网络教学环境设计管理论文

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摘要：本文论述的网络教学环境中试题资源库系统的建设方法,采用Client/Server体系结构,利用VisualBasic等开发工具,以SQLserver为后台数据库,实现了试题形成、试题管理、试卷管理,试题资源库备份等功能,并针对复杂公式和图形的插入功能、智能形成试卷策略等关键问题提出了解决途径。

关键词：C/S体系结构；数据库；试试题资源库；策略

1引言

在现代教育信息化建设中,随着计算机技术和网络技术的渗透,教育领域出现了多媒体教学、网络教学等诸多与传统教学方式整合,优势互补,共同促进学习者提高学习效率的教学模式。但是,无论采用何种模式学习,对学习资源内容的组织、学习效果的评价长久以来是教育研究领域关注的热点问题。在当代建构主义学习理论、认知理论的指导下,“以学习者为中心”的教学理念强调了学习者在学习过程中不仅要进行知识的有意义建构,而且要在获取知识的过程中习得一种探索问题、解决问题的能力,因此在客观评价学习者学习效果时,不仅要学习者掌握的知识在深度和广度上进行评价,而且要对能力有一个综合测评。

考试是评测教与学活动的有效手段之一,能够帮助学习者检验学习效果,指导教师改进导学方法。只有加强考试命题的科学性,才能对学习者有一个比较客观公正的评价。智能化试题资源库建设是实现上述目标的核心。可以帮助我们根据标准参照性考试的要求准确把握课程标准、合格标准与评价标准,因此,按照教育资源建设规范进行智能化试题资源库的开发是十分必要的。

2问题的提出

早期的试题资源库,一般采用FOXBASE作为开发软件,其特点是能存储纯文本的信息,不能存储复杂数学符号,只能采用图形与文字分开处理,输入管理较困难。在计算机和多媒体技术不断发展的影响下,现在的出题系统以更高级的面向对象程序语言为开发工具和大型数据库为后台,可以支持多媒体数据类型,使用上更为科学、有效,系统功能更为全面、完善。

随着现代教育迅猛发展,计算机作为辅助工具代替传统人工手动出题,能更科学、有效地组织考试活动,更科学、准确地评测教与学。因此,很多高校陆续开发了一些基于微机的出题系统,但这些试题资源库一般都是针对单一课程的小型试题资源库,有些出题系统中题目本身是不可维护的,即试题资源库中题目已经不适合学生使用,也不能更新试题资源库中的题目；有的试题资源库虽然可以对题目进行简单的维护,但对题目没有分类组织,所以维护起来工作量较大；而且大部分的出题系统不支持题干和答案中包含图片、公式等信息。在实际应用中存在很大的限制。

因此,按照教育资源建设规范,建立一个适合功能完备、题型尽可能齐全的智能化试题资源库平台是十分有意义的。这里主要解决的问题是提供较方便的手段来搜集试题；能够比较灵活地根据试题资源库和用户的要求来组织试卷、编辑试卷和打印试卷。本设计选择客户机/服务器模式的体系结构,使用VB作为开发工具,SQLserver为后台数据库,提出了一个通用智能化试题资源库平台的开发方案。

3系统设计的总体方案

3.1C／S结构和在数据库中的应用

3.1.1C／S结构概述

本试题资源库平台作为一个典型的分布式系统,采用了客户机/服务器(C/S)模式,其结构如图3.l所示。

图3.1试题资源库平台拓扑结构图

在服务器端运行的是数据库服务器,本系统选用SQLServer7,分类存放试题、已经使用过的组好的试卷和系统提供的形成试卷策略；在用户端(包括系统管理员、教务管理员、出题老师)的使用者可以使用系统平台完成试题管理(包括试题的录入、修改和删除)、试卷管理(包括形成试卷、试卷的生成及打印)、试题资源库管理及维护等功能。

