一种基于概率模型的计算思维测评系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于概率模型的计算思维测评系，包括测试模块和评估模块，其中测试模块包括7个测试子模块，所述7个测试子模块为计算复杂度子模块、抽象子模块、化简子模块、设计子模块、排序子模块、搜索子模块和评估子模块。本发明专利技术测试抽象、设计等综合能力，通过分数反映被测者计算思维在整个测试群体中的水平，将游戏和测试结合起来，测试形式多样，适用人群广，利用概率积分模型精确得出计算思维最终得分。

A Computational Thinking Evaluation System Based on Probability Model

The invention provides a computational thinking evaluation system based on probability model, which includes test module and evaluation module. The test module includes seven test sub-modules. The seven test sub-modules are computational complexity sub-module, Abstract sub-module, simplification sub-module, design sub-module, sorting sub-module, search sub-module and evaluation sub-module. Estimate sub module. The method tests the comprehensive abilities of abstraction, design and so on. The score reflects the level of the calculating thinking of the tested person in the whole testing group, combines games with testing, has various testing forms and is applicable to a wide range of people, and accurately obtains the final score of calculating thinking by using probability integral model.

【技术实现步骤摘要】
一种基于概率模型的计算思维测评系统
本专利技术属于计算机领域，具体涉及一种基于概率模型的计算思维测评系统。
技术介绍
计算思维有助于人们理解自然和社会现象；提高创新、创造能力；扩展思维，提出解决问题的新方法。概况来说，是一种很重要、有潜力，需要从小培养的思维习惯，很多发达国家已将计算思维列为和数学、物理同等重要的一项培养内容。现有的青少年计算思维测评技术及其局限性如下：现有的编程游戏平台如Scratch，存在仅仅考察程序设计能力，不能测试抽象、设计等综合能力的缺点；现有的计算思维评测试题存在形式单一、难度不均的缺点，且无法通过分数反映被测者计算思维在整个测试群体中的水平，更不能得到被测者在各个方面的能力高低；现有的基于认知模型的计算思维评估技术主要面向计算机专业人员，涉及很多的计算机专业知识，测试复杂，难度较大，不适合青少年。现有的基于算法流程图的计算思维评估技术的缺陷在于仍然主要考察编程能力，并且没有具体度量方案，也没有对于评测结果的合理定量评估。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于概率模型的计算思维测评系统，解决现有技术中无法对评测结果合理定量评估的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种基于概率模型的计算思维测评系统，包括：测试模块，所述测试模块包括7个测试子模块，所述7个测试子模块为计算复杂度子模块、抽象子模块、化简子模块、设计子模块、排序子模块、搜索子模块和评估子模块；所述计算复杂度子模块通过利用测试者测试预先设置的计算问题，构建第一层次计算能力的决策矩阵：其中，w11为初始时间所占权值，w12为初始解决问题数量所占权值，Time1为解决计算问题的时间，Num为解决计算问题的数量；所述抽象子模块通过抽象图片测试测试者抽象能力，构建第二层次计算能力的决策矩阵：其中，k为权重常数，w21为初始时间所占权值，w22为初始解决问题数量所占权值；Time2为测试时间；Correct为测试者判断的准确度；所述化简子模块通过利用测试者化简解决一个预设的复杂问题，构建第三层次计算能力的决策矩阵：其中，w31为解决预设的复杂问题所花时间所占权值，Time3为完成预设复杂问题的时间；所述设计子模块利用测试者回答预设面向对象设计的基础概念选择题，构建第四层次计算能力的决策矩阵：其中，w41为完成时间所占权值，w43为初始设计的好坏程度Satisfication所占权值，w44为完成选择题的正确程度Correct所占权值，Time4为完成预设面向对象设计的基础概念选择题的时间；所述排序子模块利用测试者进行排序，构建第五层次计算能力的决策矩阵：其中，w51为初始时间所占权值，w52为排序过程的正确性所占权值，Time5为完成排序的时间；所述搜索子模块利用测试者采用深度优先或广度优先的顺序点亮二叉树的节点并判断点亮顺序是否正确Score打分和所需时间Time6，构建第六层次计算能力的决策矩阵：其中，w61为初始时间所占权值，w62为结点被点亮的顺序的正确性所占权值；所述评估子模块利用测试者根据预设的项目活动图指出关键路径以得到最短活动完成时间Time7，构建第七层次计算能力的决策矩阵：其中，w71为初始时间所占权值，w72为结点被点亮的顺序的正确性所占权值,Act为被测试者所得活动图所有项目完成的时间，minAct为活动图中所有活动均完成的最短完成时间。进一步地，还包括评估模块，所述评估模块包括：步骤1，设定第i个测试子模块的拟合多项式矩阵Ti为：Ti＝[Gri3,Gri2,Gri,1]其中，i＝1,2,3...,7；步骤2，给定权值矩阵V＝[V1,V2,···V7],其中，Vi分别通过根据：计算复杂度、抽象能力、化简能力、设计能力、排序能力、搜索能力、评估能力七个词及其近义词在计算机相关网站出现的频率比值得出。步骤3，求取第i个测试子模块的最终得分矩阵Ri：Ri＝Ti×Vi；步骤4，针对第i个测试子模块预设100个初始样本作为初始样本空间，将最终得分矩阵Ri加入到初始样本空间得到新的样本空间Si，Si为第i个测试子模块中包含所有不同的被测试者得分Ri的集合；步骤5，利用新的样本空间Si拟合得到第i个测试子模块的得分分布函数fii(x)；步骤6，将fii(x)标准化，即令得到ti～(0,1)得到新的第i个测试子模块的得分分布函数gi(x)；步骤7，将测试所得7个测试子模块的拟合函数gi(x)相乘得到最终打分函数最终打分函数的密度函数为：步骤8，计算最终得分Z：本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术测试抽象、设计等综合能力，通过分数反映被测者计算思维在整个测试群体中的水平，将游戏和测试结合起来，测试形式多样，适用人群广，利用概率积分模型精确得出计算思维最终得分。附图说明图1是本专利技术中抽象人脸的图；图2是多圆盘汉诺问题的示意图；图3是矩形排序示意图；图4是一实施例下项目的活动图；图5是本专利技术最终打分函数示意图；图6是本专利技术的系统结构示意图。以下结合附图对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例1：本实施例提供了一种基于概率模型的计算思维测评系统，如图6所示，包括：测试模块，所述测试模块包括7个测试子模块，所述7个测试子模块为计算复杂度子模块、抽象子模块、化简子模块、设计子模块、排序子模块、搜索子模块和评估子模块；计算复杂度子模块通过利用测试者测试预先设置的计算问题，构建第一层次计算能力的决策矩阵：其中，w11为初始时间所占权值，w12为初始解决问题数量所占权值，Time1为解决计算问题的时间，Num为解决计算问题的数量；本实施例采用的计算问题不是通常意义上指的加减乘除，而是执行一个算法的过程。例如本实施例中在计算复杂度子模块中采用的两个测试问题，分别是：①假设有一个池塘，里面有无穷多的水。现有2个空水壶，容积分别为5升和6升。如何只用这2个水壶从池塘里取得3升的水？②五个大小相同的一元人民币硬币。要求两两相接触，应该怎么摆？本实施例利用共轭梯度法求解无约束最优方程解出w11＝0.67，w12＝0.33；所述抽象子模块通过抽象图片测试测试者抽象能力，构建第二层次计算能力的决策矩阵：其中，k为权重常数，取值为0.65，w21为初始时间所占权值，w22为初始解决问题数量所占权值；Time2为测试时间；Correct为测试者判断的准确度；本实施例采用的抽象图片如图1，测试者需要找出图1中抽象的眼睛、鼻子和嘴巴。利用共轭梯度法求解无约束最优方程解出w21＝0.53，w22＝0.47；所述化简子模块通过利用测试者化简解决一个预设的复杂问题，例如化简迭代过程，构建第三层次计算能力的决策矩阵：其中，w31为解决预设的复杂问题所花时间所占权值，具体为1，Time3为完成预设复杂问题的时间；本实施例通过求解一个如图2所示的汉诺塔问题的时间来判断测试者的化简能力，具体采取三个圆盘进行测试：一根柱子上从下往上按照大小顺序摞三个圆盘。把圆盘从下面开始按大小顺序重新摆放在另一根柱子上。并且规定，在小圆盘上不能放大圆盘，在三根柱子之间一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于概率模型的计算思维测评系统，其特征在于，包括：测试模块，所述测试模块包括7个测试子模块，所述7个测试子模块为计算复杂度子模块、抽象子模块、化简子模块、设计子模块、排序子模块、搜索子模块和评估子模块；所述计算复杂度子模块通过利用测试者测试预先设置的计算问题，构建第一层次计算能力的决策矩阵：

