一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法

1.本发明属于教学技术领域，具体涉及一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法。


背景技术：

2.操作使用教学通常以模拟器作为教学手段，在实施理论和操作技能教学时无法一次覆盖所有知识点，难以评估学习者对知识点的掌握情况，造成学习效果欠佳。现有的模拟器操作教学无法根据学员实际的掌握情况对教学测试内容进行动态调整，故难以有效提升模拟器操作教学的效果。因此，需要提出一种通过抽测方式提升学习者学习效果的方法。


技术实现要素：

3.针对模拟器操作教学无法通过抽测的方式提升教学效果的问题，本发明提出了一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法。本发明能够在多轮抽测中，根据学习者的答题结果、知识点的重要程度以及历史抽测情况，及时调整抽测策略，动态改变后续的抽测内容，针对前期教学中存在的不足进行改进，增强教学的针对性，从而提高模拟器操作使用教学的效率。
4.本发明是通过下述技术方案实现的：
5.利用有向无环图描述模拟器操作教学中的知识体系；知识体系由多条知识路径构成，每条知识路径由理论知识节点和技能节点交替出现，知识路径的方向代表学习的先后顺序；每个节点包含多道试题；
6.依据节点重要性和前次节点抽测状态确定本次的抽测策略；
7.完成本次抽测后，更新所有节点的抽测状态，为下次制定抽测策略做准备。
8.进一步的，
9.所述节点重要性等于，知识体系中与节点相关联的边的数量，除以知识体系中所有边的数量。
10.进一步的，
11.所述节点抽测状态包括节点是否被抽到，以及节点的抽测结果。
12.进一步的，
13.本次的抽测策略包括，
14.首先抽取前次抽测中未被抽中的节点；
15.然后抽取重要性高的、且前次的抽测结果低的节点；
16.最后随机选取其他节点。
17.进一步的，
18.节点的抽测结果包括抽中节点的抽测结果和未抽中节点的抽测结果，其中，抽中节点的抽测结果即为实际的考核结果，未抽中节点的抽测结果则由当前抽测中被抽中节点的抽测结果，以及未被抽中节点的历史抽测结果推算得到。
19.进一步的，
20.未抽中节点的抽测结果的推算过程为，
21.获取当前抽测中未被抽中节点的前导节点的抽测结果；
22.前导节点的抽测结果乘以未被抽中节点与前导节点之间的比例关系p
正
，得到第一估计值est1；
23.获取当前抽测中未被抽中节点的下一级节点的抽测结果；
24.下一级节点的抽测结果乘以未被抽中节点与下一级节点之间的比例关系p
反
，得到第二估计值est2；
25.获取当前抽测中未被抽中节点的历史抽测结果；
26.将第一估计值est1、第二估计值est2、以及该未被抽中节点的历史抽测结果进行加权求和，即得到该未被抽中节点在本次抽测中的抽测结果；该抽测结果将更新为对应节点的历史抽测结果。
27.进一步的，
28.比例关系p
正
等于历史抽测中节点i的抽测结果与历史抽测中其前导节点的抽测结果之比；
29.比例关系p
反
等于历史抽测中节点i的抽测结果与历史抽测中其下一级节点的抽测结果之比。
30.进一步的，
31.在未被抽中节点的抽测结果的推算过程中，若其前导节点或者下一级节点同样未被抽测到，则仅根据有抽测结果的前导节点或者下一级节点进行计算；
32.当一个节点属于多条知识路径时，该节点存在一个或多个前导节点，该节点存在一个或多个下一级节点；此时，推算未被抽中节点的抽测结果时，需要包括所有前导节点和所有的下一级节点。
33.有益效果
34.1)、采用有向无环图全面刻画知识体系，将模拟器操作使用的理论与技能整理为相互关联的有序集合，用以形成理论知识点与技能点之间的有序关系，对应于学习者能力目标的达成，为准确评估教学效果奠定基础；
35.2)、通过被抽中节点的抽测结果，评估未抽中节点的抽测结果，实现了对完整知识体系掌握情况的全面估计；
36.3)、不断更新历史抽测记录，动态调整用于刻画节点间知识掌握情况关联关系的比例关系p
