Nghiên cứu xây dựng hệ thống sinh đề thi trắc nghiệm tự động

Trong đề tài này, tôi nghiên cứu ứng dụng phương học máy, xây dựng cơ sở dữ liệu câu hỏi trắc nghiệm, từ đó xây dựng ứng dụng hỗ trợ thống kê kết quả bài làm của học sinh từ đó sinh ra đ

Công trình được hoành thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Thanh Bình

Phản biện 1: TS Phạm Anh Phương

Phản biện 2:TS Hoàng Thị Thanh Hà

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Hệ thống thông tin họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 01 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm thông tin học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, việc tổ chức các kỳ thi như tốt nghiệp THPT, các

kỳ kiểm tra định kỳ và thường xuyên trong các trường THPT và THCS được tổ chức dưới hình thức thi trắc nghiệm khách quan Vì vậy việc tạo đề thi trắc nghiệm là khâu quan trọng trong quá trình tổ chức thi và đánh giá chất lượng của học sinh

2 Phương pháp nghiên cứu

Đã có nhiều hệ thống hỗ trợ việc tạo đề thi trắc nghiệm ngày càng dễ dàng hơn cho giáo trong việc tạo đề thi trắc nghiệm Tuy nhiên, việc tạo đề thi theo cấu trúc về mức độ khó – dễ thường được quy định bởi tính chủ quan của giáo viên ra đề Chưa có sự thống kê, chưa có được chức năng thu nhận và dựa vào kết quả làm bài của học sinh Hay nói cách khác, việc quy định tính khó – dễ của từng câu hỏi, từng đề thi phụ thuộc hoàn toàn vào quan điểm chủ quan của giáo viên

Do đó, tính khó – dễ của từng câu hỏi, từng đề thi còn phụ thuộc vào kết quả thu được từ kết quả trả lời của học sinh Hay nói cách khác, một câu hỏi được gọi là dễ nếu nhiều hiều học sinh trả lời đúng kết quả của nó

3 Đối tượng nghiên cứu

Dựa vào các thuật toán phân cụm (Cluster) như k-mean, máy tính sẽ đưa ra các nhóm câu hỏi đã được phân loại mức độ khó dễ

Từ kết quả phân cụm đó sẽ đưa ra đề thi theo cấu trúc về mức độ khó

dễ, về các đơn vị kiến thức được quy định trước

Từ việc đánh giá như vậy, giúp cho giáo viên có được định hướng đúng trong việc giảng dạy, bồi dưỡng kiến thức mà học sinh

cần và thiếu

Kiến trúc hướng dịch vụ ngày càng phát triễn mạnh đem lại nhiều thành tựu ứng dụng cho người sử dụng cũng như lợi ích của người phát triễn dịch vụ Người sử dụng không cần quan tâm đến nền tảng phần cứng cũng như phần mềm

4 Mục tiêu nghiên cứu

Vậy, với những vấn đề đã nêu trên tôi đề xuất xây dựng đề

tài “Xây dựng hệ thống sinh đề thi trắc nghiệm tự động” làm đề tài

tốt nghiệp luận văn cao học Trong đề tài này, tôi nghiên cứu ứng dụng phương học máy, xây dựng cơ sở dữ liệu câu hỏi trắc nghiệm,

từ đó xây dựng ứng dụng hỗ trợ thống kê kết quả bài làm của học sinh từ đó sinh ra đề thi đề xuất phù hợp với quy định của giáo viên

và phù hợp với năng lực của học sinh

5 Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TRẮC NGHIỆM Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG SINH ĐỀ THI TRẮC NGHIỆM TỰ ĐỘNG

Chương 3: CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TRẮC NGHIỆM

1.1 LÝ THUYẾT VỀ CÁC LOẠI HÌNH THI VÀ THI TRẮC NGHIỆM

1.1.1 Các loại hình trắc nghiệm (Hùng, 2008)

a Khái niệm trắc nghiệm

Theo chữ Hán, “trắc” có nghĩa là “đo lường”, “nghiệm” có nghĩa

là “suy xét”, “chứng thực” Cả trắc nghiệm khách quan và trắc nghiệm tự luận đều là những phương tiện để kiểm tra đánh giá khả năng học tập của học sinh và sinh viên Cả hai đều là trắc nghiệm