客户/服务器(C/S)结构包括连接在一个网络中的多台计算机。处理应用程序,请求另一计算机服务的计算机为客户机(Client)。而处理数据库的计算机为服务器(Server)。所有用户都拥有他们自己的计算机来处理应用程序。在数据库环境下,通过若干中间件(Middleware)的程序设计接口,客户机可以与服务器通信。这些接口提供应用程序和数据库之间的连通性。体系结构如图3.2所示。

图3.2客户/服务器体系结构

客户/服务器系统的体系结构有以下两个特点：集合智能用户工作站作为有效平台使用；平台和软件之间的互操作性。

3.1.2C/S结构的数据库应用

在典型的C/S数据库应用中,数据的存储管理功能,是由服务器程序独立进行的,并且通常把那些不同的(不管是已知还是未知的)前台应用所不能违反的规则,在服务器程序中集中实现,例如访问者的权限,编号不准重复这样的规则。对于工作在前台程序上的使用者无须过问背后的过程,就可以完成自己的一切工作。在客户/服务器结构的应用中,麻烦的事情都可以交给网络和服务器。在C/S体系下,数据库真正变成公共、专业化的仓库,受独立的专门管理。

3.2系统的设计思想

系统的开发分为两个阶段：第一个阶段开发一个基于Client/Server模式的通用试题资源库管理系统软件,该软件运行于局域网上,系统提供试题资源库的框架结构,以及对试题资源库中数据的维护功能,但该软件并不包含任何题目。第二阶段由出题教师选择专业、课程名、然后指定该科目试题中选用的题型,出题人可借助试题资源库管理系统提供的功能向试题资源库中加载试题,维护试题资源库,以及生成试卷和进行试卷的整体分析等。该设计方案的优势在于：首先可使整个系统具有很好的通用性,不管什么科目,都可包容在同一个试题资源库中,不管什么院校,都可以使用本系统,只需将自己学校的专业目录,开课计划等录入到系统中就可以建立该科目的试题资源库了；其次,系统软件是死的,而试题资源库的题是活的,可以随时进行维护更新；第三,试卷可按出题老师给定的出题模式由系统中提供的生成算法随机生成，保证所出试卷具有同等难度,相同题量,使得用不同试卷考试的学生的成绩之间具有可比性。

3.3系统的功能结构

本系统服务器端采用SQLServer建立数据库,并为客户端提供服务,客户端采用VB开发界面,根据使用者不同开发不同客户端程序。主要分以下几部分：

系统管理员其主要功能是做系统管理,具体有系统初始化,全面管理各类用户密码,系统中数据库的转储与故障恢复、运行维护等。

教务管理员其主要功能是确定该系统的应用范围,各类用户的注册,学生考试试卷的生成等。

出题教师该用户是本系统中最重要的用户,该用户负责课程的建立,试题类型设计,并借助本系统为其提供的试题录入、查询、修改、删除等功能将大量试题存入数据库并完成校对工作。功能模型如图3.3。

图3.3系统功能模型图

3.4数据库的设计

数据库中存放试题信息的数据表和试卷信息的数据表是基本数据表。试题表是系统中最重要的一个表,其属性构成有：所属专业,课程代码,试题编号,试题类型,知识单元,难度,认知分类,试题要求,试题正文,参考答案,评分标准,建议所用时间,建议分数,使用次数,最后使用时间,负责人,出题时间。数据库中试题表结构如表3.4.1-1所示：

表3.4.1-l试题结构表

表名T-TEST说明课程信息

主键外键C-ID

字段名称字段代码字段类型Null说明、格式

题号T-IDINT(12)No

试题类型TYPECHAR(1)No

课程号C-IDCHAR(4)No

知识单元KNOWLEDGECHAR(11)Yes章号(2)+节号(2

)+知识点代码(4)+题号(3)

