知识架构分析与评估智能软件设计论文
摘要：教育软件的出现使中小学生知识的评估和教育资源的共享更加高效、便捷、个性化。该文根据学习过程控制模型分析与设计了知识架构分析与评估的智能工具软件，指出了它不同于教育机构的数据库系统，运用统计学、模糊算法等方法分析及评估学生知识点掌握状态，从而达到辅助教学的目的。
关键词：工具软件；知识架构分析与评估；智能化；个性化；控制系统模型；统计学；模糊算法
中图分类号：TP311.5文献标识码：A文章编号：1009-3044(2016)03-0083-02
本软件建立学习过程控制系统模型，并据此设计评估软件，设计思路新颖。现有教育软件，主要关注的是学习方法和学习资源，在学校学生管理方面，多是应用大数据库对整体分析。在分析知识架构方面，没有做成工具软件，也没有应用于每个学生。本软件将实现对学生的个性化智能评估。
1现有教育软件分析
随着经济与科技的发展，政府、家庭更加重视教育，现有教育系统的一些问题也日益显露[1]：
1）传统“大班教育”模式下，教师只能大致了解到班级整体学习情况和个别优秀学生的掌握状况，并不能照顾到每一名同学，从而导致了一些同学的学习积极性降低。
2）家长更愿意让孩子接受“小班教育”或“一对一教育”，该教育形式多按课时收费，成本远远高于学校的“大班教育”，很多家庭难以承担高额的辅导费用[1]。
3）中学学生管理系统多采用数理统计分析，只能分析出一些最基本数据及整体水平，并不能根据考试成绩分析出每一位学生的知识点掌握状况[2]。针对以上问题，为了充分发挥学生学习的主动性，高效、便捷的分析出学生的知识盲点，减少家庭高额的辅导费用，设计了中小学生知识架构分析与评估智能工具软件。该软件有如下优点：
1）该软件能高效、便捷地分析出每位学生的知识点掌握情况。相比学校学生管理系统，更加个性化，可满足家庭、学校的需求。
2）可与网络上教育软件嫁接。在教育软件上网上答题，提交后可自动分析学生知识点掌握情况。
3）有效减少家庭高额的辅导费用。
4）该工具软件成本很低、普及性强。
2软件设计
2.1学习过程控制系统模型的建立
中小学生知识架构分析与评估的智能工具软件主要针对中小学生知识点进行分析，下面将结合简化的教育模式结构图来详解本工具软件的实现过程。
2.1.1传统师生教育系统
当今教育方式主要为：
方式1：教师讲授知识——学生做题——测试成绩。此方式没有反馈，全靠学生的自觉性和能力，学习效率低。
方式2：教师讲授知识——学生做题——测试成绩——家长分析——反馈给家教。家教主要对学生的错题进行分析，但是错题并不能完全反映出学生知识盲点，也有一部分知识掌握不扎实，且家教与学生需要较长磨合期。
方式3：教师讲授知识——学生做题——测试成绩——教师分析——反馈给教师。教师主要对整体成绩分析，缺乏个性化，无法照顾到每位同学。
2.2.2中小学生知识架构分析与评估的智能软件
为解决上述问题，我们设计了中小学生知识架构分析与评估的智能软件。该软件通过对教育模式结构图功能、反馈的添加，让每一位学生都能享受个性化的知识评估，高效、便捷的分析出知识盲点，同时降低家庭教育费用，减少家教和学生的磨合时间。在基本的教育系统中，以评价软件为核心，极大的优化反馈效率。教师出题，学生做题后反馈给教师，教师批阅并将结果输入该软件，软件将自动整理信息，得出详细的学生知识点评估统计图，将结果反馈给所以学生，使所有学生能高效、了解自己知识盲点，更能方便家教因材施教。上述环节不只一次反馈，经过多次过程之后将不断缩小学生的不足之处，更快地促进学生学习。
2.2软件设计原理
2.2.1科学权衡
给予作业、测试、考试成绩不同的权重，软件可以由家长、教师、家教根据实际情况修改权重，增加软件对不同教学情况的适应性[3]。
2.2.2模糊算法
