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《高中数学自动化测试系统开发与应用研究》
中央电化教育馆“十一五”全国教育技术研究规划专项课题
《高中数学自动化测试系统开发与应用研究》开题报告
深圳外国语学校《高中数学自动化测试系统开发与应用研究》课题组
luokuimin@lzx3369440@unite_12@
2006年9月16日
一、课题研究背景
（一）课题研究现状
计算机自动化测试，在社会各个领域已经展开，例如驾驶员考试、计算机等级考试、英语口语考试等。
然而，在数学教学领域内开展自动化考试，并不多见，尤其是在普通高中阶段开展利用计算机自动化考试，根据目前我们所搜集的资料，还未见有先例。
目前，最先进的计算机自动化考试当属美国开发的JExam系统，该系统采用Java语言作为编程语言，因而天然具有跨平台、硬件无关的优势，目前已经开发出基于Windows、MacOSX、Solaris、Linux等多种版本。
该系统在美国一些大学被应用，如大学化学练习与考试。
然而，该系统直接引入高中数学教学尚有一定困难，主要是：
1.纯英文界面，使用上具有很大的困难；2.由于使用了模拟机机制，导致速度非常慢，在一台P42.66G，内存256M的联想品牌机上，从启动到练习开始，足足用了5分钟，这样的速度是高中学生所无法容忍的。
3.通过使用，我们发现，JExam仍然采用事先编辑好的一套套试题，这样，通过几次的练习，学生甚至可以直接将答案背下来应付考试。
尽管如此，JExam仍然具有传统纸质考试、纸质练习无法比拟的优势。
首先，考试或练习的自主化。
学生可以在任何时候，任何地点开展练习，只要拥有一台电脑和一条网线。
其次，反馈的即时化。
练习的一种模式是：
阅题——思考——答题——反馈——反思，对于学习而言，反馈的周期越短越好，使用计算机进行自动化练习，反馈就可以达到即时的程度。
第三，利用计算机进行自动化练习，可以有效地节约资源，达到资源共享的目的。
（二）选题意义和研究价值
在高中数学学习过程中，练习与测验是必不可少的一个环节，这个环节是教师与学生的沟通的重要步骤。
学生与教师在课堂上的交流，很大程度上是教师到学生的单向流，学生的练习，又是学生到教师的单向信息流，只有面对面的辅导，能够做到双向直接交流，但这样的交流机会相对于全体同学，又显得特别少。
利用计算机自动化技术，模拟教师与学生的“练习——面批”过程，提供即时的反馈，为及时巩固学生的课堂学习效果可以起到一定的作用。
当然，这个作用的大小，有待实践的进一步检验。
通过数学自动化测试系统的开发，还可以快速地被移植到英语等其他学科的自动化测试中去。
从而为其他学科的相关研究提供借鉴。
自动化测试的软件性质，容易复制和传播，可以通过网络直接实现，因而成果的推广显得非常简单而廉价。
一次开发，重复使用，减少了教师的工作量，提高了资源共享率。
二、课题研究内容
（一）研究的主要内容
1、《高中数学自动化测试系统》软件平台（网站）的开发研究
2、《高中数学必修1—5试题库》开发研究
3、《高中数学文科选修试题库》开发研究
4、《高中数学理科选修试题库》开发研究
5、《高中数学新课程高考总复习试题库》开发研究
6、《高中数学竞赛试题库》开发研究
7、《高中数学自动化测试系统》软件平台（网站）的应用研究
（二）课题的研究目标
本课题研究的最终目标是形成一系列论文、电脑软件和一个相关网站。
首先，开发软件和建设网站，需要一定的理论支持。
①必须开展高中数学教材的研究，新课程标准的研究，尤其是新课程中较易于标准化考试部分内容的研究，从这一部分出发，将形成一些研究结果，以论文形式出现。
②必须开展标准化测试的学习，学习最新的评价方法，并在事实践中加以运用，得出一些具体的结果，也以论文形式出现。