正
和p
反
，有利于真实反映教学效果的实际情况；
37.4)、对于未抽中节点，采用前级节点、下一级节点、以及历史抽测结果共同对其进行估计，充分遵循了知识点学习的连续性、关联性，使估计结果更加准确。
38.5)、在准确估计现有教学效果的基础上，结合知识点的重要性以及全面覆盖性，动态调整后续教学抽测内容，增强了抽测的针对性，提升了教学的效率。
39.6)、通过试题评价，持续剔除不能有效检测知识点掌握情况的试题，优化试题库，增强教学的针对性，从而优化模拟器操作使用教学的效率。
附图说明
40.图1、知识体系的有向无环图表示
41.图2、本发明的实施流程图；
具体实施方式
42.本方法分为：知识体系描述、知识体系评估、制定知识点抽测策略。
43.(一)知识体系描述
44.描述知识体系的目的是将模拟器操作使用的理论与技能整理为相互关联的有序集合，用以形成理论知识点与技能点之间的有序关系，对应于学习者能力目标的达成。
45.利用模拟器操作使用的教学内容中，理论知识点与技能点之间的相互关系，可将知识体系描述为有向无环图。模拟器操作使用教学设计的规律是从理论到实践循序渐进，交替进行，因此，有向无环图中代表理论知识的节点和代表技能点的节点交替出现，且图起始节点集合均为理论知识节点，所有终端节点均为技能节点。从起始点到某一技能点的路径即代表了一条“知识”，其对应于操作技能的学习规律，每个节点对应多道考题，见图1所示，其中，矩形代表知识节点，圆形代表技能节点。由n11至t21的向量表示知识n11是技能t21的理论基础。
46.掌握了理论基础是掌握后续技能的前提，但是由于理论到实践的掌握存在差距，因此由前导知识的掌握推算后续技能的掌握情况存在一定的概率，如图1所示，代表第一层第一条知识n11作为前提，推算后续第一项技能t21的掌握程度。
47.(二)知识体系评估
48.抽题考核后，将获得学习者对所有考题回答情况的数据，可用作评估当前批次受训者对模拟器操作使用知识和技能掌握程度的样本。全部样本的集合就是考核评估的历史，用符号表示为mem，每抽测一次则更新一次历史样本。mem代表了组训者对通过模拟器操作使用考核获得学习者成绩的先验估计。如图1中，使用mem(n
11
)表示对知识点n11的先验知识，即根据历史考核抽中n11的试题时学习者答对的概率。
49.节点t21的抽测结果与其前导节点n11的抽测结果之间的比例关系p
正
等于历史抽测中节点t21的抽测结果与历史抽测中其前导节点n11的抽测结果之比，其中，p
正
即图中所示的
50.节点t21的抽测结果与其下一级节点n31的抽测结果之间的比例关系p
反
等于历史抽测中节点t21的抽测结果与历史抽测中其下一级节点n31的抽测结果之比，其中，p
反
即图中所示的
51.在完成一次抽题考核后，先计算抽中的知识点中，学习者答题正确率数字，然后利用抽中的知识点，根据比例关系p
正
、p
反
估算本次抽测中未抽中知识点的抽测结果。
52.由前导知识点和后续知识点的抽测结果估计未抽中知识点的抽测结果，均会产生与未抽中知识点真实抽测结果的偏差。此外，由历史的抽测结果也可以大概判断对应知识点的掌握情况，比如，对于简单的知识点，学员通常都比较容易掌握，而难的知识点，学员通常都不容易掌握，故对于未抽中节点t21，将其前导节点n11得到的第一估计值其下一
级节点n31得到的第二估计值以及t21的历史抽测结果mem(t21)进行加权求和，即得到t21在本次抽测中的抽测结果mem(t21)
new
，并将t21的历史抽测结果mem(t21)更新为mem(t21)
new
。
53.上述过程的公式表达如下：已知本次抽测n11和n31的结果分别是test(n11)和test(n31)，则根据抽测结果对t21得到两个新的估计：和则对技能知识点t21抽测结果的估计更新为：
[0054][0055]
其中，α+β+γ＝1，对全部未抽测节点执行(2)的计算，更新历史测试记录。
[0056]
若其前导节点或者下一级节点同样未被抽测到，则仅根据有抽测结果的前导节点或者下一级节点进行计算；当一个节点属于多条知识路径时，该节点存在一个或多个前导节点，该节点存在一个或多个下一级节点；此时，推算未被抽中节点的抽测结果时，需要包括所有前导节点和所有的下一级节点。
