基于ＵＭＬ的可支持教学效果评价的考试系统应用研究
摘 要：采用面向对象分析方法UML来实现考试系统的开发，克服结构化方法开发的软件维护和重用困难的缺点，融合现代教育测量学原理S-P，S-T分析和多种统计分析方法，使考试系统和形成性教学效果评价有机结合，创新地扩展了考试系统功能，并用C#实现在线考试和形成性教学评价的集成系统，对监控学习效果、提高教学质量有一定的实用价值。
关键词：面向对象；UML；考试系统；S-P，S-T分析
中图分类号：TP311文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2008)22-088-03
Application Study of Supporting the Teaching Effect Appraisal Test System Based on UML
WENG Daiyun,DONG Yong,TANG Shiyi
(Chongqing City Management College,Chongqing,400055,China)
Abstract：This article uses object-oriented analysis method UML to realize the test system′s development,overcomes the structurized method development software maintenance and entrusts with heavy responsibility and difficult shortcoming,fuses modern education surveying principle S-P,S-T analysis and many kinds of statistical analysis method,causes the test system and forms the teaching effect appraisal organic synthesis,the innovation expands the test system function,and realizes the online test with C# and forms the teaching appraisal integrative system,it has practical value of monitoring study effect and improving teaching quality.
Keywords：object-oriented;UML;test system;S-P,S-T analysis
1 引 言
考试系统是目前教育行业应用较多的软件。但在通常情况下，均采用结构化的方法开发，导致软件的维护困难，且其中的通用功能模块难以重用在其他系统中。面向对象技术是一种新兴的程序技术，其基本思想是使用人现实世界中客观存在的事物-对象出发来构造软件系统，并在系统构造中尽可能地运用人类的自然思维方式。采用面向对象的方法来开发软件，可以克服结构化方法开发的软件维护和重用困难的缺点。
2 考试系统概述
考试系统主要实现题库管理、试题编辑、试卷设置（组卷规则设置）、试卷生成与印制、在线考试、试卷质量分析、成绩分析等功能。用户分学生、组卷教师、审卷教师、阅卷教师、考试管理员、试题编辑员、题库管理员和系统管理员等角色登录，只能在各自的权限范围内进行相应的操作。
考试的过程为：组卷教师设定的试卷的题型分布要求、各章节题目分布要求、试题的总体难易程度等参数，系统生成试卷；审卷教师审阅组卷教师的试卷设置及系统生成的试卷；考试管理员印制试卷并组织学生参加考试，或直接组织学生参加在线考试；阅卷教师控制系统自动批阅要求自动阅卷的试题，并手工批阅要求人工阅卷的试题；考试管理员控制系统自动进行成绩分析；学生可以查询个人成绩，考试管理员可以查询所有考试信息、成绩信息和成绩分析结果。
题库管理的过程为：题库管理员设置题库的结构；导入/导出试题和子库；试题编辑员编辑题库中的题目；题库管理员维护题库的结构和题库中的试题。
3 需求获取与系统实现
使用面向对象技术进行软件的开发需要经过需求捕获、系统分析、系统设计与编码实现、测试等步骤。统一建模语言UML（Unified Modeling Language）是使用面向对象技术时使用最广泛的工具，对面向对象开发方法的所有步骤都提供了有力的支持。UML的功能非常强大，可以用于描述软件系统，帮助构建精确、无歧义和完整的模型；以预先统一定义的符号可视化地表示软件系统，无歧义地解释由另一个开发者写的模型；构造可与种种不同的编程语言直接通信的软件系统模型，并且直接生成框架代码：在开发和部署阶段，通过表达系统的需求使软件系统的模型文档化。在各个步骤中，主要得到用例模型、分析模型（包括静态模型和动态模型）、设计模型（包括静态模型和动态模型）、面向对象的代码及面向对象的测试用例等成果。
所有系统均可表示为2个方面：静态结构和动态行为。在面向对象技术中，建立的模型主要分为用例模型、静态模型和动态模型3类。用例模型：使用用例分析捕获需求，得到描述捕获的需求的用例模型。静态模型：将现实生活中的各种对象以及它们之间的关系抽象成类图等模型，用于表示系统的静态结构（说明系统包含什么对象以及对象之间的关系，但它并不解释系统中的各个对象是如何协作来实现系统的功能）。动态建模：使用交互时序图、协作图和活动图描述系统的动态行为（系统的动态行为指对象是如何进行通信以及通信的结果如何）。