Để thuận tiện, trong luận văn này tôi dùng từ “trắc nghiệm” để chỉ cho “trắc nghiệm khách quan” và “tự luận” thay cho “trắc nghiệm tự luận”

b Trắc nghiệm tự luận

Tự luận là hình thức thi mà thí sinh tự trình bày câu trả lời bằng ngôn ngữ của mình Hình thức thi này ngược lại với hình thức trắc nghiệm Cho phép có sự tự do tương đối để trả lời câu hỏi được đạt

ra Đòi hỏi thí sinh phải biết sắp xếp và trình bày câu trả lời cho đúng và sáng sủa Bài tự luận được chấm điểm một cách chủ quan, điểm số được cho bởi những người chấm khác nhau có thể không thống nhất Nên hình thức tự luận còn được xem là trắc nghiệm chủ quan (dẫn chứng)

c Trắc nghiệm khách quan

Hình thức trắc nghiệm khách quan là hình thức trắc nghiệm mà thí sinh chọn một trong những kí hiệu đơn giản đã được đề xuất để làm câu trả lời của minh Hình thức trắc nghiệm này còn được gọi là hình thức trắc nghiệm ứng đáp câu hỏi Điểm của bài trắc nghiệm

khách quan được chấm bằng cách đếm số câu trả lời đúng nên ít phụ thuộc vào người chấm

d Ưu và nhược điểm của trắc nghiệm và tự luận

e Bản chất của câu hỏi trắc nghiệm

e.1 Các loại câu hỏi trắc nghiệm thông dụng (Nhị, 2014) e.2 Bản chất của câu hỏi trắc nghiệm

1.1.2 Thi trắc nghiệm

1.1.3 Phương pháp xây dựng đề thi trắc nghiệm

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH ĐỀ THI TRẮC NGHIỆM TỰ ĐỘNG

1.3 CÁC HỆ THỐNG THI TRẮC NGHIỆM HIỆN TẠI

1.3.1 Hệ thống tạo đề thi trắc nghiệm của Moodle

- Mô tả:

+ Hot Potatoes là một bộ bao gồm sáu ứng dụng, cho phép bạn tạo ra các câu hỏi đa lựa chọn, câu trả lời ngắn, ô chữ, kết hợp đặt hàng và khoảng cách điền vào các bài tập cho World Wide Web Hot Potatoes là phần mềm miễn phí, và bạn có thể sử dụng nó cho bất cứ mục đích, dự án mà bạn thích Nó không phải là mã nguồn mở + Phần mềm có các tính năng cơ bản cho việc thiết lập các đề kiểm tra trắc nghiệm như:

 Đảo ngẫu nhiên ngân hàng câu hỏi (kể cả đảo thứ tự đáp án)

 Cho phép chèn hình ảnh vào

 Có thể in ra giấy kèm đáp án (thông qua một phần mềm gõ văn bản như MS Word chẳng hạn)

 Soạn thảo được nhiều dạng câu hỏi trắc nghiệm

 Có thể soạn thảo bằng tiếng Việt được (dùng Unicode)

 Bạn có thể gửi bài trắc nghiệm của mình lên trang Hot Potatoes

để sinh viên có thể làm thử ở bất kỳ nơi đâu có máy tính kết nối Internet

+ Danh mục ngân hàng câu hỏi

+ Soạn câu hỏi

+ Duyệt câu hỏi

+ Hỗ trợ các loại câu hỏi

 Câu hỏi một lựa chọn

 Câu hỏi Đúng/ Sai

 Câu hỏi Nhiều lựa chọn

 Câu hỏi Ghép đôi

 Câu hỏi khó

+ Hỗ trợ các câu hỏi có: Hình ảnh, Audio, Video, Công thức toán

học

+ Hỗ trợ soạn thảo câu hỏi offline

- Phân hệ Quản lý đề thi

+ Xây dựng cấu trúc đề thi

- Cấu trúc đề theo từng môn học

+ Gồm các câu hỏi thuộc các chủ đề nào, mức trí năng (khó,

dễ ) là gì

+ Xác định thang điểm cho từng phần trong bài thi

- Xây dựng ngân hàng đề thi

+ Tự động lấy câu hỏi trong ngân hàng câu hỏi để tạo đề thi + Hoán vị đề thi

- Ưu điểm:

