基于本体技术的网络测试系统研究与设计

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摘要:为了及时收集教学反馈，借助数字教育服务提高教学质量和效果， 把本体技术引入到网络教学中，可以更好地实现网络教学信息系统的自动化和智能化。本文提出了一个在网络教学中基于本体技术的网络测试系统设计模型，可在此基础上实现网络测试系统动态性和智能性需求，从而得到一个有效及时的教学效果评估。

关键词: 中职；本体；网络测试；教学效果评估

一、引言

计算机技术、网络技术和多媒体技术的迅猛发展，为网络教学的发展奠定了一个良好的基础。在中职教学中，教学反馈是检验教学效果的重要一环，更是进行有效教学改革的关键依据，但是较大量的作业批改、检测等工作量常常使教学反馈未能及时有效收集，从而使教学效果受到影响。为了及时收集教学反馈，借助数字教育服务提高教学质量和效果，把本体技术引入到网络教学中，网络测试是检验教学效果的有效手段，它的作用日益被重视，网络测试能够根据学生的个体情况、知识结构，有针对性地确定及调整教学策略，智能化自动监控和激励学生的学习、丰富教学手段、提高教学水平。本文提出了一个在网络教学中基于本体技术的网络测试系统设计模型，并把此模型应用于课堂教学中的网络测试,应用于开发在线考试系统等实践中,实现网络测试系统动态性和智能性需求，从而得到一个有效及时的教学效果评估。

二、本体的概念及其技术优点

（一）本体的概念。

本体（Ontology），源自哲学术语。在人工智能界，最早给出Ontology定义的是Neches等人，他们将Ontology定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”。Neches认为：“本体定义了组成主题领域的词汇表的基本术语及其关系，以及结合这些术语和关系来定义词汇表外延的规则。”后来在信息系统、知识系统等领域，越来越多的人研究Ontology，并给出了许多不同的定义。其中最著名并被引用得最为广泛的定义是由Gruber提出的，“本体是概念化的明确的规范说明”。

和这个定义类似的有N. Guarino and P. Giaretta (1995)“本体是概念化的明确的部分的说明/一种逻辑语言的模型”（“an ontology is an explicit, partial account of a conceptualization/ the intended models of a logical language.”）。W. N. Borst对该定义也进行了引申“本体是共享的概念模型的形式化的规范说明”。

由于信息技术中的本体论，将现实世界中的抽象概念中数学方法、信息技术方法进行了处理，使之可以应用计算机技术和信息技术进行高效的检索、分类、处理、转换和推导，因此，信息技术中的本体论方法，在人工智能、信息检索与处理等方面被越来越广泛地应用。

而网络自动测试，涉及测试题目的自动生成、测试结果的正确性自动判断和测试效果的自动分析，因此适合于用信息技术的本体论方法来实现自动组卷、自动判卷和自动测试结果分析。

（二）应用本体技术的优点。

本体技术具有以下优点：（1）对现实事物的精确描述。可以用数学方式和模型对一个现实概述进行形式化建模，用数学的精确方式描述其特性。（2）自动性。由于本体之间可以并行工作，所以多本体可以快速求解问题。（3）准确性。可以引入数学精确模型、离散数学模型描述确定性关系，或引入模糊数学等模型描述非确定性关系，从而量化地描述客观事物及其相关规律。

上述特点，对客观地、但又统计性地分析教学效果、学生对知识的掌握情况、教学活动的因果关系都可以综合进行利用。

三、基于本体技术的网络测试设计

在网络课程中，构建一个理想的网络测试系统，不仅给学生提供了一个网络测试知识的平台，同时也满足了教师随时组织学生进行网络考试的需要,对提高教学效果有着重要和积极的作用。

（一）网络测试系统的本体体系。

网络测试系统相关的本体包括：学生、知识/信息、章节、试卷、教师。

每个本体，都包括：属性集、事件集、规划集、能力集，分别反映其在网络测试系统中的工作模式。

属性集(Beliefset）：描述本体对世界的理解和认识，采用基于元组的关系模型来表示本体的信念。

事件（Event）：事件是一种特殊的对象。

规划（Plan）：规划定义了一组动作序列。

能力（Capability）：能力封装了信念、事件、规划等功能性单元。描述了本体能够访问的属性集、能够感知和处理的事件以及对事件做出响应和处理、实现本体目标所需的规划。