采用模糊算法对上一个步骤处理后的数据继续分析。引入模糊隶属公式，设置六个模糊语言变量：极优、优、良、中、差、极差[4]。模糊算法公式图：对于任意一个成绩，都与模糊隶属公式拥有两个交点值：u(x0),v(x0)，选取较大的值作为结果，给出模糊语言变量的评价。
2.2.3周期性时间统计
学生对于知识点的掌握情况是随时间的改变而改变的，这就需要对数据进一步处理，根据时间次序给予数据不同权重[5]。分值G=a0x(i)+a1x(i+1)+……+amx(n)(m=n-i)满足：a0+a1+……am=1其中a0，a1，……，am为权重。2.3功能设计
2.3.1知识点数据库
1）教学大纲
系统内部含有一个完整的知识点数据库，按学科、章节细分知识点类型、知识点。
2）知识点录入系统
知识点录入分为两种实现形式，分别为人工录入和软件嫁接。人工录入由教师、家长等人将试卷每一道题的知识点通过大纲目录录入系统。可以很方便地找出题目对应的`知识点，然后录入，录入结果填入程序内部表格；软件嫁接即该软件可与市面上自带题库的教育软件嫁接，省去人工录入，学生网上答题，提交后软件自动分析，能极大降低工作量。
2.3.2成绩录入
录入的成绩包括作业、测试、考试成绩，给予三种成绩不同的权重。成绩录入界面与知识库相对应，以试卷格式录入。同样此处也可嫁接软件直接评分。
2.3.3评估与统计
2.3.3.1评估
1)统计评估
统计数据，以知识点为主要关键字，统计每个知识点掌握百分比，分值型分值低于80%视为错误。
2)模糊算法评估
根据知识点的正确率分析，在此使用了基本的模糊算法加以解决。模糊算法将对上一个步骤处理后的数据继续进行分析。引入模糊隶属公式，设置六个模糊语言变量：极优、优、良、中、差、极差。计算方法：以每个学生为单位，对应每个知识点，都通过模糊算法给予学生评级。对应一个x值(0<x<1)可以求出两个函数值，对比两个函数值，选取较高者。每个知识点都给予模糊计算，对于分值题则可直接用分值百分率计算。极优，优，良，中，差，极差给予权重1/0.8/0.6/0.4/0,2/0。模糊算法结合精确统计，分别给予30%、70%权重，得出最终分值。
2.3.3.2实时统计和周期性统计
1）实时统计
实时统计可以绘制知识点掌握情况评价图，并及时反馈给学生、家长、教师。
2）周期性统计
学生对于知识点的掌握情况是随时间的改变而改变，对数据进一步处理，根据时间次序给予数据不同权重。
2.3.4输出系统
输出即为软件反馈给教师学生的数据，在经过上述步骤处理后之后，得到许多个表。输出系统将以图表的形式反馈给教师与学生。输出内容为：1）一次测评后，给予每位学生知识点掌握情况统计情况表和柱状图，都以百分制的形式给出，知识盲点一目了然。
2）多次测评后，给予单一知识点多次测评曲线图，按时间顺序排列，随时能查看对于某一知识点掌握情况。
3）多次测评后，给予所有知识点掌握情况一览图，给出综合评价[6]。
3结束语
该软件可以达到充分发挥学生主动性，高效、便捷分析出知识盲点，提高学生的学习效率和教育质量，减少家庭教育费用。
参考文献：
[1]陈国龙.家庭教师问题的浅析[J].林区教学,2001(2).
[2]张寿松,刘为邦.小班化教育与大班教育的比较研究[J].丽水师范专科学校学报,2003(1).
[3]罗毅.基于知识点-难度比例的组卷算法研究[J].武汉理工大学学报,2009(10).
[4]彭愈强.基于模糊综合评价的电大教学评估系统设计[D].成都:电子科技大学,2009.
[5]米迟,郑惊欧,刘劲.学生评估系统的设计与实现[J].中国科教创新导刊,2011(10).
[6]姚锁宁.基于MATLAB/VC的教学评估系统研究与开发[D].西安:西安理工大学,2008.
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