[0057]
(三)制定知识点抽测策略
[0058]
为了提高教学效率，需要指定有效的知识点抽测策略。在图1建立知识体系结构的基础上，对学习者学习效果的抽测通常依据试题，试题分为理论试题和操作试题，分别归属知识体系中对应的知识点和技能点。
[0059]
基于模拟器操作教学特点，抽题方案的设计依据两项指标：知识点重要性和前次抽题状态。
[0060]
1.知识点重要性
[0061]
由知识体系中，与某一节点相关联的边的数量计算对应知识点的重要性。如果全部的边的集合是e，则知识体系中所有边的数量是card(e)。对某一节点n，与其相关联的边的数量是adj(n)，则依据知识点重要性的得分是adj(n)/card(e)。
[0062]
2.前次抽题状态
[0063]
节点抽测状态包括节点是否被抽到，以及节点的抽测结果。在知识体系中抽题，要关注试题对抽测的全面性，尽量使知识点体系中的“知识”得到全面覆盖，同时要考虑节点的重要性以及学员的掌握程度，为此设计了根据知识点重要性以及前次抽题状态动态调整抽题策略的规则。
[0064]
本次的抽测策略包括，
[0065]
首先抽取前次抽测中未被抽中的节点；
[0066]
然后抽取重要性高的、且前次的抽测结果低的节点，其中，节点的抽测结果包括抽中节点的抽测结果和未抽中节点的抽测结果；
[0067]
最后随机选取其他节点。
[0068]
此外，还可以根据实际情况，通过加权系数的方式调整抽题策略的侧重，或通过其他现有技术手段进行策略调整。
[0069]
至此，完成对教学效果的提升。
[0070]
(四)试题评估并优化题库
[0071]
为了进一步提高教学效率，需要对试题进行评估，并根据评估结果优化题库。制作试题的水平受制于教学工作者主观能力水平，对学习者抽测表现不同的考题不适宜归属于
同一个知识点，试题评估的目的是评估当前知识点的试题质量，对比同一批学习者中，设置良好的试题应具有相似的答题得分。
[0072]
试题评估并优化题库进一步包括，节点t21的试题集合包括200道题，计算这200道题在抽测历史中的正确率的均值mean(item
t21
)和方差var(item
t21
)，计算这200道题里的每道题的历史正确率，比如，第10题在历史抽测中被抽中8次，由这8次的答题结果得到的正确率处于{mean(item t21
)-2var(item t21
)，mean(item t21
)+2var(item t21
)}区间，则第10题为可接受考题，否则进行替换，遍历所有节点的所有试题完成题库优化。区间范围可根据实际情况进行调整。
[0073]
试题评估并优化题库可以在每次抽测后进行，也可以间隔一定抽测次数后再进行。
[0074]
本发明方法的实施过程是：依次执行知识体系描述，知识点抽测，知识体系评估、试题评估并优化题库。
[0075]
第一步：构建教学知识体系。根据教学大纲按照理论和技能梳理知识点，使用有向无环图作为知识体系描述的方法，并且按照理论知识到操作技能的顺序将整理出的知识点分层。
[0076]
第二步：完善试题题库资源。对知识体系中的每一个知识点，设置归属此知识点的考题，要求为每一新增的考题分配标识，并且在数据库中记录该条考题抽测的记录，包括抽测频次，正确数量等。
[0077]
第三步：考核实施，即知识点抽测。依托模拟器对一个批次的学习者实施操作技能考核。依据知识点抽测方法的规范，抽取批次考题并推送至待考模拟器，由学习者答题，并记录答题结果。
[0078]
每次抽测完成，评估批次数量，如果未达批次要求则继续执行下一批次考题的抽取。
[0079]
第四步：知识体系评估。本批次的学习者考核完毕后，根据考核结果更新先验，具体更新公式见(2)。
[0080]
第五步：试题评估并优化题库，根据设定，每抽测20次后对试题进行评估并优化题库。
[0081]
由此，实现了基于本方法在模拟器操作使用教学考核中的运用，实现全知识体系抽测效果评估，提高运用操作模拟器实施技能教学的效率。

