写字等级考试自动评阅软件的设计与实现

郭晨洁 石蕴玉 黄泽钰 徐锦浩

摘要：随着国家素质教育的改革，上海市开展了写字等级考试，有助于检测学生的书写水平。随着参与考试的中小学生人数逐渐增多，为更好地解决人力资源消耗较大，花费时间较长等一系列问题，设计和开发了写字等级考试自动评阅软件。该软件基于python环境开发，并运用了TensorFlow等技术，用户可进行注册或登录个人信息，上传试卷图片，软件自动进行评阅并打分，随后产生分数记录和建议，可以方便教师对写字考试的阅卷工作，也可用于学生对写字水平的自测。

关键词：OCR;自动阅卷;成绩查询;MySQL;TensorFlow;pyqt5

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）10-0081-02

1 引言

当今社会，越来越注重学生素质能力的培养，国家也对此投入改革，对九年义务教育的中小学生的书写能力有了新要求，上海市规定义务教育阶段在籍的五年级和九年级学生（不含民办随迁子女小学、珠峰中学、成佳学校）均需参加写字等级考试。该考试性质为学业水平考试，成绩将计入《上海市学生成长记录册》，非常重要。随着参与学生的人数增多，考试越来越受学生家长的重视，对于教师评阅打分的要求逐步攀升，但阅卷的工作效率并不够高效，人力花费较大，教师工作压力大导致易出现评阅错误等各类问题也随之出现。导致出现问题的原因在于评阅过程的相对烦琐和对高效的要求提升。因此，如果把整个过程信息化、流程化、规范化地转移到计算机软件上，适应互联网时代的潮流趋势，使用软件进行自动评阅以此辅助教师阅卷，将会大大提高评分阅卷的工作效率，节省不少人力和时间。

2 软件分析

通过需求调研与分析，对软件的实际需求有更进一步的了解，可以得出软件實际使用的用户角色主要为教师与学生，软件所需要的主要为用户管理、作品图片评阅打分、错误指导以及成绩查询四个功能。

3 软件设计

3.1 软件功能分析及设计原则

根据调研阶段对软件的分析，可初步确定软件的功能设计。再进一步结合自己的设计原则，即可明确软件的重点研发方向与主要设计目标，分析与设计原则在此一一说明。

3.1.1 评分模型正确率足够高

只有单个文字图片的评分正确率足够高，才可以保障软件最后的评分效果。因此使用TensorFlow2.0训练评分模型，另一方面，搜集了考试范围内所有可能出现文字的标准范例图片作为数据集中的训练集部分。

3.1.2 错误指导报表清晰明确

为了错误显示足够清晰明确，采用EXCEL表格的形式进行可视化展示。

3.1.3 成绩的快速精确查询

用户的历史成绩均存储在软件内部的数据库中，成绩的查询即是对数据库的查询[2]。查询快速精确的关键在于数据库索引的创建，创建高效的索引是数据库的设计原则。

3.2 软件架构设计

软件架构[3]分为数据读取、数据处理以及数据显示三个层面。数据读取：用户登录账号后上传作品图片到一个由软件指定的文件夹暂存。数据处理：对文件夹中暂存的图片使用OCR识别[4]进行提取文字，导出到指定文本文档里，作为第一道检测并打分。实现对图片的处理及分割，并将分割后的图片导入到指定文件夹。收集标准样本并整合出一个数据集，用机器学习[5]的方式从义务教育课本搜集数据集作为标准进行训练。通过TensorFlow训练模型对单个文字作品打分。根据详细的占分权重进行最终的评分，导出分数到EXCEL表格并给出错误提示。软件架构如图1所示。

3.3 软件功能模块设计

写字考试自动评阅软件使用PYTHON作为开发平台，根据功能的不同将系统分为用户管理、数据导入、评阅打分以及数据显示四个模块。软件功能模块结构图如图2所示。

3.3.1 用户管理模块

学生教师登录或注册账号。实现用户登录注册，运行环境：Python：3.6.5、MySQL[6]：5.7、PyMySQL：0.9.3。数据库表：user表，存放用户名和密码、user _locked表：存放被锁定的用户名。

3.3.2 数据导入模块

方式：本地选择图片路径上传。

3.3.3 评阅打分模块

结合传统技术与深度学习技术，以字和篇章作为评分维度。OCR识别的为第一道检测，与数据集匹配对单个字的图片评分为第二道检测，以此为基础进行评分。

3.3.4 数据显示模块

显示并记录分数历史数据，提供纠错建议。

4 软件功能实现

4.1 用户管理模块的实现

首次使用此软件，可点击注册键，进入注册界面后即可填写注册账号（推荐使用手机号）与注册密码，点击确定键即注册完成。注册完成后的用户在登录界面使用账号密码进行登录。

4.2 数据导入模块的功能实现

软件登录成功后进入到数据导入界面，点击“上传作品”键浏览并添加电脑任意文件，选择要添加的图片。

4.3 评阅打分模块的实现

前面两个模块已为评阅打分模块做好了前期准备，只需点击“开始评分”键软件即可按照“登录->选择毛笔/硬笔->上传图片->灰度化处理->OCR识别->文字匹配->第一次扣分->图片分割->TensorFlow评分->二次扣分->导出结果”这一流程自动进行评分，评分完成前无需与用户进行交互。

4.4 数据显示模块的实现

软件记录各个用户的历史评分成绩并存储在数据库中，方便后续满足用户查询历史成绩这一功能需求。在每次评分完成后也会显示详细的失分情况。成绩展示如图3所示。

5 结束语

此软件开发[7]完成后，一方面有效地改善由于人工评阅工作效率较低，主观因素影响较大等因素对写字等级考试学生成绩的干扰。自动阅卷[8]大大减少了教师的工作量，可以使教师有效的利用时间，提高教师的工作效率。另一方面使学生日常练习写字时有一个良好的成绩评测软件，有利于发现错误，有效地进步。软件记录历史写字作品成绩这一功能，更是使学生的成绩变化更加的可视化。加强数据库检索功能及配置的优化是后续开发维护过程中主要对象，以此来实现软件更完备的检索功能。本软件实际应用价值高，切实解决一系列问题，因此推广的必要性较高。

参考文献：

[1] 陈芳.义务教育阶段写字等级考试的上海实践与思考[J].上海课程教学研究，2020（6）：36-41.

[2] 冯丽敏，杨艳，钟颖莉.基于相关查询的关键字搜索优化技术[J].计算机研究与发展，2013，50（S1）：272-280.

[3] 吕向东，姜国华，王怀江.一种列控运行数据智能诊断系统的软件架构设计[J].铁路通信信号工程技术，2020，17（10）：7-10，18.

[4] 唐子清，姚俭.基于深度学习的数字识别方法研究[J].软件导刊，2020，19（9）：228-232.

[5] 解京璐，马媛，吴家鑫，等.基于深度学习的腐坏苹果图像识别系统的设计[J].南阳理工学院学报，2020，12（4）：66-70.

[6] 刘倩倩.基于PHP和MySQL的网站设计与实现[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2020（10）：162-163.

[7] 周维，严小峰，邹波.基于模型的BMS应用层软件开发与测试[J].汽车零部件，2020（10）：65-72.

[8] 彭上观，鹿洪峰.可以积极稳妥地推进高考电脑阅卷——兼谈对电脑阅卷的若干认识[J].教学与管理，2006（22）：76-78.

【通联编辑：代影】