基于掃描識別技術的微積分課程電子閱卷系統設計與應用

陸毅華， 姚 遠， 王 瀟， 陳 敏， 單鴻波

(東華大學 教務處，上海 201620)

基于掃描識別技術的微積分課程電子閱卷系統設計與應用

陸毅華， 姚 遠， 王 瀟， 陳 敏， 單鴻波

(東華大學 教務處，上海 201620)

為提高教師工作效率和課程教學質量,東華大學結合日漸完善的圖像處理技術以及網絡手段，利用基于掃描識別技術開發了網上電子閱卷系統，實現了一套適合高校教學考試的電子閱卷系統，并給出微積分考試電子閱卷實例。該系統包括試卷掃描、網上閱卷、統計分析等模塊。通過將紙質版試卷掃描進電腦中，獲取試卷正反面圖像。主觀題部分，由教師根據任務分配獲取相應題目圖像后進行網上評閱打分，最終匯總獲得總成績，并分析統計出各題目準確率，難易程度等信息，實現閱卷信息化。隨著微積分教學月考制度推行和電子閱卷系統使用，網上閱卷順應了教學的信息化管理，實現教學工作規范化，考核管理科學化、現代化。

電子閱卷； 掃描識別； 分析統計； 微積分

0 引 言

高等教育培養中，學生成績客觀體現了學生學習成效和教師教學質量，特別是對于量大面廣的公共基礎課程，由于生師比遠高于技術基礎課和專業課程，往往都是依據期末一次考試來判定學生的學習效果，在客觀上造成了學生平時不認真，考前抱佛腳的不良現象[1-2]。以絕大多數高校普遍開設的微積分課程為例[3]，通常都是百人規模的大班上課，學生對課程內容的學習進度和掌握程度都只能在期末考試中才能體現出,而任課教師依據傳統的課堂練習、課后作業、課堂互動提問等教學環節，對學生學習過程的把控收效甚微。因此，我校以微積分課程為試點，在日常教學中加入月考和期中考試環節[4-5]，形成“每月一測驗、每月一總結”的月考模式，以加強學生對課程的重視程度，及時發現并彌補課程學習的不足之處，強化對學生學習過程中的把控，端正學生學習態度為出發點[6]，為提高課程教學質量做了探索性的改革嘗試。

在這種改革的思路下，傳統的人工閱卷已經不能高效滿足日常高校課程需求，逐漸顯現出諸多弊端，譬如：課程考試數目的增加同時也帶來了教師組閱卷工作量的增加以及試卷存檔工作的增加，學校需要置備更多的空間存放學生試卷；教師也需要花費更多的人力物力進行人工閱卷，大大增加了誤判以及錯判的概率，而且閱卷后大量的試題分析、成績統計等也不能做到較高準確度[7-8]，因此有必要研發一種高效的閱卷方式。隨著計算機技術的迅速發展，結合日漸完善的圖像處理技術以及網絡技術，開發并實現了一套適合高校教學考試的電子閱卷系統，不僅可以輔助教師教學實現隨時隨地網上閱卷，掃描試卷通過后臺數據庫電子存檔，同時，也實現了閱卷工作信息化，教學工作規范化以及考核管理科學化、現代化，既有助于強化學生學習過程的把控，同時又不大幅增加教師因考試次數增加帶來的重復閱卷工作量[9-10]。

1 電子閱卷系統的構成及相關工作流程

為了實現網上電子閱卷改革的思路，教務處牽頭組織，成立了由教務管理人員、微積分教學團隊和軟件開發教學團隊組成的項目組，開發了一個基于掃描識別技術的電子閱卷系統[11-12]。該系統主要依托于掃描識別技術，同時結合計算機網絡技術[13-15]，開發了電子閱卷系統，并應用于微積分課程，將試卷呈現成電子圖像的一種全新網上閱卷模式。

1.1 系統的構成

本電子閱卷系統采用模塊化結構設計，包括答題卡掃描識別模塊、評閱教師網上閱卷模塊，以及匯總分數統計分析模塊3部分(見圖1)，各模塊的主要功能為：

(1) 答題卡掃描識別模塊。實現客觀題部分的自動識別與判卷；完成考生答卷的電子化，并將電子化答卷以圖片格式保存在服務器。其中，客觀題電子答卷可供答題與識別結果校對使用，主觀題電子答卷供網上評卷使用。完成各類試卷電子圖片存檔，方便歷史資料保存和網絡查詢，增加校園網服務功能。

(2) 閱卷教師網上閱卷模塊。評卷教師以系統授予的合法身份及權限進行網上評卷，并以各種科學的方法確保網上評卷質量與效率。

圖1 電子閱卷系統組成

(3) 匯總分數統計分析模塊。以教育測量學指標體系為依據，并結合實際需要設置統計分析指標，自動生成各類統計分析報表。所有考卷、測驗試卷、調查問卷的分數自動統計、自動登分，且包括總分及小題分，極大地提高教師工作效率、減輕教師的工作負擔。

