知識架構分析與評估智能軟件設計論文
摘要：教育軟件的出現使中小學(xué)生知識的評估和教育資源的共享更加高效、便捷、個(gè)性化。該文根據學(xué)習過(guò)程控制模型分析與設計了知識架構分析與評估的智能工具軟件，指出了它不同于教育機構的數據庫系統，運用統計學(xué)、模糊算法等方法分析及評估學(xué)生知識點(diǎn)掌握狀態(tài)，從而達到輔助教學(xué)的目的。
關(guān)鍵詞：工具軟件；知識架構分析與評估；智能化；個(gè)性化；控制系統模型；統計學(xué)；模糊算法
中圖分類(lèi)號：TP311.5文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2016)03-0083-02
本軟件建立學(xué)習過(guò)程控制系統模型，并據此設計評估軟件，設計思路新穎�，F有教育軟件，主要關(guān)注的是學(xué)習方法和學(xué)習資源，在學(xué)校學(xué)生管理方面，多是應用大數據庫對整體分析。在分析知識架構方面，沒(méi)有做成工具軟件，也沒(méi)有應用于每個(gè)學(xué)生。本軟件將實(shí)現對學(xué)生的個(gè)性化智能評估。
1現有教育軟件分析
隨著(zhù)經(jīng)濟與科技的發(fā)展，政府、家庭更加重視教育，現有教育系統的一些問(wèn)題也日益顯露[1]：
1）傳統“大班教育”模式下，教師只能大致了解到班級整體學(xué)習情況和個(gè)別優(yōu)秀學(xué)生的掌握狀況，并不能照顧到每一名同學(xué)，從而導致了一些同學(xué)的學(xué)習積極性降低。
2）家長(cháng)更愿意讓孩子接受“小班教育”或“一對一教育”，該教育形式多按課時(shí)收費，成本遠遠高于學(xué)校的“大班教育”，很多家庭難以承擔高額的輔導費用[1]。
3）中學(xué)學(xué)生管理系統多采用數理統計分析，只能分析出一些最基本數據及整體水平，并不能根據考試成績(jì)分析出每一位學(xué)生的知識點(diǎn)掌握狀況[2]。針對以上問(wèn)題，為了充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，高效、便捷的分析出學(xué)生的知識盲點(diǎn)，減少家庭高額的輔導費用，設計了中小學(xué)生知識架構分析與評估智能工具軟件。該軟件有如下優(yōu)點(diǎn)：
1）該軟件能高效、便捷地分析出每位學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況。相比學(xué)校學(xué)生管理系統，更加個(gè)性化，可滿(mǎn)足家庭、學(xué)校的需求。
2）可與網(wǎng)絡(luò )上教育軟件嫁接。在教育軟件上網(wǎng)上答題，提交后可自動(dòng)分析學(xué)生知識點(diǎn)掌握情況。
3）有效減少家庭高額的輔導費用。
4）該工具軟件成本很低、普及性強。
2軟件設計
2.1學(xué)習過(guò)程控制系統模型的建立
中小學(xué)生知識架構分析與評估的智能工具軟件主要針對中小學(xué)生知識點(diǎn)進(jìn)行分析，下面將結合簡(jiǎn)化的教育模式結構圖來(lái)詳解本工具軟件的實(shí)現過(guò)程。
2.1.1傳統師生教育系統
當今教育方式主要為：
方式1：教師講授知識——學(xué)生做題——測試成績(jì)。此方式?jīng)]有反饋，全靠學(xué)生的自覺(jué)性和能力，學(xué)習效率低。
方式2：教師講授知識——學(xué)生做題——測試成績(jì)——家長(cháng)分析——反饋給家教。家教主要對學(xué)生的錯題進(jìn)行分析，但是錯題并不能完全反映出學(xué)生知識盲點(diǎn)，也有一部分知識掌握不扎實(shí)，且家教與學(xué)生需要較長(cháng)磨合期。
方式3：教師講授知識——學(xué)生做題——測試成績(jì)——教師分析——反饋給教師。教師主要對整體成績(jì)分析，缺乏個(gè)性化，無(wú)法照顧到每位同學(xué)。
2.2.2中小學(xué)生知識架構分析與評估的智能軟件
為解決上述問(wèn)題，我們設計了中小學(xué)生知識架構分析與評估的智能軟件。該軟件通過(guò)對教育模式結構圖功能、反饋的添加，讓每一位學(xué)生都能享受個(gè)性化的知識評估，高效、便捷的分析出知識盲點(diǎn)，同時(shí)降低家庭教育費用，減少家教和學(xué)生的磨合時(shí)間。在基本的教育系統中，以評價(jià)軟件為核心，極大的優(yōu)化反饋效率。教師出題，學(xué)生做題后反饋給教師，教師批閱并將結果輸入該軟件，軟件將自動(dòng)整理信息，得出詳細的學(xué)生知識點(diǎn)評估統計圖，將結果反饋給所以學(xué)生，使所有學(xué)生能高效、了解自己知識盲點(diǎn)，更能方便家教因材施教。上述環(huán)節不只一次反饋，經(jīng)過(guò)多次過(guò)程之后將不斷縮小學(xué)生的不足之處，更快地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習。
