翻轉課堂模式下的智能測評系統設計

張繼美, 桂紅兵, 董　輝

(亳州職業技術學院 信息工程系, 安徽 亳州 236800)

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翻轉課堂模式下的智能測評系統設計

張繼美, 桂紅兵, 董輝

(亳州職業技術學院 信息工程系, 安徽 亳州 236800)

針對傳統教學測評系統缺乏對學習過程的考核、題型比較單一、客觀題居多、對技能型操作型內容的測評研究少、測評結果缺少針對性分析和關聯分析等缺點，采用B/S架構，運用Flash ActionScript技術和ASP技術構建基于翻轉課堂的智能測評系統。系統界面設計以用戶為中心，題型包括客觀題、主觀題和技能操作題，測評與學生學習行為聯動，能做到即學即測，并對測評結果進行針對性分析。教學實踐表明，該系統能使翻轉課堂自主學習和課堂互動兩個環節有效銜接，方便教師和學生在自主學習環節發現問題、在課堂互動環節解決問題。

翻轉課堂；測評系統；種子序列；分析報告

翻轉課堂重構學習流程，“信息傳遞”是學生在課前自主進行，“吸收內化”是在課堂上通過互動來完成[1-2]。該模式將學生知識的獲取，由教師講授變為學生主動獲取，使知識傳授過程提前。其中第一階段是學生線上與課前的主動學習；第二階段是課堂教學中的“討論互動”及“問題解決”。目前，在線教學測評可應用于大規模開放遠程課程MOOCs(Massive Oen Online Courses, MOOCs)學習分析，使教與學和測評逐漸融合[3]。在線教學測評系統研究，現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]、自適應遺傳算法進行組卷[7]、實現主觀題評分等[6]。文獻[8]基于云平臺在線測評系統，從Web服務層、數據庫服務層和判題服務層，對系統設計，采用基于神經網絡的動態反饋算法，提高系統訪問性能。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設計，前臺設計運用CSS(Cascading Style Sheet,CSS)、HTML (Hyper Text Markup Language,HTML)、AJAX(Asynchronous JavaScript And XML，AJAX)、JavaScript等技術，后臺框架設計運用Struts、Hibernate和Spring組合技術。文獻[10-12]采用B/S架構模型、運用SQL SERVER和編譯性框架ASP.net開發實現在線考試系統。文獻[13]運用JSP+My SQL技術設計開發考試系統。

以上在線教學測評系統主要應用于傳統教學模式，及時反饋測評結果，但很少應用于翻轉課堂教學模式測試系統設計，測評系統在翻轉課堂教學模式下，教師和學生都無法獲知準確的學習效果，不利于課堂教學活動的開展和針對性改進，缺乏對學習過程的考核、客觀題居多、題型比較單一、測評結果缺少針對性分析和關聯分析等。針對存在問題，本文采用B/S架構，運用Flash Action Script技術和解釋性編程框架ASP(Active Server Page, ASP)技術開發基于翻轉課堂的智能測評系統。

1　系統開發

1.1開發環境

翻轉課堂智能測評系統，是在Flash環境下開發設計，采用Access數據庫技術，運用Action Script腳本語言和ASP技術進行程序設計，系統運行于網絡，用戶可以通過瀏覽器訪問。

1.2數據庫及題庫設計

翻轉課堂智能測評系統后臺數據庫采用Access數據庫，不需要服務器，能直接與系統進行交互，且支持B/S架構模式。

測評系統數據表包括：管理員表cp_admin、教師表cp_teacher、學生表cp_student、課程表cp_course、學習模塊表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、分數表cp_score、學生報告表cp_streport和教師報告表cp_tereport等。其中涉及試題庫設計的幾個表結構設計，如表1所示，分別為(a)選擇題結構表；(b)簡答題結構表；(c)操作題結構表。

表1　試題表結構

(b)簡答題結構表

(c)操作題結構表

1.3數據庫連接

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

2　翻轉課堂教學模式下智能測評系統功能設計

翻轉課堂教學模式下，為了使互動課堂環節的討論或問題解決更有效，從“信息傳遞”到“吸收內化”過程中，添加檢測學生自主學習效果智能測評系統是非常有必要的。

2.1系統功能設計

在原翻轉課堂教學模式自主學習系統和知識內化課堂中，加入“在線測評系統”，形成改進的翻轉課堂教學模式，如圖1所示。

圖1　改進的翻轉課堂教學模式

在改進的翻轉課堂教學模式中，在線測評系統起到橋梁紐帶作用，使翻轉課堂的自主學習和課堂互動兩個環節有效銜接，方便師生在自主學習環節發現問題和在課堂互動環節解決問題。系統功能包括：編輯考題、學習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、題目內容等。其中，“知識點”和“所屬模塊”是與學習行為聯動的兩個關聯試題屬性，是實現智能測評和即時測評的關鍵。