难度DIFFICULTYINT(2)Yes

认知分类COGNIZEINT(1)Yes

考试要求REQUESTCHAR(100)Yes

试题正文TEXT

参考答案ANSWERCHAR(6)Yes

评分标准GRADETEXTYes

建议所用时间USE-TIMEINT(2)Yes

建议分数MARKINT(2)Yes

使用次数TIMEINT(2)Yes

最后使用时间LAST-TIMERATEYes

负责人PRINCIPALCHAR(10)Yes

出题时间DRAW-HOURRATEYes

若从对存储空间的有效利用来考虑,按试题类型进行试题表的分类是可行的,对不同的试题类型定义不同的数据表,对于不同课程用表中的一个字段加以区别。但是这样设计数据库的缺点是不能进行统一的处理。本系统采用单一的数据表结构,所有的试题均放在一个表中，课程和题型的不同,只用某一字段来区别开来,这样试题的表结构相同,处理起来十分方便,在进行数据库维护或生成试卷时只对单一的试题数据表进行操作,在系统的具体功能实现上比较容易做到。只是由于并不是每一种类型的试题都包含所有的字段，所以系统在分配存储空间时存在对空字段的无用操作。首先,该系统用一个课程表来存储开设的专业,课程及教学安排,如表3.4.1-2所示。通过试题表C-ID字段将两个表关联起来。

表3.4.1-2课程表

表名T-COURSE说明课程信息

主键C-ID外键

字段名称字段代码字段类型Null说明、格式

课程号C-IDCHAR(4)No

课程名NAMECHAB(40)No

所属专业SPECIALITYCHAR(60)Yes

计划学时PERIODINT(2Yes

4系统的开发环境

4.1ActiveX数据对象—ADO

ADO,即ActiveDataObjects,是一种提供访问各种数据类型的连接机制。通过ODBC的方法同数据库接口相连。用户可以使用任何一种ODBC数据源,即不仅适合于SQLServer，Oracle,Access等数据库应用程序,也适合与Excel表格,文本文件,图形文件和无格式的数据文件。ADO是基于OLE-DB之上的技术,因此ADO通过其内部的属性和方法提供统一的数据访问接口方法。Microsoft在VisualBasic6.0以后的版本都集成的ADO。它与以前的VisualBasic的DAO(DataAccessObject)即数据访问对象,RDO(RemoteDataObjects)即远程数据对象相比有了很大的提高。ADO集中了DAO和RDO的优点,可以通过简单的变化实现各种数据结构进行连接。

4.2VB可视化编程工具

本系统采用VB可视化编程工具,数据库也可以选用SQLServer,MicrosoftAccess等。VisualBasic开发的出来的系统界面美观,编程也比较简单,SQLServer提供很好的数据库服务,所以本出题系统,选择VisualBasic为开发工具,SQLServer为后台数据库。

MicrosoftVisualBasic是由美国微软公司开发的可视化编程工具软件。Visual是指开发图形用户户界面(GUI)的方法。不需编写大量代码去描述界面元素的外观和位置,而只要把预先建立的对象Add到屏幕上的一点即可。

MicrosoftExcel的ApplicationsEdition、MicrosoftAccess和Windows的许多其它应用程序都使用这一语言。VisualBasicscriptingEdition(VBscript)是最广泛的脚本语言,它是VisualBasic语言的子集。

4.3MicrosoftSQLServer关系型数据库

SQLServer的网络结构提供了许多传统主机数据库所没有的先进功能。数据访问并不局限于某些已有的主机数据库应用程序。相反,SQLServer的一个主要优点是其与流行的开发工具和桌面属应用程序(如Microsoftword)的紧密集成。例如可以从由VisualBasic、VisualC++等许多客户应用程序中访问SQLServer数据库。SQLServer与流行开发工具使用的几种数据访问接口兼容。可以通过MicrosoftJETEngine和DataAccessActiveXDataObjects(ADO)、ODBC、SQLserver内置DBLibrary以及第三方开发工具来访问SQLServer数据库。对于无缝桌面数据库访问,SQLServer使用OLEDB提供者和ODBC驱动程序,这些驱动程序允许从任何与ODBC或者OLEDB兼容的桌面应用程序中访问SQLServer数据库。OLEDB和ODBC可以从数百个简化设计的桌面应用程序中为特定的查询、数据分析、自定义报表打开SQLServer数据库。桌面集成减少了自定义编程工作。在主机环境中，一般对每个新的报表或新的查询都需要这种编程工作；相反,用户可以使用他们已经熟悉的桌面工具访问数据库信息。

