基于web的智能数学试题测试系统WMEWebbasedMathematics.ppt

,雨雾,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,雨雾,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,基于web的智能数学试题测试系统WMEWebbasedMathematics,基于web的智能数学试题测试系统WMEWebbasedMathematics基于web的智能数学试题测试系统WMEWebbasedMathematics相关背景知识MathML,MathML是基于XML语言标准的数学标记语言,MathML具有以下特点：,(1)能为不同层次的数学符号及其含义编码。,(2)能为不管是表现上还是语义上的数学格式之间相互转换提供便利，输出格式可以是图形显示、语音合成以及计算机代数系统输入或者排版语言等。,(3)允许传递其它特殊应用的信息。,(4)有效支持长表达式的浏览。,(5)提供可扩展功能。,(6)能够和其它数学编辑技术进行良好配合。,(7)良好的可读性，易于开发及应用。2,相关背景知识,MathML,MathML,是基于,XML,语言标准的数学标记语言,MathML,具有以下特点：,(1),能为不同层次的数学符号及其含义编码。,(2),能为不管是表现上还是语义上的数学格式之间相互转换提供便利，输出格式可以是图形显示、语音合成以及计算机代数系统输入或者排版语言等。,(3),允许传递其它特殊应用的信息。,(4),有效支持长表达式的浏览。,(5),提供可扩展功能。,(6),能够和其它数学编辑技术进行良好配合。,(7),良好的可读性，易于开发及应用。,2,AJAX,AJAX,全称为“,Asynchronous JavaScript and XML(,异步,JavaScript,和,XML),，是指一种创建交互式网页应用的网页开发技术。,主要包含了以下几种技术：,基于,web,标准,(standards-based presentation)XHTML+CSS,的表示；,使用,DOM(Document Object Model),进行动态显示及交互；,使用,XML,和,XSLT,进行数据交换及相关操作；,使用,XMLHttp Request,进行异步数据查询、检索；,使用,JavaScript,将绑定所有的内容。,3,JSON,JSON(JavaScript Object Notation,）是一种轻量级的数据交换格式。易于阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。它基于,JavaScript(Standard ECMA-262,3rd Edition-December 1999),的一个子集。,JSON,采用完全独立于语言的文本格式，但是也使用了类似于,C,语言家族的习惯,(,包括,C,，,C+,，,C#,Java,JavaScript,，,Perl,，,Python,等,),。这些特性使,JSON,成为理想的数据交换语言。,4,REST,代表性状态传输(Representational State Transfer，REST)是一种轻量级的Web Service架构风格，在Web领域已经得到了广泛的接受，比基于SOAP和Web服务描述语言(Web Services Description Language，WSDL)的Web服务更为简洁。它可以完全通过HTTP协议实现，还可以利用缓存Cache来提高响应速度，性能、效率和易用性上都优于SOAP协议。REST已经被广泛接纳到各个平台中。,5,计算机代数系统(CAS),Maxima,是一种用,LISP,编写的计算机代数系统，用于公式推导和符号计算它是一套自由软件，在,GNU,通用公共许可证下发行。它由麻省理工学院在美国能源部的支持下于,60,年代末创造的,Macsyma,演变而来。,Maple,是由加拿大滑铁卢大学,(Waterloo University),的符号计算研究小组于,1980,年,9,月研制的一种计算机代数系统。