面向地方高校的大學(xué)物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)設(shè)計與實踐

1、    面向地方高校的大學(xué)物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)設(shè)計與實踐    摘要：大學(xué)物理是廣大地方高校普遍開設(shè)的一門重要基礎(chǔ)課，然而地方高校的大學(xué)物理教學(xué)往往存在現(xiàn)代化教學(xué)資源相對短缺、學(xué)生基礎(chǔ)薄弱以及主動性學(xué)習(xí)風(fēng)氣不濃等問題，教學(xué)效果差，難以繼續(xù)專業(yè)課的深入學(xué)習(xí)，影響行業(yè)人才的培養(yǎng)。探索符合互聯(lián)網(wǎng)時代特征的新型大學(xué)物理教學(xué)模式對解決以上問題具有重要意義。文章設(shè)計了一種基于云平臺的動態(tài)信息化大學(xué)物理考試管理系統(tǒng)，并將其成功應(yīng)用于2個專業(yè)的7個行政班。系統(tǒng)內(nèi)置三重隨機(jī)策略以防止學(xué)生作弊行為，有效擺脫了對大規(guī)模機(jī)房和監(jiān)考教師人數(shù)的依賴，師生即使分散在全國各地，只要能夠

2、通過手機(jī)等移動設(shè)備訪問互聯(lián)網(wǎng)，即可完成階段性考試。該信息化教學(xué)改革的成功實踐可為其他教學(xué)資源相對不足的地方高校提供有益借鑒。關(guān)鍵詞：大學(xué)物理，考試，數(shù)據(jù)庫，管理系統(tǒng)基金項目：2019年度遼寧工程技術(shù)大學(xué)教改項目“雙一流學(xué)科建設(shè)背景下工科物理沉浸式教學(xué)模式探索”（編號：jcb19a13）。地方高校是我國高等教育事業(yè)的重要力量，每年向社會輸出大量行業(yè)人才。大學(xué)物理是廣大地方高校，特別是理工類院校，普遍開設(shè)的一門重要課程，旨在為本科生學(xué)習(xí)各理工類專業(yè)課奠定必要的物理基礎(chǔ)，在培養(yǎng)學(xué)生運用物理原理分析解決現(xiàn)實工程技術(shù)問題方面，發(fā)揮著不可替代的重要作用。然而地方高校的大學(xué)物理教學(xué)往往存在師資力量不足、輔助

3、設(shè)備不完善、不同專業(yè)錄取的學(xué)生學(xué)習(xí)能力差距大、自主性學(xué)習(xí)風(fēng)氣不濃、學(xué)生突擊復(fù)習(xí)應(yīng)付期末考試以及教師被迫提高及格率等問題，久而久之教與學(xué)過程容易流于表面，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，難以繼續(xù)專業(yè)課的深入學(xué)習(xí)，不利于人才培養(yǎng)。針對以上問題，很多學(xué)校開始通過信息化技術(shù)手段推進(jìn)大學(xué)物理課程教學(xué)改革，提高教學(xué)效果1-4。超星泛雅、雨課堂、慕課、騰訊課堂以及線上直播等基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化教學(xué)資源和考評手段也紛紛被引入廣大高校，極大提高了師生互動性和考勤效率，也為廣大師生提供了更加豐富的交流渠道。同時也應(yīng)該認(rèn)識到，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)成長起來的新時代大學(xué)生能夠?qū)κ謾C(jī)、平板電腦等移動網(wǎng)絡(luò)終端熟練運用，百度和qq“助攻群”等網(wǎng)

4、絡(luò)作弊方式，使得平時寫作業(yè)幾乎變成“走過場”，期末考試作弊防不勝防。因此，如何利用信息化手段設(shè)計考試模式，嚴(yán)把教學(xué)質(zhì)量關(guān)，盡可能地擠掉學(xué)生在課上、課下混出來的“水分”，使得成績能夠及時真實地反映學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，仍是一個亟待解決的問題。筆者開發(fā)出一套基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大學(xué)物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)，對授課學(xué)生實行階段性在線測試。該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確高效地反映授課學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況，同時可以將授課教師從繁重的日常作業(yè)批改工作中解脫出來，使其將有限的工作時間和精力有針對性地投入到具體教學(xué)環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)打分標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一并且及時公開透明，可以大幅度限制學(xué)生通過人情關(guān)系找分或者抄襲作業(yè)和試卷從而渾水摸魚等現(xiàn)象，能夠有力提高學(xué)生