SQLServer数据库体系结构的核心是服务器,即数据库引擎。SQLServer数据库引擎负责处理到达的数据库请求，并把相应的结果反馈给客户端系统。SQLServer充分利用了可设置优先权的多任务、虚拟内存和异步I/O功能,这些都是WindowsNT/2000操作系统的一部分。SQLServer数据库引擎可在多线程内核上创建,在处理多个事务时可以获得较高的性能。从伸缩性上来说,SQLServer使用并行体系结构,允许自动将工作负荷分布在多CPU上。

5系统的具体实现

本系统的基本功能包括权限管理、试题管理、形成试卷、试卷管理、试题资源库备份五大功能模块,本文主要介绍试题管理模块的设计与实现,并简要介绍其他模块的功能。

5.1试题管理模块的实现

试题管理模块主要实现如下功能：新建专业/课程库、删除专业/课程库、打开已有课程库、试题录入、试题查找/修改/删除。用VB开发系统,通过在VB开发界面的属性栏为各控件设置相应的属性,同时在代码编写栏中为控件编写相应的Click事件代码,通过添加控件,编写代码,完成对系统的开发。

新建专业/课程库的创建

选择“新建专业/课程库”菜单,运用sstab,labe,textbox，combobox,commandbuttonVB控件在SQLserver数据库中建立相应的专业表、课程表。给相应的控件编写click事件代码,则可实现由出题教师向试题资源库输入教学中所要求的专业、课程和计划学时。

删除专业/课程库的创建

该功能所用的控件与新建专业/课程库中的控件相同,通过编写相应的click事件代码,系统将从数据库中删除专业表、课程表中的相应数据,同时还会将试题表中试题信息中含有该专业，课程字段信息的所有试题删除。

打开已有课程库的创建

通过使用VB控件：MSHFlexGrid,CommandButton,给MSHFlexGrid控件编写相应的DbIClick事件代码,实现打开界面中具体各门专业或课程功能。

操作人员利用此功能可以了解该专业或课程下的所有试题的信息,但操作人员不能在textbox文本框里写和修改试题。

试题录入的创建

该功能是试题管理模块中最重要敢功能,出题教师通过该功能向试题资源库中输入大量的试题供以后的教学和考试使用。所示界面所有的textbox文本框是空白的,出题教师将向这些文本框里输入对应的试题信息。所用的VB控件有：textbo,frame,label,combo,richtextbox主要用来处理公式、图片等,录入人员收所有试题的信息输完后,通过相应的click事件代码,系统将把该试题存在数据库中的试题资源库里。

试题查找/修改/删除的创建

系统为使用者提供了宏观查询和具体查询功能。在宏观查询中,使用者可以根据专业或具体课程查找到该专业及下设课程或该课程的所有试题,点击每道试题的大概信息栏,将会有试题的详细信息。使用者还可以通过专业、课程、题型、难度、章节这些条件具体查询,在试题资源库中找出付合要求的试题。

在弹出试题具体信息界面时,textbox的Enabled属性等于false,此时文本框是可看不可写的,点击“修改”按扭,textbox的Enabled属性会变成true,同时commandbutton控件的captain属性变为“保存”,这时使用者可以在文本框里修改试题的信息,系统将在数据库中把修改后的试题信息覆盖原来的试题信息。

在删除试题这项功能中，涉及到题号的处理问题。系统采用Mid(stringvar,start［,length］)函数找到题号中相应的位数,给它们减1,则可实现删除一道题,则所有试题的题号自动减1。

