基于SpringBoot 的病原生物学在线智能化实验考试系统建设探索

唐媛媛， 王晓楠， 李京培， 刘莉茵， 李 群， 王林定

（安徽医科大学 病原与免疫学实验室， 安徽 合肥 230032）

近年来， 随着MOOC （Massive Open Online Courses,大型开放式网络课程）和SPOC(Small Private Online Course，小规模限制性在线课程)等在线教学手段的兴起和广泛普及，互联网教育正在逐步挑战传统的授课模式和教育观念，并得到越来越多的认可和推广。互联网教育的改革也催生出在线考试和自动评分系统的需求[1]，尤其在应对各种突发状况时，在线考试手段越来越展现出其独特的优势与重要性。数字化标本的出现也改变了以往病原生物学实验标本观察必须依赖实体显微镜的模式，将病原生物学实验教学带入了一个全新的数字时代，同时也为病原生物学实验考试的改革奠定了基础[2]。

1 医学病原生物学实验考试现状

传统的病原生物学实验考试，是基于实验标本为前提， 统一实验考试内容和顺序的真实场景考试。 虽然考试标本为真实的实物标本，具有直观体现等优势，但也难免存在标本资源不足、考试形式单一、考试准备时间长、考试组织及监管难度大、费时费力、效率低下等诸多弊端[3]。尤其是应对类似于新冠疫情等突发状况时， 实验考试更是无法开展，学生的学习效果无法得到及时有效的检测，实验教学的整个过程无法有效实施， 教学效果大打折扣。其次，病原生物学实验教学标本大都经过染色制作保存，随时使用时间的延长，存在着年久褪色，盖玻片破损等不可避免的损耗。并且医学类标本大都来自病人，因此来源少，保存完好且形态典型的实验标本往往可遇而不可求， 一旦遭到破坏很难弥补。鉴于上述种种弊端，实验教学考核方式改革势在必行。

2 考试系统设计与实现

该考试系统是以安徽医科大学病原与免疫学实验中心为依托来建设的，可实现在线出卷、在线答题、自动阅卷、成绩查询、查看错题等功能等一系列功能。 可满足同一班级不同学生在同一时间、不同地点以及不同专业学生同步参加实验考试的需求。 该系统还计划增设实验教学及医学科普模块，力求最大程度的满足实验教学的需要， 如图1 所示。

图1 病原生物学实验教考系统构架示意图

2.1 考试系统的架构

该系统根据我校学生规模，学校的硬件、网络服务等实际情况，采用“SpringBoot+MYBATISPLUS+java”等技术体系的B/S 架构设计。 B/S 的系统突破了时间和空间的限制，能同时支持不同的考场和分布在不同地理位置的大批量的考生在同一时间进行考试[4]，更加符合目前移动化服务趋势。其次简化了对数据库CRUD 基础操作， 并保留了MYBATIS 灵活的特性，使得系统高内聚低耦合，更具高扩展性。 后台利用Mysql 数据库进行开发，保障系统的稳定性和安全性。整个系统的模块包括用户管理模块、题库模块、考试模块、试卷模块组成，每个模块对应负责的不同的功能相互分离又互相协作。 使用springboot 极大提升了开发效率，降低了开发过程的可能出现问题的概率。

2.2 考试系统介绍

（1）用户端。用户端有三个：学生端、教师端、管理员端， 管理员端又分为一级管理员二级管理员，每个用户端有自己的用户名及密码进入系统。教师端具有出卷、试卷管理、成绩管理、题库管理、学生管理等五个功能区，负责出卷、试题的维护、试卷的评阅等操作；学生端具有考试及查看错题本两个功能区，主要实现用户登录、抽取试题、答题、提交试卷和查看错题等操作；一级管理员具有导入或删除师生信息、设置或修改二次师生登录密码、更新试题库等功能； 二级管理员具有后台服务器维护、系统更新升级、 系统所有功能的重启或修复的功能。系统部署在局域网环境下，不同用户在任意具备联网条件的PC 机上通过用户名和密码登录运行。 可实现同一班级不同学生在同一时间、不同地点以及不同专业学生同步参加实验考试的需求。

（2）题库模块。题库模块主要含三个功能，即题目管理、题目浏览和出题。 老师提前将编辑好的题目纳入题库，进行分类储存并设置难度系数。 根据题型又分为识图题题库、单选题题库、多选题题库；题库需要根据教学大纲按章节内容提前设置好区域，题目录入时根据章节名称对应录入；录入时不仅需要按照章节录入还需要根据题目难易程度提前设置难易系数，以便于教师可根据不同专业学生的考试要求选择相应难易系数的题目进行测试。其次， 为了尽可能覆盖更多知识点， 并且体现重、难点，在录入题目时设计混合了章次与重难点编码的题目编号，从而实现可以在所有章次、所有重点以及难点中进行具体范围的“随机”抽题[5]，既保证难易程度可控化又可以实现考试题目的多样化；再次，题库可不断更新。

