PHẦN MỀM THIẾT KẾ VÀ CHẤM ĐIỂM TỰ ĐỘNG BIỂU MẪU THI TRẮC NGHIỆM

MỤC LỤC

MỤC LỤC....1

DANH MỤC CÁC HÌNH ....5

DANH MỤC CÁC BẢNG ...7

LỜI MỞĐẦU...9

Chương 1: TỔNG QUAN..11

1.1 Yêu cầu thực tế và lý do thực hiện đề tài: 11

1.2 Mục tiêu của đề tài:....12

1.3 Giải pháp hiện có:.12

1.4 Hướng tiếp c ận của luận văn ....13

1.5 Nội dung thực hiện của đề tài: ..14

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT16

2.1 Lý thuyết cho phần thiết kế biễu mẫu thi trắc nghiệm: 17

2.1.1 Phân tích các thành phần trên biểu mẫu trắc nghiệm: 17

2.1.2 Tổ chức dữ liệu để biểu diễn và lưu trữ biểu mẫu.22

2.2 Lý thuyết cho phần chấm điểm tựđộng: ..24

2.2.1 Tóm tắt quá trình thực hiện của phần chấm điểm tựđộng ...24

2.2.2 Sơ Lược Các Lý Thuyết Về Xử Lý Ảnh Và Nhận Dạng 27

2.2.2.1 Xử lý ảnh:.27

2.2.2.1.1 Các thao tác xử lý ảnh cơ bản:.27

2.2.2.1.2 Tô màu bằng thuật toán dựa theo dòng quét cải tiến .28

2.2.2.2 Nhận dạng: ....32

2.2.2.2.1 Nhận dạng bốn góc của bài thi bằng thuật toán Hough

Transform...32

2.2.2.2.2 Kiểm tra vùng tô ..39

2.2.2.2.3 Mạng nơ ron và ứng dụng vào nhận dạng chữ viết tay in42

Chương 3: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH....45

3.1 PHÂN TÍCH: ....45

3.2 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU:....46

3.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH USE-CASE:...47

3.3.1 Xác định Actor và Use-Case: ..47

3.3.2 Mô hình Use-case: ....47

3.3.3 Đặc tả Use-case: ..48

3.3.3.1 THIETKEBIEUMAU:.48

3.3.3.1.1 TAOMOI:...49

3.3.3.1.2 SUABIEUMAU:..49

3.3.3.1.3 CHONDOITUONG: .50

3.3.3.1.4 THEMDOITUONGCOBAN: ..50

3.3.3.1.4 THEMDOITUONGDOHOA:..50

3.3.3.1.5 XOADOITUONG:....51

3.3.3.1.6 CAPNHATDOITUONG:....51

3.3.3.2 SOANDAPAN:..52

3.3.3.2.1 THEMDAPAN: ...53

3.3.3.2.2 CAPNHATDAPAN:.53

3.3.3.2.3 XOADAPAN: .54

3.3.3.3 CHAMDIEM: ....54

3.3.3.4 QUANLYKYTHI: ..55

3.3.3.4.1 THEMKYTHI:56

3.3.3.4.2 CAPNHATKYTHI: ..56

3.3.3.4.3 XOAKYTHI: ..57

3.3.3.5 QUANLYTHISINH:....57

3.3.3.5.1 THEMTHISINH: .58

3.3.3.5.2 CAPNHATTHISINH:....58

3.3.3.5.3 XOATHISINH:....59

3.3.3.6 QUANLYMONHOC:..60

3.3.3.6.1 THEMMONHOC: ....60

3.3.3.6.2 CAPNHATMONHOC:..61

3.3.3.6.3 XOAMONHOC: ..61

3.3.3.7 QUANLYBAILAM:....62

3.3.3.6.1 THEMMONHOC: ....63

3.3.3.6.2 CAPNHATMONHOC:..63

3.3.3.6.3 XOAMONHOC: ..63

3.4 SƠĐỒ LỚP:64

3.4.1 Sơđồ:....64

3.4.2 Mô tả một số lớp chính:.67

3.4.2.1 Lớp Entity: ....67

3.4.2.2 Lớp Text:..68

3.4.2.3 Lớp TextCell:69

3.4.2.4 Lớp TextField: ...70

3.4.2.5 Lớp ChoiceElement: ....71