③必须开展调查，了解学生在标准化考试中的解题速度、准确度，研究高中学生面对电脑做题与面对试卷做题所可能产生的误差，这个结果将以调查报告的形式出现。
④学生心理的研究，由于高中学生的思维特点，在开发中必须使用一些鼓励手段，采取什么样的手段，需要在实践中摸索。
其次，本课题所开发的软件和网站，应该具有以下特点：
①真正的随机化出题，以避免学生的背题行为；
②所出的一套题，应该尽可能难度适中，布局合理；
③速度较快，单机版能够直接在网上自动升级题库，Web版能够在学生心理容许的时间内反映。
④能够鼓励学生自觉的使用这套系统，为教育争夺互联网这块高地。
⑤为方便广大教师的使用和二次开发，我们将决定使用汉字编程系统作为软件开发工具，为实现跨平台运用，将使用JavaScript/Java进行网站建设。
（三）预期成果形式
1、研究报告、论文与专著
《高中数学自动化测试系统开发与研究》研究报告、《高中数学自动化测试系统开发与研究》教学案例集、一系列有关论文。
2、电脑软件
开发《高中数学自动化测试系统》，制作《高中数学自动化测试系统》专题教学（学习）网站，建立《高中数学自动化测试系统》多媒体资源库。
三、研究方法与技术路线
（一）研究方法与技术路线
1、首先，通过自动化测试理论学习和对数学高考考试研究，做出一个关于高中数学自动化测试的可行性分析报告，其中应该包含自动化测试的可行性分析、新课程改革背景下数学各章节在选择题中的比重分析、深圳市中学生使用互联网调查报告三部分。
2、通过对《易语言》、《Javascript语言》的学习，构建高中数学自动化测试平台。
本平台已经运行三年有余，但仍然存在非常多不足之处，需要在使用中不断完善，例如，目前本平台只能提供每章节百来道题的题库容量，缺少冗余度，再如，目前还只能达到自动化出题、答题、改卷、复查功能，不能达到自动化提交测试结果，缺少师生互动环节等。
这些问题的改善，需要集体的努力才能解决。
3、平台的运用研究。
将开发好的平台向公众开放，由本课题组老师有计划使用，研究其使用模式、二次开发的可能性、吸引学生的积分系统构建等内容。
4、我们主要采用行动研究和实验研究等方法。
对于较大规模的试验研究，将采用行动研究法。
对于个别带有创新性的，能提出重要见解的小范围的教学研究，则通过建立科学的假设，采用实验研究法。
5、课题的研究技术路线：
课题研究过程中注意汲取已有的教育科研成果，同时理论论证与实验验证相结合，总体目标与阶段性目标相结合，个人奋斗与团体协作相结合，日常教学与公开观摩教学相结合，新型与传统数学教学模式相结合，专题性讨论与专家指导相结合，阶段性的研究报告与总体性的研究报告相结合。
（二）课题研究的实施步骤
1、准备阶段：
2006年4月~2006年9月。
主要课题组成员有组织地进行若干次学习和研究，搜集有关理论资料、他人的研究成果以及我们可能使用到的一些工具的学习等。
其中，一定要研究2006年各地高考数学试卷，统计每部分的比例和难度系数。
2、构建题库阶段：
2006年9月~2007年3月。
由课题组成员分工，构建新课程改革背景下的高中数学题库，题库冗余度至少应该达到1：
10，即组织20道测试题，题库中至少应该有200道备用题。
3、系统设计阶段：
2007年3月~2007年9月，。
运用软件项目开发技术，依托深圳市外国语学校的服务器系统，开发出实用、高效、即时反馈的自动化测试系统，如果可能，加入教师实时答疑系统更好。
4、系统运用阶段：
2007年9月~2008年3月，系统运用阶段。
将系统开放给课题组成员，供其使用，并提供二次开发的技术支持和运用模式研究，同时进行题库的维护工作，删除不适合的题、补充新题、改正错题、对系统进行评估。
5、系统排错、打包、验收阶段：
2008年3月~2008年5月，系统排错、打包、验收阶段。
最后成果希望能提供一个网络版、一个单机版，并免费向公众提供服务。
四、课题研究价值——主要创新之处
