高中数学自动化测试系统的建设与应用:自动化测试系统

　　编看编说:如何走出整合的“高原期”,让信息技术更好地为教学服务?这是有志于推动教学信息化的先行者们始终在思考的问题。当共性的整合方式无法满足日益个性化的教和学的需求,自主设计和搭建学习平台就成为一些技术领先的教师和学校新的选择。深圳外国语学校在中央电化教育馆“十一五”全国教育技术研究规划课题《高中数学自动化测试系统开发与应用研究》的引领下,潜心研讨、设计、实施,研发出自主、个性、便捷、高效的高中数学自动化测试系统。本期,我们将从设计、应用、反思等不同角度,介绍这款平台,如果您有兴趣,也可以一起来分享他们的研究成果。
　　
　　随着信息技术的发展,自动化测试正在和即将成为各种考试的一种形式。自动化测试具有成本低、效率高、防作弊、个性化的特点,正越来越为各级各类测试所喜爱。一个优秀的自动化测试系统,应该把传统的纸质测评与信息技术的优势结合起来,既能够自主组卷,试卷的质量能够获得保证;又能够自动阅卷,反馈即时迅速;还能够评卷,查缺补漏。
　　自动测试系统的建设是一件长期艰巨的工作,需要广大的教师共同支持才能够完成,而且,不应该指望一个系统就将所有的考试――单元测验、期中统测、期末统测、学年考核、毕业考试――囊括其中。针对不同的考试类型,建设不同的考试系统和试题库,从而产生一系列的测试体系,才是自动化测试擅长的。下面,就以“高考模拟测评”为例,说明一个自动化测试系统的建设过程。
　　● 教学分析
　　目前的数学高考试题有三种题型:选择题、填空题和解答题。在这三类题型中,选择题是最容易进行移植的,利用计算机的鼠标点击操作,可以实现选择。而填空题和解答题由于需要输入各种数学符号,如“”,对计算机基础知识的要求较高,不是所有学生都能够顺利作答。因此,一个成熟的、应用广泛的高中数学自动化测试系统,应该以选择题为主。而且高中数学的选择题全部都是四选一的单选题,这对于试题系统的建设是非常有利的。
　　数学高考的内容,一般包括了代数(集合与简易逻辑、函数、数列、三角函数、不等式)、解析几何、立体几何、概率(排列组合概率论、统计初步)、微积分初步(极限、导数)这五个大模块。学生是按照课程标准依序学习的,高考中各模块的组成比例和难度系数也是不同的。
　　我们分析了2007年全国各地高考数学试卷,分别统计出文、理科中各单元所占比例。结果如下页表。
　　● 题库建设
　　根据上述对高考试题的分析,我们就可以确定自动化测试所需的试题类型、难度、题量比例等。在选择试题时,应尽量选择权威的、具有代表性的高考原题或高考模拟题,这些题目经过了时间的考验,能够充分体现课程标准、教学大纲以及考试大纲的要求。因此,我们选择了近五年来的高考题及各地的模拟题中的选择题部分,除掉一些错题。
　　选择题由题干和四个选择支组成,在四个选择支中,有且只有一个是正确的,而且,这个正确的选择支,出现的位置应该是随机的。例如,在第一次遇到某个题时,答案可能是B,而下一次遇到同一题的时候,答案却可能是D。这样做的代价是客户端的计算机必须支付一定的内存空间和CPU时间。
　　
　　题目的存储也是一个问题,我们把题干和选择支分别储存成图形文件,如GIF、JPG格式,如果将题干存储成101.gif,其四个选择项分别存储成101A.gif、101B.gif、101C.gif、101D.gif。这样的存储方式,最大的优点就是通用,用户不需要安装任何浏览程序就可以直接看到这些图形。同时,这些图形格式也同时兼容Windows系统、Unix系统、DOS系统等,只要使用者拥有任何一款浏览器,就可以使用题库中的题目。我们约定,题库中所有题目选择项A就是正确答案,而BCD是干扰项。首先在Word下输入题目以及选择支,然后将其复制到“画图板”,再进行保存。每一个题目都由五个文件组成,分别为“序号.gif”、“序号A.gif”、“序号B.gif”、“序号C.gif”、“序号D.gif”,其中“序号A.gif”是参考答案。
