翻轉(zhuǎn)課堂模式下的智能測評系統(tǒng)設(shè)計

張繼美, 桂紅兵, 董　輝

(亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系, 安徽 亳州 236800)

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翻轉(zhuǎn)課堂模式下的智能測評系統(tǒng)設(shè)計

張繼美, 桂紅兵, 董輝

(亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系, 安徽 亳州 236800)

針對傳統(tǒng)教學(xué)測評系統(tǒng)缺乏對學(xué)習(xí)過程的考核、題型比較單一、客觀題居多、對技能型操作型內(nèi)容的測評研究少、測評結(jié)果缺少針對性分析和關(guān)聯(lián)分析等缺點，采用B/S架構(gòu)，運用Flash ActionScript技術(shù)和ASP技術(shù)構(gòu)建基于翻轉(zhuǎn)課堂的智能測評系統(tǒng)。系統(tǒng)界面設(shè)計以用戶為中心，題型包括客觀題、主觀題和技能操作題，測評與學(xué)生學(xué)習(xí)行為聯(lián)動，能做到即學(xué)即測，并對測評結(jié)果進行針對性分析。教學(xué)實踐表明，該系統(tǒng)能使翻轉(zhuǎn)課堂自主學(xué)習(xí)和課堂互動兩個環(huán)節(jié)有效銜接，方便教師和學(xué)生在自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題、在課堂互動環(huán)節(jié)解決問題。

翻轉(zhuǎn)課堂；測評系統(tǒng)；種子序列；分析報告

翻轉(zhuǎn)課堂重構(gòu)學(xué)習(xí)流程，“信息傳遞”是學(xué)生在課前自主進行，“吸收內(nèi)化”是在課堂上通過互動來完成[1-2]。該模式將學(xué)生知識的獲取，由教師講授變?yōu)閷W(xué)生主動獲取，使知識傳授過程提前。其中第一階段是學(xué)生線上與課前的主動學(xué)習(xí)；第二階段是課堂教學(xué)中的“討論互動”及“問題解決”。目前，在線教學(xué)測評可應(yīng)用于大規(guī)模開放遠程課程MOOCs(Massive Oen Online Courses, MOOCs)學(xué)習(xí)分析，使教與學(xué)和測評逐漸融合[3]。在線教學(xué)測評系統(tǒng)研究，現(xiàn)有組卷方法如隨機組成試卷算法[4]、智能組卷算法[5]、專家打分法生成試卷[6]、自適應(yīng)遺傳算法進行組卷[7]、實現(xiàn)主觀題評分等[6]。文獻[8]基于云平臺在線測評系統(tǒng)，從Web服務(wù)層、數(shù)據(jù)庫服務(wù)層和判題服務(wù)層，對系統(tǒng)設(shè)計，采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)反饋算法，提高系統(tǒng)訪問性能。文獻[9]引入知識點管理，從知識點、題庫、試卷和診斷分析等方面進行測評系統(tǒng)設(shè)計，前臺設(shè)計運用CSS(Cascading Style Sheet,CSS)、HTML (Hyper Text Markup Language,HTML)、AJAX(Asynchronous JavaScript And XML，AJAX)、JavaScript等技術(shù)，后臺框架設(shè)計運用Struts、Hibernate和Spring組合技術(shù)。文獻[10-12]采用B/S架構(gòu)模型、運用SQL SERVER和編譯性框架ASP.net開發(fā)實現(xiàn)在線考試系統(tǒng)。文獻[13]運用JSP+My SQL技術(shù)設(shè)計開發(fā)考試系統(tǒng)。

以上在線教學(xué)測評系統(tǒng)主要應(yīng)用于傳統(tǒng)教學(xué)模式，及時反饋測評結(jié)果，但很少應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式測試系統(tǒng)設(shè)計，測評系統(tǒng)在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，教師和學(xué)生都無法獲知準確的學(xué)習(xí)效果，不利于課堂教學(xué)活動的開展和針對性改進，缺乏對學(xué)習(xí)過程的考核、客觀題居多、題型比較單一、測評結(jié)果缺少針對性分析和關(guān)聯(lián)分析等。針對存在問題，本文采用B/S架構(gòu)，運用Flash Action Script技術(shù)和解釋性編程框架ASP(Active Server Page, ASP)技術(shù)開發(fā)基于翻轉(zhuǎn)課堂的智能測評系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)開發(fā)

