王肖群，顧 靜，王運美，趙柳婷

（北京大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展中心，北京 100871）

0 引言

北京大學(xué)公共英語教學(xué)研究室，自 2011年以來，每學(xué)期依托“北大教學(xué)網(wǎng)”開展 1～4級 4000多名學(xué)生的教學(xué)任務(wù)，每個級別分成10多個教學(xué)班組，幾乎每個級別每學(xué)期都要進(jìn)行20次左右的“在線測試”（近9萬人次），既作為教師主要教學(xué)手段，更作為學(xué)生重要考核指標(biāo)，因此教師極其謹(jǐn)慎，學(xué)生也極其重視[1-3]。

眾所周知，利用網(wǎng)絡(luò)在線測試存在一定的風(fēng)險[4]，一方面是軟硬件客觀原因，服務(wù)器系統(tǒng)崩潰、校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障、學(xué)生宿舍環(huán)境障礙等；另一方面是學(xué)生主觀原因，電腦誤操作、成績不理想等。由于每個測試學(xué)生只能“嘗試”一次，不管遇到什么問題，學(xué)生都會發(fā)郵件給教學(xué)網(wǎng)客服，要求重新測試。我們客服人員在不能判定是否是主觀原因的情況下，不得不每學(xué)期幾千次地手工為學(xué)生進(jìn)行“清除嘗試”操作。不僅使我們的工作量驟然增大，而且造成學(xué)生網(wǎng)測分?jǐn)?shù)不公平的現(xiàn)象。這是大英教研室網(wǎng)絡(luò)教學(xué)最棘手的問題，也是我們支持服務(wù)最繁瑣的事情。

同樣，在學(xué)期末，大學(xué)英語網(wǎng)測成績，需要教學(xué)網(wǎng)客服人員從教學(xué)網(wǎng)庫表中，挑選導(dǎo)出幾十張excel數(shù)據(jù)表，然后通過刪除、排序、篩選、合并等手工整理出各班級原始成績，再根據(jù)各級負(fù)責(zé)人的加權(quán)方案，最終計算出各班學(xué)生的網(wǎng)測成績占總考試成績的實際分值。這是大英網(wǎng)測最核心的工作，也是我們最擔(dān)責(zé)任的工作。

上述這兩個突出問題在幾年當(dāng)中一直存在，不能有效解決，直到北大教學(xué)網(wǎng)在2015年完成教學(xué)網(wǎng)軟硬件升級到 9.1版本后，我們才重點解決大英網(wǎng)測教學(xué)的問題。

1 需求分析

經(jīng)過與大英教研室領(lǐng)導(dǎo)和教師代表多次溝通，反復(fù)推敲，確定大英在線測試教學(xué)需求。

1.1 教師的需求

教師在每學(xué)期開學(xué)初，在教學(xué)網(wǎng)中可設(shè)置一學(xué)期內(nèi)學(xué)生自主清除嘗試的次數(shù) M（初始值 M=0）；教師在每學(xué)期學(xué)期末，在教學(xué)網(wǎng)中可針對每門課程設(shè)置不參加計算的低分測試數(shù)N（初始值N=0），即教師去掉學(xué)生的N個最低成績，再根據(jù)教師具體算法（所有網(wǎng)測成績換算成1分，為每位同學(xué)去掉N個最低分總分，按教師每學(xué)期設(shè)定的最終總分來折算），算出平均分。

教師可分班組查詢學(xué)生的網(wǎng)測成績，并在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出學(xué)生的網(wǎng)測成績。

1.2 學(xué)生的需求

學(xué)生在每學(xué)期學(xué)期中，在教學(xué)網(wǎng)中進(jìn)行課程的在線測試，每個測試在規(guī)定時間段內(nèi)完成。學(xué)生每做完一個測試就即刻得到分?jǐn)?shù)，自主決定是否“清除嘗試”，最多只能有M次重做的機會。

1.3 可行性分析

“北大教學(xué)網(wǎng)”采用美國著名的Blackboard[5-7]系統(tǒng)構(gòu)建，是一個集網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、資源管理、視頻課堂和校園社區(qū)等諸多功能為一體的綜合性網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助平臺。Blackboard系統(tǒng)符合SCORM（Shareable Content Object Reference Model）標(biāo)準(zhǔn)，因此其內(nèi)容資源可復(fù)用共享，具有互操作性，不僅可以與國內(nèi)外教學(xué)支持平臺無縫對接，而且用戶可以根據(jù)自身需求，再經(jīng)過一些專項培訓(xùn)，就可以自定義開發(fā)所需的功能插件。

2 插件設(shè)計

我們根據(jù)大英教研室網(wǎng)測需求，初步確定“大英網(wǎng)測插件”包含面向師生的“自動清除嘗試”和只面向教師的“成績計算及導(dǎo)出”兩大功能模塊。如圖1所示。

