醫學電鏡智能在線考試系統研究與設計

王立言，郭春，李莉，邴魯軍*

（山東大學基礎醫學院1組織學與胚胎學教研室，2形態學實驗教學中心，濟南250012）

醫學超微結構和電鏡技術是利用電子顯微鏡技術從亞細胞水平和分子水平研究組織細胞結構及病變的形態學科學[1]，融合了解剖學、組織學、病理學、細胞生物學、微生物學等多學科的相關知識，是我校臨床醫學專業本科生、研究生不可或缺的一門獨立課程。由于電鏡屬于大型精密儀器，配備數量有限，考試時時間不允許每個學生上機觀察圖像，實驗操作也較為復雜且周期較長，所以在對學生理論課與實驗課的考核過程中，尤其是實驗考核方面，存在著一定困難。目前該課程的考核依舊通過傳統方式即書面考試配合課堂出勤、實驗報告方式進行。這種方式有著一定弊端：一是難以真實有效的檢測出學生對知識的運用能力、實踐操作能力，考試過程中學生處于被動地位，限制著學生創新思維的發展。二是人工命題費時費力，可能會導致試題覆蓋面窄、隨機性過大，也不利于橫向縱向分析比較考試結果。三是無法實現學生定期進行自我檢查查漏補缺，而且考試中紙質印刷無法精細體現結構圖細節，不利于學生觀察[2]。

隨著教育教學改革的不斷深入，我校提出“以教為中心”向“以學為中心”轉變，推進啟發式、探究式、互動式[3]教學的創新教育行動方案，大力提升教學和考試的現代化水平。同時，在當今信息時代下，學生也希望根據自己的實際情況進行有的放矢的學習并希望得到及時的反饋；老師希望有效改進現有的考試模式，提高考試的效率；教育機構希望全面準確地對學生進行跟蹤和評價，從而提出更科學有效教改方案。

因此為了適應時代發展和教學改革的需要，我們根據本課程的特點設計了醫學電鏡智能在線考試系統。系統通過題庫的構建，將以前單純的期末理論成績考核轉換為包括理論成績考核、綜述考核、案例考核、實驗技能考核和超微結構圖片辨認考核等五大方面對學生進行綜合素質的考核和評價，并通過互聯網，將所有考核內容融合為一體，形成多元化、系統化、智能化的在線考試系統。與傳統紙質考試相比，該系統具有更客觀公正、高效準確、智能便捷的特點，在《醫學超微結構和電鏡技術》理論課與實驗課考核的實際應用中取得了良好的效果。

1 考試系統總體設計思想

為了滿足系統對先進性、安全性、跨平臺性、可擴展性、可移植性、智能性等方面的要求，系統總體架構設計采用先進的B/S三層體系結構：用戶層（管理員、教師、學生）、業務邏輯層（體現智能化、自動化）、數據庫層（核心內容試題樣庫）[4,5]。教師可以在題庫中添加、編輯和刪除試題；可以隨機或人工組卷，并能在指定時間內發布試卷；學生參加完考試能立即得到答案并分析考試中答錯的題目；教師能得到學生考試后傳送的反饋信息，可對成績分布和錯題率進行統計并及時作出評價。整個系統融入智能化思想，操作方便，同時系統具有良好的穩定性和安全保密性，可在PC端和智能手機端流暢運行。

2 考試系統的主要內容

2.1 題庫的構建

醫學超微結構和電鏡技術課程以生物組織的超微結構辨識為主要講述內容，同時介紹了電鏡的結構、原理、操作和電鏡應用技術，為學生將來從事基礎科學研究或臨床診斷奠定基礎。根據課程的特點我們設計了八類題型，從五個方面即理論、綜述、案例、實驗技能和超微結構辨認考核學生的綜合素質與能力[6]。題庫的設計（圖1）有以下特點：

①八類題型分別為單選類、多選類、判斷類、填空類、問答類、綜述類、操作類和電鏡組織結構辨識類，其中操作類試題提供了文件下載和上傳功能，輕松實現Word、Excel、FrontPage、Visual Foxpro等對文件或文件夾的操作；

②題庫對試題的知識點、難度、分數、試題內容和試題解析等屬性進行了設置，避免了考試中相同知識點在不同題型中同時出現，單選類、多選類試題支持6個選項，完全可以滿足當前試題要求，少于6個選項，在考試時自動隱藏；

③試題內容豐富，試題中可插入圖片、音/視頻、表格、Flash動畫和數學公式等，全面支持語音播放、視頻賞析等試題，其中數學公式編輯器極大的方便了計算相關的題目，真正實現了多媒體試題。

圖1 題庫設計思想Fig. 1 Design idea of question library

④教師擁有題庫的全部操作權限，可以批量導入或導出試題，建立基礎數據更加方便快捷；可對試題進行增加、刪除、編輯等操作。

題庫設計注重理論與實踐結合，基礎與臨床結合，充分調動學生的積極性與主動性，達到啟發學生思維、激發學生靈感、鼓勵學生探索、培養學生創造能力的目的[7]。比如在增加學生的學習興趣方面，我們在試題編輯中引入了電鏡發展史的一些趣事以及利用電鏡做出的重大發現等。如2016諾貝爾生理學獎頒給自噬反應；2017年諾貝爾化學獎頒發給冷凍電鏡技術，這些都與電鏡研究密切相關。冷凍電鏡技術高效率地以原子級分辨率（1.8?）獲得生物分子的三維結構，利用這項技術同年又獲得諾貝爾生理學或醫學獎的包括發現控制“晝夜節律”的蛋白質復合，與聽覺相關的壓力變化傳感器，以及寨卡病毒。這些結構，依靠之前的結構生物學研究技術根本不可能獲得。在實際應用方面，我們結合學術論文或臨床案例使學生直觀的認識到電鏡在基礎科研和臨床診斷的重要性。如：如薄基底膜腎病，該疾病在光鏡下沒有明確的具有診斷意義的病理學指標，電鏡下彌漫性的基底膜變薄是該病的唯一或最重要的病理特征。我們將正常人的基底膜照片和患者的基底膜照片放在一起進行對比，結果一目了然，學生記憶深刻。

