醫(yī)學智能無紙化考試系統(tǒng)的設計與開發(fā)

范雪雪 徐 晤 王志榮 黃一虹

徐州醫(yī)學院

無紙化考試作為一種現(xiàn)代化的考試方式得到了越來越廣泛的應用。本文結(jié)合醫(yī)學考試的特點，設計開發(fā)了一個醫(yī)學無紙化考試系統(tǒng)，系統(tǒng)除具有傳統(tǒng)無紙化考試的隨機出題、自動批改、成績查詢的功能外，還能夠快速生成高質(zhì)量試卷。在主觀題批改方面，本文提出了基于一種關鍵詞集劃分的文本相似度算法，實現(xiàn)了系統(tǒng)對主觀題的批改，提高了系統(tǒng)的智能性。

1 引言

隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術的迅速發(fā)展，信息技術對教育模式產(chǎn)生了巨大的影響，傳統(tǒng)的考試模式已經(jīng)無法滿足教學需求。一方面，隨著學生人數(shù)的不斷增加，教師出卷批改任務日益繁重，學校組織大規(guī)?？荚囆枰ㄙM更多的人力物力；另一方面，基于互聯(lián)網(wǎng)的教學模式的迅速發(fā)展要求基于網(wǎng)絡的考試模式與之相匹配?；诰W(wǎng)絡的無紙化考試具有實時性、互動性和準確性等傳統(tǒng)考試模式無法比擬的優(yōu)點，目前已經(jīng)成為一種重要的考試模式。

經(jīng)過多年的發(fā)展，GRE 考試、全國計算機等級考試等大型考試都實現(xiàn)了無紙化并收到了良好的效果。但是，這些系統(tǒng)并不適合直接應用到醫(yī)學考試中。首先，醫(yī)學是一門專業(yè)性很強的學科，其他學科的考試系統(tǒng)從功能到題庫都不適合直接使用。第二，目前大多數(shù)考試系統(tǒng)仍然采取簡單的隨機出題方式，試卷內(nèi)容比例分配、難度系數(shù)難以控制，自動出卷質(zhì)量不高。第三，大多數(shù)考試系統(tǒng)僅限于客觀題的自動批改，無法進行主觀題的自動批改。本文根據(jù)醫(yī)學教學特點，設計開發(fā)了一套能夠生成高質(zhì)量試卷并具有主觀題批改能力的智能無紙化考試系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)構架和功能

系統(tǒng)構架和開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)采用了B/S（瀏覽器/服務器）三層構架模式。B/S 構架是基于Web 的一種的軟件構架模式，它將系統(tǒng)功能的核心部分集中到服務器上，客戶端只需要有瀏覽器就可以進行操作。該系統(tǒng)在Windows Server 2003 操作系統(tǒng)和IIS6.0 環(huán)境下開發(fā)。采用VS2008 集成開發(fā)平臺，應用C#語言和ASP.NET3.5 技術，使用微軟 SQL Server 2005 作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)模擬了普通考試流程，設計了學生考試和管理員管理兩個子模塊，實現(xiàn)功能如圖1 所示。

圖1 醫(yī)學無紙化考試系統(tǒng)功能模塊圖

考生考試模塊：考生通過瀏覽器輸入自己學號和姓名進行登錄。登錄后進入試卷選擇界面，如果只是普通練習，則系統(tǒng)允許學生隨時選擇套題進行自我測試。如果是正規(guī)考試則需要在考試允許的時間內(nèi)時才能夠選擇到試卷。選擇好試卷后，系統(tǒng)將試題打亂順序呈現(xiàn)到每個考生的電腦上，防止學生作弊，同時系統(tǒng)開始倒計時。學生可以在考試結(jié)束之前提前交卷，否則待考試時間結(jié)束后系統(tǒng)自動提交。提交后的試卷無法進行修改。試卷批改后學生可以隨時登錄系統(tǒng)查詢考試結(jié)果。

管理員管理模塊：管理員分為系統(tǒng)管理員和教師管理員兩種角色。系統(tǒng)管理員可以對教師管理員和學生的權限進行管理，也可以對考試科目進行管理，教師管理員可以對參加考試的考生信息進行管理，也可以對題庫試題進行管理。還可以進行人工出卷、設置系統(tǒng)自動出卷選項生成試卷、修改生成試卷題目、設置試卷有效時間及考試時間、核對系統(tǒng)自動批改過的試卷等等操作。最后系統(tǒng)自動將成績進行統(tǒng)計生成報表。

3 關鍵技術

自動組卷

電子題庫是無紙化考試系統(tǒng)的重要組成部分，一個帶有標注的題庫是生成高質(zhì)量試卷的必要條件。本文對題庫中所有題目都標注了考察知識點和難度系數(shù)兩個參數(shù)。