5.2形成试卷模块

该模块是本系统的核心模块,它可以使用原来已存在的试卷,也可以提供手动形成试卷和自动形成试卷功能。手动形成试卷利用试题的查找功能,一边浏览试题资源库中的试题,一边选择符合要求的试题形成试卷,将它存入试卷库中,在试卷生成功能中通过编辑生成试卷。自动形成试卷的主要功能是：(1)要求使用者手动输入形成试卷要求,并将其存入数据库中。(2)根据使用者的形成试卷要求生成试卷设计方案数据库文件。(3)根据试卷设计方案到试题资源库中选择试题,作上标记。(4)选择完毕将选中的试题存入试卷库中。形成试卷方案将存入数据库中的形成试卷策略库中，下次形成试卷可直接使用该方案。

5.3试卷管理模块

试卷管理模块有编辑试卷、存入试卷库、试卷生成、试卷分析功能。

无论采用哪种方法形成试卷,都可能对试卷进行一定程度的编辑和修改,这时系统提供编辑试卷的方法和位置,设计一个编辑界面,供使用者编辑试卷使用,编辑完成后,会将试卷存入试卷库。

试卷分析功能是对每套试卷进行统计和分析工作,这些工作包括：统计各科目的题数和分数；统计各类型的数量和分数；统计形成试卷结束后剩余的试题数；统计各难度系数试题的数量和分数分布；将上述统计结果存储到试卷分析库文件中,供下次出题时参考。

6关键问题的解决

在试题资源库建设中,特别是理科课程的试题会遇到大量的公式图形等,这些数据量比较大,因此存在一个在数据库中和里存储的问题,本设计采用以下解决方式。

在VB中,RichTextBox控件可在一个控件中显示图形和文字,且支持滚动条,用该控件可解决上述问题。数据库为test.mdb,它有一个表“试题”，在这个表中有一个字段“题目”，用来保存试题文字和图形,该字段是Memo型的。

先将试题文字和图形编辑后保存为RTF格式。使用Windows9x/NT的写字板或其他字处理软件Word、WPS2000都可生成RTF格式文件。然后将保存的RTF文件加入到数据库中。建立一个窗体,在其中加上一个按钮和一个RichTextBox控件,通过输入下面的代码,点击按钮可以将est.rtf文件加入到数据库中。这里的核心语句是AppendChunk,用来向Memo型字段加入数据。

PrivateSubCommand1_Ciick()

DimdbTestAsDatabase

DimrdTestAsRecordset

SetdbTest=OpenDatabase(“g:＼test.mdb”)

SetrdTest=dbtest.OpenRecordset(“试题”)

RdTest.AddNew

RichTextBoxl.LoadFile“g：＼test.rtf”

RdTest(“题目”).AppendChunkRichTextBox1.TextRTF

RdTest.Update

EndSub

准备好了试题资源库,可以利用VB的数据绑定显示试题。建立图6.l所示的窗体,并在其上放置一个RichTextBox控件、一个Data控件和相关关控件。

在试题资源库建设中还有一个关键问题就是要形成大量没有重复的等效试卷。因此,需要根据考纲的题分、难度系数、试题覆盖面、题型比例等约束条件形成高质量、具有可信度的试卷。形成试卷系统首先要调用相应的形成试卷策略,设计出符合用户要求和一定约束条件的试卷模式,然后再按试卷模式选取试题组成试卷。本系统采用以下解决方法。

图6.1利用Richtextbox控件显示试题

首先把题型与考察要求间的关联关系看作一种重要的专家知识。将这种专家知识用各种题型的选择概率表示,反映知识、理解、应用、分析和综合的知识点。我们采用题型初始化策略和题型优化策略,结合形成试卷系统中专家知识的特点用产生式规则表示如下：

if(考查要求)

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

式中cfi是各个结论的发生概率。系统采用这一知识表示既可以体现各种题型相对于不同考查要求的适应度,同时也保证了知识的不确定性,可以模拟人类在运用经验知识时的直觉与灵感,使系统在运用专家知识时既遵循原则又具有较强的灵活性。