1、高中数学自动化测试系统将以最新的教育研究成果为理论支撑，紧扣新课程标准，利用最新心理学研究成果。
2、实现真正的随机化组卷，自动化阅卷，即时化反馈。
3、纯中文开发，方便中国人使用；小数据量传输，适用中国城乡带宽。
五、课题研究的基础
（一）已有相关成果
近三年数学组圆满完成了全国十五规划青年专项“数学教学效率论”子课题《数学解题教学的效率研究》、江西省教育科学领导小组办公室十五规划一般课题《信息技术与高中数学课程整合》、中国教育技术协会承担的国家重点课题《信息化进程中的教育技术发展研究》子课题《MM教育方式与信息技术整合的理论与实践》等课题研究，取得一系列研究成果：
[1]龚国祥、汤佳宏、谢增生、刘仲雄等，《高考数学决胜方略》，湖南科技出版社，2004年7月；
[2]谢增生，《数学高考决胜》，广东人民出版社，2003年5月；
[3]谢增生，《高中数学思想方法与解题指导》（17篇），《中学生导报》，2004年3月——6月连载；
[4]刘仲雄，《高考数学模拟试题》，《数学学习导报》，2003年9月；
[5]刘仲雄，《不等式学习指导》，《数学学习导报》，2005年11月；
[6]刘仲雄，《一元高次与分式不等式解法》，《数学学习导报》，2004年12月；
[7]刘仲雄，《2004年高考试题之我见》，《数学学习导报》，2004年8月；
[8]刘仲雄，《不等式证明》，《数学学习导报》，2005年12月；
[9]唐锐光，《“节外生枝”的教育价值》，《数学教学》，2004年4月；
[10]袁智斌，《数学学习与解题对联》，《数学通讯》，2004年9月；
[11]骆魁敏，《现代信息技术环境下高中数学研究性学习教学策略初探》，《电化教育研究》，2003年1期；
[12]骆魁敏，《现代信息技术引领学生步入分形几何殿堂》，《中国电化教育》2003年第5期；
[13]骆魁敏，《高中数学实验教学的探索与实践》，《数学通讯》，2003年第1期；
[14]骆魁敏，《高中数学虚拟实验探究式教学模式》，清华大学主办《现代教育技术》2003年第3期；
[15]骆魁敏，《在TI上搭建数学：
基于TI的数学教学模式探索》，《信息技术教育》，2003年第2期；
[16]骆魁敏，《〈MM教育方式与信息技术整合的理论与实践〉研究报告》，《中小学电教》，2004年第8期；
[17]骆魁敏，《高中数学探究》网络校本课程的设计实施策略，《中小学电教》，2005年第1期。
（二）研究条件
数学科组拥有特级教师1名、高级教师27名、一级教师4名、二级教师1名，学历均到达本科毕业，其中有四位研究生毕业并获硕士学位，年龄的层次结构合理，全员参加课题研究工作，大部分教师参加过数学课题研究工作，取得了一些研究成果，积累了一定的研究经验。
深圳外国语学校创办于1990年，是具有鲜明外语特色的深圳市教育局直属重点学校、广东省一级学校、全国外国语学校工作研究会理事学校、全国现代教育技术实验学校、全国13所可保送20％高中毕业生上重点大学的外国语学校之一,现正朝着全国1000所示范性高中目标迈进！
学校初、高中部目前有82个教学班，3700多名师生员工，开设英语、日语、德语、法语、西班牙语等多个语种的教学。
学校狠抓现代教育技术环境的建设，现已建成国内一流的中学校园网络，并宽带接入互联网，并在所有教学班级配置了完整的多媒体教学设施。
学校各级领导非常重视课题研究工作，坚持科研兴校的办学方针，制定了一整套科研管理制度，建立了科研工作的激励机制，将教学与科研作为学校不可或缺的两翼。
数学组承担的全国教育科学“十五”规划重点课题“数学教学效率论”子课题《数学解题教学的效率研究》，建构了“选择—探究—发展”的解题教学模式，得到课题总课题组的高度评价，顺利结题；数学组承担的全国教育科学“十五”规划国家重点课题《信息化进程中的教育技术发展研究》子课题《MM教育方式与信息技术整合的理论与实践》得到课题总课题组的高度评价：
