翻转课堂模式下的智能测评系统设计

张继美, 桂红兵, 董　辉

(亳州职业技术学院 信息工程系, 安徽 亳州 236800)



翻转课堂模式下的智能测评系统设计

张继美, 桂红兵, 董辉

(亳州职业技术学院 信息工程系, 安徽 亳州 236800)

针对传统教学测评系统缺乏对学习过程的考核、题型比较单一、客观题居多、对技能型操作型内容的测评研究少、测评结果缺少针对性分析和关联分析等缺点，采用B/S架构，运用Flash ActionScript技术和ASP技术构建基于翻转课堂的智能测评系统。系统界面设计以用户为中心，题型包括客观题、主观题和技能操作题，测评与学生学习行为联动，能做到即学即测，并对测评结果进行针对性分析。教学实践表明，该系统能使翻转课堂自主学习和课堂互动两个环节有效衔接，方便教师和学生在自主学习环节发现问题、在课堂互动环节解决问题。

翻转课堂；测评系统；种子序列；分析报告

翻转课堂重构学习流程，“信息传递”是学生在课前自主进行，“吸收内化”是在课堂上通过互动来完成[1-2]。该模式将学生知识的获取，由教师讲授变为学生主动获取，使知识传授过程提前。其中第一阶段是学生线上与课前的主动学习；第二阶段是课堂教学中的“讨论互动”及“问题解决”。目前，在线教学测评可应用于大规模开放远程课程MOOCs(Massive Oen Online Courses, MOOCs)学习分析，使教与学和测评逐渐融合[3]。在线教学测评系统研究，现有组卷方法如随机组成试卷算法[4]、智能组卷算法[5]、专家打分法生成试卷[6]、自适应遗传算法进行组卷[7]、实现主观题评分等[6]。文献[8]基于云平台在线测评系统，从Web服务层、数据库服务层和判题服务层，对系统设计，采用基于神经网络的动态反馈算法，提高系统访问性能。文献[9]引入知识点管理，从知识点、题库、试卷和诊断分析等方面进行测评系统设计，前台设计运用CSS(Cascading Style Sheet,CSS)、HTML (Hyper Text Markup Language,HTML)、AJAX(Asynchronous JavaScript And XML，AJAX)、JavaScript等技术，后台框架设计运用Struts、Hibernate和Spring组合技术。文献[10-12]采用B/S架构模型、运用SQL SERVER和编译性框架ASP.net开发实现在线考试系统。文献[13]运用JSP+My SQL技术设计开发考试系统。

以上在线教学测评系统主要应用于传统教学模式，及时反馈测评结果，但很少应用于翻转课堂教学模式测试系统设计，测评系统在翻转课堂教学模式下，教师和学生都无法获知准确的学习效果，不利于课堂教学活动的开展和针对性改进，缺乏对学习过程的考核、客观题居多、题型比较单一、测评结果缺少针对性分析和关联分析等。针对存在问题，本文采用B/S架构，运用Flash Action Script技术和解释性编程框架ASP(Active Server Page, ASP)技术开发基于翻转课堂的智能测评系统。

1　系统开发

1.1开发环境

翻转课堂智能测评系统，是在Flash环境下开发设计，采用Access数据库技术，运用Action Script脚本语言和ASP技术进行程序设计，系统运行于网络，用户可以通过浏览器访问。

1.2数据库及题库设计

翻转课堂智能测评系统后台数据库采用Access数据库，不需要服务器，能直接与系统进行交互，且支持B/S架构模式。

测评系统数据表包括：管理员表cp_admin、教师表cp_teacher、学生表cp_student、课程表cp_course、学习模块表cp_unit、单选题表cp_danxuan、多选题表cp_duoxuan、问答题表cp_wendan、技能操作题表cp_jineng、分数表cp_score、学生报告表cp_streport和教师报告表cp_tereport等。其中涉及试题库设计的几个表结构设计，如表1所示，分别为(a)选择题结构表；(b)简答题结构表；(c)操作题结构表。