它具有良好的使用环境、强大的符号计算能力、高精度的数字计算、灵活的图形 显示和高效的可编程功能。,Mathematica,系统是美国,Wolfram,研究公司开发的一个功能强大的计算机数学系统。它提供了范围广泛的数学计算功能，支持在各个领域科学研究和过程中的各种计算，可以帮助解决比较复杂的符号计算和数值计算的理论和实际问题。,它的主要功能包括三个方面：符号演算、数值计算和图形。,6,智能数学试题测试系统,MathPASS,主要研究内容包括：,数学公式为主的答案输入方法研究,试题设计及生成研究,数学试题答案检测方法研究,7,数学公式为主的答案输入方法研究,MathPASS,提供了两种答案输入方式：,1,基于,Web,的所见即所得的可视化界,面输入方式；,2,基于字符串的线性文本输入方式。,在图形化界面下，用户可以通过鼠标点击、公式,Template,选择、鼠标拖拉,(Drag_Drop),方式输入数学公式，数学公式会以,MathML Presentation,方式进行同步显示。基于字符串的线性文本输入方法提供了一种自然无歧义的基于中缀的数学输入方法。,8,试题设计及生成研究,试题设计充分考虑试题知识考查点的明确性和试题之间的连续性。,在,MathPASS,中，利用,PHP,程序实现了,400,多种数学试题的原型设计并能自动生成随机参数试题。,9,数学试题答案检测方法研究,基于计算机代数系统的答案检测,Web Service(ACS),，能够实现自动计算试题答案和智能检测用户答案。计算机测试系统,(ComputerAidedAssessment),可以以,REST,方式访问,ACS,，将,MathML,、,OpenMath,标准中缀格式、扩展标准中缀格式、,Maxima,格式、,Mathematica,格式等多种数学公式格式的数学试题和答案发送给,ACS,，,ACS,能够将对这些格式的数学公式进行转换，并利用,CAS,系统计算标准答案并检测用户答案的正确性。,10,MathPASS,是一个综合的数学试题测试应用系统，除考虑上面所述研究内容外，在,MathPASS,中作者还设计和开发了多种功能模块来实现数学测试系统的各种管理功能：,(1),用户管理子模块,(2),班级管理子模块,(3),学生管理子模块,(4),试题管理子模块,(5),成绩管理子模块,(6),试卷生成及管理子模块,(8),试题自动生成子模块,(8),答案输入功能子模块,(9),答案检测功能子模块,11,智能数学试题测试系统核心子系统介绍,1.体系结构,MathPASS的主要功能为数学试题的自动生成和答案的智能检测，它的核心,模块包括试题生成子系统、答案输入子系统、Answer Checking Web服务等三部分。下图显示MathPASS的体系结构。,12,2.,核心子系统功能,1,）试题自动生成子系统,试题自动生成模块是一个使用,PHP,程序设计及实现的能够自动随机生成指定类型试题的子系统,可以在每次测试中针对教师指定的试题类型和数学条件，为每个学生分配随机生成的不同试题,。,13,2,）答案输入子系统,（,1,）可视化图形界面输入,所见即所得的可视化图形界面有利于用户进行直观方便的操作，采用于,Web,的网络数学公式编辑器,MathEdit,作为答案输入子系统。编辑完成的数学公式以,MathML,文档的形式保存，可以方便地包含在,Web,页面中表示和传输数学信息。,（,2,）扩展的标准中缀格式输入,在,MathEdit,中采用了标准中缀格式，标准中缀格式是一种通用的公式表示方法，它在设计时兼顾了科学家、工程师、教师和学生等各层次用户的需求但是在实际应用时学生使用标准中缀格式总会出现各种各样的”语法”错误，不符合标准中缀格式的语法要求但从解题角度来说，学生的输入实际上是正确的。如学生输入,2x,表示,2*x,。但标准中缀格式总是认为这是一种错误的输入。所以针对教育教学规律、初等教学的特点以及学生教师的输入习惯等对标准中缀格式做出了一些改进和扩展，使得它能够更加高效稳定的被学生使用。,14,3),答案检测,Web,服务,答案检测服务使用了免费的计算机代数系统,Maxima,，可以解决复杂和困难的教学试题答案测试和协助自动评分的工作。