在形成试卷过程中,需要对试题的题型进行优化,指导题型优化的形成试卷策略同样要基于专家知识。题型优化策略包括试题删除规则和试题添加规则。

〈题型A删除规则〉::=〈题型为A的试题An选择概率最小and题型A超额〉O〈删除试题对象An〉；

〈题型A再分配规则〉::=〈题型为A的试题的数量不足and考查要求与题型A选择概率相对较高的知识点分值仍有剩余〉O〈生成新的试题对象An〉；

形成试卷过程中另外一种重要的专家知识是难度系数与考查要求间的不确定知识。这一知识体现为不同考查要求的试题的难度系数均值和方差。难度系数均值越小说明要求越高试题越难,难度方差越大说明对难度系数的要求比较宽松。由此得出难度初始化策略。

if〈考查要求=A〉

then〈难度均值=M(A)，难度方差=S(A)〉.

在完成难度系数的初始化以后,需要对所有试题的难度系数进行优化,使整套试题的难度系数满足用户的要求。

难度调节过程中可以利用如下的策略：

〈难度系数调节策略1〉：：=〈难度系数误差较大〉o〈调节分值较大的试题的难度系数〉；

〈难度系数调节策略2〉：：=〈难度系数误差较小〉o〈调节分值较小的试题的难度系数〉。

形成试卷策略库中涉及到了不同表示形式的专家知识，有的专家知识以知识表的形式存在，有的专家知识以产生式规则的形式存在，并且不同的专家知识间存在着相互的关系。形成试卷策略库中各形成试卷策略间的关系以图6.2表示如下：

图6.2形成试卷策略层次图

通过对形成试卷过程的分析，得出了形成试卷过程中两类重要的专家知识和基于专家知识的一系列形成试卷规则和形成试卷策略。在此基础上，给出了基于专家知识的智能形成试卷系统策略库设计。在这样的策略库指导下基于专家知识的形成试卷系统能够实现快速的自动形成试卷，试卷质量明显改善。

7结论

试题资源库系统的设计，在不同的需求环境中可能有不同的设计，本系统的设计偏重于系统软件的通用性，便于将各门课程的试题资源库统一管理起来。实现了基于Client/Server模式的试题管理、形成试卷、试卷管理等功能。可以支持各门课程的试题资源库的更新与管理；支持不同权限的人员对试题资源库的不同管理；支持各种复杂的公式与图形。在此基础上还应做以下进一步的研究：

1.与网络远程教学平台集成。目前，国内基于网络的远程教学正处于迅速崛起的发展阶段,迫切需要一个能够很好地支持教师教学、学生学习的专用远程教学平台,在远程教学支持平台上,作业、考试、自我练习与测试是非常重要的一环,如系统能支持网上测试等功能,同时开放给学生进入,则可为远程教学提供强有力的支持。

2.加强统计与分析功能,提供更加丰富的教学测量指标分析。本系统提供了一些基本的统计和分析功能。这些指标还远远不能描述考试过程的全貌,还需要进一步地引入新的测量指标,并详细阐述它在教育中所代表的含义。

参考文献

[1］王道义,乔陶鹏,李颖鹏等编著.VisualBasic6使用详解［M］.机械工业出版社,1999,(7).

[2]E.Winemiller,J.Roff,B.Heyman,Groom著，顾斌，杨德斌译.VisualBasic〖BF〗6.0〖BFQ〗数据库开发［M］.北京：清华大学出版社,1999.

[3]MichaelOtey,PaulConte著，陈思义等译.SQLServer2000开发指南［M］.北京：清华大学出版社,2002.

[4]刘韬，骆娟，何旭洪.VisualBasic6.0数据库系统开发实例导航［M］．人民邮电出版社，2002.

[5]王虹，贾胜利，姚学礼，张红军.VisualBasic6.0实用教程［M］．人民邮电出版社,1999.