1.2 系統運行流程

基于掃描識別技術的一元微積分電子閱卷系統的運行流程圖如圖2所示。

圖2 系統流程圖

學生考試結束后提交的材料分為試卷和答題卡兩部分，其中答題卡包括客觀題和主觀題。考試結束后，工作人員通過將紙質版答題卡掃描進電腦中，獲取試卷正反面圖像，儲存至后臺數據庫中。系統通過學生填涂的學號自動識別每位學生的試卷信息，自動完成客觀題目的評判。針對主觀題，系統根據閱卷組每位老師的閱卷題目以及閱卷數量安排，為試卷劃分每題區域，實現不同評卷教師登錄后僅僅能看到自己所負責的題目區域以及試卷數量，通過鍵盤輸入分數并點擊下一個圖像進行網上評閱打分，最終匯總獲得總成績。同時，在閱卷過程中，系統自動屏蔽考生的相關信息，評卷教師只看到答題內容而不知道答卷者，確保評卷過程的客觀公正。

1.3 評卷過程的數據流程

網上閱卷系統既可運行于局域網(如校園網、專線網)，也可運行于互聯網，具有很強的環境適應能力。試卷通過文檔掃描儀掃描成電子圖像后，上傳至服務器，評閱教師通過互聯網即可評閱試卷，省去了試卷裝訂、評卷傳閱等手工環節，極大地提高了考試閱卷工作的便捷性。評卷過程數據流程圖如圖3所示。

圖3 電子閱卷系統數據流程圖

2 電子閱卷工作規程及對應系統的輔助功能

根據上述流程，在整個評卷過程中，為確保評卷結果的客觀、公正及準確，本電子閱卷系統在實際閱卷使用中依據圖4所示工作規程執行。

圖4 電子閱卷的工作規程

考試結束并將考生答卷掃描到服務器后，工作人員通過網上評卷子系統劃分閱卷模塊和數量，并授予評卷教師閱卷身份。評卷用戶即可通過系統設置的帳號和密碼登錄網上評卷系統，對系統授權的合法用戶，系統將按照授權列出用戶可選擇評閱的科目及題目，評卷用戶選擇完成后，系統即可通過網絡自動隨機分發評卷用戶授權評閱的題目。此時，評卷用戶即可通過電腦瀏覽器進行答卷的評閱和批注。當評卷用戶評完一份答卷后，系統會自動分發下一份答卷，直至全部答卷評閱完成。最后，憑借統計分析子系統統計分析及格率、錯誤率、難易程度等各類數據信息。客觀、公平、公正地保證了閱卷質量，且有網絡就可以閱卷。

在此工作規程基礎上，電子閱卷系統同時提供了誤差控制機制、進度質量監控及豐富的輔助功能：批注功能；試卷結構分為題組/試題/小題3級，以題組級別評分；實現試評、正評兩個評卷階段；多角色管理策略，分為系統管理員、科目組長、題組組長、評卷員等，同一大題的不同選題應可以交由不同分組的老師獨立評閱；實現雙評、三評主觀題評分誤差控制方法；無限數量返回重評；考生信息保密；評卷信息查詢打印；常用統計分析指標。

實踐表明，利用基于掃描識別技術的電子閱卷系統大大提高了教師閱卷的便捷性以及統計分析的準確性，同時也控制了考試閱卷的質量以及考試管理的效率[10]。

3 應用實例驗證

以2015—2016學年第一學期為例，學校的兩個校區中，共有3 000余名學生修讀微積分課程。按照月考模式，需要進行4次課程考試。依據該電子閱卷系統，課程所在院系組織了20余名教師，采用網上閱卷模式，有效地解決了大規模、跨校區、多次性考試所產生的各類棘手的考試管理問題。

3.1 試卷掃描

以微積分為應用實例，掃描試卷圖像如圖5所示。圖5左上角區域為學生個人信息區域，包括姓名、班級、學號。左邊中間部分為客觀題區域，系統掃描試卷后將自動評判客觀題并打分，得出每個人的客觀題分數。其余部分為主觀題區，分為正反兩面，其中填空題算一部分區域，每一道主觀題算一個區域，工作人員將按照題目劃出試卷每題的可視模塊，作為評閱教師網上閱卷時看到的學生答題界面。

3.2 試卷評閱

圖6為評閱教師的閱卷界面，左側為答題卡界面，右側為分數。填空題每道題目都有對應的分數，方便核分，簡答題配置一個分數，評閱教師填寫好分數后點擊提交試卷，系統自動分配下一個試卷，直至該教師所分配的數量全部評閱完畢。對于評閱有疑問的試卷，可以返回評閱，或者做個批注等，對于疑問較大的試卷，可以標注讓其他老師參考評閱，甚者可以讓評閱組長評閱。評閱后呈現的試卷如圖7所示。