（3）试卷模块。 试卷模块含四个功能，出卷、发布试卷、系统自动阅卷和成绩查询。 出卷方式有个两种，“自选”或者“机选”，“自选”方式出题，教师可自行浏览题库选择考题，设置题目分值，选择完成后可浏览试卷，试卷确认无误后还需设置好考试时间、绑定班级、设置考试口令等操作即可点击发布试卷；“机选” 方式出题需要教师提前设置考试题型、每个题型下题目数、设置题目分值等，然后由系统随机抽取题目组成试卷，经教师浏览无误并设置相关考试信息后即可点击发布试卷。

传统病原生物学实验考试是以学生在显微镜下观察标本并在答题卡上正确写出标本名称的方式进行的，为了满足部分教师的教学习惯，在线考试系统保存了传统实验考试的模式即识图题考试。识图题考试是将实验标本数字化制作保存后再编写出选择题的一种方式。教师在录入题目时根据标本本身的难易程度直接给其设置难易系数K0、K1、K2，难度程度逐级递增；为了方便教师选择“机选”方式出题，系统将“机选”考试设置为难、一般、简单3 种考试选项。 老师只要根据不同专业考试要求选择相应级别难度程度的考试选项，系统即可自主出题。 如“临床5+3”、临床本科等专业可选择系数难，预防等其他专业可选择系数一般，考查课可选择系数简单。不同考试难易系数对应不同的题目分配比例。比如，考试难度程度“难”，系统根据题目总数额自动分配至不同章节， 其中K0 系数的占30%，K1系数的占40%，K2 系数的占30%； 考试难度程度“一般”， 则K0 系数的占20%，K1 系数的占50%，K2 系数的占30%；考试难度程度“简单”，则K0 系数的占10%，K1 系数的占40%，K2 系数的占50%。

（4）考试模块。 考试模块主要包括教师在系统上生成电子试卷，设置考试时间，生成口令并提醒学生提前进入系统进行考试。 学生登录后可看见“我的考试”和“错题本”；“我的考试”选项中可看见该系统内所有的考试， 已完成的后面显示 “已完成”，待考试的显示“待考试”，点开后会有计时器倒计时， 等到了系统设置的考试时间方可进入考试。考试完成后系统自动阅卷，显示考试成绩，此刻点开错题本即可显示错题；每次考试有每次考试对应的错题本。 考试完成后系统自动阅卷，能实现考生试卷客观题自动判分，考试时间完成后，就直接生成阅卷任务，无须核分登分，无须等待试卷回收[6]，考试成绩可直接转出为excel 文件格式进行保存，并对考生的答题情况加以分析，给出得分并生成形成性评价报告。 值得一提的是，形成性评价报告是系统提前设置好的一种分析程序，每个班级成绩会由系统自动生成一份评价性报告，该报告主要内容包括该班级原有人数，完成考试人数，考生实验成绩分布情况，生成柱状图。 形成性评价报告可为教师评价提供辅助决策。考试系统部署在局域网环境下，不同用户在任意具备联网条件的PC 机上通过用户名和密码登录运行，可实现同一班级不同学生在同一时间、不同地点以及不同专业学生同步参加实验考试的需求。 考试系统运行后独占系统资源，不能切换到其他软件，包括操作系统，切实具有防作弊功能。上述功能对于应对新冠疫情下的实验考试尤为重要，学生可在寝室内用自己的通信工具进行考试，有效避免聚集，符合防疫要求，同时也保障了考试的公平性和公正性。

3 数字化标本及考试系统试题库的构建

3.1 数字化标本的建设

数字化玻片标本的制作是将传统的玻璃切片通过全自动显微扫描系统扫描采集得到高分辨率数字图像，再依照教学内容进行归纳和分类[7]；而针对大体标本则是将实物标本与3D 技术相结合，利用数字化技术将大体标本以三维立体动态互动球形全景图的形式展现在医学生面前，可以成功的解决虚实差异所带来的问题[8]。

