采矿CAD上机测试题库及其管理系统设计开发

刘光伟 白润才 曹博 刘宝勇

摘 要：采矿CAD是采矿工程专业学生必须熟练掌握的一门专业技能。该文以“采矿工程CAD上机测试技术”为基础，以AutoCAD 2008系统和VB.NET＼C#.NET环境为平台，开发出单元化、标准化、模块化、网络化的的采矿CAD上机测试题库及其管理系统，可实现采矿CAD二维、三维试题的浏览、更新、组卷、考试、批阅等功能，提高了命题的效率及质量，彻底实现了教考分离，对考风学风有积极的促进作用。

关键词：采矿CAD VB.NET C#.NET 上机测试题库 管理系统

中图分类号：TD824 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（b）-0121-03

Research on Open-pit integrated solid model dynamic update technology

Liu Guangwei Bai Runcai Cao Bo Liu Baoyong

（Mining Institute， Liaoning Technical University，Fuxin City，FuXin Liaoning，123000，China）

Abstract：Mining CAD is a professional skill which should be expertly mastered by mining engineering students.This paper is based on the“mining engineering CAD computer examination system”，with AutoCAD 2008 system and VB.NET＼C#.NET environment for the platform，developed mining engineering CAD computer examination item bank and its management system.The item bank，which is unitization，standardization，modularization and network，can achieve the functions like browse and update the test data，pack questions，set examination，marking papers based on the mining CAD test questions in 2D or 3D. It improved the efficiency and quality of proposition， thoroughly realized the separation of teaching and examination，and had a positive influence on the exam style.

Key Words：Mining CAD；VB.NET；C#.NET；Computer examination item bank；Management system

《采矿CAD》是采矿工程专业学生的必修课程，涉及井巷工程、矿山制图、矿井设计等多门学科，具有较强的专业性和实践性。课程直接服务于后续的课程设计、毕业设计乃至毕业后的工程应用。许多企业和用人单位已经将其测试作为上岗的一种重要依据。但其测评是一项非常复杂、人为性的研究工作，传统采矿CAD试卷命题的弊端：试题编辑、选题、组卷、整理等工作十分繁重，不仅造成时间及资源的浪费，而且难度系数分布科学性差，容易出现错题等低级错误；试题的保存、分组、入库以及提取、更新的能力较差；评卷工作量大，主观性较计算机评卷大，同样容易因疲劳而产生的错批、遗漏等低级非人为错误。

目前，各高校及考试机构都开始进行无纸化考试系统的研发工作，部分单位己经开发出一些实用型、专业型的上机测试系统。李春玲，张晓军[1]基于AutoCAD的工程制图试题库的开发，在试题库开发中，综合运用了VBA和Visual LISP语言，大大提高了软件的开发效率；徐姗姗[2]基于AutoCAD机械制图试题库的开发及使用，利用AutoCAD软件开发机械制图试题库，实现利用图块管理试题资源，采用直接从AutoCAD中检索选题的方式组卷输出，能严格保证制图试卷的标准化要求，而且便于扩充和使用；吉丽[3]基于AutoCAD VBA技术的机械制图试题库的开发，通过对AutoCAD2000 VBA技术的研究，运用基于AutoCAD 2000VBA的开发工具，采用改进的遗传算法，实现机械制图试题库的智能组卷系统；林继熙[4]基于VBA技术的工程制图试题库系统的研发，针对工程制图学科的试题中杂带着各种图形和公式，开发题库、组卷系统难度较大这一问题，应用Visual FoxPro 9.0构建题库数据库，以VBA技术实现随机组卷、图文混排，以OLE技术实现图形、公式的编辑与维护，研发了一套工程制图试题库系统。已有研究侧重于利用VBA技术开发机械制图及其相关测试系统，对采矿工程专业试题库设计及基本没有涉及。

因此，文中以“基于采矿工程CAD上机测试技术”为基础，以AutoC AD 2008系统为开发系统平台和VB.NET＼C#.NET混合编程为开发工具，开发出单元化、标准化、模块化、网络化的二维、三维采矿CAD上机测试题库及其管理系统，无论对于CAD学习、上机考试与管理、学生和工程技术人员熟练掌握CAD技术、提高其操作应用水平都有着重要的现实意义。

