習。目前評價學生學習效果主要通過在線考試來完成。在線考試與傳統紙質考試比起來更靈活、更公平、更省資源、更高效。很多學者也在在線考試方面做了探索[1-2],但如何真正做到合理、有效、準確地考試并評價,要著重研究和探索。

1 數據結構在線考試題目的分類

在對數據結構的學習系統研究之后[3-5],如何對數據結構進行在線考試成為一個關鍵的問題。數據結構在線考試系統中題目如何劃分,是首先要考慮的問題。傳統的數據結構考試中,一般包括選擇題、填空題、判斷題、簡答題、應用題、編程題、算法分析題等。而在線考試系統中,大致可以分為客觀題和主觀題兩大類,見圖1。其中客觀題是答案確定且易于判斷的題目,比如選擇題、填空題、判斷題;主觀題是答案大意確定但具體文字描述不確定的題目,比如簡答題、編程題、應用題及算法分析題。

客觀題目非常適合計算機進行機考,很多在線考試試題中題目都是客觀題,但對于數據結構課程來說,只有客觀題遠遠不足以評價考生的真實水平,所以需要增加主觀題幫助對考生進行全面評判。而主觀題進行線上考試時會出現自動評判困難、需要人工復核等,這就使得線上考試的優(yōu)勢被磨滅了。如何正確地自動評價是在線考試迫切需要解決的問題。

圖1 在線考試題目類型圖

2 數據結構在線考試的評價體系

如何準確地評價學生的學習效果,需要作為數據結構在線考試系統重點考慮。評價體系主要涉及3個部分:①日常學習的評價②考試成績的評價;③綜合能力的評價。

2.1日常學習評價

日常學習包括學生對課程內容的學習,完成每章作業(yè),進行章節(jié)測試等,對日常學習的評價主要在于作業(yè)的完成度及完成質量的評價、章節(jié)測試結果等。日常學習及評價過程如圖2所示。

圖2 日常學習及評價過程

當內容學習完成后去完成章節(jié)作業(yè),作業(yè)完成后進行測試,測試通過后學生可以進入下一章節(jié)學習,否則需要重新進行本章節(jié)學習。測試題主要由客觀題和答案固定的主觀題構成,客觀題目可直接給出成績,答案固定的主觀題可由答案對比結果給出參考成績。

2.2 考試成績的評價

考試是指在線考試,在完成各章學習后,可以進行在線考試,考試題目包含上述主觀題和客觀題。對于客觀題的評價只需要和答案進行對比即可。對于主觀題的評價需要由3方面構成:①答案對比(如簡答題、算法分析題);②運行結果對比(如編程題);③關鍵點匹配(如應用題、編程題、算法分析題)。具體可見圖3。有的題目需要由2個或3個方面一起進行評價,綜合給出最終題目成績。另外設置申訴機制,如對評判結果有異議,可以提出申訴,申訴后由老師人工進行復核,以期更正自動評分中出現的錯誤。

圖3 考試主觀題的評價方法

2.3 綜合能力的評價

綜合能力的評價包含以上兩種評價結果,主要評價學生綜合運用知識的能力。這里綜合能力評價會將前兩種評價的結果進行綜合,并且根據一定的分析給出一個綜合分數。綜合能力評價中還有一些開放性題目,這些開放性題目主要涉及實際工程應用中的問題,學生可以尋找資料后自由回答,沒有標準的答案,由人工進行評價。開放性題目作為學生學習能力及創(chuàng)新能力的評價,提供學生自由選擇,不作為考試成績。見圖4、圖5所示。

圖4 綜合能力評價組成部分

3 數據結構在線考試系統的設計

數據結構在線考試系統主要涉及作業(yè)題、章節(jié)自測題及考試題目部分,開放性題目不作為考試系統的內容。該系統可以實現根據要求自動組卷及自動評分,如此既可以減少教師出題及閱卷的工作量,又可以讓學生更加靈活的學習和考試。在學生某項知識較薄弱時還可以針對該薄弱知識點章節(jié)進行針對性的復習測試,提高學生學習的效果和效率。

3.1 考試系統功能設計

系統中包括兩類用戶,教師和學生?；诖藢⑾到y分成兩大模塊:一個模塊用于教師部分,教師主要負責進行個人信息及學生信息的管理,對題庫、考試、成績進行管理;另外一個模塊用于學生部分,學生的主要功能就是進行在線考試和查詢考試成績等。

具體系統應該實現的功能:用戶根據不同的身份登錄到系統上,對于教師來說,可以進行如下管理工作。

(1)考試管理:教師可以添加考試,由教師規(guī)定考試所適用的班級、考試的日期和考試限時,教師還可以設置考試范圍。

(2)試題管理:教師可以對題庫中的試題進行基本的增刪改查的操作:添加新的試題和刪除舊的試題,其中試題類型包括程序題、填空題和選擇題;對于不同類型的試題,教師可以設置除了題目、章節(jié)、難度、答案之外的備選項、關鍵字等不同的屬性值。

