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Designing and Implementing an Adaptive Online Examination System

Article in Procedia - Social and Behavioral Sciences · February 2014

DOI: 10.1016/j.sbspro.2014.01.711

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Mustafa Yagci Menderes Uuml;nal

Ahi Evran Uuml;niversitesi Ahi Evran Uuml;niversitesi

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Procedia - Social and Behavioral Sciences 116 (2014) 3079 – 3083

5^th World Conference on Educational Sciences - WCES 2013

Designing and implementing an adaptive online examination system

Mustafa Yağci *, Menderes Uuml;nal

Ahi Evran University, Faculty of Education, Kırsehi, Turkey

Abstract

A design and application of adaptive online exam system are carried out in this paper. Adaptive exam systems determine different question sets automatically and interactively for each student and measure their competence on a certain area of discipline instead of comparing their gains with each other. Through an adaptive exam technique, a studentrsquo;s distraction and motivation loss that is led by the questions with quite lower hardness level than his/her competency is prevented. In addition, negative effects of questions requiring higher knowledge than his/her competency over a studentrsquo;s self confidence and morale are dismissed. Since questions are specialized so that they can allow making clear deductions about student gains, they are able to detect student competencies more effectively. Requiring less total time for measuring and being more flexible in the exam management are among the advantages provided by the system. Self sufficiency of the system in terms of planning, repeating and assessment of the measurement process especially allows itself to be used in the individual education sets. Through this system, student competencies can be determined more effectively in cases such as distant-learning, in which some challenges are experienced frequently.

copy; 2013 The Authors. Published by Elsevier Ltd. Open access under CC BY-NC-ND license.

Selection and/or peer-review under responsibility of Academic World Education and Research Center.

Keyw

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设计和实施自适应在线考试系统

Mustafa Yağci *, Menderes Uuml;nal

伊夫兰大学，教育学院，土耳其克尔，谢希尔

摘 要

本文介绍了自适应在线考试系统的设计与应用。自适应考试系统为每个学生自动确定不同的问题集，并测量他们在某个学科领域的能力，而不是将他们的分数相互比较。通过适应性检查技术，可以防止由得分水平低于个人的能力的问题引导的学生分心和学习动力的丧失。此外，学生不被要求具备比自身能力水平更高的知识，从而保证了学生的自信心和士气。由于问题是有针对性的，因此系统可以准确的扣除学生的分数，从而更有效地发现学生的能力。该系统的优点之一是测量总时间更短，考试管理更为灵活。该系统在计划，重复和评估测量过程方面，系统能够自动完成，因此它可以被用作个人教育。在经常发布任务的远程学习情况下，该系统可以更有效地确定学生的能力。

关键词：自适应考试系统，专家系统，在线考试，个性化学习，智能辅导

1.简介

现代测试系统基本都以纸张形式应用。随着计算机和互联网之类的技术手段已被广泛用于教育活动，人们对在线考试应用和通过计算机进行测量和评估进行了大量研究。但在这些考试中，学生要么在打印的文件上进行测试，要么将答案放在一张纸上，或者他们在电脑屏幕上回答。此外，在这些类型的考试中，所有学生都使用同一份试卷。

近年来，人工智能逐渐理解理解人类思维过程，并在计算机环境中体现出这种思维方式。模糊逻辑是一种人工智能，并且还能够对人类行为进行建模，甚至以数学形式表达未确定的概念，它已经成为一种经常应用于解决决策问题的方法。教育是利用模糊逻辑的主要领域之一。 （Kinshuk等，2001）。在教育过程中，可能会遇到一系列需要决策的事件。特别是在测量和评估过程中，这是一个具有挑战性的过程，需要大量的经验才能做出正确的决策并正确评估学生。由于不确定性和所包含的主观尺度(Karal amp; Cebi, 2011)，无错误评价学生成绩的问题有一个用模糊逻辑方法建模的结构(Karal amp; Cebi, 2011)。

本文阐述了自适应考试系统中采用测试算法设计的考试系统和设计阶段

每个问题按照确定的固定量表(如0-100或0-10或0-1等)赋值。在问题的选择上，采用了二叉树技术算法。

该算法的工作方式如下：

1.在相关主题的问题中，首先询问具有中等难度的问题（例如，如果使用0-100的范围，则具有50难度分数的问题）。如果学生正确回答问题，则较高难度括号（50-100范围）减半以确定以下问题的难度级别;在我们的过程中，询问水平为75的问题。如果学生错误地回答了问题，则较低的难度范围（0-50范围）减半并且询问具有25个难度级别的问题。

