基于XML自動評閱系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

O 引言
實驗是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。考核是對學生學習方法、學習內容的重要引導，也是推進教學質量提高的重要途徑。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生對所學知識的掌握和知識的靈活運用，對學生綜合素質的培養(yǎng)具有重要意義。面向大面積學生的實驗實踐能力考試，由于需耗費大量的設備和師資力量，因而常常無法實現(xiàn)。
以中國科學技術大學為代表的大學物理仿真實驗教學系統(tǒng)，在創(chuàng)新教育模式、突出學生自主學習和培養(yǎng)學生實踐能力方面發(fā)揮了很好的作用。本文以大學物理仿真實驗為基礎，實現(xiàn)了對大面積學生實踐能力的考試與自動評閱。
為解決對大面積學生操作能力考核閱卷需耗費大量師資力量的困難，本文在應用大學物理仿真實驗實現(xiàn)物理實驗考試，記錄學生實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結果的基礎上，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)結構
基于XML操作性考試閱卷系統(tǒng)結構如圖1所示，它由形式化的設計方案、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換成相對應的實驗參數(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)。提供學生進行考試的環(huán)境，實施考試。然后，考試系統(tǒng)根據(jù)學生的操作過程，抓取實驗過程中的實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結果，在學生確認提交試卷后，將實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結果以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實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結果與考試系統(tǒng)記錄的實驗參數(shù)、實驗狀態(tài)和實驗結果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)則對應給學生進行評分。

基于XML的閱卷系統(tǒng)是在答案轉換器和評判模塊的配合下完成試題評判工作。在用戶的適當干預下，根據(jù)知識點分解原則，將自然語言描述的標準答案轉換成考試評分系統(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)教學需要所出，而這些考試題目是由相關的知識點組合而成，其中知識點和實驗中的實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)相對應。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)之間的邏輯關系。
在形式化過程中，方案的設計是基礎，即提取考試題目中每一個知識點的信息，并設計出用于描述該知識點所對應的實驗參數(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，本文采用面向實體的系統(tǒng)分析和描述方法，采取實體、動作、任務和交互，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，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構關系。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)三者的邏輯關系，即一個實驗考題由相關知識點組成，而知識點與一些實驗參數(shù)和實驗狀態(tài)相對應，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，即結合XML來對所描述的知識點所對應的實驗參數(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屬性的對應關系，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、學生是否可見等信息。C：記錄此知識點相關的實驗參數(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：