(3)成績管理:教師可以查看考生的所有考試成績進行確認、調整及修改,并打印輸出等。

(4)學生管理:教師可以對選課學生的資料進行添加、修改、刪除,確認學生是否為選修該課程學生,確認學生是否有考試資格等。

對于學生身份來說,可以進行如下工作。

(1)在線考試:學生可以在教師規(guī)定的時間內進行在線考試。最晚不得超過開考時間后的半個小時。考試開始半個小時內,考生可以在確認交卷之前返回考試界面,重新點擊考試更換試卷,但是考試時間不會延長。考試結束后,系統將進行在線閱卷?？忌稍诳荚嚭罅⒓粗揽荚嚱Y果。

(2)查詢考試成績:學生可以在線查詢以前參加過的考試成績,同一場考試多次參加只顯示幾次考試中的最高成績。

3.2 考試系統試卷的生成策略

考試系統需要自動地生成試卷,一般情況下由老師輸入一些組卷參數, 系統根據這些參數抽出相應的試題, 組成能用來考試的試卷。定義這些參數以及對參數進行變換的算法, 我們稱之為組卷策略。在考試系統中組卷效率和組卷質量主要取決于組卷策略,因此許多學者也對組卷策略進行了研究[6-9],這也是本項目中的一個重要內容。

目前,常用的組卷算法有隨機法、回溯法、遺傳算法和隨機定位搜索法。文獻[10]中也對這幾種組卷算法進行了研究,本項目中對章節(jié)測試采用隨機法進行組卷,而對最終的考試采用遺傳算法進行組卷,最終實現了試題的生成。

1)隨機法。

隨機法是組卷算法中一個比較基礎的算法,采用隨機的題目抽取方法,抽出題目后,再判斷題目的各項內容是否滿足要求,滿足則保留,不滿足則舍棄。這其中可能存在抽取試題重復的情況,所以抽取完成后還需要驗證組合的試卷是否存在題目重復問題。

隨機法算法的基本過程是由計算機隨機生成一個隨機數r,這個隨機數即題目編號ID,從數據庫中取出題目ID為r的題目,判斷該題目是否滿足要求,若滿足則放入試卷,否則重新產生隨機數。不斷從試卷表中抽取題目,直到達到試卷總題目數,即試卷生成完畢。算法流程圖如圖6所示。

圖6 隨機法組卷過程

2)遺傳算法。

遺傳算法是組卷算法中效果較好的算法,它采用遺傳學原理對整套試卷題目進行變換,以得到效果最好的題目。遺傳算法首先生成一個種群,種群中有固定個數的個體,個體即試卷,個體的基因即試題編號。再通過賭輪法把適應度值較高的個體選擇出來,進行交叉和變異,即進行試題的交換和替換。流程圖如圖7所示。

遺傳算法的基本操作主要包括:①初始化,隨機生成滿足“題目數量”和“題型”要求的一套考試試卷;②通過適應度函數計算出試卷的“難度系數”和“知識點分布”是否合理;③選擇,通過賭輪法選擇,適應度高的試卷更容易被選擇;④交叉,隨機選擇類型、分值一樣的題目進行交換,形成新的試卷;⑤變異是指改變試卷中的個別題目,從而形成新的試卷。

4 在線考試系統的測試

圖7 遺傳法組卷過程

老師登錄系統后左側會有教師的操作目錄,包括教師信息管理、學生信息管理、題目管理、考試管理、組卷策略管理等,如題目的管理功能,老師可以進行題目的錄入包括主觀題和客觀題的錄入;題目內容的查看;題目內容的修改以及題目的刪除等。再如組卷管理功能,老師可以錄入組卷要求,也可以修改之前已有的組卷要求。根據組卷要求,生成試卷時采用隨機法或者遺傳算法,生成需要的試卷,供學生考試需要。學生登錄后可以進行考試,考試后學生可以查看考試成績,以及查看以往考試成績。

經過學生進行模擬考試測試后,學生能夠通過該考試系統的各級考試發(fā)現自己的不足之處并逐漸地改進。如編程題目在線考試部分,它相對于紙質的編程考試要求更高、更細,不再是靜態(tài)地看語句,而是動態(tài)地執(zhí)行,學生在此類考試時就會更注重代碼的規(guī)范性和正確性。再如學生考試后系統會自動評分,包括日常學習的評分(通過章節(jié)測試完成)及考試的評分,系統會綜合兩類評分結果,給出學生的綜合評分及學習重點的建議,這樣可以讓學生更有針對性地學習,取得更好的學習效果及考試結果。

5 結 語

筆者主要探索研究了如何有效地實現一個數據結構在線考試系統,老師可以在線管理考試,學生能夠在線進行考試,并且對考試組卷策略進行了分析和選擇,對考試評價方法進行了探索及分級綜合,最終使學生能在在線學習后對其學習效果進行評價。