基于認知診斷的英語四級模考評測的設計

李司航，季波，張敏，王永盛，楊艷婷

摘要： 該文為解決大學生英語四級的在線模擬考試及評測分析問題，以大學英語四級在線考試中的試題信息、考生答題信息為對象，以認知診斷模型（DINA模型）和推薦算法為手段，開展大學生英語四級在線模考評測。系統(tǒng)采用B/S架構、Spring MVC框架，Tomcat 服務器、MySQL數據庫等主流的開發(fā)工具與技術界面簡潔友好，性能良好。

關鍵詞：英語四級;認知診斷;?？荚u測;Spring MVC

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0067-02

近年來，許多高校和企業(yè)推出了很多在線英語練習系統(tǒng)。國外Knewton公司的教學模式不僅注重去了解每一個學習者的優(yōu)勢和弱勢，而且標出每一個需要掌握的知識要點，實現了對學習者在標準考試中數百種技能掌握程度的診斷。德國Trier大學的ELM-ART系統(tǒng)，卡耐基梅隆大學Brusilovsky教授開發(fā)的InterBook項目，美國斯坦福學習研究所與瑞典和德國等各國合作開展的“分布式學習知識的個性化訪問”項目等都是引領自適應學習的研究項目。廈門易和方科技研發(fā)的大學英語四級模擬測試系統(tǒng)是國內較有影響的帶有診斷的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過自動分配組卷技術，真實模擬大學英語四級考試，利用診斷性算法對各類題型做出診斷，為考生提供題目分析服務。常見的認知診斷模型有項目反映理論（Item Response Theory， IRT）[1]和確定型技能診斷模型（Deterministic Input， Noisy And gate， DINA）[2]。基于上述兩個基礎模型，學者們又提出基于模糊理論的FuzzyCDM模型[3]。常見的知識跟蹤方法有基于貝葉斯的知識追蹤模型（Bayesian Knowledge Tracing， BKT）和深度知識追蹤（Deep Knowledge Tracing ，DKT）模型[4]。這些研究深刻表明認知診斷是未來英語考試評測的主導模式。

市面上存在的英語四級?？荚u測普遍存在以下不足：已有的模考系統(tǒng)難以真實地記錄考生做題的每個細節(jié)，只能得到每道題的分數用于評測，而且這種評測無法細粒度地診斷考生對知識點的真實掌握情況。

本文設計的基于認知診斷的英語四級?？荚u測，綜合了目前市場上已存在的英語四級?？计脚_的功能，采用當前盛行的SSM框架進行開發(fā)，并解決了上訴的不足之處，為大學生英語四級?？荚u測提供高效的解決方案。

1 系統(tǒng)分析

通過基于認知診斷的英語四級?？荚u測，意在打造一個可以幫助大學生有效的英語四級?？荚\斷，本文在需求分析的相關基礎之上著重研究以下幾個方面：

如何通過Servlet等技術實現在線?？脊δ?

如何結合每道題的答題日志數據，對答題后生成的考試成績進行數據綜合分析;

如何針對考生薄弱知識點，推薦與之相類似的知識點真題。

為實現上述研究目標，系統(tǒng)需具備如下功能：

1）在線?？脊δ埽涸嚲碚故竟δ?、多線程計時器功能、評分功能、登錄功能;

2）知識點評測：結合每道題的答題日志數據，對答題后生成的考試成績進行數據綜合分析，根據認知診斷模型（DINA模型）自動評測考生對具體每個知識點的掌握情況（繪制雷達圖）;

3）推薦試題：針對考生薄弱知識點，推薦與之相類似的知識點真題，進行高效的強化訓練，從而避免大學生盲目刷題。

2 系統(tǒng)主要功能實現

2.1 技術架構

在線?？枷到y(tǒng)采用Servlet + MySQL + WebSocket等技術，評測系統(tǒng)采用Spring + MyBatis + jFreeChart + MySql，如表1所示。

2.2 主要功能實現

根據系統(tǒng)分析，本系統(tǒng)主要包含如下功能， 考試主界面如圖1所示。

1）在線?？寄K

本模塊包括系統(tǒng)維護和系統(tǒng)功能。系統(tǒng)維護包括增加試卷功能、增加問題功能、增加答案功能、設置正確答案功能、設置分數功能。系統(tǒng)功能包括試卷展示功能、多線程計時器功能、評分功能、登錄功能。

在線?？枷到y(tǒng)采用Servlet + MySQL + WebSocket等技術實現在線模考，利用HTML5、jQuery、JavaScript WebSocket等前端技術來制作界面、增加網頁的互動性，采用Java實現基礎數據類型的轉換、多線程處理、字符串操作、時間日期的轉換，使用Servlet/JSP實現代碼充分復用，實現強大功能，在考試期間采用多線程計時，并且對考試答案進行加密，使用TSJL技術進行試卷的迭代。模考答題界面如圖2所示。

2）知識點評測模塊

本模塊包括業(yè)務邏輯和系統(tǒng)管理。業(yè)務邏輯部分包括模板錄入、成績導入、成績導出、雷達圖繪制、邏輯運算功能。系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)資源分配、角色分配、用戶管理、機構管理功能。

評測系統(tǒng)采用Spring + MyBatis + jFreeChart + MySql實現評測系統(tǒng)，利用HTML、JavaScript、jQuery實現前端頁面的設計，采用SpringMVC + MyBatis框架進行系統(tǒng)搭建，使用認知診斷DINA模型處理評測數據保存至Excel并對Excel進行解析，繪制雷達圖，通過圖形模塊對雷達圖進行處理輸出。

認知診斷DINA模型是一種廣泛使用的多維離散模型，克服了傳統(tǒng)IRT只能評估一維能力的缺點。在一次具有K個知識技能考察的測試中，學生u答對測練習v的概率可以在DINA模型里表示為：

3）推薦試題

針對考生薄弱知識點，推薦與之類似的知識點真題，使用基于內容推薦算法，將相類似的知識點真題聚類，然后給學生推薦，這樣學生就可以重點針對這類知識點強化訓練，避免盲目刷題。