5、日常學(xué)習(xí)的動力。一、設(shè)計與實現(xiàn)大學(xué)物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示，分為教師、學(xué)生和管理員三種用戶角色。其中，教師擁有點名、查看出勤、開放試卷和查看打印答卷等權(quán)限；學(xué)生有答卷和查看成績等權(quán)限；管理員則負(fù)責(zé)整體系統(tǒng)的維護(hù)和升級等技術(shù)支持工作。系統(tǒng)采用browser/server架構(gòu)，用戶無需安裝客戶端軟件，只要打開瀏覽器輸入網(wǎng)址即可完成操作，非常簡單便捷，通過php和mysql實現(xiàn)人機(jī)交互以及數(shù)據(jù)管理功能5。php和mysql技術(shù)是目前非常成熟、穩(wěn)定、安全的企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于超大型站點，其成熟的架構(gòu)、穩(wěn)定的性能以及簡潔的語法，使系統(tǒng)能夠迅速得以開發(fā)。為了擺脫對大規(guī)模機(jī)房的依賴

6、，充分發(fā)揮手機(jī)、筆記本等移動設(shè)備的便攜性，考試系統(tǒng)通過新浪云sae服務(wù)平臺結(jié)合獨享型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)訪問和管理。新浪云sae云平臺發(fā)展時間較長，功能較為完善，價格適中，便于系統(tǒng)代碼維護(hù)，并且技術(shù)支持服務(wù)方面做得也非常好，各方面答疑響應(yīng)非常及時6。筆者承擔(dān)2個專業(yè)共7個班級的大學(xué)物理教學(xué)任務(wù)，據(jù)此需要，向新浪云服務(wù)商購買了使用期一年的500m云空間和2.88元/天的獨享型云數(shù)據(jù)庫資源。圖1系統(tǒng)架構(gòu)示意圖二、核心代碼以及原理針對移動便攜設(shè)備帶來的抄襲和作弊問題，動態(tài)考試系統(tǒng)設(shè)置了三重隨機(jī)策略來應(yīng)對，這也是該系統(tǒng)的特色和核心功能：考題從題庫中隨機(jī)抽選；當(dāng)考察同一個公式的運用時，題中的參數(shù)隨機(jī)變化，不會出現(xiàn)

7、一模一樣的考題；考題正確選項的位置隨機(jī)出現(xiàn)，即使是幾個考生偶然遇到同一考題公式的相同參數(shù)，選項也會重新排布。此外，系統(tǒng)在答題次數(shù)和答題時間上也進(jìn)行了限制：所有考生同時開考，同時結(jié)束，每道考題只出現(xiàn)一次，答過之后不再出現(xiàn)，每道題都限時操作，超時時間得分為零并且自動進(jìn)入下道題或結(jié)束考試。這些約束機(jī)制可以有效禁止抄襲和作弊行為。圖2通過一個簡單的考題展示了該三重隨機(jī)策略的實現(xiàn)效果。該考題考察了學(xué)生對動量守恒定律和動能定理的掌握程度。考生每次進(jìn)入該試題，會看到不同試題參數(shù)和正確選項位置，因此不同的考生同時進(jìn)入該試題通常不會遇到一模一樣的“原題”，而且，一旦進(jìn)入該試題，學(xué)生無法通過刷新頁面、后退或者重新

8、登陸等方式作弊答題，必須在“答題倒計時”規(guī)定時間內(nèi)完成答題。超時不提交答案，系統(tǒng)默認(rèn)為放棄，計0分。圖2考題參數(shù)和選項排列動態(tài)變化該試題的運行代碼展示如下：試題中兩個木塊的質(zhì)量由隨機(jī)整數(shù)變量“$xs1”和“$xs2”控制，選項內(nèi)容賦值給“$daan”數(shù)組，但是卻通過“$label”數(shù)組隨機(jī)排布，當(dāng)需要重新調(diào)整選項內(nèi)容，只需修改“$daan”數(shù)組即可。最后php通過post機(jī)制將學(xué)號、題號、試題參數(shù)、學(xué)生勾選的選項等信息提交給系統(tǒng)，系統(tǒng)將學(xué)生回答結(jié)果和正確答案以及該試題相應(yīng)的成績輸入mysql數(shù)據(jù)庫保存。根據(jù)該隨機(jī)策略，教師還可以協(xié)同管理員增加更多的隨機(jī)參數(shù)來加大試題難度。三、實踐效果1.學(xué)生操

9、作體驗在考試準(zhǔn)備階段，教師負(fù)責(zé)將考試系統(tǒng)的網(wǎng)址、每個學(xué)生的賬戶以及初始密碼發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生通過手機(jī)等移動設(shè)備訪問考試系統(tǒng)，登陸界面如圖3（a）所示，登陸后學(xué)生在圖3（b）所示的個人主頁內(nèi)可以查看考試規(guī)則、核對個人基本信息以及修改登陸密碼。在教師開啟某份考試后，學(xué)生刷新個人主頁后可以點擊出現(xiàn)的試卷鏈接進(jìn)入圖3（c）所示的考題界面，考題答案必須在規(guī)定時間內(nèi)提交，超時得分為零，考題僅出現(xiàn)一次，考生無法通過刷新頁面、瀏覽器后退功能或者重新登陸方式反復(fù)答題，考題里的參數(shù)可以隨機(jī)出現(xiàn)，選項也隨機(jī)排列，考試時間結(jié)束教師可以通過關(guān)閉試卷的方式中斷考生答題?？荚嚱Y(jié)束自動跳回個人主頁，學(xué)生可以點擊“查看答卷”了解