　　● 交互系统的设计
　　如果一个题库缺少良好的交互系统,题库本身设计再完美也无济于事。因此,交互系统的设计是自动化测试系统的一个重要的组成部分。一个基本的自动化测试系统至少要求具备“开始”、“结束”、“重新开始”、“即时反馈”这几个功能;同时,由于数学的考试特点允许提供个别公式给学生查找,因此,“公式查找”也应是系统的一个基本组成。
　　1.试题的生成
　　题库中有上千道选择题,而一次模拟练习应该确定多大的题量,必须进行考虑。在普通高考中,选择题有10道,基本完成时间为30～45分钟。作为单纯选择题的练习,题量可以稍微大一点,因此,这个系统设置了20道选择题作为一个练习,时间确定为1小时,每小题5分,满分为100分。换言之,我们预计学生以3分钟/题的速度完成练习。
　　在确定题目时,系统从题库中随机抽取20道选择题,同时进行检验,以防止出现相同的题目,然后将每一道题的四个选择支顺序打乱。作为计算机自动生成的题目,其难度不可能像手工编制的试题一样按照由简到难的顺序。虽然在技术上,我们也可以将试题按照难度进行排序,但这将大量地增加系统的负担和开发的难度,因此在推出系统的时候,我们默认了这个瑕疵的存在。
　　2.试题的呈现
　　试题将在多处出现,练习开始的时候、做完一个题目进行下一个题的时候、练习者跳跃地做题时、练习者复查题目的时候… …因此需要仔细地规划自动测试的流程(如下图)。
　　3.自动阅卷模块
　　这个模块比较简单,只要将提交的答案与题库中的参考答案进行对照,将正确的题数乘以5,就得到了本次练习的成绩。
　　在得到成绩之后,还应该让练习者有复查的机会。因此系统中设置了“试卷复查”的按钮,练习者可以通过对照参考答案与自己提交的答案,思考自己解题中出现的错误,从而提高解题的水平。
　　
　　● 自动化测试系统的优势和劣势
　　首先,自动化测试系统具有高效的特点。一个题库和交互系统完成以后,可以供许多人使用,其人数的限制取决于网络的带宽和计算机的配置。因此,系统在设计、编制的时候,充分地考虑尽可能减少系统资源的占用。而手工测试每一次都需要印刷试卷、安排教室、专人阅卷,速度比较慢,资源浪费大,效率低。
　　其次,自动化测试系统可以解决一些同桌作弊的问题。由于每一个人在每一次测试中,试题都有可能不同,因此,偷窥等手段在考试中将毫无用处。
　　第三,自动化测试系统对学生学习最大的好处就是即时反馈。传统考试中,学生必须等上一段时间,才能知道自己的分数,对自己的学习效果进行反思。从心理学的角度上讲,反馈越快越好,自动化测试系统的反馈速度是传统考试无法比拟的。
　　当然,自动化测试系统的缺点也是非常明显的。
　　由于每个学生的每一次测试,其测试题都不完全相同,这在很大程度上影响了测试的信度。在技术上说,只要所有试题的难度设置得相同或近似即可。但实际上,高中数学中每一个章节的要求是不一样的,不可能让所有的试题难度都接近。也正是这个原因,数学的自动化测试系统在正规的、大规模的考试中还不能够广泛使用。它只适合于学生的练习和小型的测试。
　　另一方面,自动化测试系统所给出来的题,都是在题库中随机抽取的,不一定适合某一个具体的班级、具体的单元、具体的学生,因此,它比较适合于学生在家上网使用,而不是占用课堂的教学时间。