2.1 用例圖

教師可以設(shè)置網(wǎng)測清除次數(shù)、去除網(wǎng)測低分、導(dǎo)出學(xué)生網(wǎng)測成績。系統(tǒng)默認(rèn)每門課程網(wǎng)測清除次數(shù)為 0，教師可以針對每門課程設(shè)置學(xué)生一學(xué)期內(nèi)網(wǎng)測清除的次數(shù)M。

在網(wǎng)測成績計算中，系統(tǒng)默認(rèn)每門課程不參與計算的低分測試數(shù)為 0，教師可針對每門課程設(shè)置去除的低分?jǐn)?shù)量 N。教師可以根據(jù)學(xué)生的分班情況導(dǎo)出學(xué)生的網(wǎng)測成績。如圖2所示。

圖1 大英網(wǎng)測插件用例圖Fig.1 The use case diagram of College English network test plugin

圖2 導(dǎo)出網(wǎng)測成績核心算法示意圖Fig.2 The algorithm of exporting network test results

每次參加網(wǎng)絡(luò)測試后，學(xué)生需要立即判斷是否清除該次網(wǎng)絡(luò)測試成績，重新參加網(wǎng)絡(luò)測試。學(xué)生一學(xué)期內(nèi)清除網(wǎng)測成績的次數(shù)不可超過M。

2.2 界面設(shè)計

①教師進(jìn)入課程，利用“控制面板”中的“課程工具”可設(shè)置本學(xué)期內(nèi)該門課程學(xué)生自動清除嘗試的次數(shù)。

②教師進(jìn)入課程，利用“控制面板”中的“課程工具”可先設(shè)置條件，查詢并導(dǎo)出該門課程的網(wǎng)測成績。其中“不參加計算的低分測試數(shù)”和“最終總分”是必填項；

③學(xué)生進(jìn)入課程，利用“工具”，可選擇某個測試進(jìn)行“清除嘗試”，系統(tǒng)會提示學(xué)生當(dāng)前清除成績的剩余次數(shù)。

3 插件實現(xiàn)

“大英網(wǎng)測插件”研發(fā)必須基于 Blackboard平臺。我們按照規(guī)范搭建了教學(xué)網(wǎng)開發(fā)測試平臺，移植了正式平臺教學(xué)數(shù)據(jù)。由于商用平臺系統(tǒng)龐大資料有限，所以我們在Blackboard公司支持和指導(dǎo)下，合作研發(fā)大英插件，并著重對源代碼進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，調(diào)置本地環(huán)境，最后部署實施大英插件[8-10]。大英插件研發(fā)架構(gòu)和實現(xiàn)，如圖3、4所示。

3.1 項目創(chuàng)建

首先，開發(fā)人員需要從Blackboard官網(wǎng)上下載并安裝 Building Block插件。該插件是運行在Blackboard平臺上的Web應(yīng)用，可用MyEclipse創(chuàng)建 Building Block Project。

3.2 屬性定義

Blackboard插件項目使用bb-manifest.xml配置文件來控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限和UI集成。配置文件分為plugin、links和permissions三大類，包括10個配置項。如表1所示。

圖3 Blackboard平臺插件研發(fā)的架構(gòu)Fig.3 The architecture of the Blackboard plugin

圖4 插件實現(xiàn)流程圖Fig.4 The flow chat of the plugin implementation

表1 插件配置屬性表Tab.1 The configurations of the plugin

插件處理器取值通常為項目名；插件類型分為課程工具和系統(tǒng)工具；鏈接地址是指用戶在瀏覽器中訪問這個插件的地址；授權(quán)類型包括 attribute和persist。Attribute是指數(shù)據(jù)庫中已有屬性，授權(quán)操作為get和set操作。Persist是指數(shù)據(jù)庫中沒有該屬性，對應(yīng)的授權(quán)操作包括create、modify和delete。

3.3 代碼編寫

項目采用了 MVC框架，大致分為三層：模型層、控制層和視圖層。插件的代碼結(jié)構(gòu)一般分為兩個部分，后端代碼和前端代碼[11-13]。程序框架結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 程序框架結(jié)構(gòu)Fig.5 The structure of the program frame

