基于XML自動評閱系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

O 引言
實驗是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。考核是對學(xué)生學(xué)習方法、學(xué)習內(nèi)容的重要引導(dǎo)，也是推進教學(xué)質(zhì)量提高的重要途徑。實踐能力閱卷系統(tǒng)是一種區(qū)別于客觀題考試的閱卷系統(tǒng)，它更加注重考察學(xué)生的主觀能動性，實際動手能力以及對實驗操作過程的掌握，因此能夠全面地考察學(xué)生對所學(xué)知識的掌握和知識的靈活運用，對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)具有重要意義。面向大面積學(xué)生的實驗實踐能力考試，由于需耗費大量的設(shè)備和師資力量，因而常常無法實現(xiàn)。
以中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為代表的大學(xué)物理仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，在創(chuàng)新教育模式、突出學(xué)生自主學(xué)習和培養(yǎng)學(xué)生實踐能力方面發(fā)揮了很好的作用。本文以大學(xué)物理仿真實驗為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對大面積學(xué)生實踐能力的考試與自動評閱。
為解決對大面積學(xué)生操作能力考核閱卷需耗費大量師資力量的困難，本文在應(yīng)用大學(xué)物理仿真實驗實現(xiàn)物理實驗考試，記錄學(xué)生實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了基于XML形式對考題所考知識點進行描述，并通過對操作考試中記錄的實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結(jié)果的XML數(shù)據(jù)進行解析評判，實現(xiàn)對操作考試的自動評閱。本系統(tǒng)解決了面向大面積學(xué)生進行實驗實踐能力考核的難題。

1 基于XML實驗的閱卷系統(tǒng)
1．1 基于XML實驗閱卷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
基于XML操作性考試閱卷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由形式化的設(shè)計方案、試卷的制作、考試系統(tǒng)和評閱系統(tǒng)四個模塊組成，各模塊主要功能如下：
(1)形式化設(shè)計方案，即所有考點的描述方案。它包含了實驗中所有可能涉及到的知識點，將所有實驗虛擬儀器類的知識點完整無歧義地轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的實驗參數(shù)及實驗狀態(tài)，并以XML形式進行描述。
(2)試卷的制作。針對教師所出的具體操作性試題，在(1)部分中進行查找并生成一份操作題考試試卷，此試卷是以XML形式對要考的操作題相關(guān)實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)進行描述并作為共享數(shù)據(jù)而存在。
(3)考試系統(tǒng)。提供學(xué)生進行考試的環(huán)境，實施考試。然后，考試系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的操作過程，抓取實驗過程中的實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結(jié)果，在學(xué)生確認提交試卷后，將實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結(jié)果以XML形式進行記錄保存。
(4)試卷評閱。將教師所出操作性試題的相關(guān)實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結(jié)果與考試系統(tǒng)記錄的實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結(jié)果XML文件，分別進行解析讀取比較，然后根據(jù)解析出來的評分規(guī)則對應(yīng)給學(xué)生進行評分。

基于XML的閱卷系統(tǒng)是在答案轉(zhuǎn)換器和評判模塊的配合下完成試題評判工作。在用戶的適當干預(yù)下，根據(jù)知識點分解原則，將自然語言描述的標準答案轉(zhuǎn)換成考試評分系統(tǒng)可以接受的規(guī)范化格式，然后程序員按照這個規(guī)范化格式文檔轉(zhuǎn)化成計算機能夠理解的計算機語言，即XML文檔。而評判模塊則是負責根據(jù)答案轉(zhuǎn)換器生成的XML格式的標準答案文件，對考生提交的文件進行評估，在評分標準的指導(dǎo)下為考生文件打分，并將最終得分寫入考生數(shù)據(jù)庫。
1．2 基于XML知識點的形式化描述
操作考試題目是由教師根據(jù)教學(xué)需要所出，而這些考試題目是由相關(guān)的知識點組合而成，其中知識點和實驗中的實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)相對應(yīng)。因此，我們對實驗考試題目進行形式化描述分成兩個步驟：第一步，將考題分解成知識點，并將知識點以實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)的組合進行表示；第二步，在此基礎(chǔ)上采用統(tǒng)一的格式描述考試題、知識點、實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系。
在形式化過程中，方案的設(shè)計是基礎(chǔ)，即提取考試題目中每一個知識點的信息，并設(shè)計出用于描述該知識點所對應(yīng)的實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)。
在對試題所要考察的知識點進行描述的時候，為了使描述更加接近真實對象的實際情況，使描述的對象能夠完整無歧義地被描述，本文采用面向?qū)嶓w的系統(tǒng)分析和描述方法，采取實體、動作、任務(wù)和交互，即EATI方法(Entity,Action,Task,Interaction)，把儀器實體類當中的數(shù)據(jù)成員(一般屬性和行為、能力特性)以及類的方法描述成實驗參數(shù)和由相關(guān)實驗參數(shù)組成的實驗狀態(tài)。此是形式化描述的第一步。
當把知識點提取出之后，本文以XML為基礎(chǔ)，以DTD或Schema的方式自定義一套標簽及其屬性，并定義它們之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系。我們采用自定義的標簽來描述試題-知識點-實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)三者的邏輯關(guān)系，即一個實驗考題由相關(guān)知識點組成，而知識點與一些實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)相對應(yīng)，除此以外并對閱卷信息和評分規(guī)則等進行描述。此即形式化描述的第二步，即結(jié)合XML來對所描述的知識點所對應(yīng)的實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)以XML的形式進行表現(xiàn)。
典型試題-知識點-實驗參數(shù)和實驗參數(shù)的形式化方案及其儀器類當中有關(guān)屬性的對應(yīng)關(guān)系，如圖2所示。

其中，A：說明所要考察知識點的名稱、題號等信息。B：知識點類型等信息。B部分當中，描述了數(shù)據(jù)的存儲類型、學(xué)生是否可見等信息。C：記錄此知識點相關(guān)的實驗參數(shù)等信息。它可以是一個實驗參數(shù)，也可以是多個實驗參數(shù)組合所構(gòu)成的實驗狀態(tài)。D：知識點的評分規(guī)則。此部分是把考題分數(shù)的給分區(qū)間、給分范圍等信息，以XML形式化描述的形式表示出來作為共享數(shù)據(jù)，這樣不僅能夠滿足不同教師在出題內(nèi)容上可能存在的差異，而且也能夠滿足即使是同一個操作性題目，由于要求的不一樣，可能對相關(guān)的實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)要求不一致的要求?；谝陨霞s束條件，本文制定的一個知識點的DTD(簡略)如下：