2.2軟件設計原理
2.2.1科學(xué)權衡
給予作業(yè)、測試、考試成績(jì)不同的權重，軟件可以由家長(cháng)、教師、家教根據實(shí)際情況修改權重，增加軟件對不同教學(xué)情況的適應性[3]。
2.2.2模糊算法
采用模糊算法對上一個(gè)步驟處理后的數據繼續分析。引入模糊隸屬公式，設置六個(gè)模糊語(yǔ)言變量：極優(yōu)、優(yōu)、良、中、差、極差[4]。模糊算法公式圖：對于任意一個(gè)成績(jì)，都與模糊隸屬公式擁有兩個(gè)交點(diǎn)值：u(x0),v(x0)，選取較大的值作為結果，給出模糊語(yǔ)言變量的評價(jià)。
2.2.3周期性時(shí)間統計
學(xué)生對于知識點(diǎn)的掌握情況是隨時(shí)間的改變而改變的，這就需要對數據進(jìn)一步處理，根據時(shí)間次序給予數據不同權重[5]。分值G=a0x(i)+a1x(i+1)+……+amx(n)(m=n-i)滿(mǎn)足：a0+a1+……am=1其中a0，a1，……，am為權重。2.3功能設計
2.3.1知識點(diǎn)數據庫
1）教學(xué)大綱
系統內部含有一個(gè)完整的知識點(diǎn)數據庫，按學(xué)科、章節細分知識點(diǎn)類(lèi)型、知識點(diǎn)。
2）知識點(diǎn)錄入系統
知識點(diǎn)錄入分為兩種實(shí)現形式，分別為人工錄入和軟件嫁接。人工錄入由教師、家長(cháng)等人將試卷每一道題的知識點(diǎn)通過(guò)大綱目錄錄入系統�？梢院芊奖愕卣页鲱}目對應的`知識點(diǎn)，然后錄入，錄入結果填入程序內部表格；軟件嫁接即該軟件可與市面上自帶題庫的教育軟件嫁接，省去人工錄入，學(xué)生網(wǎng)上答題，提交后軟件自動(dòng)分析，能極大降低工作量。
2.3.2成績(jì)錄入
錄入的成績(jì)包括作業(yè)、測試、考試成績(jì)，給予三種成績(jì)不同的權重。成績(jì)錄入界面與知識庫相對應，以試卷格式錄入。同樣此處也可嫁接軟件直接評分。
2.3.3評估與統計
2.3.3.1評估
1)統計評估
統計數據，以知識點(diǎn)為主要關(guān)鍵字，統計每個(gè)知識點(diǎn)掌握百分比，分值型分值低于80%視為錯誤。
2)模糊算法評估
根據知識點(diǎn)的正確率分析，在此使用了基本的模糊算法加以解決。模糊算法將對上一個(gè)步驟處理后的數據繼續進(jìn)行分析。引入模糊隸屬公式，設置六個(gè)模糊語(yǔ)言變量：極優(yōu)、優(yōu)、良、中、差、極差。計算方法：以每個(gè)學(xué)生為單位，對應每個(gè)知識點(diǎn)，都通過(guò)模糊算法給予學(xué)生評級。對應一個(gè)x值(0<x<1)可以求出兩個(gè)函數值，對比兩個(gè)函數值，選取較高者。每個(gè)知識點(diǎn)都給予模糊計算，對于分值題則可直接用分值百分率計算。極優(yōu)，優(yōu)，良，中，差，極差給予權重1/0.8/0.6/0.4/0,2/0。模糊算法結合精確統計，分別給予30%、70%權重，得出最終分值。
2.3.3.2實(shí)時(shí)統計和周期性統計
1）實(shí)時(shí)統計
實(shí)時(shí)統計可以繪制知識點(diǎn)掌握情況評價(jià)圖，并及時(shí)反饋給學(xué)生、家長(cháng)、教師。
2）周期性統計
學(xué)生對于知識點(diǎn)的掌握情況是隨時(shí)間的改變而改變，對數據進(jìn)一步處理，根據時(shí)間次序給予數據不同權重。
2.3.4輸出系統
輸出即為軟件反饋給教師學(xué)生的數據，在經(jīng)過(guò)上述步驟處理后之后，得到許多個(gè)表。輸出系統將以圖表的形式反饋給教師與學(xué)生。輸出內容為：1）一次測評后，給予每位學(xué)生知識點(diǎn)掌握情況統計情況表和柱狀圖，都以百分制的形式給出，知識盲點(diǎn)一目了然。
2）多次測評后，給予單一知識點(diǎn)多次測評曲線(xiàn)圖，按時(shí)間順序排列，隨時(shí)能查看對于某一知識點(diǎn)掌握情況。
3）多次測評后，給予所有知識點(diǎn)掌握情況一覽圖，給出綜合評價(jià)[6]。
3結束語(yǔ)
該軟件可以達到充分發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性，高效、便捷分析出知識盲點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習效率和教育質(zhì)量，減少家庭教育費用。
參考文獻：
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