10、自己成績和答卷詳情。這些措施有效杜絕了通過網(wǎng)絡(luò)尋找答案或者學(xué)生彼此通過qq/微信群四處傳遞答案的情況。圖3學(xué)生操作展示2.教師操作體驗與學(xué)生相比，教師在考試系統(tǒng)內(nèi)擁有更多權(quán)限，例如點名、出勤、開啟/關(guān)閉試卷、按班級打印學(xué)生成績單等。圖4（a）展示的出勤名單非常清晰準(zhǔn)確地提供了缺勤學(xué)生的班級、姓名、學(xué)號、時間以及原因，極大提高了教師的課堂管理效率。出勤名單和學(xué)生答卷詳情等課堂教學(xué)佐證材料，可以按圖4（c）方式輸出成pdf格式的文件，便于保存和查找。圖4（d）展示了用于存儲學(xué)生個人信息、成績、出勤和試卷答案等各項資料的數(shù)據(jù)庫詳情。圖4教師操作截圖3.成績反饋筆者利用課堂時間對計算和電氣專業(yè)共七個班

11、級的學(xué)生開展了“光的干涉”、“光的衍射”、“靜電場”、“穩(wěn)恒磁場”以及“電磁感應(yīng)”五次在線考試。通過圖5（a）可以看出，電氣18-6的整體表現(xiàn)要明顯優(yōu)于計算18-7，考慮到2018年遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)電氣專業(yè)平均錄取分?jǐn)?shù)超過計算專業(yè)50分這一客觀事實，該考試系統(tǒng)如實地反映了兩班學(xué)生在學(xué)習(xí)能力和態(tài)度上的差距。圖5（b）的縱坐標(biāo)為計算18-7全班學(xué)生某次考試成績之和，可以看出，隨著課程的進(jìn)行，學(xué)生的成績呈現(xiàn)下滑的趨勢，一方面原因是物理內(nèi)容加深，學(xué)習(xí)難度加大；另一方面是線代、英語等其他重要課程陸續(xù)進(jìn)行，多門課程同時推進(jìn)對學(xué)生學(xué)習(xí)能力提出了更高的要求。值得注意的是，筆者開展的這五次考試每次時間

12、僅需十幾分鐘，考試的開始和結(jié)束非常便捷，考試結(jié)束后幾十人的成績立刻獲得，并且成績能夠如實反映學(xué)生學(xué)習(xí)的狀態(tài)，便于后續(xù)有針對性地答疑和輔導(dǎo)。圖5成績統(tǒng)計四、總結(jié)與展望大學(xué)物理作為一門廣泛開設(shè)的重要工科必修基礎(chǔ)課，對人才培養(yǎng)具有重要影響，往往是卓越工程人才的起點。然而，如何促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、避免一個學(xué)年的課上課下學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)淪為“走過場”卻是當(dāng)前很多地方高校大學(xué)物理教學(xué)不得不面對的棘手問題。遼寧工程技術(shù)大學(xué)葫蘆島校區(qū)設(shè)計的大學(xué)物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)能夠幫助教師高效率地完成階段性考試任務(wù)，可以根據(jù)公開透明統(tǒng)一的評分標(biāo)準(zhǔn)自動完成閱卷和成績記錄，使教師能夠從繁重的試卷批改工作中解脫出來，從而將有限的工作時間和

13、精力有針對性地投入到具體教學(xué)環(huán)節(jié)，而且內(nèi)置三重隨機(jī)策略防止學(xué)生作弊，因此該考試管理系統(tǒng)可以擺脫對學(xué)校大規(guī)模機(jī)房和監(jiān)考教師人數(shù)上的依賴，幾百名學(xué)生和任課教師即使因疫情等特殊原因分散隔離在全國各地，但是只要能夠同時上線，大家通過手機(jī)操作即可完成考試。該校在大學(xué)物理信息化考試模式上的設(shè)計與實踐可為其他地方高校（特別是機(jī)房、教室、專項資金等教學(xué)資源比較短缺的教學(xué)單位）的大學(xué)物理教學(xué)改革提供有益參考。參考文獻(xiàn)：1肖靜潔，諶宇，陳曙光.大學(xué)物理教材中二維碼的應(yīng)用與設(shè)計研究j.中國教育信息化，2019（24）：90-93.2劉艷磊，姜富強(qiáng)，趙言誠等.融合在線課程與cupt的大學(xué)物理混合式教學(xué)模式j(luò).中國教育信息化，2019（16）：60-62.3韓思思，羅瑩.大學(xué)物理教學(xué)研究現(xiàn)狀與展望基于10年核心期刊論文分析j.大學(xué)物理，2018，37（6