+ Đáp ứng quy trình thi chặt chẽ

+ Xây dựng nhiều lọai câu hỏi khác nhau

+ Dễ dàng cài đặt cũng như tổ chức thi

+ Đánh giá kết quả khách quan và chính xác

+ Tiết kiệm thời gian và nhân lực

+ Đảm bảo an toàn dữ liệu

+ Quản lý thông tin các môn thi

+ Quản lý ngân hàng câu hỏi: Ngân hàng câu hỏi được quản lý phân cấp theo từng môn học, trong mỗi môn có thể chia nhóm câu hỏi theo từng đơn vị kiến thức, đồng thời quản lý cả cấp độ khó của câu hỏi Ma trận ra đề giúp cho việc chọn lọc câu hỏi ra đề thi trở nên rất thuận tiện Các câu hỏi trong ngân hàng được phép có cả công thức toán học và hình ảnh minh họa, khi in ấn chương trình vẫn đảm bảo định dạng gốc của các đối tượng này

+ Quản lý ngân hàng đề thi: Quản lý tất cả các đề thi đã tạo (bao gồm cả các câu hỏi nhập trực tiếp vào đề thi và các câu hỏi lấy ra từ ngân hàng)

+ Tạo đề thi: cho phép chọn lựa câu hỏi thi từ ngân hàng câu hỏi hoặc nhập trực tiếp từ màn hình soạn thảo

+ Hoán vị đề thi: Hệ thống hoán vị cho phép tạo ra đến 99 đề thi khác nhau từ một đề thi chuẩn (hoán vị cả câu hỏi và câu lựa chọn),

mã đề được đặt tự động một cách thông minh nhằm hạn chế lỗi khi

xử lý bài thi

+ Chấm các bài thi trắc nghiệm theo công thức chấm tự định nghĩa và cho phép import công thức chấm từ file bên ngoài, tương thích với chuẩn dữ liệu của Cục Khảo Thí và của Phòng Khảo Thí + In các biểu in quản lý như: biên bản sửa chữa bài thi, kết quả chấm, biểu đồ phân bố điểm

+ Xuất dữ liệu chấm thi cho chương trình khác

- Ưu điểm:

+ Xây dựng nhiều lọai câu hỏi khác nhau

+ Dễ dàng cài đặt cũng như tổ chức thi

+ Đánh giá kết quả khách quan và chính xác

+ Tiết kiệm thời gian và nhân lực

+ Tùy chỉnh các câu hỏi với hình ảnh, video Flash và âm thanh bao gồm lồng tiếng, văn bản sang giọng nói,

+ Chèn các ký hiệu toán học và khoa học thông qua công cụ chỉnh sửa công thức để tạo ra bài thi trắc nghiệm dành cho Toán, Vật

lý, và Hóa học

- Ưu điểm:

+ Loại câu hỏi trắc nghiệm đa dạng

+ Tích hợp đa phương tiện: hình ảnh, âm thanh,

- Các loại câu hỏi trắc nghiệm khách quan và bản chất của chúng

- Quy trình tạo đề thi trắc nghiệm khách quan

- Các phương pháp sinh đề thi trắc nghiệm khách quan bằng cách sử dụng máy tính điện tử thông qua phần mềm máy tính

- Khảo sát một số hệ thống thi trắc nghiệm online, cũng như một số phần mềm tạo đề thi trắc nghiệm Từ đó tìm ra ưu và nhược điểm của chúng

- Hạn chế trong chương 1: Do thời gian có hạn nên việc khảo sát chưa được nhiều các hệ thống sinh đề thi trắc nghiệm

