算法与数据结构题库建设与命题系统设计

李楠

（商洛学院数学与计算机应用学院网络工程系，陕西 商洛 726000）

0 引言

算法与数据结构课程是计算机及相关专业的核心基础课程之一，学习效果对后续课程具有较大影响。而检验和评价学生学习效果的主要方式就是学业考试，如何使学业考试更加规范、有效[1]；使题目类型和难易程度适应学生学习基础；使课后练习与课堂侧重有效的统一；一直是高校管理和教学人员思考的问题。题库作为一种重要的教学辅助资源，对学生学习效果评价起到了重要的作用。随着计算机技术和网络技术的发展，教学改革的不断深入，很多领域和学科，都建立起了相应的题库[2]，为自我测试和教考分离提供了参考依据。然而，算法与数据结构课程的题库建设一直并不完善，特别是建设适合本校学生基础的题库具有一定的必要性。为了更好的使学生掌握该课程的内容，并灵活的应用其思想，广大的教育教学工作者也对该课程的教学模式、考核方法等方面进行了大量的研究和讨论，取得的广泛的成果，在实际的教学过程中也发挥了一定的积极作用。然而，如何建设一个自动化的、智能的、分层次的、符合学生学习基础以及与课堂学习配套的题库并对题库不断优化一直是值得思考和关注的问题。

1 存在问题

长期以来，高校的学业考试，特别是专业课考试依然以教考合一方式为主，从课堂教学、课后辅导到考试命题、试卷分析均由认课教师完成。任课教师的题目来源多以各自经验设计或辅导教材搜集为主，这样的模式容易导致试题内容、评分标准受到教师个人主观认识的影响，题目重复率高等现象，无法客观的对学生的学习状况进行评价。同时，重复的命题工作也为教师增加了无形的教学负担，当然，也有很多高校采取了教考分离的考核方式[3]，有的是在校内安排非本班任课教师为本班命名，有的是安排非本校教师进行命题，有的是在本校已有试题库中任意抽取一套试题进行考核，无论是哪种方案，均存在共同的问题，命题者对学情并不了解，不了解学生的学习基础，理解能力等，往往导致试题或偏或难，进而导致成绩整体偏低的现象，不能很好的对学生的学习情况进行区分。当然，教考分离使考核更加客观、公正、科学，作为一种考核方式，是具有一定的积极意义的[4]，前提是需要有一个完善的、全面的、适合学生学情的、多元化动态更新的题库。建设这样的题库，不仅能够更好的服务考核，也能够使学生在学习过程中，自我练习与课堂更同步、难易程度更适合。

2 题库建设

在充分考虑地方应用型院校学生学情特征，结合多种途径的课程练习及测试习题，课程组经过多年的积累和汇总，搜集和整理完成了《算法与数据结构》课程题库[5]，题库建设流程如图1所示：

图1 题库建设流程

为了保证题库题目来源的多元化和题库的动态更新，课程组的教师来自于学校多个不同的院系和部门，且均有多年课程教学经验，共同讨论分析课程特点、重点难点、考核侧重、难易程度等问题，使题目的选择更加适应全校各个院系学生学情，同时综合多位教师对知识的理解和侧重。题目的更新由课程组全体成员共同维护完成，由负责教师进行题目的审核和重复性检查，从而保证题目的动态更新性，题目更新充分结合课程的教学大纲要求，结合课程教学改革成果，结合学科新动向和综合应用领域，在此基础上，邀请校外相关课程专家与课程组教师交流，提高课程组教师的理论基础和命题质量。题目来源的多元化和动态性保证了题库的高质量。

为了更好的使学生完成自我学习过程，使习题训练与课堂教学相对同步，对题库中的题目进行了章节和知识点划分，每个章节中包含的习题数量较为饱满，难易程度适中且有层次，能够帮助学生在扎实地掌握基础知识的前提下完成知识的提高应用。本题库目前共包含题目千余道，随着题库建设的继续推进，正在不断的补充完善。题库知识点覆盖全面，重难点突出，划分在九个不同的章节，每个章节中题目由易到难，根据知识点的大小及知识点在整个课程体系中的重难点程度，设置题目的数量和类型，其中树、图、查找、线性表为课程体系中的核心内容，题目数量也占到了总题库的70%以上，题型数量，特别是专项训练部分也较其它章节有所增加，题目设置具有一定的代表性，表述准确。

题库题型广泛，根据各个章节知识特点，题型也有不同的调整，总体包括有选择、填空、判断、算法分析、构造和应用等题型。在丰富题型的同时也包含部分专项训练，例如，在树章节中增加有哈夫曼树及编码构造、二叉树的存储遍历线索化等专项训练；在图章节增加有最短路径、最小生成树等专项训练。