总课题组认定课题组圆满完成预定研究任务，成果达到了国内同类研究的先进水平，同意结题，已将该项研究成果纳入总课题组最终成果，并经综合评议，该子课题被评为优秀子课题。
所有这些，为本课题的开展与深入奠定了坚实的基础。
（三）参考文献
[1][美]国际教育技术协会《国家教育技术标准》项目组著，祝智庭、刘雍潜、黎加厚译，《面对学生的美国教育技术标准——课程与技术整合》，中央广播电视大学出版社，2002年9月；
[2]徐沥泉，《教学·研究·发现——MM方式演绎》，北京：
科学出版社，2003年；
[3]何克抗，关于信息技术与课程整合的理论思考[J]，中小学电教，2001年第1期；
[4]严士键、张奠宙、王尚志，《普通高中数学课程标准（实验）解读》，江苏教育出版社，2004年4月
六、课题研究的组织与管理
1、成立课题领导小组，全面协调课题研究
由深圳外国语学校校长龚国祥高级教师、副校长汤佳宏高级教师担任本课题领导小组负责人，成员由办公室主任刘继斌高级教师、教导处主任林海平高级教师、副主任谢增生高级教师、科研处副主任吴珍冬老师、学生处副主任熊学珍高级教师、总务处主任李明山高级教师、数学科组组组长刘仲雄高级教师、副组长张元清高级教师、高一年级刘军组长、高二年级张传平组长高三年级欧阳爱小组长等。
课题领导小组全面协调课题研究，对课题研究与实验工作进行组织管理，负责课题组研究人员、实验教师的培训工作，提供必要的科研经费，确保本课题研究工作的顺利进行。
2、加强领导，聘请指导教师
由深圳外国语学校校长龚国祥高级教师担任课题组总负责人，由学校主管高中部的副校长汤佳宏高级教师对课题研究与实验工作进行总体设计，由教导处副主任谢增生高级教师对课题研究与实验工作进行管理与指导，由科研处副主任吴珍冬老师对课题研究与实验工作进行培训与协调，由数学科组组组长刘仲雄高级教师、副组长张元清高级教师负责课题研究工作的组织与实施。
聘请高中数学新课程有关专家与教育技术专家作为课题组的指导教师。
3、抓好培训，保证课题研究工作顺利进行
由科研处与数学科组通过多种途经对全体研究人员、实验教师进行G·波利亚数学教育理论、徐沥泉MM教育方式理论、建构主义教学理论、奥苏贝尔的“有意义接受学习”理论等现代教育理论、教育思想与现代信息技术理论、高中数学新课程教育教学改革等方面的培训，确保本课题研究工作的顺利进行。
4、参加中央电化教育馆以及教育部门、学会的经验交流会和各类教研活动
5、组织校内经验交流会和各类活动
6、加强校际合作，取长补短，共同提高
7、动态确认课题研究人员，具体分工如下：
⑴总负责：
龚国祥
⑵总体设计：
汤佳宏
⑶课题指导：
谢增生
⑷培训与协调：
吴珍冬
⑸组织与管理：
刘仲雄
⑹公开观摩教学：
张元清
⑺项目负责人
《高中数学自动化测试系统开发与应用研究》课题分为以下项目，集体合作研究，专人负责。
具体安排如下：
《高中数学必修1—5试题库》总负责：
张元清
《高中数学必修一试题库》负责人：
马海侠、高松（袁扬协助）
《高中数学必修二试题库》负责人：
朱红光、陈文和（刘小梅协助）
《高中数学必修三试题库》负责人：
唐锐光、陈健（李振江协助）
《高中数学必修四试题库》负责人：
欧阳爱小、宋晓（易忠诚协助）
《高中数学必修五试题库》负责人：
李桢毅、周泉香（隋丽华协助）
《高中数学选修试题库》总负责：
刘仲雄
《高中数学文科选修1—1试题库》负责人：
袁扬邵爱国（袁慧霞协助）
《高中数学文科选修1—2试题库》负责人：
易忠诚李振江（王家申协助）
《高中数学理科选修2—1试题库》负责人：
刘小梅（袁智斌协助）
《高中数学理科选修2—2试题库》负责人：
陈洪水（林吉协助）
《高中数学理科选修2—3试题库》负责人：
隋丽华（陈洪喜协助）
《高中数学不等式选讲试题库》负责人：
刘小梅（王焕云协助）
《高中数学坐标系与参数方程试题库》负责人：
袁扬（袁智斌协助）