技术特征：
1.一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：利用有向无环图描述模拟器操作教学中的知识体系；知识体系由多条知识路径构成，每条知识路径由理论知识节点和技能节点交替出现，知识路径的方向代表学习的先后顺序；每个节点包含多道试题；依据节点重要性和前次节点抽测状态确定本次的抽测策略；完成本次抽测后，更新所有节点的抽测状态，为下次制定抽测策略做准备。2.根据权利要求1所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：所述节点重要性等于，知识体系中与节点相关联的边的数量，除以知识体系中所有边的数量。3.根据权利要求2所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：所述节点抽测状态包括节点是否被抽到，以及节点的抽测结果。4.根据权利要求3所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：本次的抽测策略包括，首先抽取前次抽测中未被抽中的节点；然后抽取重要性高的、且前次的抽测结果低的节点；最后随机选取其他节点。5.根据权利要求1或4所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：节点的抽测结果包括抽中节点的抽测结果和未抽中节点的抽测结果，其中，抽中节点的抽测结果即为实际的考核结果，未抽中节点的抽测结果则由当前抽测中被抽中节点的抽测结果，以及未被抽中节点的历史抽测结果推算得到。6.根据权利要求5所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：未抽中节点的抽测结果的推算过程为，获取当前抽测中未被抽中节点的前导节点的抽测结果；前导节点的抽测结果乘以未被抽中节点与前导节点之间的比例关系p
正
，得到第一估计值est1；获取当前抽测中未被抽中节点的下一级节点的抽测结果；下一级节点的抽测结果乘以未被抽中节点与下一级节点之间的比例关系p
反
，得到第二估计值est2；获取当前抽测中未被抽中节点的历史抽测结果；将第一估计值est1、第二估计值est2、以及该未被抽中节点的历史抽测结果进行加权求和，即得到该未被抽中节点在本次抽测中的抽测结果；该抽测结果将更新为对应节点的历史抽测结果。7.根据权利要求6所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：比例关系p
正
等于历史抽测中节点i的抽测结果与历史抽测中其前导节点的抽测结果之比；比例关系p
反
等于历史抽测中节点i的抽测结果与历史抽测中其下一级节点的抽测结果之比。8.根据权利要求7所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：
在未被抽中节点的抽测结果的推算过程中，若其前导节点或者下一级节点同样未被抽测到，则仅根据有抽测结果的前导节点或者下一级节点进行计算；当一个节点属于多条知识路径时，该节点存在一个或多个前导节点，该节点存在一个或多个下一级节点；此时，推算未被抽中节点的抽测结果时，需要包括所有前导节点和所有的下一级节点。9.根据权利要求1或8所述的一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，其特征在于：在抽测之后进一步优化题库，具体包括，计算第i个节点的试题集合item
i
在抽测历史中的正确率的均值mean(item
i
)和方差var(item
i
)，则试题集合item
i
中的任意试题的正确率处于{mean(item
i
)-2var(item
i
)，mean(item
i
)+2var(item
i
)}区间的考题为可接受考题，其余则进行替换，遍历所有节点完成题库优化。

技术总结
本发明提出了一种通过抽测提升模拟器操作教学效果的方法，用于提升教学效果。具体的，利用有向无环图描述模拟器操作教学中的知识体系；知识体系由多条知识路径构成，每条知识路径由理论知识节点和技能节点交替出现，知识路径的方向代表学习的先后顺序；每个节点包含多道试题；依据节点重要性和前次节点抽测状态确定本次的抽测策略；完成本次抽测后，更新所有节点的抽测状态，为下次制定抽测策略做准备。本发明能够在多轮抽测中，根据学习者的答题结果、知识点的重要程度以及历史抽测情况，及时调整抽测策略，通过试题评价，持续剔除不能有效检测知识点掌握情况的试题，优化试题库，增强教学的针对性，从而提高模拟器操作使用教学的效率。用教学的效率。用教学的效率。


技术研发人员：吴国庆 杨冉 罗孝如
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军防化学院
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/10/8