3.4.2.6 Lớp Choice:...72

3.4.2.7 Lớp AnswerCell:72

3.4.2.8 Lớp AnswerSheet:...74

3.4.2.9 Lớp Line:..75

3.4.2.10 Lớp Rect:76

3.4.2.11 Lớp Ellipse:.77

3.4.2.12 Lớp ImageObj:.78

3.4.2.13 Lớp Page: ....78

3.4.2.14 Lớp Key: 79

3.4.2.15 Lớp AnswerKey:...80

3.4.2.17 Lớp Estimation:81

3.4.2.18 Lớp Sentence:...82

3.4.2.19 Lớp Answer:83

3.4.2.20 Lớp Recognition: ..83

3.5 Thiết kế cơ sở dữ liệu: 84

3.5.1 Sơđồ:....84

3.5.2 Mô tả các bảng:....85

3.5.2.1 MauThi:....85

3.5.2.2 KyThi: .89

3.5.2.3 MonThi: ...89

3.5.2.4 DeThi: .90

3.5.2.5 BaiLam:....91

3.5.2.6 ThiSinh:....92

3.6 Thiết kế giao diện một số màn hình chính: ...92

3.6.1 Màn hình thiết kế biểu mẫu: ....92

3.6.2 Màn hình chấm điểm: ....93

3.7 Cài đặt:...94

Chương 4: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ VÀ TỔNG KẾT95

4.1 Thực nghiệm:....95

4.2 Kết quả....95

4.2.1 Phần thiết kế các biểu mẫu: 95

4.2.2 Phần chấm điểm tựđộng: .100

4.3 Đánh giá ....101

4.4 Kết luận 102

4.5 Hướng phát triển:102

PHỤ LỤC.104

PL.1 Các thao tác xử lý ảnh cơ bản:..104

PL.1.1 Làm xám ảnh:.104

PL.1.2 Chuyển sang ảnh nhị phân ..106

PL.1.3 Xoay ảnh. ...108

PL.1.4 Biến đổi tỉ lệảnh (Scale)110

PL.2 Lý thuyết về mạng nơron .111

PL.2.1 Đặt vấn đề..111

PL.2.2 Định nghĩa..111

PL.2.3 Sơ lược cấu tạo của mạng nơron...111

PL.2.4 Quá trình ánh xạ và quá trình học của mạng nơ ron...112

PL.2.4.1 Quá trình ánh xạ.112

PL.2.4.2 Quá trình học.113

PL.2.4.3 Lan truyền ngược sai số....114

PL.2.5 Hàm truyền.115

PL.2.6 Khởi tạo trọng .116

PL.2.7 Vấn đề quá khớp ..116

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....118

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Yêu cầu thực tế và lý do thực hiện đề tài:

Trong những năm gần đây, việc thi cử luôn là một chủđề thời sự rất được

quan tâm. Chuyện gian lận quay cóp trong các kỳ thi, kết quảđiểm thi không chính

xác, thường theo ý kiến chủ quan của người chấm thi dẫn đến việc khiếu kiện, đáp

án kỳ thi tuyển sinh không nhất quán, rõ ràng, v.v..., hầu như năm nào cũng xảy ra,

gây nhiều bức xúc. Do đó, nhu cầu cần có một phương pháp thi – chủ yếu áp dụng

với các môn khoa học tự nhiên - cho kết quả chính xác hơn được đặt ra.

Trong bối cảnh đó, thi trắc nghiệm - dạng thi mà mỗi bài thi có một đáp án rõ

ràng kèm theo – là một giải pháp được nhắc đến. Đối với một kỳ thi trắc nghiệm

được tổ chức và quản lý tốt, minh bạch, kết quả thi của thí sinh sẽ khách quan,

không còn phụ thuộc nhiều vào người chấm bài nữa. Ngoài ra, việc chấm thi sẽ mau

lẹ.