1 采矿CAD上机测试题库设计

文章以AutoCAD 2008系统为考试操作应用平台，采用VB.NET＼C#.NET开发环境，结合采矿CAD课程的实际特点，设计开发采矿CAD上机测试系统。系统采用模块化设计方法，二维题库和三维题库并存，包括系统管理、试题管理、试卷管理三个模块[5-7]。系统管理包括路径设置、模块设置、单元设置等功能，主要用于管理员进行题库的设置，可以实现图形路径和试题路径的设置，实现模块和单元的修改；试题管理用于完善试题库的内容，包含浏览、增加、删除、修改等操作；试卷管理用于管理员查询考生信息，操作系统进行自动组卷、生成以及浏览和修改，系统框架如图1所示。

为方便试题编辑、节省储存空间、实现快速精确组卷，系统采用图块管理试题资源。每一试题都以AutoCAD图形文件（DWG）格式保存，定义为块，通过“属性定义”为添加属性信息，如考核知识点、难度系数、分值、预计答题时间等，分组保存，建立试题数据库。组卷时可根据给定的试卷要求（如知识点考核内容、试题类别、试题数目、难度系数、考试时间、试卷总分值等），系统自动随机组卷，以光栅图像形式在AutoCAD窗口中弹出，学生根据图片中的题目，在AutoCAD模型空间进行绘制图形。答题结束后单击上交按钮，系统自动提交考生答卷（以“学号+姓名”命名的DWG文件），通过自动判卷系统进行评卷，并自动将考生信息及分数提交至主机数据库[8～9]。

2.1 二维试题库设计

二维上机测试题库的题型分为客观题、主观题两类。客观题包括选择题（单选、多选）、判断题、填空题等形式考查教学大纲范围内的基础知识，具体包括：AutoCAD发展历史、AutoCAD系统设置、AutoCAD操作基础、文字编辑及表格绘制、图形绘制及图形编辑工具、精确绘图及尺寸标注、图块定义及编辑、线型自定义编制、布局与图形打印、尺寸标注、CAD工程制图规范、VBA编程基础等10余个测试单元；主观题则以工程实际的使用为原则，如图签属性块制作、地质图案填充编制、采矿专业自定义线型等[10]。

2.2 三维试题库设计

三维题库题型设计包括：三维规则实体模型绘制、三维实体编辑与修改、三维实体标注、三维图形的空间定位与渲染、二维图形与三维实体相互转换（二维拉伸成三维、三维投影成二维）、三维不规则实体创建（规则实体通过交并差布尔运算耦合构建）等[11-13]。此外，三维试题库还结合SMCAD矿业工程辅助设计软件，在AutoCAD环境下，进行三维实体的参数化建模，包括三维巷道生成、露天矿山地形DEM建模、三维矿体（矸石）构建等。

3 采矿CAD上机测试系统研发关键技术

采矿CAD上机测试系统的研发采用原型交互式设计方法。原型法（The prototype method）是由开发者与用户交互式设计的一种开发模式，具有开发周期短、时间成本小、用户满意等优点[14]。其开发步骤为：（1）确定系统的基本要求和功能；（2）快速建立初始模型——原型；（3）开发者与用户交互设计、修改原型，逐步确定最终模型。

系统开发过程中关键技术包括：试题浏览技术、试题编辑技术（增删、修改）、试题难度系数匹配研究、自动组卷技术、自动判卷技术、试卷分析技术等。首先设计相关算法，在AutoCAD与Visual Studio软件平台上构建系统原型，再通过不断测试、修改，逐渐完善采矿CAD上机测试题库系统各功能模块的开发。

3.1 试题浏览技术

通过系统主界面浏览二维、三维试题库中各个测试单元的试题，按照题型、分值、难易程度进行分类浏览与查询，利用试题方向键进行统一单元内不同试题的切换。

3.2 试题及标准答案的增删、修改技术

AutoCAD中图块可通过“属性定义”对块进行注释说明，创建图块图标，方便检索，同时图块具有按需编辑，提取，插入等特性，不仅可提高制图效率，而且可以节省储存空间，利于整体编辑，故本采矿CAD试题库采用属性图块形式创建试题库。