【技术特征摘要】
1.一种基于概率模型的计算思维测评系统，其特征在于，包括：测试模块，所述测试模块包括7个测试子模块，所述7个测试子模块为计算复杂度子模块、抽象子模块、化简子模块、设计子模块、排序子模块、搜索子模块和评估子模块；所述计算复杂度子模块通过利用测试者测试预先设置的计算问题，构建第一层次计算能力的决策矩阵：其中，w11为初始时间所占权值，w12为初始解决问题数量所占权值，Time1为解决计算问题的时间，Num为解决计算问题的数量；所述抽象子模块通过抽象图片测试测试者抽象能力，构建第二层次计算能力的决策矩阵：其中，k为权重常数，w21为初始时间所占权值，w22为初始解决问题数量所占权值；Time2为测试时间；Correct为测试者判断的准确度；所述化简子模块通过利用测试者化简解决一个预设的复杂问题，构建第三层次计算能力的决策矩阵：其中，w31为解决预设的复杂问题所花时间所占权值，Time3为完成预设复杂问题的时间；所述设计子模块利用测试者回答预设面向对象设计的基础概念选择题，构建第四层次计算能力的决策矩阵：其中，w41为完成时间所占权值，w43为初始设计的好坏程度Satisfication所占权值，w44为完成选择题的正确程度Correct所占权值，Time4为完成预设面向对象设计的基础概念选择题的时间；所述排序子模块利用测试者进行排序，构建第五层次计算能力的决策矩阵：其中，w51为初始时间所占权值，w52为排序过程的正确性所占权值，Time5为完成排序的时间；所述搜索子模块利用测试者采用深度优先或广度优先的顺序点亮二叉树的节点并判断点亮顺序是否正确Score打分和所需时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯筠，吴浩，杨帆，何凯强，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61