Tuy nhiên, câu hỏi lại được đặt ra rằng: khi phương pháp thi trắc nghiệm có

những ưu điểm như vậy nhưng tại sao vẫn chưa được phổ biến ở Việt Nam. Bộ

Giáo Dục Việt Nam đã từng có ý định chuyển các môn thi thích hợp trong kỳ thi

tuyển sinh đại học sang hình thức thi trắc nghiệm, thế rồi đã phải dời lại cho đến tận

năm 2008, cột mốc mà đến giờ hiện vẫn còn chưa chắc chắn. Ngay như Khoa Công

Nghệ Thông Tin của trường Khoa Học Tự Nhiên của chúng ta, tuy đã áp dụng ở

một số môn như Tiếng Anh, Hợp Ngữ..., thi trắc nghiệm vẫn còn tương đối xa lạ.

Sau khi phân tích đi tìm các nguyên nhân, ta nhận thấy rằng dù đã từng áp

dụng thi trắc nghiệm ở một số môn tại nhiều nơi, thế nhưng nước ta vẫn còn thực

hiện cách thức chấm bài thủ công, nguyên nhân chính là do ở kinh phí. Và vì chấm

như vậy, cho nên kết quảđược đưa ra rất chậm và đôi lúc còn chưa khách quan (do

người chấm nhầm lẫn trong lúc chấm ...), không đảm bảo được tính chính xác như

bản chất của hình thức thi trắc nghiệm. Trong khi đó, để có thể chấm tựđộng, đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dụng với giá thành tương đối cao (vì thường có giải pháp

phần mềm riêng đi kèm). Muốn vậy, kỳ thi phải lớn và thu lệ phí đầu vào cao. Điều

này là không khả thi trong điều kiện của Việt Nam. Tiếp nữa, các mẫu bài thi có sẵn

cho các thiết bị chuyên dụng đó thường cốđịnh, không khả chuyển, việc tạo ra các

mẫu mới là có nhưng khá khó khăn, phức tạp và tốn kém. Do vậy, đòi hỏi cần có

một giải pháp giải quyết toàn diện các bất cập đó là một đòi hỏi chính đáng.

1.2 Mục tiêu của đề tài:

Mục tiêu của đề tài là nhằm đưa ra một giải pháp cho phép tổ chức thi trắc

nghiệm, sao cho giá thành rẻ, có thể áp dụng ngay vào các trường học, chẳng hạn

như Khoa Công Nghệ Thông Tin của chúng ta. Ngoài ra, giải pháp còn phải cho

phép khả năng tạo lập, chỉnh sửa các biểu mẫu thi để phù hợp với nhu cầu trong

từng môn thi của mỗi kỳ thi.

1.3 Giải pháp hiện có:

Tại Việt Nam cũng như trên thế giới, các dụng cụ chuyên dụng dùng cho việc

thi trắc nghiệm đã có từ khá lâu, mà phổ biến nhất là máy chấm carbon dùng cho

các kỳ thi TOEFL hay IELTS. Đây là một thiết bị cho phép chấm bài hàng loạt

nhưng yêu cầu bài thi phải theo mẫu cốđịnh ứng với máy chấm bài và đòi hỏi phải

có thiết bị in ấn chuyên biệt đi kèm. Bài thi sau khi được in ấn và xử lý bởi thiết bị

in ấn chuyên dụng sẽ có hình dạng nhất định theo quy định sẵn của máy chấm, có

các đánh dấu carbon trên nhiều vị trí của bài thi. Máy chấm carbon nhờ vào những

thành phần chuyên dụng đo nồng độ carbon, sẽ xác định đựơc các vị trí đánh dấu.

Từđó tính toán ra được các vị trí để lấy thông tin thí sinh cũng như xác định kết quả

bài thi. Tuy nhiên, để cho kết quảđược chính xác, thí sinh khi làm bài trên các mẫu

thi này, cần phải dùng bút chì carbon.

Như ta đã thấy, các thiết bị này còn có khuyết điểm lớn là giá thành cao, do

phải đi kèm với nhiều thiết bị chuyên biệt khác, và độ khả chuyển kém. Ứng với

mỗi bài thi sẽ là một cặp máy chấm và máy in riêng biệt. Điều này không phù hợp với thực tế của Việt Nam ta khi mà thu nhập bình quân so với các nước khác còn

kém rất xa.