自動組卷算法的優(yōu)劣直接影響所出試卷的質(zhì)量。目前使用最為廣泛的方法是隨機法：即由計算機從題庫中隨機抽取試題，該方法實現(xiàn)簡單，對電子題庫要求較低，但缺點是試卷的考察內(nèi)容分布、難度等參數(shù)都很難控制，組卷質(zhì)量不高。近年來，有很多學者將人工智能的算法應用到了自動組卷領域，如：遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等等。這些算法雖然能夠提高試卷質(zhì)量，但是算法比較復雜，計算量大，不太適宜網(wǎng)絡環(huán)境的出題方式。本文設計了一種能夠快速生成高質(zhì)量試卷的自動組卷方法，描述如下：

Step1：設置考試總分；

Step2：設置題型、每個題型的分數(shù)；

Step3：設置每種題型的考察知識點范圍、對應題量和難度系數(shù)區(qū)間；

Step4：自動從題庫中篩選所有符合設定題型、知識點范圍和難度系數(shù)的題目并存入臨時表；

Step5：從臨時表中隨機抽取設定題量的題目；

Step6：形成新的試卷，呈現(xiàn)給教師等待確認。

主觀題自動批改算法

對于客觀題的自動批改計算機實現(xiàn)比較容易，目前大多數(shù)考試系統(tǒng)均具有這項功能。但是對于主觀題的批改，由于語言表達的模糊性和隨意性，一直是人工智能和自然語言理解領域的熱點問題，至今仍然很不完善。主觀題是醫(yī)學考試的重要題型，本文提出一種能夠?qū)χ饔^題自動批改的方法。

教師批改主觀題的方法都是按點給分，即從學生的答案中找到給分點，并按照和標準答案的吻合程度給分，整個批改的過程就是一個文本相似度計算的過程。因此主觀題的自動批改就轉(zhuǎn)化為自動計算文本相似度的問題。

基于向量空間模型（Vector Space Model，VSM）的TF-IDF 方法是一種基于統(tǒng)計的相似度計算方法，廣泛應用于信息檢索、數(shù)據(jù)挖掘等領域。它的基本思想是，假設文本包含的所有詞為W1，W2，…，Wn，那么一個文本就可以表示為一個n 維向量T=，其中。iT 表示W(wǎng)i 的TF-IDF 值，p為Wi 在當前文本中出現(xiàn)的個數(shù)，m 為語料庫中含有Wi的文本的個數(shù)，M 為語料庫中所有文本的總數(shù)。則文本T和 T' 的相似度就可以向量之間的余弦距離來表示。公式為：。由于該方法采用了詞語作為計算單元，當文本較長的時文本向量空間的維數(shù)會很大，計算量大大增加。為了解決這個問題，對算法進行了改進。

依照教師批改的過程，將標準答案分解成若干獨立的給分點，每個給分點由若干句子組成，進而可以分解為若干個關鍵詞。首先，對標準答案文本進行分詞操作、去除停用詞、虛詞后，計算給分點中每個的詞TF-IDF 值并進行排序，從中選取TF-IDF 值較大的前n 項作為關鍵詞，以此關鍵詞向量作為文本的特征表示。用同樣的方法對學生答案進行處理（系統(tǒng)要求學生用數(shù)字序號分割不同的給分點）。在進行相似度計算之前，先將標準答案給分點關鍵詞與學生答案給分點關鍵詞進行比對，若相同關鍵詞個數(shù)大于設置閾值，則表示該句群與得分點相關，對兩個文本向量進行TF-IDF 相似度計算，并于得分后將此模塊從答案中刪除，再繼續(xù)尋找下一得分點，直到答案為空停止。其中，相關性閾值既可以是預設好的一個固定值，也可以由教師根據(jù)情況自行設置，增加系統(tǒng)的靈活性。為了使得分更為準確客觀，系統(tǒng)會將標準答案和學生答案按得分點同時顯示在屏幕上，方便教師根據(jù)情況更改得分。

4 結(jié)語

隨著教育信息化改革的不斷進行，無紙化考試作為一種信息化的考試模式得到了越來越廣泛的認可，發(fā)展速度十分迅速。但是目前大多數(shù)無紙化考試系統(tǒng)功能還比較機械，缺乏智能性。本文就在提升系統(tǒng)智能性方面做了嘗試，提出并實現(xiàn)了一種高質(zhì)量試卷自動出題算法和一種主觀題批改方法，取得了良好的效果。但是漢語是世界上最復雜的語言之一，表達方式千變?nèi)f化，要開發(fā)具有高精確度的主觀題自動批改系統(tǒng)，還需要進一步研究。