基于XML技術(shù)的自動(dòng)評閱系統的設計與實(shí)現
加入技術(shù)交流群
O 引言
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，本文在應用大學(xué)物理仿真實(shí)驗實(shí)現物理實(shí)驗考試，記錄學(xué)生實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果的基礎上，提出了基于XML形式對考題所考知識點(diǎn)進(jìn)行描述，并通過(guò)對操作考試中記錄的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果的XML數據進(jìn)行解析評判，實(shí)現對操作考試的自動(dòng)評閱。本系統解決了面向大面積學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗實(shí)踐能力考核的難題。
1 基于XML實(shí)驗的閱卷系統
1.1 基于XML實(shí)驗閱卷系統結構
基于XML操作性考試閱卷系統結構如圖1所示，它由形式化的設計方案、試卷的制作、考試系統和評閱系統四個(gè)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(diǎn)的描述方案。它包含了實(shí)驗中所有可能涉及到的知識點(diǎn)，將所有實(shí)驗虛擬儀器類(lèi)的知識點(diǎn)完整無(wú)歧義地轉換成相對應的實(shí)驗參數及實(shí)驗狀態(tài)，并以XML形式進(jìn)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(jìn)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(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)進(jìn)行描述并作為共享數據而存在。
(3)考試系統。提供學(xué)生進(jìn)行考試的環(huán)境，實(shí)施考試。然后，考試系統根據學(xué)生的操作過(guò)程，抓取實(shí)驗過(guò)程中的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果，在學(xué)生確認提交試卷后，將實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果以XML形式進(jìn)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(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果與考試系統記錄的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果XML文件，分別進(jìn)行解析讀取比較，然后根據解析出來(lái)的評分規則對應給學(xué)生進(jìn)行評分。
基于XML的閱卷系統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(hù)的適當干預下，根據知識點(diǎn)分解原則，將自然語(yǔ)言描述的標準答案轉換成考試評分系統可以接受的規范化格式，然后程序員按照這個(gè)規范化格式文檔轉化成計算機能夠理解的計算機語(yǔ)言，即XML文檔。而評判模塊則是負責根據答案轉換器生成的XML格式的標準答案文件，對考生提交的文件進(jìn)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(xiě)入考生數據庫。
1.2 基于XML知識點(diǎn)的形式化描述
操作考試題目是由教師根據教學(xué)需要所出，而這些考試題目是由相關(guān)的知識點(diǎn)組合而成，其中知識點(diǎn)和實(shí)驗中的實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)相對應。因此，我們對實(shí)驗考試題目進(jìn)行形式化描述分成兩個(gè)步驟：第一步，將考題分解成知識點(diǎn)，并將知識點(diǎn)以實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)的組合進(jìn)行表示;第二步，在此基礎上采用統一的格式描述考試題、知識點(diǎn)、實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系。
在形式化過(guò)程中，方案的設計是基礎，即提取考試題目中每一個(gè)知識點(diǎn)的信息，并設計出用于描述該知識點(diǎn)所對應的實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)。
在對試題所要考察的知識點(diǎn)進(jìn)行描述的時(shí)候，為了使描述更加接近真實(shí)對象的實(shí)際情況，使描述的對象能夠完整無(wú)歧義地被描述，本文采用面向實(shí)體的系統分析和描述方法，采取實(shí)體、動(dòng)作、任務(wù)和交互，即EATI方法(Entity,Action,Task,Interaction)，把儀器實(shí)體類(lèi)當中的數據成員(一般屬性和行為、能力特性)以及類(lèi)的方法描述成實(shí)驗參數和由相關(guān)實(shí)驗參數組成的實(shí)驗狀態(tài)。此是形式化描述的第一步。