Ưu điểm và khuyết điểm của giải pháp dùng máy chấm carbon:

Ưu điểm: chấm rất nhanh và rất chính xác, thích hợp cho các kỳ thi lớn và

rất lớn.

Khuyết điểm: chỉ dùng cho một mẫu bài thi cụ thểđối với từng thiết bị chấm

và in chuyên biệt. Do thiết bị không phổ biến nên giá thành cao.

1.4 Hướng tiếp cận của luận văn

Giải pháp được đưa ra là sử dụng các thiết bị phổ biến sẵn có trong điều kiện

Việt Nam hiện nay như máy tính cá nhân, máy in và máy scan để giảm giá thành.

Trong giải pháp này, máy tính cá nhân sẽđóng vai trò trung tâm, thực hiện việc

thiết kế các biểu mẫu, sau đó dùng máy in để in chúng ra. Máy tính cũng đồng thời

đóng vai trò thực hiện việc chấm điểm các bài thi thông qua thiết bị scan. Thiết bị

scan này có thể là máy scan thường thấy. Tuy nhiên trong thực tế, do số lượng bài

thi nhiều, cần được chấm điểm toàn bộ, nên thiết bị scan được khuyến khích là các

máy scan có chức năng cho phép scan hàng loạt. Ngoài ra, vì không dùng thiết bị in

ấn chuyên biệt, nên việc in màu cho bài thi là không khả thi. Giải pháp đưa ra sẽ là

dùng máy in đen trắng in hàng loạt, hoặc tiết kiệm chi phí hơn bằng cách in bản

mẫu và dùng máy photocopy để sao chép ra.

Vì dùng máy scan, nên việc bắt buộc bài thi đầu vào để chấm điểm phải đặt

chính xác vị trí quy định là điều không khả thi. Bài thi sẽđược chấm chính xác khi

scan lệch không quá 5 độ. Từ các vị trí đánh dấu góc của bài thi được nhận dạng,

máy tính sẽ tính ra được các vị trí khác cần thiết trong bài nhờ vào các thông tin

trong bản mẫu thiết kế - hay còn gọi là mẫu chấm bài.

Tuy nhiên, do giải pháp này không dùng các thiết bị chuyên dụng để chấm bài,

nên các bài thi đầu vào cho máy tính sẽ không được chuẩn, từđó việc chấm bài sẽ

tốn khá nhiều thời gian cho việc chuẩn hoá lại bài thi (thông qua nhận dạng) cũng như kết quả chấm sẽ có lúc không được chính xác hoàn toàn như khi thực hiện bằng

thiết bị chuyên dụng.

Các ưu điểm và khuyết điểm của giải pháp mà luận văn đã chọn:

Ưu điểm: giá thành cho thiết bị sẽ rẻ hơn, do đã có sẵn. Các mẫu bài thi

cũng khả chuyển hơn, được thiết kế tuỳ theo nhu cầu của người dùng, có

khả năng ứng dụng tại bất kỳ nơi nào miễn có các thiết bị thông thường

như máy in, máy scan và máy tính cá nhân.

Khuyết điểm: chấm điểm chậm hơn các máy chuyên dụng, và không được

chính xác bằng. Không khả thi với các kỳ thi quá lớn vì chi phí cho việc

quét tất cả các bài thi là rất cao.

Phần mềm cần thực hiện 2 nhiệm vụ chính: thiết kế các biểu mẫu và chấm

điểm tựđộng bài thi.

Dựa vào các mẫu đề thi trắc nghiệm có sẵn (TOEFL, TOEIC, IELTS...), ta

nhận thấy những công việc chính yếu trong việc thiết kế một bài thi trắc nghiệm bao

gồm: chỉnh sửa trình bày bài thi; lưu và đọc lại các mẫu đã tạo; soạn đáp án; thực

hiện in mẫu. Giải pháp dùng công nghệ XML được cân nhắc chọn lựa.

Trong khi đó, đối với công việc chấm thi, ta cần thực hiện: chỉnh sửa ảnh bài

thi đầu vào theo một chuẩn quy định; thực hiện các xử lý trên từng vùng của ảnh để

phân tích thông tin như kiểm tra tô, nhận dạng chữ viết tay; so với đáp án có sẵn để

cho ra kết quả; lưu kết quả vào database.