3.2 试题库的构建

考试系统试题库的构建是考试系统建设核心工作之一。 试题库主要涵盖三个方面的内容，识图题题库，单选题题库，多选题题库。识图题考试为常规考试，识图题题库素材来源于病原生物学实验教学标本，通过对实验教学标本数字化制作保存再整理出实验考题； 识图题考试形式主要用于与传统的实验考试方式相衔接， 其考试内容涉及病原生物学实验标本的形态特征的识别， 考试形式为选择题。 识图题题库的建设主要依靠数字化标本的制作。 单选题题库和多选题题库内容主要涉及病原生物学实验标本的形态特点的描述及同一章节不同病原生物形态的共同点、 不同点以及相关实验操作等方面的内容， 不涉及理论考试及识图题的内容。 单选题题库及多选题题库的建设是为了在保存传统考试方式的基础上增加考核的形式、丰富考试内容， 力求更加全面地对学生的学习情况进行考核。

4 考试系统建设的意义

4.1 改革考核方式、提高教学效果

病原生物学在线智能化实验考试系统将实景考试转移至线上考试，突破了传统病原生物学实验考试的各种局限，打破了各种弊端，提高教学效果。该系统的建设是促进传统实验考试方式改革的一种有效手段。系统自动生成的形成性评价报告是教师整理学生考核成绩的一种有效辅助工具。其利用大数据分析与处理方法，形成反映学生实践能力的多维评价体系，进而准确地对学生在知识、技能、能力、态度等方面进行评价，较之传统评价体系可有效避免评价过程的主观性、随意性和片面性，可独立参与对学生特定实践能力的评价，也可为教师评价提供辅助决策[9]，其也是一种注重教学发展和培训过程，可以及时有效了解教学效果、调整教学过程的评价方式[10]，其具体评价内容需要在今后的应用中不断总结与完善。

4.2 确保考试公平、提高考试效率

病原生物学标本的数字化制作是将显微镜自行观察标本的方式最大化模拟到网络，且数字化制作的图片更加的清晰，学生可通过鼠标操作自由的观察标本图片，并且可以连续放大缩小观察，与传统显微镜观察标本的方式相比同样具有自主性和灵活性。 此外，数字制作的标本图片可以长期保存及反复使用，避免了因标本破损、老化及显微镜质量差异而导致的标本观察的不一致性。用数字化制作的图片标本进行考试可以避免考试过程中因学生轮流使用显微镜而导致的视野变化从而造成的考试误差，避免了因考试环境而造成的考试结果的不公正性。 其次，传统实验考试学生需将答案写在答题卡上，不仅存在着学生之间互相抄袭、教师监管难度大等问题，考试完成后教师还需花费大量的时间去批阅答题卡，考试效率低，成绩的统计分析须后期进行[11]。 在线智能考试系统有效解决了上述问题，不仅不存在标本观察视野的差异性，且答题方式简单快捷， 考试完成提交后系统即刻自动批阅，学生可快速通过查阅错题本对自己的错题进行查询； 教师也可在考试完成后由系统导出班级成绩， 实时反馈了学生的学习效果和教师的教学效果。 不仅如此，系统可实现同一班级不同学生在同一时间、不同地点以及不同专业学生同步参加实验考试，突破了传统考试局限于考试标本，教室及考试时间等各种弊端，大大提高工作效率。

4.3 提高教学手段、方便教学管理

考试系统的智能化操作给教师和学生带来了传统实验考试所难以实现的便捷与高效；其对病原生物学实验教学标本的数字化制作也是对珍贵实验教学资源的有效整理与保存。考试系统中所涵盖的试题库，图片库，学生考试成绩，评价性报告等资料可用于教师对于各种实验教学资料的收集与管理。 综上所述，考试系统的建设可切实提高实验教学手段，方便教学管理。

5 结语

病原生物学在线智能化考试系统不仅可以实现在线考试还可以自动阅卷，具有公正、规范及灵活等优点，同时可大大减轻了教师的工作负担。 形成性评价报告可以起到引导、反馈和改善教学的作用。 学生从报告中了解自己在学习中的薄弱处，教师也能从报告中了解到自己教学中的不足。当然在线考试系统的建设还是一项长期的工作，需要在积累实践经验、 综合分析的基础上不断完善设计思路、更新技术，逐步优化系统功能[12]。 下一步重点要完善试题库，尤其是提高考试标本的拍摄手法与演示效果，继续优化系统自动选题的分配合理性以及形成性评价报的准确性、全面性及应用范围。 该系统的建设切实保障了病原生物学实验考试的需要，灵活应对新冠疫情下的考试需求，丰富实验教学手段，改革考评机制，提高教学效率。病原生物学实验教学标本的数字化制作也是对珍贵实验教学资源的有效整理与保存。该系统计划扩增实验教学模块和医学实验资源科普化模块，在全面满足实验教学的前提下，将传播健康，科普惠民作为我高校学医人的新使命，也为下一步实现高校资源共享奠定基础。