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摘要：
实验技能的培养对学生来说有着重要的意义,一方面它可以促进学生对已有知识的掌握,另一方面它还可以提高学生日后发现新知识的能力.该文首先描述了实验技能的相关概念以及当前实验技能测评的主要方法,在分析这些方法缺陷的基础上提出了实验技能测评的新方法——基于计算机仿真的实验技能自动测评,并描述了该方法的优点和用它来对学生的实验技能进行测评的可能性.文章后续的内容分为两部分,一部分是实验技能测评自动化的理论研究,另一部分是实验技能测评自动化的应用研究,这两部分内容相互联系,互为补充,构成了完整的实验技能自动测评理论体系和应用指南.实验技能测评自动化的理论研究包括测量理论研究和测评自动化模型研究两部分内容.在测量理论研究中,该文分析了当前主流的两种测量理论——经典测量理论和项目反映理论的优缺点,以及这些理论在指导实验技能测评上的不足,从而为"知识空间理论"的引入提供了必要性.知识空间理论经过二十多年的发展,已经形成了比较成熟的理论体系,并在自适应测评中发挥着重要的作用.然而,该理论依然在很多方面存在着不足,为此,该文在描述知识空间理论主要内容的基础上,对它的相关内容进行了扩展,提出了"扩展知识空间理论"的相关内容,为该理论的进一步应用打下了良好的基础.在测评自动化模型研究中,该文总结了实验技能自动测评的一般步骤,并对其中的关键过程——仿真建模和自动评分作了详细地描述,从而为该模型的广泛应用提供了完整的方法学基础.实验技能测评自动化的应用研究主要以化学实验技能的自动测评为切入点.首先描述了虚拟化学实验室的构建(这是化学实验技能自动测评得以实施的前提条件,包括人机交互界面的构建和化学反应引擎的开发这两部分主要内容),并实现了虚拟化学实验室用作测评的必要条件——提供对学生操作序列和操作结果的详细记录.接着描述了化学实验技能测评系统的实现,包括一般测评系统的组成、测评管理模块的功能、题库的构建以及自动评分的实现等几部分内容,并对题库建设中的题库标准作了深入的探讨,在现有的QTI(问题与测试互操作)标准的基础上,针对实验技能的自动测评提出了QTI在操作题方面的扩展,该扩展不但有效地解决了操作题答案的表示问题,同时也为自动评分算法提供了实现指南.
目录
第一章 实验技能测评概述
第一节 实验技能概述
1 实验技能的定义
2 实验技能的学习
3 实验技能与实验问题解决
第二节 当前实验技能测评的主要方法
第三节 基于计算机仿真的实验技能测评
第二章 实验技能测评的测量理论基础
第一节 当前主流教育测量理论概述
第二节 知识空间理论及其扩展
1 知识空间理论概述
知识状态，知识结构和知识空间
猜测关系与蕴含关系
知识结构和技能(skill)集合的关系
2 知识空间理论运用到实验技能测评的不足
知识空间和技能集合关系的完善
知识空间理论中的层次性
3 扩展知识空间理论的主要内容
扩展知识空间的基本概念
扩展知识空间中技能结构与知识结构的联系
良构技能结构与学习路径
第三节 基于扩展知识空间理论的自适应测试
1 测评用知识结构、技能函数和问题函数的建立
基本概念：技能状态函数
对应知识结构的建立
对应知识结构构建实例
2 自适应测评的实施
基本原理
测评实例
随机测评过程及其形式化表示
3 测评过程中问题选择规则的改进
第四节 扩展知识空间理论和项目反应理论对比
1 心理学基础和限定条件对比
2 自适应测评实现过程对比
3 应用范围对比
第五节 扩展知识空间理论在实验技能测评中的应用模式
第三章 实验技能测评自动化
第一节 技能测评自动化概述
第二节 实验技能测评自动化模型
第三节 实验技能系统的仿真建模
1 离散事件系统仿真基本概念及一般步骤
2 面向对象的系统建模
3 实验技能系统的仿真策略
第四节 实验技能测评自动化评分算法研究
1 基于实验结果的评分算法
2 基于操作序列的评分算法
描述逻辑
时序描述逻辑
时序描述逻辑在基于操作序列的评分算法中的具体运用
第四章 虚拟化学实验室研究
第一节 虚拟化学实验室概述
第二节 用作测评的虚拟化学实验室的体系结构
第三节 虚拟化学实验室程序控制逻辑研究与实现
第四节 人机交互界面实现
第五节 实验过程呈现(实验仪器建模)
1 化学实验仪器建模
2 图形显示关键技术研究
图形缓冲区技术
多线程技术
第六节 化学反应引擎研究
1 化学知识库的建立
2 化学反应计算流程
3 多级反应的实现
第七节 录制与回放支持
1 录制与回放技术概述
2 虚拟化学实验室中的录制与回放
3 虚拟化学实验室中操作结果的记录与重现
第八节 协同工作支持研究
1 计算机支持的协同工作概述
集中式应用程序共享
复制式应用程序共享
混合式应用程序共享
2 协同工作在虚拟化学实验室中的具体实现
分发事件的选取
并发控制策略
具体实现
第五章 化学实验技能测评系统的实现
第一节 实验技能测评系统的组成
第二节 测评管理模块
第三节 题库和QTI标准
1 IMS QTI概述
2 针对操作题的IMS QTI扩展
IMS QTI操作题扩展的基本思想
基于操作序列的答案与评判标准的表示
基于实验结果的答案与评判标准的表示
3 针对扩展知识空间理论的QTI扩展
4 化学实验技能操作题的表示实例
5 化学实验技能测评中的辅助命题
第四节 自动评分系统
1 考生操作数据的获取
2 基于操作结果评分的实现
3 基于操作序列评分的实现
4 考生成绩复查的实现
第五节 实验技能测评自动化的应用模式
第六章 实验技能测评自动化的发展方向 |
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