实现试题的增删、修改功能主要是通过VB程序在后台打开数据库，对数据库中的数据记录集进行增删和修改[15]。试题库中添加试题通过点击“添加二维绘图题”或“添加三维绘图题”按钮，系统自动打开AutoCAD系统，在AutoCAD中绘制所要添加的图形，通过多行文本添文本说明，并以图块形式保存。对需要修改或删除的试题，可通过试题的注释说明以及图标进行索引，找到试题后进行修改或删除。

3.3 难度系数匹配技术

试题难度系数评价的正确性是规范化、合理化、科学化组卷的基础。由于经典测量理论（Classical Test Theory简写为CTT）只需要简单的数学模型，容易被题库建设者理解和接纳，具有概念直观、计算简单、适用性广泛的优点，所以本试题库的建立采用CTT来评估试题的难度系数。CTT原理为试题的难度系数与得分率成反比，即难度系数低得分率高，难度系数高得分率低。

采矿CAD上机测试题库系统中试题包括主管试题和客观试题。试题初始难度系数由命题老师通过经验判定，在组织学生参与测试后，依据测试者的得分率修正试题的难度系数[16]。为了试题的难度系数更加准确，需要经过多次测试修正。

主观试题难度系数计算公式：

（1）

式中：Dz为某主管试题的难度系数，S为全体测试者在某试题上得分的平均值，F为某试题的满分值。

客观试题难度系数计算公式：

（2）

式中：Dk为某客观试题的难度系数，P为答对某试题的人数，T为参与答题的总人数。

3.4 自动组卷技术

自动组卷系统可根据命卷老师设定的各题型和各知识点的考题分数及试题难度系数，按要求在试题库中随机抽取试题，生成试卷。为保证试卷的科学性和适应性，组卷应满足一定的约束条件和原则。

约束条件：（1）随机抽取试题是总分值等于设定分值；（2）试题的难度系数均值与设定的难度系数偏差在允许范围内，即。

组卷原则：（1）满足考核知识点、难度系数值、分值、题型、答题时间等要求[17]；（2）保证抽取试题的随机性和频率一致性；（3）确保相邻考生试题的差异性。

3.5 自动判卷技术

采矿CAD上机测试系统要求考生的考卷以AutoCAD图形文件（DWG）格式保存。

自动判卷的实现：

（1）提取标准答案所有图元以及考生答卷中所有图元（Line、Circle、Rectangle，etc），记录各图元信息及数量。

（2）建立每个图元各自的数据链表（如直线Line-table、圆Circle-table、矩形Rectangle-table，etc），每个数据链表中都包含各自图元的特征信息，如位置信息和形状信息。Line-table中主要包含直线的起点及终点坐标，Circle-table中主要包含圆心坐标及直径，Rectangle-table中主要包含矩形对角线的始末坐标。

（3）利用循环语句实现对考生案卷中图元数据链表与标准答案图元数据链表的依次访问，并进行匹配，记录每一图元的匹配结果，直至全部图元匹配结束。

（4）统计正确记录（True-record），计算出考生答卷中正确的图元数量占标准答案中总图元数量的比例，依此给出该题相应的分数。

（5）对于不同图元在完成过程中的难度以及重要程度的不同，可通过给予不同的图元相应的权重，根据加权方值法计算考生最终分数[18]。自动判卷设计路线，如图3所示。

（6）学生提交试卷后，程序在后台会自动进行评判，给出机考成绩。

3.6 试卷分析技术

试卷分析技术主要针对本次命题过程中，试卷内容覆盖率、各能力层次题目分值比例、难易程度、各题型所占分值比例、以及学生对各个题型的得分情况进行统计，汇总成总成绩分析，对试卷总体进行客观评价，与学校的教学网站实现互联，直接将成绩录入至学生个人成绩库，实现成绩公开透明、实时录入。

4 结语

采矿CAD上机测试题库的开发与实际运行，满足了对学生的CAD上机测试水平的要求，实现了试题库的管理及其自动组卷功能，大大降低了教师出题、评阅的工作量，降低了人为因素。本技术研究及其系统开发推动CAD上机测试技术向云端智能化的方向发展，为辅助学生和工程技术人员掌握CAD技术的熟练度、提高其操作应用水平有着重要的现实意义。

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