,15,3.,系统其他模块功能的介绍,MathPASS Web,站点的结构示意图,16,1.,用户管理模块,MathPASS使用了基于角色的访问控制，将用户分为guest、student、teacher和admin等四种角色。该模块提供了用户管理的基本功能，包括注册、登录、注销，用户信息和访问控制管理。,系统中学生可以管理自己的账号、参加测试和练习以及查看自己的成绩。教师可以管理学生、管理班级、设计试题类型、设计和组建试卷管理员可以进行用户和用户组的管理。,17,2.,试题管理及试卷生成及管理模块,试题管理主要提供对试题文字信息描述的修改功能。,试卷生成及管理功能允许教师增加、查看、修改、删除、和测试试卷。,3.成绩管理模块,系统会记录学生的所有测试成绩。教师可以以两种方式查看和管理学生成绩。,（1）可以查看一道试题的所有学生成绩，,（2）可以查看一名学生的所有历史成绩。,18,4.,学生管理和班级管理,在,MathPASS,中，教师及班级是一对多的关系，而学生及班级则是多对多的关系一个教师可以同时拥有多个班级，对不同班级开展不同的教学活动，但一,个班级只能有一位指导教师。学生可以根据学校的教学安排进入多个班级学习。,19,试题自动生成子系统,试题自动生成模块是一个能够自动生成指定类型试题的子系统能够向教师提供一个完整的数学试题类型库。系统可以在每次测试中针对教师指定的试题原型、试题类型和数学条件，为每个学生随机生成不同参数的试题。试题生成模块的研究重点和难点是设计试题原型、确定每种试题原型参数的随机取值范围及各个数之间的关系。试题原型是指具有相同结构的同一类型试题的抽象，系统可以依据试题原型自动生成具体试题。包括两方面：,1,，试题原型设计,2,，试题原型和具体试题生成实例,20,智能的答案测试服务子系统,(ACS),试题答案检测是计算机辅助测试系统的一个核心部分。,ACS,能够实现试题答案的自动计算，并可以通过比较数学公式的等价性实现用户答案的检测。,计算机测试系统可以以,REST,方式将,MathML,、,OpenMath,、标准中缀格式、扩展标准中缀格式、,Maxima,格式、或,Mathcmatica,格式等多种数学公式格式的数学试题和答案发送给,ACS,，,ACS,将这些格式的数学公式进行转换，并利用,CAS,系统计算标准答案并比较用户答案及标准答案的等价性，此外，,ACS,还可以对用户答案进行简单判断，确定答案是否为数学公式的最简形式或是否符合试题要求。,21,Answer Cheoking Web Service(ACS),的答案检测流程,当ACS接收到答案检测服务请求后，首先对请求的数据进行格式分析，如果不符合ACS服务请求消息规范，则做出响应提示格式不符合规范；如果格式符合要求，则判断用户的服务请求有无标准答案，若没有标准答案则根据用户服务请求数据中的qtype参数按试题类型生成Maxima可执行代码，并调用Maxima计算试,题标准答案。,22,ACS,进行数学试题答案检测的基本流程。,23,MathPASS答案检测方式,1.,客户端服务器端同步方式,(CS_Sync),2.,客户端服务器端异步方式,(CS_Async),24,CS_Sync的缺点：1客户端在整个的通信时间内必须一直等待并且不做任何操作直到得到服务器端的回应，这显然会使整个通信过程占用较长的时间2服务器端返回的结果将是一个全新的页面Web浏览器必须要经过刷新以后才能够显示出得到的结果，这将替代以前的页面。3.在客户端和服务器端传递了大量的数据，其中的大部分其实是不需要的。,CS_Async的优点：,1因为是异步的方式，所以客户端和服务器端在通信时都不需要等待对方。,2请求和应答是使用基于标准的JavaScript格式的RESTJSON来进行发送、接收和处理请求等操作的。,3不再需要刷新重载客户端网页。从服务嚣端返回的结果并不是一个全新的页面，它的体积非常小，浏览器只需要替换网页中的一小部分就可以了。,4.在客户端和服务器端之问传递的数据量很小。,25,谢谢,26,谢谢大家！,结 语,