當把知識點(diǎn)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(guān)系。我們采用自定義的標簽來(lái)描述試題-知識點(diǎn)-實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)三者的邏輯關(guān)系，即一個(gè)實(shí)驗考題由相關(guān)知識點(diǎn)組成，而知識點(diǎn)與一些實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)相對應，除此以外并對閱卷信息和評分規則等進(jìn)行描述。此即形式化描述的第二步，即結合XML來(lái)對所描述的知識點(diǎn)所對應的實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)以XML的形式進(jìn)行表現。
典型試題-知識點(diǎn)-實(shí)驗參數和實(shí)驗參數的形式化方案及其儀器類(lèi)當中有關(guān)屬性的對應關(guān)系，如圖2所示?！ ?/P>
其中，A：說(shuō)明所要考察知識點(diǎn)的名稱(chēng)、題號等信息。B：知識點(diǎn)類(lèi)型等信息。B部分當中，描述了數據的存儲類(lèi)型、學(xué)生是否可見(jiàn)等信息。C：記錄此知識點(diǎn)相關(guān)的實(shí)驗參數等信息。它可以是一個(gè)實(shí)驗參數，也可以是多個(gè)實(shí)驗參數組合所構成的實(shí)驗狀態(tài)。D：知識點(diǎn)的評分規則。此部分是把考題分數的給分區間、給分范圍等信息，以XML形式化描述的形式表示出來(lái)作為共享數據，這樣不僅能夠滿(mǎn)足不同教師在出題內容上可能存在的差異，而且也能夠滿(mǎn)足即使是同一個(gè)操作性題目，由于要求的不一樣，可能對相關(guān)的實(shí)驗參數和實(shí)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(gè)知識點(diǎn)的DTD(簡(jiǎn)略)如下：
1.3 解析器的設計及其功能
1.3.1 解析器的設計
考慮到對不同層次的學(xué)生由于教學(xué)要求不同，同一個(gè)實(shí)驗中關(guān)注的知識點(diǎn)也將會(huì )不同，因此這要求同一實(shí)驗必須同時(shí)包含多個(gè)不同考題，考題和實(shí)驗應該相對獨立。為此我們對同一個(gè)實(shí)驗提供同樣的實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)集合，不同的實(shí)驗考試題目只需要通過(guò)統一的形式訪(fǎng)問(wèn)實(shí)驗，選取知識點(diǎn)對應的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)即可?；谝陨纤枷?，本文在通過(guò)仿真實(shí)驗實(shí)現實(shí)驗考試的基礎上設計考題解析器，將實(shí)驗考題和大學(xué)物理仿真實(shí)驗兩者連接起來(lái)。解析器負責將形式化考試題解析成考試題-知識點(diǎn)-實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)的邏輯關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗得到對應的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果?？紤]到實(shí)驗考題的靈活性、多樣性和可擴展性，本文采用面向服務(wù)的體系結構(SOA)的中間組件模型，通過(guò)使用基于XML的語(yǔ)言來(lái)描述接口，即對不同試題所考察的知識點(diǎn)使用基于XML的形式化方案描述，通過(guò)SOA模型組件，調用大學(xué)物理仿真實(shí)驗，并把在實(shí)驗過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果，以XML的形式寫(xiě)入和讀出。這樣不僅能夠實(shí)現試題的任意擴充性，也保證了大學(xué)物理仿真實(shí)驗高度的獨立性。它們的結構關(guān)系如圖3所示?！ ?/P>
基于以上思想，本文在對解析器進(jìn)行設計時(shí)，采用內外兩層結構。外層解析器用于解析XML當中實(shí)驗考試題目相關(guān)配置文件所屬實(shí)驗種類(lèi)，并把解析而來(lái)的實(shí)驗題目編號作為下一層解析器進(jìn)行解析的標示符，以任務(wù)分發(fā)器的形式進(jìn)行分發(fā);內層解析器根據傳遞而來(lái)的編號標示符，把此XML配置文件交與所屬的實(shí)驗解析器進(jìn)行解析，通過(guò)解析器統一接口加載到大學(xué)物理仿真實(shí)驗系統中去;然后解析器對大學(xué)物理仿真實(shí)驗考試過(guò)程產(chǎn)生XML形式的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果進(jìn)行解析讀取評判，以達到對實(shí)驗操作考試自動(dòng)閱卷的目的。
1.3.2 解析器的功能
根據以上設計，解析器有以下兩大功能：