2.2 軟件系統的功能實現

2.2.1 試卷生成與管理

本系統的試卷生成有兩種方式，教師可在試卷策略中按知識點、題型和難度隨機抽取試題組卷，也可手動自由選擇試題進行組卷；可將試題按試題分數或按題型指定分數折算成試卷總分；可設置題型顯示順序等屬性；

系統試卷分為考試模式和作業模式，考試模式自動計時，作業模式不計時，可用于平常作業或練習；試卷出題方式可采用題序固定、題序隨機或試題隨機模式；試卷顯示方式分為整卷模式和逐題模式；試題隨機和逐題模式可有效防止考生作弊；

試卷或答卷以Word格式導出，無須再進行任何排版便可直接打印，實現了傳統考試制卷和考生答卷存檔功能；

2.2.2 答卷和答卷成績瀏覽

如考試系統結構及流程圖（圖2）所示，考生登錄系統，輸入姓名和學號，以驗證考生身份的合法性，如果非法拒絕考試。登錄成功，選擇考試科目，系統按設定策略進行組卷，不在有效期范圍內的試卷不可見?？忌c擊“開始答題”按鈕后，顯示試卷內容，并且開始計時?？荚嚻陂g，如需修改，點擊題目下的“修改”按鈕，修改完成后點擊保存?？忌谝幎〞r間內沒有交卷，時間到時就會強迫交卷；在規定時間內交卷，交卷后自動閱卷，考生可直接看到自己本次考試客觀題的成績。主觀題成績待教師評閱后可通過“成績信息查詢”功能欄查閱，同時可以看到教師的評價。

2.2.3 試卷評閱和成績分析

填空題、選擇題、判斷題等客觀題已經由系統本身自動評閱，教師可通過選擇學生姓名或學號對問答題、綜述題等主觀題進行評閱。主觀題題目、參考答案和考生答案顯示在系統“題目評閱”欄對應的文本框中，對比參考答案和考生答案，教師進行打分，同時可在每一題對應的“評價欄”做出相應評價。評閱完后，點擊“提交”，即可完成對該考生的試卷整體評閱和計分。

系統可對考生答卷按成績、知識點、題型和試題得分進行統計，并以圖表形式直觀顯示，充分體現了考試的評價和導向功能。

2.2.4 系統的運行環境和賬戶管理

系統基于微軟先進的Net平臺，采用B/S架構模式，部署和維護方便，具有良好的開放性、伸縮性和可擴展性；可穩定流暢運行在內存512M以上的PC端內和智能手機端。系統賬戶中管理員擁有最高權限，教師擁有建立新聞、帳戶、試題和試卷等權限，學生擁有查看新聞、參加考試、參加作業和成績查詢等權限。

3 應用效果和體會

本系統已在醫學超微結構和電鏡技術實驗課考核中使用，學生及教師普遍反映良好。體會如下：①通過題庫的構建，將過去單一的期末理論成績考核轉變為包括理論考核、綜述考核、案例考核、實驗技能考核和超微結構辨認考核五大方面的多元化考核，更能客觀準確的反映學生的綜合素質和能力。②在題目編輯時，我們引用了歷史趣事、重大發現和最新研究進展，并融合了組織學、病理學、細胞學、分子生物學等學科的相關知識點，以便充分調動學生的積極性、主動性和創造性，使學生對知識的掌握能夠融會貫通。③根據本課程的特點，我們在題目編輯時實現了不同文檔、音/視頻、 flash動畫、虛擬仿真片段的插入編輯操作，滿足了電鏡復雜的實驗操作考核和超微結構圖片的辨認考核。④系統具有學習功能，學生可以根據自己的薄弱環節有的放矢的學習，提高了學習效率，也可以通過上傳的影像資料、課件等進行虛擬仿真學習，從而彌補電鏡實驗課學生多而儀器和場地受限的問題。⑤考試系統真正實現了組卷隨機化、閱卷自動化，減輕教師命題、閱卷、評分所耗費時間和精力，提高了考試效率。⑥系統中試題難易度、區分度等多項參數可針對各專業、各層次學生實際答題情況進行校準，提高考試命題的信度和效度，使考試更加公平公正。⑦反饋即時化，教師可對學生的學習情況及時的做出反饋和評價，可幫助學生快速的掌握學習內容并激發學生的學習興趣，從而全面提高教學質量。⑧系統通過自身的統計分析功能，迅速、準確地反映出教與學的得失，為探討改進教學方法、提高教學質量提供科學依據[8,9]。

圖2 考試系統結構及流程圖Fig. 2 Structure and flow chart of examination system

總之，醫學電鏡智能在線考試系統科學、可行、可靠，改革了傳統的考核方式，將單一的期末理論考核轉為包括理論、綜述、案例、實驗技能和超微結構辨認五方面的綜合考核評價；學生可在線根據自己的薄弱環節有的放矢的學習自測，并可得到教師的反饋，有效提高了學生的積極性和主動性，激發了學生的創造力；減輕了教師紙質命題考試的工作負擔，節約了考試成本，提高了考試效率和教學質量，使考試更趨于客觀公正。系統的應用對促進醫學教學改革的創新，推進啟發式、探究式、互動式教學，提高教育技術現代化水平具有十分重要的現實意義[10,11]。