2.在连续的问题中，由于最新问题的难度级别，下一个问题的难度分数是通过将高级或缩小阈值范围减半来确定的。

3.算法中需要使用必要的阈值，例如：

bull;最大问题量，

bull;最小问题，

bull;考虑到最大的难度分数差异，范围改变速度已经放缓，

bull;在摆动减速后（在同一摆动范围内），学生要求学生完成测试时的问题数量（通常按标准偏差计算），

bull;算法停止后跟随的插值策略（与上面指定的阈值直接相关）。

4.必须有足够数量的问题（在相同的难度级别上），以便将面对同一问题的概率降低到可接受的水平。

2.专家系统

专家系统是人工智能编程科学的一个分支，它用来寻找计算机如何很好的完成完成人类工作。专家系统是依靠知识和推理来执行应由专家人员执行的艰巨任务的计算机软件。它有一个数据库，由专业知识专业的信息组成，因此它具有类似于数学等专业领域的人的能力。专家通过基于他们在特定专业领域的知识进行逻辑推理来获得结果。同样，专家系统根据他们的信息进行推论并得出结果（Ouml;nder，2003）。

专家系统是一种代替专家在复杂系统中执行任务的计算机软件。这些系统也可以认为是可以执行需要分析，分类和诊断的专业工作并具有咨询质量的计算机软件（Allahverdi，2002）。

专家系统可以通过提供专家支持来处理不确定的问题，并提供解决方案。由于它们的结构，数据库接口和决策支持系统可以同时使用（Ouml;nder，2003）。

3.自适应考试系统的特点

作为自适应测试应用的结果的接收答案可用于确定下一个问题或问题集。一定数量的正确答案会导致系统选择具有相同或更高难度的问题;类似地，一定数量的错误答案导致选择难度较低的问题。因此，可以用较少的问题来确定个人的能力和知识水平。因此，通过个性化考试，学生不需要完成不适合其知识水平的整个问题集（Wise和Plake，1987）。

基于网络的自适应考试是在计算机环境中匹配测量的个人能力（人才）和项目难度的过程（Hambleton等，1991）。换句话说，应用是基于调整测试的个人测量能力水平;并且由于个人在他/她的测量特征中的位置而应用不同的测试项目（Weiss，1988）。在这种情况下，每个人接受不同的测试，根据他们的能力水平调整不同的难度水平。传统的测试通常被安排来测量平均能力水平。适应性测试应用程序提供了一个环境来揭示个人能力水平的最佳度量。一个通用的适应性测试应用程序遵循以下步骤(Lord and Stocking, 1988):

1.估计个人的能力水平。

2.从相关参数组成的池中选择可以很好地衡量个人能力的项目。

3.应用所选项目并对其进行评分，并评估估计的能力水平。

4.如果能力评估中达到足够低的水平，则终止申请;如果没有，转回第二步。

需要高度安全性的考试必须在监控下的安全考场（如计算机实验室）中进行。如今，许多专业的考试分发方法都可以通过互联网得到支持。基于web的考试允许在特定的考试中心分发考试和安全科目。

4.增强的基于Web的自适应考试系统

开发的自适应考试系统以其设计简单、直观的特点，不需要用户进行进一步的指导，为学生和讲师提供了广泛的应用。通过不同的方法，可以实现考试，分析、执行测量和评估过程。除了通过自适应方式应用考试之外，学生监控、指导以及考试成绩评估（由于其耗时的结构通常被忽略但在实现教育目标方面很重要）可以更方便。

4.1 系统的一般结构

该系统由三层结构组成：用于数据存储的数据库，用于应用程序的服务器和连接到应用程序服务器的客户机。作为数据库，使用MYSQL;

1.MySQL数据库管理系统是开放编码软件，它具有增强的规范，

2.它使用应用服务器层，

3.在客户端层，需要使用Web浏览器（Internet Explorer，Mozilla，Opera等）。

要开发在线考试系统，首选基于服务器的快速PHP编程语言。

对于开发的软件，Apache被用作Web服务器，它是一种强大，熟练和灵活的HTTP（超文本传输协议）服务器和开放编码的编程。Web服务器是一个软件，用于发送存储在您连接的Web地址下的页面（Netcraft，2012）。

Macromedia Dreamweaver 8软件用于准备系统的界面。 Dreamweaver是最受欢迎的HTML编辑器之一，因为它具有增强的属性和便利性;并允许使用基于服务器的语言来创建动态页面。

在自适应网络考试系统中，JavaScript语言用于允许动态用户访问;让它在同一页面进行探讨，并执行诸如为考试提供休息时间等任务。

4.2 安全

为确保数据安全，必须在数据库和应用程序服务器之间使用IPSec或Kerberos。由于IPSec在数据库和应用程序服务器之间提供安全通信，因此可以防止第三方侵入数据库。此外，必须使用SSL来确保客户端和服务器之间的安全通信。在此应用程序中，保护管理员和讲师的密码至关重要。第三方很容易捕获通过网络发送的不进行任何加密的用户名和密码。因此，必须使用SSL加密通过网络发送的数据。此外，正如前面部分介绍的那样，密码必须以加密方式存储在数据库中，并且必须采取足够的预防措施来防止SQL注入攻击（Akın，2007）。

一些攻击系统的用户可能希望通过SQL注入命令访问和损害系统。在开发的应用程序，PHP和MYSQL命令（例如HTMLENTITIES，MYSQL_REAL_ESCAPE_STRING，STRIP _TAGS）用于防止未经授权的进入系统，并采取预防措施来对付这些攻击。另外，在需要用户名和密码的查询中，使用诸如Md5和SHA1的加密算法。