1.1開發(fā)環(huán)境

翻轉(zhuǎn)課堂智能測評系統(tǒng)，是在Flash環(huán)境下開發(fā)設(shè)計，采用Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，運用Action Script腳本語言和ASP技術(shù)進行程序設(shè)計，系統(tǒng)運行于網(wǎng)絡(luò)，用戶可以通過瀏覽器訪問。

1.2數(shù)據(jù)庫及題庫設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂智能測評系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫采用Access數(shù)據(jù)庫，不需要服務(wù)器，能直接與系統(tǒng)進行交互，且支持B/S架構(gòu)模式。

測評系統(tǒng)數(shù)據(jù)表包括：管理員表cp_admin、教師表cp_teacher、學(xué)生表cp_student、課程表cp_course、學(xué)習(xí)模塊表cp_unit、單選題表cp_danxuan、多選題表cp_duoxuan、問答題表cp_wendan、技能操作題表cp_jineng、分數(shù)表cp_score、學(xué)生報告表cp_streport和教師報告表cp_tereport等。其中涉及試題庫設(shè)計的幾個表結(jié)構(gòu)設(shè)計，如表1所示，分別為(a)選擇題結(jié)構(gòu)表；(b)簡答題結(jié)構(gòu)表；(c)操作題結(jié)構(gòu)表。

表1　試題表結(jié)構(gòu)

(b)簡答題結(jié)構(gòu)表

(c)操作題結(jié)構(gòu)表

1.3數(shù)據(jù)庫連接

Flash不能直接與Access數(shù)據(jù)庫連接，需要借助ASP技術(shù)，將數(shù)據(jù)庫連接代碼寫進一個.asp文件中，在Flash中運用LoadVars()函數(shù)加載.asp文件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接和數(shù)據(jù)讀取等操作。

2　翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下智能測評系統(tǒng)功能設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，為了使互動課堂環(huán)節(jié)的討論或問題解決更有效，從“信息傳遞”到“吸收內(nèi)化”過程中，添加檢測學(xué)生自主學(xué)習(xí)效果智能測評系統(tǒng)是非常有必要的。

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計

在原翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)和知識內(nèi)化課堂中，加入“在線測評系統(tǒng)”，形成改進的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，如圖1所示。

圖1　改進的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

在改進的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，在線測評系統(tǒng)起到橋梁紐帶作用，使翻轉(zhuǎn)課堂的自主學(xué)習(xí)和課堂互動兩個環(huán)節(jié)有效銜接，方便師生在自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題和在課堂互動環(huán)節(jié)解決問題。系統(tǒng)功能包括：編輯考題、學(xué)習(xí)效果測評和獲得反饋報告。

2.1.1編輯考題功能

考試試題編輯由教師角色來完成。教師登錄系統(tǒng)后，進入試題庫，對題庫進行添加、修改和查詢等管理操作。

圖2是教師編輯試題界面，可以編輯試題的題型、難度、需掌握程度、所屬知識點、所屬模塊、題目內(nèi)容等。其中，“知識點”和“所屬模塊”是與學(xué)習(xí)行為聯(lián)動的兩個關(guān)聯(lián)試題屬性，是實現(xiàn)智能測評和即時測評的關(guān)鍵。

圖2　教師編輯試題界面

2.1.2學(xué)習(xí)效果測評功能

學(xué)生角色登錄系統(tǒng)后，主要操作是在線學(xué)習(xí)、在線測評和查看測評分析報告等，如圖3所示。

圖3　學(xué)生角色主要操作

學(xué)生在自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，可以隨時通過點擊“進入測評”按鈕進入在線測評系統(tǒng)。當(dāng)學(xué)生由自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進入到在線測評系統(tǒng)，默認情況下，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)行為，抽取測試題完成組卷，實現(xiàn)即學(xué)即測，學(xué)生也可選擇課程考核、模塊測評或知識點的單點測評。如果學(xué)生從知識點學(xué)習(xí)界面通過點擊“進入測評”按鈕直接進入測評，系統(tǒng)會根據(jù)抽題種子序列,抽取與當(dāng)前學(xué)習(xí)知識點關(guān)聯(lián)的試題,組成測評試卷。學(xué)生測評窗口設(shè)計，如圖4所示。