Trong chương tiếp theo, chúng tôi tập trung nghiên cứu xây dựng

hệ thống sinh đề thi trắc nghiệm tự động dựa trên các phân tích ở chương 1 Từ đó đưa ra hướng kế thừa và phát triển các ưu điểm đồng thời khắc phục các nhược điểm của các hệ thống đã khảo sát

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG SINH ĐỀ THI

TRẮC NGHIỆM TỰ ĐỘNG

2.1 KHÁI QUÁT HIỆN TRẠNG

Theo quy định của ngành giáo dục và đào tạo, việc kiểm tra đánh giá trong trường THPT đã chuyển từ hình thức ra đề từ tự luận sang hình thức trắc nghiệm khách quan Trong đó có một số môn hình thức của đề thi là trắc nghiệm khách quan 100% như Toán, Lý, Hóa, Sinh, Anh văn,

Với sự phát triển của phần mềm máy tính, trong đó có phần mềm tạo đề thi trắc nghiệm đã đáp ứng rất tốt cho việc tạo nhiều mã đề theo các cấu trúc quy định của giáo viên phục vụ cho việc kiểm tra đánh giá mang lại kết quả tốt

Tuy vậy, các hệ thống (phần mềm) hiện nay thường chưa phân tích tốt độ khó, độ phân biệt, tính chính xác về nội dung của câu hỏi

Độ khó của câu hỏi thường do người ra đề quy định chưa có thông tin phản hồi từ kết quả trả lời câu hỏi của học sinh

Với việc đánh giá chất lượng đề thi chính xác hơn về mức độ kiến thức, em xin đề xuất và nghiên cứu xây dựng hệ thống sinh đề thi trắc nghiệm tự động

2.2 MÔ TẢ BÀI TOÁN

2.2.1 Tạo đề thi trắc nghiệm

Hệ thống sẽ sinh đề trắc nghiệm theo yêu cầu của người sử dụng, với các thông số hệ thống gợi ý như sau:

Số lượng đề thi, số lượng câu hỏi trong mỗi đề, cấu trúc của mỗi

đề thi, điểm số của mỗi câu trắc nghiệm

Các đề thi được in ra giấy nếu thi trên giấy hoặc sinh đề tự động

để thi online

2.2.2 Quản lý ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm

Để có câu hỏi tạo đề thi đòi hỏi hệ thống phải có cơ chế thu thập lưu trữ, phân tích và phân loại câu hỏi, mỗi câu hỏi bao gồm các thông tin như: Phần dẫn, phương án trả lời, đáp án, tính đúng đắn, độ khó, lớp, bài,

Để xác định được độ khó hay dễ của câu hỏi đòi hỏi phải có thông tin phản hồi từ tỉ lệ trả lời đúng câu hỏi đó

2.2.3 Quản lý kết quả làm bài của người sử dụng

Kết quả làm bài của học sinh được cập nhật và lưu trữ liên tục Tỉ

lệ trả lời đúng câu hỏi được cập nhật cho câu hỏi ở ngân hàng câu hỏi

2.2.4 Giải pháp đề xuất

2.2.5 Sơ đồ quản lý thi của trường:

2.3 BẢNG NỘI DUNG CÔNG VIỆC CẦN THỰC HIỆN

2.4 SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH NGHIỆP VỤ

2.4.1 Tiến trình nhập hoặc import câu hỏi

2.4.2 Tiến trình tạo đề trắc nghiệm

2.4.3 Tiến trình thi trắc nghiệm

2.5.2 Sơ đồ chức năng

a) Sơ đồ:

b) Mô tả chức năng lá:

2.5.3 Danh sách hồ sơ sử dụng

2.5.4 Biểu đồ luồng dữ liệu

a) Biểu đồ luồng dữ liệu mức 0

b) Biểu đồ luồng dữ liệu mức 1

- Biểu đồ luồng dữ liệu quản lý ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm

2.6 THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU

2.7.1 Sinh đề thi trắc nghiệm tự động

2.7.2 Thuật toán tổng thể hệ thống thi trắc nghiệm

2.8 TỔNG KẾT CHƯƠNG 2

Trong chương 2, chúng tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

- Hiện trạng thi tại trường THPT Huỳnh Thúc Kháng Gia Lai

- Phân tích hệ thống sinh đề thi trắc nghiệm tự động và thi online: Quản trị ngân hàng câu hỏi, sinh đề thi, tổ chức thi,

- Đưa ra các thuật toán xử lý trong hệ thống

Trong chương tiếp theo chúng tôi sẽ nghiên cứu xây dựng hệ thống sinh đề thi trắc nghiệm tự động

CHƯƠNG 3 CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM

3.1 THIẾT KẾ GIAO DIỆN HỆ THỐNG CHƯƠNG TRÌNH 3.1.1 Chức năng của trang chủ

- Mục đích: giao diện của trang chủ của hệ thống

- Phạm vị:

+ Chứa các menu, hiển thị nội dung của hình thức thi trắc nghiêm, hiện thị những mục trang con chính của hệ thống để liên kết đến các trang đó như môn thi, phòng thi, giải thưởng

Tất cả mọi người đều có thể vào được trang chủ

Giao diện của trang chủ

Hình 3.1 Trang chủ

3.1.2 Chức năng của quản trị

- Mục đích : Cho người quản trị hệ thống (Admin) tạo tài khoản cho các thành viên chưa có tài khoản trong hệ thống của mình

- Phạm vị : Admin và tất cả mọi người đều có thể vào được trang chủ để đăng kí tài khoản

3.1.3 Chức năng đăng nhập

- Mục đích: Cho phép người quản lý đăng nhập vào hệ thống

để thao tác với các chức năng của hệ thống

- Phạm vi: Chỉ những người có tài khoản và nhập vào đúng tên đăng nhập và mật khẩu mới đăng nhập thành công

- Ràng buộc

+ Đầu vào: Tên đăng nhập, Mật khẩu

+ Đầu ra: Trả ra thông tin đăng nhập thành công hay không

- Giao diện form đăng nhập

Hình 3.3 Giao diện trang đăng nhập

3.1.4 Chức năng quản lý môn học

- Mục đích: Cho phép người quản lý môn học

- Phạm vi: Cập nhật môn học

- Ràng buộc

+ Đầu vào: Mã môn và tên môn

+ Đầu ra: Trả ra thông tin nhập thành công thành công hay không

- Giao diện form quản lý môn học

Hình 3.4 Giao diện trang quản lý môn học

3.1.5 Giao diện Quản lý câu hỏi

- Mục đích: Cho phép người quản lý đăng nhập vào hệ thống

để thao tác với các chức năng của hệ thống

- Phạm vi: Chỉ những người có tài khoản và nhập vào đúng tên đăng nhập và mật khẩu mới đăng nhập thành công

- Ràng buộc

+ Đầu vào: Nhập các thông tin môn học

+ Đầu ra: Thông báo cập nhật thành công hay không và lưu vào cơ sở dữ liệu

- Giao diện form quản lý câu hỏi

Hình 3.5 Giao diện trang quản lý câu hỏi

3.1.6 Chức năng giao diện form quản lý đề thi

- Mục đích: Cho phép người quản lý đăng nhập vào hệ thống

để thao tác với đề thi

- Phạm vi: Cho phép quản lý đề thi tạo, cập nhật, xóa đề thi

và câu hỏi

- Ràng buộc

+ Đầu vào: Nhập thông tin mới cho đề thi

+ Đầu ra: Thông tin được cập nhật hay tạo mới

- Giao diện form đăng nhập

Hình 3.6 Giao diện trang quản lý đề thi

3.1.7 Chức năng giao diện form quản lý thí sinh

- Mục đích: Cho phép người quản lý đăng nhập vào hệ thống xem thông tin của thành viên

- Phạm vi: Cho phép xóa thông tin của thành

- Ràng buộc

+ Đầu vào: Bảng thông tin của thành viên

+ Đầu ra: Thông tin được cập nhật đưa ra thông báo