(1)實(shí)驗參數的讀取，初始化考試實(shí)驗。在考試系統中，為了對一個(gè)操作性考題進(jìn)行考試，需要在考試開(kāi)始之前，把針對此考試操作題相關(guān)的實(shí)驗儀器進(jìn)行初始化，這個(gè)初始化可以分成兩種情況：a.把實(shí)驗當前的有關(guān)儀器進(jìn)行歸零處理。由于在真實(shí)的實(shí)驗中，考慮到儀器的安
全因素，需要將儀器開(kāi)關(guān)等關(guān)系到儀器運行是否安全的重要部件處于一種關(guān)閉的初始狀態(tài)，因此在虛擬儀器實(shí)驗開(kāi)始之前也要將儀器置于關(guān)閉狀態(tài)。在實(shí)驗進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生需根據實(shí)驗要求自行判斷是否要打開(kāi)或關(guān)閉相關(guān)儀器。這也是對學(xué)生操作進(jìn)行評分的一個(gè)重要的依據。b.把與此操作題相關(guān)的儀器參數進(jìn)行加載。在實(shí)驗考試中，由于每個(gè)操作題都有它的特點(diǎn)，因而每個(gè)操作題所涉及到的實(shí)驗儀器要進(jìn)行相關(guān)屬性的設置，以便為下一步的實(shí)驗考試做準備。這個(gè)階段通過(guò)把相關(guān)的實(shí)驗參數即儀器類(lèi)中的屬性進(jìn)行改變，滿(mǎn)足了不同試題多樣性的需要。
總之，在實(shí)驗考試開(kāi)始之前，解析器需要把相關(guān)的XML形式的實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)進(jìn)行解析，然后把解析出來(lái)的實(shí)驗參數加載到考試實(shí)驗儀器類(lèi)相關(guān)屬性中去。
(2)實(shí)驗考試結束后，解析器把實(shí)驗過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)的真實(shí)值和標準值以形式化的方式寫(xiě)入到XML數據文件中。然后在考試評閱階段，對此XML數據文件中的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和評分規則等信息進(jìn)行解析，然后閱卷程序根據解析而來(lái)的數據對學(xué)生的操作實(shí)驗進(jìn)行評分。
2 基于XML實(shí)驗閱卷系統在大學(xué)物理仿真實(shí)驗中的實(shí)現
本節以油滴法測電子電荷實(shí)驗的考試為例，實(shí)現了XML自動(dòng)閱卷系統的設計思想與設計方案。
2.1 油滴法測電子電荷的物理原理
密立根油滴實(shí)驗測定電子電荷的基本設計思想是使帶電油滴在測量范圍內處于受力平衡的狀態(tài)。通過(guò)在實(shí)驗過(guò)程中調節平衡電壓的數值和調節顯微鏡觀(guān)察窗中的油滴是否處在最清晰的位置等因素來(lái)控制油滴的運動(dòng)，然后讀取實(shí)驗過(guò)程中的平衡電壓的數值，油滴下落時(shí)間等，計算油滴的帶電量，再根據油滴所帶電量是元電荷的整數倍的原理，測量電子電荷的數值。
按油滴作勻速運動(dòng)或靜止兩種運動(dòng)方式分類(lèi)，油滴法測電子電荷分為動(dòng)態(tài)測量法和平衡測量法，它們的公式分別是：
其中，
，C是儀器常數，U是兩極板電壓，tf是油滴勻速下落的時(shí)間，tr是油滴勻速上升的時(shí)間，p是標準大氣壓強，b是修正常數，q是油滴所帶電量，η是空氣粘滯系數，s是油滴勻速下降的距離，ρ1是油滴的密度，ρ2是空氣的密度，d是平行板距離。
2.2 基于XML知識點(diǎn)的形式化描述
根據上述油滴實(shí)驗的原理，結合虛擬儀器類(lèi)中視場(chǎng)中油滴的清晰程度由Properties_Microscope_Whirl屬性值所表示，因此采取EATI思想，對視場(chǎng)中油滴清晰程度知識點(diǎn)描述如下：
在上述XML描述中，
2. 3 基于XML解析器事例
2.3.1 實(shí)驗初始化參數的解析讀取
仍以油滴是否清晰為例，對油滴清晰度初始化配置如下：
在上述的XML配置文件當中，
2.3.2 實(shí)驗結果的參數解析、評判
在學(xué)生實(shí)驗過(guò)程中，解析器將虛擬儀器類(lèi)中表示油滴是否清晰的Properties_Microscope_Whirl屬性值，以XML形式寫(xiě)入到數據文件中，其XML描述形式如下：
當考試結束的時(shí)候，考試系統自動(dòng)把學(xué)生在實(shí)驗當中產(chǎn)生的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果等信息，以XML的形式進(jìn)行記錄、保存。然后，解析器根據XML文件中的
總之，基于XML操作性自動(dòng)閱卷系統的核心思想是將繁雜的有關(guān)試題-知識點(diǎn)-實(shí)驗參數和實(shí)驗狀態(tài)三者的邏輯關(guān)系描述轉化為簡(jiǎn)單、直觀(guān)的XML文檔;將復雜的閱卷轉化為對XML文檔的簡(jiǎn)單解析。
3 結束語(yǔ)
本文在采用基于XML形式化描述方案的基礎上，以記錄操作性考題當中所涉及到的實(shí)驗參數、實(shí)驗狀態(tài)和實(shí)驗結果來(lái)對學(xué)生的操作過(guò)程進(jìn)行評閱，實(shí)現了面向大面積學(xué)生實(shí)踐能力考試的自動(dòng)評閱，在各高校實(shí)驗實(shí)踐能力考試和各類(lèi)技能培訓考核中有廣闊的應用前景。
評論