點擊窗口右下角的“操作技能測評”和“綜合能力測評”，可進入相應(yīng)測評模塊。理論知識測評主要是選擇題形式，由系統(tǒng)自動評分，“操作技能測評”答案形式有兩種，一種是學(xué)生將操作過程用錄屏軟件錄下來傳到系統(tǒng)里；另一種是學(xué)生寫出具體操作步驟。“綜合能力測評”以問答題形式進行，學(xué)生寫出答題要點或?qū)⒆约旱恼撌鑫臋n上傳到系統(tǒng)。

圖4　學(xué)生自主測評界面

2.1.3獲得反饋報告功能

反饋報告，包括學(xué)生個體分析報告和學(xué)生群體分析報告。學(xué)生可查看自己的個體分析報告，教師則可查看群體分析報告和學(xué)生個體分析報告。

學(xué)生分析報告包括：測評的對錯題數(shù)統(tǒng)計、知識點掌握情況分析、答錯題標注、學(xué)習(xí)疏漏之處、學(xué)習(xí)修正建議和推薦學(xué)習(xí)計劃等，如圖5所示。

圖5　學(xué)生報告中心界面

學(xué)生在報告中心界面，可通過點擊左邊模塊欄目分類查看其他模塊測評分析報告。點擊窗口上方“在線學(xué)習(xí)”按鈕，可跳轉(zhuǎn)到在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)。點擊窗口上方“在線測評”按鈕，可以跳轉(zhuǎn)到在線測評系統(tǒng)自主測評。

教師分析報告，主要是分析統(tǒng)計學(xué)生群體知識掌握情況，如圖6所示。以匯總表和文字的形式，展現(xiàn)學(xué)生群體整體學(xué)習(xí)情況。查看分析報告，教師可掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果，以此改進教學(xué)策略，進行針對性教學(xué)。在教師工作界面上方有“試題庫”和“報告中心”兩個圖標按鈕，點擊進入“試題庫”可進行題庫建設(shè)，點擊進入“報告中心”可查詢相應(yīng)報告。

圖6教師查看分析報告界面

2.2學(xué)習(xí)過程聯(lián)動的組卷

系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動，生成抽題種子序列，再由種子序列到題庫中抽取試題，實現(xiàn)測評活動與學(xué)習(xí)活動聯(lián)動。

與學(xué)習(xí)過程聯(lián)動的抽題模型，如圖7所示。

在學(xué)生學(xué)習(xí)同時，系統(tǒng)會把學(xué)習(xí)過程中的每一個知識點、每項技能和應(yīng)該達到的綜合能力以數(shù)組形式記錄存儲，當(dāng)學(xué)生點擊測評時，抽題模型將根據(jù)數(shù)組中內(nèi)容到題庫進行抽題。這樣形成的測評模塊是對學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)效果的檢測，可以實現(xiàn)當(dāng)前學(xué)什么就考什么的智能測評效果。

目前組卷常用算法有：隨機抽取法、回溯試探法、專家系統(tǒng)法、粒子群優(yōu)化法、遺傳法、基于遺傳算法的一些改進算法[14]]和模塊化智能組裝法[15]等。

系統(tǒng)依據(jù)題型模塊及知識點章節(jié)的劃分來抽取和生成測評試卷，類似于背包問題的求解過程[16]。

圖7　與學(xué)習(xí)過程聯(lián)動的抽題模型

若將題型模塊看成一個背包，題型模塊所能裝入的試題數(shù)為背包容量，試題看成所有的物品，則組卷問題就轉(zhuǎn)變?yōu)楸嘲鼏栴}的求解。每一題型模塊依據(jù)所屬題型抽取與之匹配的試題，再將裝滿的題型模塊作為一個大包裝入整個試卷背包，直到裝滿為止，從而完成組卷。根據(jù)以上基于背包問題描述，測評系統(tǒng)設(shè)計組卷算法設(shè)計如下。