表1　试题表结构

(b)简答题结构表

(c)操作题结构表

1.3数据库连接

Flash不能直接与Access数据库连接，需要借助ASP技术，将数据库连接代码写进一个.asp文件中，在Flash中运用LoadVars()函数加载.asp文件实现数据库连接和数据读取等操作。

2　翻转课堂教学模式下智能测评系统功能设计

翻转课堂教学模式下，为了使互动课堂环节的讨论或问题解决更有效，从“信息传递”到“吸收内化”过程中，添加检测学生自主学习效果智能测评系统是非常有必要的。

2.1系统功能设计

在原翻转课堂教学模式自主学习系统和知识内化课堂中，加入“在线测评系统”，形成改进的翻转课堂教学模式，如图1所示。

图1　改进的翻转课堂教学模式

在改进的翻转课堂教学模式中，在线测评系统起到桥梁纽带作用，使翻转课堂的自主学习和课堂互动两个环节有效衔接，方便师生在自主学习环节发现问题和在课堂互动环节解决问题。系统功能包括：编辑考题、学习效果测评和获得反馈报告。

2.1.1编辑考题功能

考试试题编辑由教师角色来完成。教师登录系统后，进入试题库，对题库进行添加、修改和查询等管理操作。

图2是教师编辑试题界面，可以编辑试题的题型、难度、需掌握程度、所属知识点、所属模块、题目内容等。其中，“知识点”和“所属模块”是与学习行为联动的两个关联试题属性，是实现智能测评和即时测评的关键。

图2　教师编辑试题界面

2.1.2学习效果测评功能

学生角色登录系统后，主要操作是在线学习、在线测评和查看测评分析报告等，如图3所示。

图3　学生角色主要操作

学生在自主学习系统中，可以随时通过点击“进入测评”按钮进入在线测评系统。当学生由自主学习系统进入到在线测评系统，默认情况下，系统根据学生当前学习行为，抽取测试题完成组卷，实现即学即测，学生也可选择课程考核、模块测评或知识点的单点测评。如果学生从知识点学习界面通过点击“进入测评”按钮直接进入测评，系统会根据抽题种子序列,抽取与当前学习知识点关联的试题,组成测评试卷。学生测评窗口设计，如图4所示。

点击窗口右下角的“操作技能测评”和“综合能力测评”，可进入相应测评模块。理论知识测评主要是选择题形式，由系统自动评分，“操作技能测评”答案形式有两种，一种是学生将操作过程用录屏软件录下来传到系统里；另一种是学生写出具体操作步骤。“综合能力测评”以问答题形式进行，学生写出答题要点或将自己的论述文档上传到系统。

图4　学生自主测评界面

2.1.3获得反馈报告功能

反馈报告，包括学生个体分析报告和学生群体分析报告。学生可查看自己的个体分析报告，教师则可查看群体分析报告和学生个体分析报告。

学生分析报告包括：测评的对错题数统计、知识点掌握情况分析、答错题标注、学习疏漏之处、学习修正建议和推荐学习计划等，如图5所示。

图5　学生报告中心界面

学生在报告中心界面，可通过点击左边模块栏目分类查看其他模块测评分析报告。点击窗口上方“在线学习”按钮，可跳转到在线学习系统自主学习。点击窗口上方“在线测评”按钮，可以跳转到在线测评系统自主测评。

教师分析报告，主要是分析统计学生群体知识掌握情况，如图6所示。以汇总表和文字的形式，展现学生群体整体学习情况。查看分析报告，教师可掌握学生学习效果，以此改进教学策略，进行针对性教学。在教师工作界面上方有“试题库”和“报告中心”两个图标按钮，点击进入“试题库”可进行题库建设，点击进入“报告中心”可查询相应报告。