《高中数学新课程高考总复习试题库》总负责：
谢增生
《集合与简易逻辑试题库》负责人：
王家申
《基本函数试题库》负责人：
王家申
《数列试题库》负责人：
许书华
《导数试题库》负责人：
林吉
《不等式试题库》负责人：
林吉
《三角函数试题库》负责人：
谢金彪
《向量、平面解析几何初步试题库》负责人：
骆魁敏
《圆锥曲线的方程试题库》负责人：
谢细珠
《空间几何体试题库》负责人：
袁智斌
《点、线、面之间的位置关系试题库》负责人：
陈洪喜
《空间向量与立体几何试题库》负责人：
谢细珠
《统计、概率、计数原理试题库》负责人：
袁慧霞
《统计案例、框图试题库》（文科）负责人：
袁慧霞
《概率与统计、统计案例试题库》（理科）负责人：
陈洪喜
《算法初步、复数、推理与证明试题库》负责人：
王焕云
《文科选修4系列试题库》负责人：
王焕云
《理科选修4系列试题库》负责人：
袁智斌
《新课程文科高考总复习试题库》负责人：
谢金彪
《新课程理科高考总复习试题库》负责人：
许书华
《高中数学竞赛试题库》总负责：
张元清
《高一数学竞赛试题库》负责人：
陈文和
《高二数学竞赛试题库》负责人：
陈洪水
《高三数学竞赛试题库》负责人：
谢细珠
《高中数学自动化测试系统》总负责：
苏永潮
《高中数学自动化测试系统开发与研究》教学案例集总负责：
汤佳宏
《高中数学自动化测试系统开发与研究》研究报告总负责：
龚国祥
《高中数学自动化测试系统开发与研究》研究简报总负责：
刘仲雄
8、对课题研究人员及实验教师进行动态管理
●在数学科组网站《高中数学虚拟实验室》教育主题型网站公布参与研究活动的情况；
●连续三次以上不参加研究活动的人员或不完成课题组布置的研究工作将取消资格，并通报批评；
●动态确认课题研究人员及实验教师名单。
附录：
《高中数学自动化测试系统》技术说明
一、功能描述
作为自动化测试系统，我们计划要求能实现以下的功能。
1、登陆和身份验证
在系统一进入，就必须输入使用者姓名、代号或者昵称，这个名称将作为成绩记录、分析、成绩排行使用，如果使用者只是希望试用系统，可以直接使用“测试”作为用户名。
2、选择章节和单元。
[选择章节]菜单。
高中数学涵盖知识点多，根据新课程标准，必修部分由“必修一~必修五”五个模块组成，涵盖了集合、函数的概念和图像、指数对数函数、三角函数、三角恒等变形、解三角形、立体几何、解析几何、平面向量、数列、不等式、算法设计初步、统计初步、概率论等内容。
为了便于使用，我们按照教材所给的顺序，将这些单元按模块进行组合。
3、答题和时间控制。
[开始答题]按钮。
在使用者选择了某个章节后，单击这个按钮，系统就开始呈现习题，使用者就可以开始进行测试。
一次测试的题量为20道选择题，时间1小时，每小题5分，共100分。
每道题由一个题干和四个选择支组成。
其中，选择支的呈现顺序是完全随机的。
这是为了避免学生背题。
使用者选择后，该选择项将被标示以不同的颜色。
在测试的过程中，系统即时提供以下信息以帮助学生完成考试：
时钟（提醒剩余时间）、当前题号、当前的选择、计算器（仅允许使用简单的Windows系统所附带的计算器）。
[题目列表]，这是一组20个按钮。
使用者在测试过程中，不需要按顺序完成，可以跳过一些题，直接做下一题或直接指定题目。
[结束考试]按钮。
当使用者认为自己已经完成得很好，可以提前交卷，系统提供了结束考试并提交答卷的功能。
使用者按下这个按钮，系统将直接进入判卷、核分的流程。
4、自动判卷
当用户按下[结束考试]按钮，或者考试时间到。
系统将自动进行判卷和计分。
如果成绩低于60分，提示“建议复查”字样，同时进入复查模式。
5、复查答疑
在复查模式下，系统除了呈现题目、用户选项外，还显示了“考试成绩”以及“本题参考答案”。
同时，在复查模式下，系统还提供网上答疑的功能。
[我怀疑此题]。