Void testAssembly (Testunit, Testpacket)

{k=random()×10000%size //size為試題小包中的試題個數(shù)

While(題型模塊不滿且試題小包不空)

{if(試題小包第k個試題可抽)

{將第k題裝入題型模塊

k=random()×10000%size //繼續(xù)試題小包中的下一題

}

if(試題背包已填滿)

{組卷成功}

}}

2.3測評結(jié)果分析

學(xué)生完成自主測評后，教師和學(xué)生都可查看測評結(jié)果，測評結(jié)果反映學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效果，系統(tǒng)通過對測評結(jié)果的診斷分析，幫助學(xué)生和教師發(fā)現(xiàn)問題。

系統(tǒng)采用S-P-K方法對測評結(jié)果進行分析。若把具體知識點、操作技能或綜合能力統(tǒng)稱為要評測的知識元素，則S是知識元素的掌握情況集合，P是試題集合，K是知識元素的集合，Si(i=1,2，…,n)表示某個知識元素掌握情況；Pi(i=1,2,…,n)表示某個試題；Ki(i=1,2,…,n)表示某個知識元素。用R表示學(xué)生已掌握的知識元素集合，用W表示學(xué)生沒有掌握的知識元素集合，用X表示不確定是否掌握的知識元素集合。學(xué)生答對題所涉及的知識元素直接放入集合R中，對于答錯題所涉及知識元素，若只有一個直接放入集合W中；若答錯題涉及多個知識元素，因為不能確定哪一個或哪幾個知識元素學(xué)生沒有掌握，暫時全部放入集合X中。或Ki在集合X中同時又在集合R中，則將集合X中的Ki刪除。或Ki在集合X中同時又在集合W中，則將集合X中的Ki刪除。對學(xué)生的每個測試題Pi的答題結(jié)果進行S-P-K分析，知識元素的掌握情況存入集合S中。從S中讀取相應(yīng)記錄生成測評分析報告。

3　結(jié)語

設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式智能測評系統(tǒng)，該系統(tǒng)界面以用戶為中心，題型包括客觀題、主觀題和技能操作題，在線測評與學(xué)生的學(xué)習(xí)行為聯(lián)動。對系統(tǒng)測評給出分析報告，系統(tǒng)運用教學(xué)實踐表明，測評具有智能性，與學(xué)習(xí)行為聯(lián)動，能做到即學(xué)即測，幫助師生在課堂互動環(huán)節(jié)中解決問題。

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[責(zé)任編輯:汪湘]

The design of intelligent evaluation system in the flipped classroom model

ZHANG Jimei,GUI Hongbing,DONG Hui

(Department of Information Engineering, Bozhou vocational and technical college, Bozhou 236800, China)

According to the traditional teaching evaluation system lacks the learning process assessment, single test items, mostly objective questions,less the research of the operational skills evaluation, lack of analysis and association analysis of the evaluation results,etc,based on browser / server architecture, using flash actionscript and ASP technology,design an intelligent evaluation system based on flipped classroom teaching mode.The system interface design to the user as the center ,test types include objective,subjective,and skills,evaluation and learning behavior linkage,just learning the content of the test For,the targeted analysis of evaluation results.The teaching practice shows that the system is intelligent,make the flipped classroom learning and classroom interaction effective convergence,facilitate teachers and students to find problems in the autonomous learning process,and to solve problems in the classroom interaction.

flipped classroom， evaluation system，seed sequence，analysis report

10.13682/j.issn.2095-6533.2016.04.023

2016-03-14

安徽省高等學(xué)校自然科研基金資助項目(KJ2016A493,KJ2016A495)；安徽省高等學(xué)校教學(xué)研究基金資助項目(2015jyxm536)；安徽省教育廳質(zhì)量工程基金資助項目(2013gxk131,2014gxk113)

張繼美(1981-)，女，碩士，講師，從事多媒體技術(shù)與數(shù)據(jù)挖掘研究。E-mail:jwczjm@163.com

桂紅兵(1977-)，男，碩士，講師，從事多媒體技術(shù)與信息技術(shù)研究。E-mail:380277961@qq.com

TP311

A

2095-6533(2016)04-0121-06