（1）前端代碼（處理前端客戶端顯示及跳轉(zhuǎn)邏輯）

位于webContent文件夾下，插件從WEB-INF/config/stuts/struts-config.xml開始執(zhí)行。

①Student包內(nèi)是存放學(xué)生賬號登陸時使用該插件的功能。

SuccessClearAttempt.jsp是學(xué)生使用該插件的入口文件；

testList.jsp是學(xué)生嘗試清除成績時的頁面客戶端文件；

②Teacher包內(nèi)存放教師賬號登陸時使用該插件的功能。

TestScoreList.jsp是導(dǎo)出網(wǎng)測成績的入口文件；

test_score_list_export.jsp是把成績導(dǎo)出到 excel表格的入口文件，

在testScoreList.jsp文件中調(diào)用；

GradeHistoryList.jsp和ViewGradeHistery.jsp查看成績歷史記錄中調(diào)用；

SetAttemptCount.jsp是設(shè)置學(xué)生自動清除嘗試次數(shù)的入口文件；

（2）后端代碼（處理后端服務(wù)器端內(nèi)部邏輯及數(shù)據(jù)存儲、讀?。?/p>

位于src文件夾下；/src/com/blackboard有4個子文件夾，build包為工具包；data包存放新定義的數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)模板；test包是為插件添加封裝和Blackboard系統(tǒng)接口；最主要是course包，實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，Action有插件最核心的兩個文件。CourseManagerAction設(shè)置清除嘗試次數(shù)；TestManagerAction導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)測試成績；Data定義數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)模板；form將頁面用戶輸入的值與后臺屬性綁定；query存放所有和數(shù)據(jù)庫相關(guān)的函數(shù)。

3.4 插件部署

代碼編寫完成后，運行 build.xml文件，使用Ant工具將插件打包成 war文件。開發(fā)人員以管理員身份登錄到Blackboard平臺，打開上傳Building Block頁面，上傳打包好的war文件。上傳成功后，利用“定制”“工具可用性”勾選該插件，即可實施使用。如圖6所示。

圖6 自動清除嘗試插件部署示意圖Fig.6 The deployment of the plugin

3.5 插件優(yōu)化

教師在試用階段，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)出網(wǎng)測成績時，由于頁面加載等待時間過長，出現(xiàn)“死機”誤判現(xiàn)象，這是嚴(yán)重的問題。在測試系統(tǒng)上成績計算準(zhǔn)確，但在實際課程中成績計算值偏小，這是困惑的問題；導(dǎo)出的成績雖然按大英級別排序，但學(xué)生成績沒按班級排序，這是不合理的問題。我們針對問題，認(rèn)真研讀源程序并多次測試程序，獨立找出各個問題的根源所在。

（1）導(dǎo)出網(wǎng)測成績代碼流程

入口鏈接是 TestManager?action=test_score_init，在struts-config.xml找到TestManager，鏈接到TestManagerAction，在 TestManagerAction的 execute函數(shù)中，test_score_init執(zhí)行g(shù)etTestScoreInit函數(shù)，順利執(zhí)行該函數(shù)后，返回 test_list，在 struts-config.xml中，返回值是 test_list，執(zhí)行/teacher/testScoreList.jsp，testScoreList.jsp里點擊執(zhí)行按鈕，跳轉(zhuǎn)到TestManagerAction，參數(shù)是test_score_list；

在 TestManagerAction中，test_score_list執(zhí)行g(shù)etTestScoreList函數(shù)，開始執(zhí)行真正的導(dǎo)出網(wǎng)測工作。而導(dǎo)致插件執(zhí)行時間多長的原因是 getTest-ScoreList函數(shù)，如圖7所示。

圖7 程序執(zhí)行流程演示框Fig.7 The execution path of the program

（2）“頁面加載時間過長”解決方案

在getTestScoreList函數(shù)中，分三種情況計算學(xué)生成績：課程沒有小組、課程有小組并且選擇了小組、課程有小組但是沒有選擇小組。對于第一種情況，直接讀取數(shù)據(jù)庫中課程用戶信息，調(diào)用getFinalScore函數(shù)計算總成績，最后返回所有學(xué)生信息和成績的列表。對于后兩種情況，要先確定選擇的小組里有哪些用戶，再執(zhí)行第一種情況下做的工作。問題均出現(xiàn)在調(diào)用getFinalScore的過程中。如圖8所示。

在原代碼框圖中標(biāo)注的四個“重復(fù)”的語句，在循環(huán)語句內(nèi)存在大量訪問數(shù)據(jù)庫的操作，導(dǎo)致程序開銷大，非常耗時[14-15]。因此，把該段代碼放到循環(huán)語句外面執(zhí)行，只需一次數(shù)據(jù)庫訪問，將讀取的結(jié)果保存在本地，在循環(huán)語句內(nèi)直接調(diào)用本地保存的結(jié)果。另外，在原來代碼中，凡是用到courseId（唯一標(biāo)識課程）和 UserId(唯一標(biāo)識用戶)，我們都把它們改成在核心代碼開始前，一次性讀取保存到本地，并在之后各個函數(shù)中將 courseId和 userId作為參數(shù)傳入。