单击这个按钮，系统将首先从服务器搜索本题相关答疑材料，如果答疑材料已经存在，则自动下载到本地硬盘，然后调用Word将其呈现出来；如果服务器上不存在相关的答疑材料，系统提示可以和答疑老师联系，并且提供以下方式：
**提交到留言板。
本网站设计时就预留了留言板功能，用户可以直接在留言板上留言，说明对本题的看法，或者提请帮助，答疑教师将在48小时内进行答复。
**通过Email提交。
只要使用者完整填写自己的邮箱地址，该题的相关信息如单元名称、系统编号等就会通过内建SMTP服务的方式直接送到答疑教师邮箱中，答疑教师在48小时内作出答复，并以附件形式给出解答。
**通过QQ临时会话。
如果使用者的QQ是在线状态，也可以选择通过QQ而获得实时的帮助。
但由于QQ的特性，发生信息丢失也是正常的。
不管通过哪种方式获得解答，这个解答将被记录在服务器的答疑文件夹中，以供以后查询。
6、成绩记录与排行
考试结束后，如果用户名不是“测试”，则系统将考试成绩发送回服务器，并记录在数据库中，记录的内容主要是“姓名、积分、最近测试时间”三项。
数据处理后，将返回两个文件：
本单元考试成绩记录、总积分排行记录。
单元考试成绩记录在服务器的文件“?
?
.html”中，总积分排行记录在服务器文件“pai.html”中，这两个文件不允许用户自行更改。
所有的考试成绩都会记录在单元考试成绩记录中，但排行榜则要求至少参加过两次考试。
例如，用户“张三”第一使用本系统进行测试，测试后，成绩会出现在单元记录文件中，但不会出现在总排行榜中。
当他下一次测试，并取得成绩时，总积分就会出现在排行榜中。
这里还有一个问题，由于全部是选择题，就可能出现猜题的情况。
在这种情况下，可能会出现恶意骗分的行为。
例如某个用户使用“张三”这个用户名，每次都把所有题目随机选，最后得分应该是25左右，但这样作一次的时间只需要大约2分钟，在一个小时内，他就可以做20遍，每遍25分，就可以得到500分的总积分。
这对于认认真真学习的学生是不公平的。
为了规避这种情况，我们将考试成绩减去20分再作为积分进行入库。
同时，我们在输入时进行数据库整理，将总积分为负的数据删去，以减低系统负担。
二、C/S框架设计
为了实现前面所预设的功能，软件的开发必须采用C/S模式（服务器/客户）。
下面我们仔细来架设各个部分。
由于我们的资金和技术力量的限制，我们在设计时尽可能使用现成的、免费的工具。
1、服务器端设计
①服务器软件。
通过前面的分析，自动化测试系统并不需要过于复杂的服务，只要能实现一般的WEB网站的功能就可以了。
因此，我们选择了常州搜易软件出品的免费软件《宽带Web服务器》v1.2版，该软件通过开放计算机的80端口提供主页服务。
任何用户只要输入本机IP，就可以访问到本机所提供的资源。
②域名解析。
由于我们的服务器是使用动态IP上网，我们又申请了一个二级域名。
域名解析我们选择了青岛每步数码科技有限公司提供的域名解析服务，并注册了二级域名：
。
在这之前，我们也尝试过中国学生网（广州）的主页服务，但它要求将所有文件内容放到公司服务器上，造成了维护的不方便，不得已放弃了。
③数据入库设计。
用户提交给服务器的数据主要有：
考试成绩数据、答疑请求、下载请求。
《宽带Web服务器》系统提供了两种数据交互方式：
CGI方式和Email方式。
当用户数据到达时，服务器就直接将数据转成txt文件，同时将这个数据发送到电子邮箱中。
因此，我们开发了《数据入库》2.1版，该程序实现了五个功能：
读取数据、积分入库、删除负分、排序输出、输出最新战报。
程序开发语言：
大连吴涛易语言软件开发公司的《易语言》4.04版。
④网站设计。
服务器根目录下，设置有文件index.html（首页）、?
?
.html（最新战报
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