3 组卷系统建设

在做好习题搜集、整理和设计的基础之上，建设实现了题库管理和组卷系统[6]，使试题的管理、试卷的产生更加自动化、网络化和客观化。系统主要包括试题管理和试卷生成两大部分功能。

试题管理[7]中，可以使所有课程组教师通过个人账户向题库中添加、查询、修改和删除试题，在上传试题的过程中，系统会对重复性试题进行初步的筛选，除了可以查看到个人上传的试题外，也可以对题库中的其它试题进行查看操作，并且可以对题库中的习题进行分类检索，例如按章节、题型、难易程度、命题人等进行查询，试题管理基本流程如图2所示。

试卷生成[8]模块中，能够创建新的试卷，试卷组卷过程，能够根据章节、题型、难易程度等设置题目比例，题目的产生是由相关的试卷生成算法从题库中随机选择而来的，对生成的试卷可以方便的转换为PDF文件进行浏览，对已经生成的试卷，可以进行再次查询、查看或者删除，试卷生成基本流程如图3所示。

图2 试题管理操作流程

图3 试卷生成操作流程

在完成题库管理和试卷生成系统基本功能的基础上[9]，对系统的基本使用效果进行了初步测试，测试结果表明，通过系统能够成功的对试题进行上传、修改、查看。试题添加过程需要设置题目所属章节、题目类型、题干、分值、难易程度等信息以方便后期查询和组卷。对所有已经成功添加的试题可以进行自如的查询，可以根据试题类型进行查询，可以根据试题所属章节进行查询，也可以通过输入关键字，对所有包含关键字的试题信息进行查询，同时可以查询同时符合多项条件的试题信息。对成功上传的试题，同时也可以进行编辑和删除，以便及时清理不合理或者错误的试题，系统界面如图4所示。

图4 系统界面

系统自动组卷需要首先设置试题中所涉及的课程章节，可以有选择性的进行考核，生成章节考核试卷可以只选择相关章节即可，综合性考核可以选择涉及到的全部章节。其次，需要设置题目的题型、数量、难易度比例等信息，根据设置好的相关参数，组卷系统采用随机算法，从相应章节中随机选取相应数量、相应难度的试题组成一套完整的试卷，使用自动组卷系统生成的一套试卷如图5所示。

4 实践效果分析

在《算法与数据结构》课程的教学过程中，使用题库进行了课堂同步练习和期末模拟组卷的实践，并就题库的题目质量对学生进行访谈、调查。调查对象为计算机专业2018级的3个自然班，共101名学生，收回有效调查结果94份，部分核心问题的调查结果如表1所示。

图5 试卷生成系统效果

表1 题库应用效果调查结果

从表1中的数据可以看出，69.8%的学生认为，在学习的过程中同步使用题库习题进行练习，能够使抽象的课堂理论具体化，使问题解决的可操作性提高，对课程知识的理解十分有帮助。69.2%的学生认为，与网络上零散分布的相关练习题相比，题库中的习题知识关联更加系统，划分更加合理，与课堂知识联系更加紧密，更适合个人学习基础；93.6%的学生认为题库难易程度适中，有难有易，能分层次的逐步提高知识梯度，更适合地方应用型高校的学生学习实际，使学生学习过程产生成就感，进一步激发了学生的学习积极性。

78.6%学生在复习过程中更愿意选择通过习题复习，认为通过习题复习更加高效，印象深刻。有88.3%的学生认为整理题库十分有必要，对自主学习和成绩提高都有很大的帮助。根据学生完成习题的情况来看，大多数学生都能够积极的完成相关练习，提高了自主学习的能力，对于不同学习需求的学生，试题的选择也更加灵活，为学生课后的自主学习提供了丰富的学习资源。综上来看，整理题库是十分有必要的，能够更加密切的结合学生学习基础，该题库习题的质量相对较高，能够有效的提高学生的学习主动性、积极性，从而进一步提高学习效果和学习成绩。

通过对课程组教师进行访谈调查，结果表明，课后练习和模拟测试通过题库抽取相应试题，减少了教师反复搜集相关试题的工作，题库的组卷功能，使试卷的产生变得更加客观方便。避免了人工输入产生的大量输入性错误，同时，组卷所产生试卷为word文本，方便生成试卷者方便的进行检查和调整，提高了试卷生成的灵活性。

5 结论

高质量的题库建设，为教考分离提供了有效保障，为学生自主学习提供了难易程度适宜且与课堂相对同步的资源保障。为教师考试命题工作提供了参考资料，避免了重复性工作，减轻了工作任务，提高了工作效率，同时也提高了教学质量。然而，要保证题库的效果还有很多待完善的工作需要继续进行，首先，要保证题库的不断更新，不断提高题库习题的灵活性、应用性。其次，题库组卷系统需要进一步的完善，提高组成试卷的规范性、客观性以及系统功能的完善性。