图6教师查看分析报告界面

2.2学习过程联动的组卷

系统根据学习者的学习活动，生成抽题种子序列，再由种子序列到题库中抽取试题，实现测评活动与学习活动联动。

与学习过程联动的抽题模型，如图7所示。

在学生学习同时，系统会把学习过程中的每一个知识点、每项技能和应该达到的综合能力以数组形式记录存储，当学生点击测评时，抽题模型将根据数组中内容到题库进行抽题。这样形成的测评模块是对学生当前学习效果的检测，可以实现当前学什么就考什么的智能测评效果。

目前组卷常用算法有：随机抽取法、回溯试探法、专家系统法、粒子群优化法、遗传法、基于遗传算法的一些改进算法[14]]和模块化智能组装法[15]等。

系统依据题型模块及知识点章节的划分来抽取和生成测评试卷，类似于背包问题的求解过程[16]。

图7　与学习过程联动的抽题模型

若将题型模块看成一个背包，题型模块所能装入的试题数为背包容量，试题看成所有的物品，则组卷问题就转变为背包问题的求解。每一题型模块依据所属题型抽取与之匹配的试题，再将装满的题型模块作为一个大包装入整个试卷背包，直到装满为止，从而完成组卷。根据以上基于背包问题描述，测评系统设计组卷算法设计如下。

Void testAssembly (Testunit, Testpacket)

{k=random()×10000%size //size为试题小包中的试题个数

While(题型模块不满且试题小包不空)

{if(试题小包第k个试题可抽)

{将第k题装入题型模块

k=random()×10000%size //继续试题小包中的下一题

}

if(试题背包已填满)

{组卷成功}

}}

2.3测评结果分析

学生完成自主测评后，教师和学生都可查看测评结果，测评结果反映学生的自主学习效果，系统通过对测评结果的诊断分析，帮助学生和教师发现问题。

系统采用S-P-K方法对测评结果进行分析。若把具体知识点、操作技能或综合能力统称为要评测的知识元素，则S是知识元素的掌握情况集合，P是试题集合，K是知识元素的集合，Si(i=1,2，…,n)表示某个知识元素掌握情况；Pi(i=1,2,…,n)表示某个试题；Ki(i=1,2,…,n)表示某个知识元素。用R表示学生已掌握的知识元素集合，用W表示学生没有掌握的知识元素集合，用X表示不确定是否掌握的知识元素集合。学生答对题所涉及的知识元素直接放入集合R中，对于答错题所涉及知识元素，若只有一个直接放入集合W中；若答错题涉及多个知识元素，因为不能确定哪一个或哪几个知识元素学生没有掌握，暂时全部放入集合X中。或Ki在集合X中同时又在集合R中，则将集合X中的Ki删除。或Ki在集合X中同时又在集合W中，则将集合X中的Ki删除。对学生的每个测试题Pi的答题结果进行S-P-K分析，知识元素的掌握情况存入集合S中。从S中读取相应记录生成测评分析报告。

3　结语

设计翻转课堂教学模式智能测评系统，该系统界面以用户为中心，题型包括客观题、主观题和技能操作题，在线测评与学生的学习行为联动。对系统测评给出分析报告，系统运用教学实践表明，测评具有智能性，与学习行为联动，能做到即学即测，帮助师生在课堂互动环节中解决问题。

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[责任编辑: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

安徽省高等学校自然科研基金资助项目(KJ2016A493,KJ2016A495)；安徽省高等学校教学研究基金资助项目(2015jyxm536)；安徽省教育厅质量工程基金资助项目(2013gxk131,2014gxk113)

张继美(1981-)，女，硕士，讲师，从事多媒体技术与数据挖掘研究。E-mail:jwczjm@163.com

桂红兵(1977-)，男，硕士，讲师，从事多媒体技术与信息技术研究。E-mail:380277961@qq.com

TP311

A

2095-6533(2016)04-0121-06