本系统使用用例驱动的开发过程，主要使用用例分析（Use Case Analysis）获取用户需求。用例驱动指以用例为驱动力驱动软件开发，即从用例出发，首先将用户需求转换为用例，使用用例描述用户需求，并根据用例的描述和分析，使用静态图描述系统核心类，然后进一步描述系统动态行为，得到分析模型，并进一步驱动设计、编码、测试等阶段的工作。
3.1 用例模型
要建立用例模型，首先要找到用例的执行者Actor。在一个实际的工程项目中可以通过以下方法发现Actor：分析使用系统主要功能的人，分析维护、管理和维持系统的日常运行的人，分析系统需要控制的硬件设备，分析系统需要交互的其他系统和对系统的结果感兴趣的人。分析系统，得出了学生、出题教师、试题库管理员、考试管理员、组卷教师、监考教师、阅卷教师、授课教师等Actor，并得到各个Actor的相关用例。
主要的用例如图1所示。
图1 考试系统中部分用例图
3.2 分析与设计
面向对象设计（Object Oriented Design，OOD）是一种软件设计方法，一种工程化规范。具体地说，OOD就是根据需求决定所需的类、类的操作以及类之问关联的过程。OOD的目标是管理程序内部各部分的相互依赖。
面向对象分析和面向对象的设计之间有密切的衔接关系。从分析到设计是一个逐渐扩充的过程，是在同一个对象模型基础上调整改进和扩充的过程。OOA以问题为中心，OOD则解决如何在计算机系统中实现，它遵循抽象、求精和模块独立性的原则。
抽象是一种思考和解决问题的方式，它关注于事物的一般特性，不考虑底层细节。求精是一个和抽象相反的过程，它将某个宏观功能不断分解、逐步细化。模块独立性指模块之间的接口惟一，高内聚低耦合，各个模块相对独立式的软件容易开发，容易维护。
通过分析与设计的各种方法，得到系统的分析模型和设计模型。主要的类可以分为以下几种：
题库管理与编辑相关类：题库管理类、试题编辑类等；
试卷相关类：设定组卷规则类、试卷类、审卷类等；
考试相关类：，考试设置类、考试类、教师批卷类；
统计和分析类：考试情况统计类，考试成绩分析类；
辅助类：用户管理类、用户类、学生类、数据库连接类等。
核心的类如图2所示。
图2 Microsoft Visual Studio 2005环境下的系统类图
4 S-P，S-T分析
本系统中，尤其需要注意的是试卷质量分析和成绩分析。成绩分析以自定义统计分数段的方式统计某一个分数段的人数和百分比并且以图表的形式显示出来，可以根据自定义分数段统计及格率、良好率、优秀率等；计算平均分、标准差等；S-P分析和S-T分析。试卷质量分析包括分项质量和总体质量分析，其中，分项质量分析包括试题的难度、区分度等参数的分析，既根据难度与区分度得出试题质量的结论：总体质量分析包括试卷的信度、效度及难易度等参数的分析，可得出试卷质量的评价结果，并可打印评价结果。
S-P表是一种将测试、练习的得分数据排成一览表，并对学生和问题的特性以视觉化的图表进行结构分析的方法。S-P表是以学生（Students）数据作为纵轴，问题(Problems)数据作为横轴做成一览表，该表去学生和问题的第一个字母，故称之为S-P表。
注意系数是用于S-P分析的重要参数。是指实际的反应模式与完全反应模式的差异程度。
即：注意系数：
I＝1－实际反应模式与基准变量的协方差完全反应模式与基准变量的协方差
当学生的注意指数大时，说明该学生做错了对于学生整体而言较容易的题目，而做对了对于学生整体而言是较难的题目。当问题注意指数过大时，表示该题被成绩较好的学生作错，而被较差的学生做对了，说明该题的区分能力低，从分等的意义上讲它的使用价值降低。
注意指数本质上是个体与整体量化的比较。对于教学中的问题分析，学生的个别指导有重要的参考意义。
S-T分析是对每个学生对每道问题做出反应的时间给予记录并进行分析的一种方法。应用S-T分析可以对问题进行简单的分析，当然它不像项目反应理论对问题刻画那么精细。它用时间反应矩阵来表示（水平方向是Time ，垂直方向是Student）。
集体反应曲线就是对某一个测验问题，在规定的时间内，回答人数随时间变化的积累曲线。包括正答曲线和响应曲线。利用集体反应曲线，可以对问题的类型、难度以及学生的反应时间做出分析。根据正答曲线的形状。可以进行如下的分析：
(1)如果曲线起始部分较陡，说明大部分学生做出正确的反应，表明问题过于简单；
(2)如果曲线起始部分较缓慢，那说明许多学生要经过一段时间才能做出正确反应，表明问题有一定难度，学生存在程度差别；
(3)如果曲线分为2段，表明问题难度不大，但学生中存在程度不同的集团。
5 结 语
本文采用面向对象的程序设计方法，设计实现了考试与试题库管理系统。系统克服了结构化方法开发的软件维护和重用困难的缺点，容易维护，很多的类可以在相似和相关的系统中重用。另外，系统融合了现代教育测量学原理和多种统计分析方法，可以对试卷的多种评价指标进行统计，对试题的难度、区分度，试卷的信度、效度等指标可以做定量定性的分析，从而能更加科学、合理地评价考试效果，对教师教学、学生个性培养、提高命题质量、使考试工作趋向科学性、规范化，提供了一种解决途径。
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作者简介 翁代云 男，1972年出生，重庆大学计算机学院计算机软件与理论硕士，重庆城市管理职业学院电子信息工程系高级讲师。研究方向为软件工程。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