圖2　教師編輯試題界面

2.1.2學習效果測評功能

學生角色登錄系統后，主要操作是在線學習、在線測評和查看測評分析報告等，如圖3所示。

圖3　學生角色主要操作

學生在自主學習系統中，可以隨時通過點擊“進入測評”按鈕進入在線測評系統。當學生由自主學習系統進入到在線測評系統，默認情況下，系統根據學生當前學習行為，抽取測試題完成組卷，實現即學即測，學生也可選擇課程考核、模塊測評或知識點的單點測評。如果學生從知識點學習界面通過點擊“進入測評”按鈕直接進入測評，系統會根據抽題種子序列,抽取與當前學習知識點關聯的試題,組成測評試卷。學生測評窗口設計，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”，可進入相應測評模塊。理論知識測評主要是選擇題形式，由系統自動評分，“操作技能測評”答案形式有兩種，一種是學生將操作過程用錄屏軟件錄下來傳到系統里；另一種是學生寫出具體操作步驟?！熬C合能力測評”以問答題形式進行，學生寫出答題要點或將自己的論述文檔上傳到系統。

圖4　學生自主測評界面

2.1.3獲得反饋報告功能

反饋報告，包括學生個體分析報告和學生群體分析報告。學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生個體分析報告。

學生分析報告包括：測評的對錯題數統計、知識點掌握情況分析、答錯題標注、學習疏漏之處、學習修正建議和推薦學習計劃等，如圖5所示。

圖5　學生報告中心界面

學生在報告中心界面，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“在線學習”按鈕，可跳轉到在線學習系統自主學習。點擊窗口上方“在線測評”按鈕，可以跳轉到在線測評系統自主測評。

教師分析報告，主要是分析統計學生群體知識掌握情況，如圖6所示。以匯總表和文字的形式，展現學生群體整體學習情況。查看分析報告，教師可掌握學生學習效果，以此改進教學策略，進行針對性教學。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，點擊進入“報告中心”可查詢相應報告。

圖6教師查看分析報告界面

2.2學習過程聯動的組卷

系統根據學習者的學習活動，生成抽題種子序列，再由種子序列到題庫中抽取試題，實現測評活動與學習活動聯動。

與學習過程聯動的抽題模型，如圖7所示。

在學生學習同時，系統會把學習過程中的每一個知識點、每項技能和應該達到的綜合能力以數組形式記錄存儲，當學生點擊測評時，抽題模型將根據數組中內容到題庫進行抽題。這樣形成的測評模塊是對學生當前學習效果的檢測，可以實現當前學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、專家系統法、粒子群優化法、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。

系統依據題型模塊及知識點章節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　與學習過程聯動的抽題模型

若將題型模塊看成一個背包，題型模塊所能裝入的試題數為背包容量，試題看成所有的物品，則組卷問題就轉變為背包問題的求解。每一題型模塊依據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。根據以上基于背包問題描述，測評系統設計組卷算法設計如下。

Void testAssembly (Testunit, Testpacket)

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

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測評結果分析

學生完成自主測評后，教師和學生都可查看測評結果，測評結果反映學生的自主學習效果，系統通過對測評結果的診斷分析，幫助學生和教師發現問題。

系統采用S-P-K方法對測評結果進行分析。若把具體知識點、操作技能或綜合能力統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表示學生已掌握的知識元素集合，用W表示學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生沒有掌握，暫時全部放入集合X中?；騅i在集合X中同時又在集合R中，則將集合X中的Ki刪除?；騅i在集合X中同時又在集合W中，則將集合X中的Ki刪除。對學生的每個測試題Pi的答題結果進行S-P-K分析，知識元素的掌握情況存入集合S中。從S中讀取相應記錄生成測評分析報告。

3　結語

設計翻轉課堂教學模式智能測評系統，該系統界面以用戶為中心，題型包括客觀題、主觀題和技能操作題，在線測評與學生的學習行為聯動。對系統測評給出分析報告，系統運用教學實踐表明，測評具有智能性，與學習行為聯動，能做到即學即測，幫助師生在課堂互動環節中解決問題。

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[責任編輯: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

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

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

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

TP311

A

2095-6533(2016)04-0121-06