当用户被授予对系统的访问权限时，将保留用户名，会话信息，并在每个需要访问的页面中检查这些信息以防止未经授权的访问。除了这些安全预防措施外，用户还必须通过防病毒和反木马程序将网络安全保持在最高水平。

4.3 用户组

系统中有三种类型的用户：系统管理员，讲师和学生。 系统管理员有权将新用户，课程添加到系统中，将新讲师和学生分配到课程中，以及添加公告。讲师被授权定义课堂，课程和学生，连接课堂和课程，添加和修改问题，更改学生密码，编辑问题，访问考试结果，包括课堂列表，将考试结果转换为excel表格以供进一步分析，并向各方发送消息。 当学生进入系统时，他们能够查询考试、参加考试;、查看考试成绩。 表1中列出了此应用程序中的用户类型和角色。

4.4 组织和设置

在基于Web的考试系统中，用户名和密码是系统识别特定用户的关键。任何具有用户名和密码的人被认为有权访问系统，因此信息安全性至关重要。管理员可以自动为注册课程的学生和所述课程的讲师生成用户名和密码;并以安全的方式将此信息发送给各方。

5.考试的定义和实施

课程讲师可以从他们已经创建的问题池或从之前输入系统数据库的问题中组织考试。考试可以提前准备，但学生不允许访问。为此，考试是在IP限制下进行的，因此只能在特定的计算机或实验室中实施。

文本，图片和动画可用于创建的问题。可以从任何互联网接入点二十七次轻松访问该系统。由于有关考试会话的所有信息都通过网络界面传输到数据库，讲师也可以通过网络界面访问学生的数据。

用于考试系统的Web界面的设计是通过使用最少的信息级别和最用户友好的形式来确保安全性。在此应用程序中，每个考试结果可以与定义的新信息一起更新。接口应用程序的用户手册是系统的首选特征。

5.1 创建考试

考试可以通过两种不同的方法创建。在第一种方法中，讲师可以通过输入具有不同难度级别的问题，通过从他们先前创建的问题池中选择他们需要的具有特定难度级别的问题来创建考试。在创建考试时，要考虑哪个组是预先确定的。因此，学生在访问系统时查看为他们创建的考试。另一方面，在第二种方法中，讲师列出了相关考试的问题池中记录的所有问题，然后在其中选择所需的问题。

5.2 考试数据

为了通过系统本身自动评估检查，还可以通过使用获得的信息和检查数据来执行用于分析的原始数据生成过程。通过统计方法评估数据，可以对当前的考试系统进行评估，也可以构成资源未来的研究。最重要的是，最合适的问题的选择过程和解决不符合问题库中的有效性，可靠性和其他分析标准的问题可能更方便。

6.数据库设计

通过基于网络的考试系统，在数据流通和记录过程方面，对数据库基础设施进行了认真强调。该数据库旨在通过使用最少量的系统源来编译最大量的数据，同时保证所有数据的安全。

系统中的主要表格包括课程，问题，考试，学生，讲师，管理员，学期，专业和结果。此外，还有辅助表Lecturer_Course，Student_Course，Semester_Courses，Exam_Questions，Student_Answers。

7.结果

在开发的考试系统中，可以通过传统方法和自适应检查方法来实施考试。在本研究中，进行了考试系统的设计和应用阶段。此外，设计的考试系统是在中期和期末考试中通过传统方法在2011-2012学年春季学期在伊夫兰大学（Kırşehir，TURKEY）的教育学院攻读计算机I课程的传统方法中实施的。

学术成功的框架由65个项目组成。为了提高测试覆盖率的内容有效性，考虑问题分布中的主体比例。根据专家的意见提供测试有效性。基于对两个不同班级的90名学生进行的试点研究，确保了测试的有效性。申请结果，15项明显强度低于0.30的项目被驳回学业成功考试。其余50项的显着性强度在0.30和0.95之间;他们的项目难度在0.27和0.64之间变化。计算结果表明，平均难度为0.52，内容一致性系数为（Kr-20）0.88，标准差为4.5。因此，确定问题库（自适应检查系统的基本部分）所需的难度级别和独特性值。

在之前的研究中得出的结论是：“通过多标准决策方法可以解决学生绩效评估问题;和类似的方法可用于不同的测量和评估应用“（Karal和Ccedil;ebi，2011）。

在进一步的研究中，将通过对未来自适应检查系统应用所获得的数据的统计分析来讨论自适应检查系统的实用性，有效性，可靠性，优点和缺点。

致谢

作者衷心感谢伊夫兰大学主任在科研项目框架内支持该研究。

参考文献

1. Akın, O. (2007). Web Tabanlı Sınav Sistemi. Unpublished masterrsquo;s thesis, Sakarya Uuml;niversitesi, Fen Bilimleri Enstituuml;suuml;, Sakarya.
2. Allahverdi, N. (2002). Uzman Sistemler, Atlas Yayıncılık, İstanbul.

[3]Hambleton, R. K., Swaminathan,

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