基于本体的多项选择题自动生成技术研究

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1、南京航空航天大学 硕士学位论文 基于本体的多项选择题自动生成技术研究 姓名：丁向民 申请学位级别：硕士 专业：交通信息工程及控制 指导教师：顾宏斌 20080101 南京航空航天大学硕士论文 I 摘要 摘要 为了在机务CBT（Computer Based Training）系统中检测学员的知识掌握情 况，我们提出了考题自动生成技术的研究课题。考题自动生成技术所研究的并不 是传统的从试题库中抽取考题，而是研究从培训教材中自动生成考题。相对于其 它类型考题，多项选择题具有易于计算机处理、测试简单、信息量大等优点，本 文就选择了多项选择题自动生成技术作为主要研究对象。 多项选择题包括题干和干扰项两个

2、部分。 本文提出了一种方便计算机操作的 知识点类型划分方法，据此提出了一种出题模式，用于考题题干的生成。干扰项 的生成是通过本体来实现的。本体可以表示概念以及概念之间的联系，通过本体 就可以生成与正确选项有一定联系的干扰项。 本文为了表示干扰项对正确选项的 干扰程度，还提出了干扰度的概念。 本文设计了一个多项选择题自动生成系统， 介绍了该系统所用到的一些关键 技术和方法，如正则表达式、XML、Jena等。最后给出了一些出题模式的实验数 据和多项选择题的生成实例。 关键字：关键字：考题自动生成技术，多项选择题，本体，正则表达式 基于本体的多项选择题自动生成技术研究 II Abstract In

3、order to test knowledge level of student in Aircraft Maintenance CBT System, Automatic Item Generation (AIG) is proposed. The research of AIG is not selecting items from item pool, but automatic generate items from teaching books. Multiple-choice questions have advantages of computer operating easil

4、y, testing simply and information content richly compares with other types of item, so multiple-choice question is selected as the object of research mainly. Multiple-choice question is composed of the stem and the distractor. A kind of classified method of knowledge points is proposed, and then ite

5、m pattern is brought forward, it could be used to generate stem. The distractor is generated by the ontology. The ontology can express the terms in the domain and relations among them. The distractors, which have a relationship with the key, could be generated by the ontology. In order to express th

6、e level that the distractor affects the key, the distractor level is proposed. A Multiple-Choice Questions Automatic Generation System is developed, in which some primary technology and methods were introduced, for example, regular expression, XML, Jena and so on. Finally, some experiment results of

7、 item pattern and the examples of multiple-choice question were given. Keyword: Automatic item Generation, Multiple-choice Question, Ontology, Regular Expression 南京航空航天大学硕士论文 V 图表清单 图 2.1 Uschold 的“骨架”法流程图.10 图 2.2 类的层次图 .15 图 2.3 属性的层次图 .15 图 2.4 歼击机的个体示意图 .15 图 4.1 最近前置主语替换法数据流程图 .28 图 4.2 多项选择题题干

8、生成数据流程图 .30 图 4.3 Ontology 包的主要接口函数.33 图 4.4 干扰项生成的数据流程图 .35 图 4.5 类的干扰项生成数据流程图 .35 图 4.6 属性干扰项生成的数据流程图 .36 图 4.7 个体干扰项生成的数据流程图 .37 图 4.8 多项选择题生成算法流程图 .38 表 51 元知识点类型统计表 .39 表 52 题目模式匹配情况及分析表 .40 基于本体的多项选择题自动生成技术研究 VI 注释表 缩略语 英文 中文 CBT Computer Based Training 基于计算机的训练 AIG Automatic Item Generation 考

9、题自动生成 NLP Natural Language Processing 自然语言处理 DO Digital Imaging and Communications in Medicine Ontology 医疗数位影像及传输本 体 NCBO National Center for Biomedical Ontology 生物医学本体国家中心 GO Gene Ontology 基因本体 W3C World Wide Web Consortium 万维网联盟 API Application Programming Interface 应用程序接口 OWL Web Ontology Languag

10、e 网络本体语言 NKI National Knowledge Infrastructure 国家知识基础结构 regexes regular expression 正则表达式 XML eXtensible Markup Language 可扩展性标记语言 SGML The Standard Generalized Markup Language 标准通用标记语言 HTML Hypertext Markup Language 超文本标识语言 RDF Resource Description Framework 资源描述框架 SPI System Programming Interface 系统

11、程序接口 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容 外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本 论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明 确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件， 允 许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士论文 1 第一章 绪论 11 研究背景 11 研究背景 本课

12、题是在机务 CBT 系统研究的大环境中进行的。 机务 CBT 系统是在民航 总局科技基金资助下，实现具有某种程度上的智能化多媒体课件制作平台。通过 该平台不仅可以将图、文、声、动画、影像等多媒体信息综合呈现在学员面前， 供学员学习，而且可以通过学生模型随时记录学员的学习进度，动态跟踪学员的 知识状况，及时分析学员的知识缺陷1。 为了检验学员的知识状况和分析学员的知识缺陷， 必须通过一些试题进行测 试并分析，传统的方法是人工建立试题库，在学员学习过程中，动态的从试题库 中抽取相应的考题进行测试。传统的方法主要存在以下弊端：一、人工编制试题 库中的考题，需要花费大量的时间和人力；二、目前知识更新速

13、度加剧，试题库 的更新速度往往滞后，就导致一些新的知识内容得不到测试，也就不能全面的测 试学员的学习状况；三、机务 CBT 系统采用动态数据源作为辅导教程，各个数 据源对于同一知识点内容的表达方式可能不同，如果利用单一的试题库进行测 试，可能导致学员学习状况的分析错误。为了有效的解决这些问题，本课题研究 基于培训教材的自动出题技术，即根据培训教材，从中抽取出一部分的知识点， 然后再将知识点转化为用于测试的考题，来评测学员的学习效果。通过基于培训 教材的自动出题技术的研究， 不仅可以节省大量的人力、 省去费时的试题库维护， 而且可以做到试题的动态变更、实现试题数据的一致性和考察知识的针对性。 目

14、前可用于测试的试题类型有多种，如填空题、判断、选择、问答等，其中 多项选择题具有诸多优势，主要表现在：一、多项选择题具有确定的答案，可以 利用计算机进行评卷，实现自动检测学员的学习效果，这是其它主观试题所无法 替代的；二、由于答题时，学员只需要记下考题的代号，所以使得在同样的时间 内能够测试更多的考题和内容，从而能够更公正的评价学员的学习状况；三、多 项选择题可以测验从简单到复杂的各种学习成果，不但可以测验知识成果，还可 以测验对于知识的理解和应用程度2。据此，本课题选择多项选择题作为出题的 主要形式。 本课题属于机务 CBT 系统的一部分，在研究的范围上，本文把多项选择题 也限定在了航空领域的培训教材内。 基于本体的多项选择题自动生成技术研究 2 12 多项选择题自动生成技术 12 多项选择题自动生成技术 121 考题自动生成技术及其现状 所谓考题自动生成（Automatic Item Generation，简称 AIG）技术，就是通过 计算机技术从文档中自动生成考题的技术，而不是传统的从试题库中