本体：一个本体实际上就是一个特殊的对象。它拥有一组能力、包含一组属性集关系、拥有一组规划、能够对一组事件进行响应和处理。

（二）本体设计。

网络测试系统中包括学生本体、教师本体、信息管理本体、决策本体、改卷本体五个本体，其中信息管理本体维护考生成绩，试卷分析结果及考生、教师的注册信息；学生本体可以发送测试请求给教师本体，也可以发送信息查询请求给信息管理本体；教师本体响应和处理学生的测试请求及维护知识库；决策本体响应和处理教师本体的出卷请求，将出好的试卷号返回给教师本体；改卷本体响应和处理教师本体的改卷要求，并将试卷成绩发送给信息管理本体保存。

学生本体包括测试请求、测试完成、进行测试、信息查询请求等事件，包括响应教师本体返回的信息、执行测试、响应信息管理本体返回的信息等规划。教师本体包括出卷请求、改卷请求、响应学生本体的测试请求等事件，包括响应学生本体的测试请求、执行出卷请求、执行改卷请求等规划。由于信息管理本体、决策本体、改卷本体的事件和规划比较单一，在这里不一一罗列。

（三）系统包括的属性集。

属性集是描述本体对世界的理解和认识，一般采用基于元组的关系模型来表示本体的信念 。本系统用属性集来存储信息，其作用相当于数据库的作用。

（1）信息属性集。因为每位用户都必须在系统注册后才能使用系统。信息管理本体除了响应和处理学生及改卷本体的请求，还包括认证学生或教师的身份，所以信息属性集除了保存学生的测试成绩以外，还要保存学生和教师的个人信息。对于信息属性集,只有信息管理本体可以访问，包括对该属性集的增加、删除、修改信息的操作。

（2）试卷属性集。各位教师本体均有自己的试卷，这些试卷是各位教师本体请求决策本体根据出卷要求进行组卷，保存在试卷属性集中。试卷属性集存储试卷信息，包括试卷编号、试卷要求编号（用于不同的组卷要求）、理论分值、实践分值、试卷文件的存放路径等信息。各位教师本体可以向试卷属性集中增加、删除试卷，其他教师和测试的学生本体只可读。

（3）组卷要求属性集。组卷要求属性集存储组卷要求信息，包括组卷要求编号、知识点分布、难度分布、教学要求等信息。各位教师本体可以对组卷要求属性集中各自的组卷要求进行阅读、修改、增加、删除，而决策本体只可以阅读组卷要求属性集。

（4）试题属性集。存储各类计算机课程的各种试题（包括填空、选择、判断等）。试题属性集存储试题信息，包括试题编号、题型、分值、所属章节、所属教师、难度系数等信息。各位教师本体可以对试题属性集中各自的试题读、修改、增加、删除，而决策本体及评判本体只可以读。

（四）系统设计的特色.

与传统的网络测试系统相比，系统采用本体系统进行开发，使该系统具有更高的自动化水平，也具有一定的智能性，例如出卷、改卷及知识库的维护等都是由相应的基于本体规则完成，一定程度上减轻了教师的负担。

同时，在实现自动判卷时，可建立本体之间的标准答案、相近答案、错误答案等一系列本体项，列出对不同的本体项的，并给出出现相应的答案时的判分依据等本体内容。因此，可实现较复杂的自动判卷逻辑，从而可以以此为基础实现智能化的自动判卷。

进一步，可基于网络测试的本体体系，实现教学效果自动评估：建立“知识点—考题—答题内容”本体体系，在学生在网络测试系统对某个考题项进行了回答后，可从“知识点—考题—答题内容”本体体系中了解考生对某个考题的某个回答，反映了他对知识点的掌握程度达到什么程度、存在什么知识掌握缺陷，从而在测试过程中或测试后了解学生的知识掌握情况。