3.3 試卷統計分析

閱卷完畢后，可以生成當次考試科目的考試人數、平均分、最高分、最低分、標準差、得分率、難度、區分度以及信度等信息，如圖8所示。

與此同時，系統也會生成客觀題整體和每一道客觀題目的分析報告，包括答案、分值、得分率以及每個選項選的比例等。有助于教師有針對性的了解學生本知識點的學習情況以及易錯點。每次考試的統計分析報表如圖9所示。

同理，主觀題分析內容與客觀題類似，如圖10所示。與客觀題目不同的是，主觀題劃分分數段，而不是選項。

所生成試卷分析統計表可方便任課教師進行各知識點數據(題目分/小題分)的全面分析，有利于教學質量的提高。微積分在2015—2016整個學年第一學期共進行了4次考試，成績分布圖如圖11所示。

圖5 微積分試卷掃描界面

圖6 電子閱卷系統數據流程圖

圖7 評閱后試卷標記

圖8 單次考試統計分析圖

圖9 客觀題統計分析圖

圖10 主觀題統計分析圖

引入月考模式后，學生平時的努力和認真程度有較明顯提高，對過程的學習重視程度隨學習進度的延伸在不斷增強。逐月考試后形成的有規模、有階段的統計分析報告，可以讓任課教師比較直觀地看出課程教學的學習成果以及同學們進步情況，為今后的教學進度和教學重點提出方向。

圖11 多次考試對比分析圖

4 結 語

隨著微積分教學月考制度的推行和電子閱卷系統的使用，網上閱卷順應了教學的信息化管理，基于掃描識別技術的微積分電子閱卷系統相比于傳統的手工閱卷，不僅實現了紙質圖片數據電子化，完成各類試卷電子圖片存檔，方便歷史資料保存。同時有效監控了閱卷過程，客觀、公平、公正地保證了閱卷質量，讓老師們有網絡就可以閱卷。解決了校際聯考等各類考試中考務的試卷管理分裝，閱卷人員的協調組織等問題。

閱卷后的成績報表自動統計功能，實現所有考卷、測驗試卷、調查問卷的分數自動統計、自動登分，且包括總分及小題分，極大地提高教師工作效率、減輕教師的工作負擔，降低了大批量閱卷的評分誤差，提高閱卷結果公正性。學生可以根據考試不斷鞏固所學知識，老師也可以根據學生的考試成績分析教學不足，有針對性的鞏固加強。

借助電子閱卷工具進行的階段性考試訓練，提高了學生和教學科目的競爭能力。不但可使學生避免因怯場或不適應而導致的非知識性失分，而且也可及時發現學生在當前階段課程學習中存在的問題。并及時糾正彌補，有助于在期末考試中發揮學生應有水平。

電子閱卷系統提高了教師閱卷工作便捷性，提高閱卷效率，有助于達到“以考促教、以考促學、提高教學質量和成效”的目的。所開發應用的“基于掃描識別技術的微積分電子閱卷系統”經過微積分課程多次使用，得到較好的評價，學生成績也通過多次考試有所提高。未來將持續完善系統智能化界面設計，細化成績質量統計分析功能，豐富閱卷隨機抽樣復評、任課老師復查和學生自主查詢分析等功能，使電子閱卷對促進師生教與學質量的不斷提升做出貢獻。

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Design and Application of Scanning-Recognition Technology-Based Electronic Marking System on Monthly Tests of Calculus

LUYihua,YAOYuan,WANGXiao,CHENMin,SHANHongbo

(Academic Affairs Office, Donghua University, Shanghai 201620, China)

In order to improve teachers’ work efficiency and teaching quality in the context of maturing image processing technology and various Internet methods, an online marking system, suitable for university-level teaching and testing, is developed and exemplified by calculus at Donghua University, based on scanning and recognition technology. The system is composed of modules such as test paper scanning, online marking, and statistical analysis. Both sides of test papers are scanned and the consequent images are stored digitally. The objective parts of the papers are graded automatically by the computer while the images of the subjective parts are assigned to and marked by teachers online. All the results are collected electronically into the total grades and analyzed in terms of accuracy rate and difficulty of each part. The monthly tests of calculus shows that the online marking system conforms to the growing trend of digitalization, normalization and modernization of education and its management and assessment.

electronic marking; scanning and recognition; analytic statistics; calculus

2016-09-12

陸毅華(1967-)，女，安徽合肥人，助理研究員，主要從事高教管理和研究工作。

Tel.：021-67792062；E-mail：yhlu@dhu.edu.cn

姚 遠(1985-)，女，江蘇常州人，助理研究員，主要從事高教管理和研究工作。

Tel.：021-67792065；E-mail：ivyyao@dhu.edu.cn

TP 311.1；O 172

A

1006-7167(2017)06-0180-06