經(jīng)過這些修改，很好地解決這個大難題。

（3）“成績計算值偏小”解決方案

我們經(jīng)過反復(fù)討論、測試和后期的代碼調(diào)試，發(fā)現(xiàn)課程中每個測驗有個“編輯測驗選項”，含有“自我評估選項”，可控制著測試是否需要計算成績。對于不需要計算成績的測試，教師可不選中“自我評估選項”中的“在成績中心分?jǐn)?shù)計算中添加該測試”；反之亦然。

教師通過“課程工具”可管理查看所有測試，對于沒有部署的測試，可以適時的刪減，保證測試的有效性和精確性。

（4）“成績沒按班級排序”解決方案

我們單獨開發(fā)了按照班級排序的模塊，在計算網(wǎng)測成績時，可調(diào)用此功能模塊。

4 測試方法及結(jié)果

4.1 測試方案

為了測試修改后插件的優(yōu)化結(jié)果，本文編寫了一些測試用例。具體測試方案如下：

①在問題函數(shù)代碼運行前后，添加輸出當(dāng)前時間的語句，利用時間差得到程序運行時間。

圖8 原程序結(jié)構(gòu)（左）與改進(jìn)后程序結(jié)構(gòu)（右）對比Fig.8 The original program structure VS The optimized program structure

②在測試平臺中新建“測試課程”，在課程中添加1位教師和51位學(xué)生（測試平臺可以創(chuàng)建用戶數(shù)的最大上限），在課程內(nèi)容中創(chuàng)建10個測試，將學(xué)生分成3組，每組17人。

③運行修改后的插件導(dǎo)出網(wǎng)測成績功能，并同時在服務(wù)器系統(tǒng)的后臺查看系統(tǒng)日志文件輸出的時間，計算兩者間隔，得到實際運行時間。

4.2 測試結(jié)果

在“北大教學(xué)網(wǎng)”測試平臺上對修改前后的插件進(jìn)行運行時間測量，多次測量取平均，如表2所示。

從上表的平均結(jié)果看，原版本導(dǎo)出 51個學(xué)生10次網(wǎng)測成績，平均需要約13秒，具體體現(xiàn)在網(wǎng)頁加載時頁面不停轉(zhuǎn)圈等待。修改后版本在同等計算量的情況下需要約 3.2秒，運行速度提高了約 4倍?？梢?，代碼的優(yōu)化是有成效的，插件運行時間明顯縮短，基本解決了原插件加載時間過長的問題。

4.3 插件其他功能驗證

①對課程沒有小組、課程有小組但是有的用戶沒有分入任何一個小組等各種可能的小組組合情況進(jìn)行了測試，都可以得到正確的結(jié)果。

②對學(xué)生的成績進(jìn)行了測試計算，公式計算和網(wǎng)頁上得到的結(jié)果一致。

③在各種情況下，導(dǎo)出網(wǎng)測成績到excel表格的功能也都使用正常。

④對其他功能如設(shè)置清除嘗試次數(shù)、清除嘗試功能、查看歷史成績也一一進(jìn)行了測試，都可以正常使用。

表2 插件修改前后運行時間對比Tab.2 The execution time of the original program and the optimized program

5 結(jié)語

截止到2016年11月，在“北大教學(xué)網(wǎng)”系統(tǒng)內(nèi)課程數(shù) 1.2萬門，用戶總數(shù) 5.5萬，系統(tǒng)訪問量538萬次，頁面瀏覽量1324萬次，各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計居全國首位。我們通過較為繁瑣的統(tǒng)計分析，并深入系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行人工核實，確認(rèn) 2015-2016年度北大本科網(wǎng)絡(luò)教學(xué)數(shù)據(jù)，有948個教師（約占30%）、40個院系（約占70%），1057門課程（約占30%）、14180名學(xué)生（約占50%）使用“北大教學(xué)網(wǎng)”進(jìn)行輔助教學(xué)和在線學(xué)習(xí)。我們對北大師生大群體的技術(shù)支持與服務(wù)依然是一個艱巨的任務(wù)。

我們制定了教學(xué)支持方針，認(rèn)為保證教學(xué)網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠是前提、改進(jìn)教學(xué)網(wǎng)與校務(wù)系統(tǒng)整合是關(guān)鍵、加大教學(xué)網(wǎng)項目支持力度是保障、加強院系及教師教學(xué)合作是核心。

我們服務(wù)的宗旨就是滿足院系及教師教學(xué)需求，同時我們通過不斷與院系及教師合作，找到開展深度應(yīng)用的契合點。“大英網(wǎng)測插件”的研發(fā)是一個很好的嘗試與創(chuàng)新，真正滿足院系網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的迫切需求。同時我們只有通過內(nèi)外合作，開闊視野挖掘Blackboard潛力，掌握教學(xué)網(wǎng)研發(fā)能力，提升自身業(yè)務(wù)能力，才能引領(lǐng)深度應(yīng)用前沿。

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