四、基于本体技术的网络测试设计的实际应用

笔者基于上述本体技术的网络测试设计，应用ASP技术开发了一个“网络测试系统”，可供教师在课堂教学中对学生进行测试，及时地了解学生本次课对授课内容的掌握情况，及时收集教学反馈，从而能有针对性地确定及调整教学策略和教学目标。该“网络测试系统”的功能模块如下图:

（一）考生登录模块设计。

考生登录模块主要由学生本体、教师本体、信息管理本体完成，学生本体首先执行测试请求事件，该事件发送给教师本体；教师本体响应学生本体的测试请求后，学生本体执行进行测试事件，该事件发送给学生本体本身，学生开始测试；当学生完成测试后，学生本体执行测试完成事件，该事件发送给教师本体，学生完成测试。学生本体执行信息查询请求事件，该事件发送给信息管理本体，学生可据此查询测试成绩。在整个过程中，学生本体包括的规划有：响应教师本体返回的信息、执行测试、响应信息管理本体返回的信息。考生登录模块的程序设计流程图如下：

（二）管理员登录模块设计。

管理员登录模块主要由教本体、决策本体、改卷本体完成，教师本体可以完成测试、练习和维护3个工作，工作原理如下：

（1）教师组织测试。选定测试学生名单，查看试卷属性集，如果有符合要求的试卷，则将试卷号发送给测试学生名单中已登录的学生，否则，将组卷要求发送给决策本体，决策本体将根据组卷要求进行出卷，并将出好的试卷号发送给教师本体，教师再将试卷号发送给学生考试。学生测试结束之后，教师本体发送改卷请求给改卷本体，由改卷本体批改试卷。通常教师本体预先将组卷要求发送给决策本体，等待决策本体出好试卷之后再组织学生测试。

（2）在启动测试以后，教师还可以启动练习功能，指导其他学生做一些测试练习。

（3）教师还可以启动维护功能，开始修改试题库或者知识库。

（三）实际应用效果。

笔者原来在上《计算机基础》这门课时碰到这样的问题，对于第一章“计算机概述”的内容，由于理论性较强，知识点多，教师在课堂上较难了解学生对授课内容的掌握情况，应用“网络测试系统”，可以把事先准备好的题目在课堂上利用二十分钟对学生进行测试及成绩分析，及时收集教学反馈，从而得到一个有效及时的教学效果评估。同时能够根据测试系统反映学生的个体情况、知识结构，有针对性地确定及调整教学策略和教学目标，激励了学生的学习并增添了一份紧张的学习气氛，有助于学生学习积极性的提高。自从应用了“网络测试系统”，学生对“计算机概述”这章的学习兴趣和学习效率都得到了较大的提高。

上述基于本体技术的网络测试设计还可应用于开发在线考试系统。笔者参编了教材《动态网站项目实训教程》（华中科技大学出版社，书号：ISBN978-7-5609-6930-5），在编写“项目9 综合演练：在线考试系统”这一章中，应用了基于本体技术的网络测试设计模型，该在线考试系统是在上述“网络测试系统”的基础上作了一些改进，系统的功能更加完善，例如可以按照各个考生的测试时间，实现各个考生的在线考试。《动态网站项目实训教程》这本书的销量不错，该在线考试系统受到使用者的广泛好评。 同时该考试系统在我校的几门课程中应用，教师们也反映良好。

五、结语

本体技术应用到网络教学中的网络测试系统，在某种程度上，可以较好地克服原有网络教学中网络测试系统的缺陷。利用本体的相关思想，实现网络教学中的网络测试系统，在一定程度上满足了学生和教师对网络测试系统智能性和动态性的需求，是可以实现的。目前，网络测试是网络课程的重要的组成部分，随着网络环境的不断完善、本体技术的逐渐成熟，笔者提出的基于本体的网络测试系统也将会不断地进行改进和完善，网络测试系统将成为未来数字教育服务领域以及网络教学中的重要研究课题之一。

（作者单位：广州市财经职业学校）

参考文献：

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责任编辑　朱守锂