胡玉才?汪靜?周丹

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC、微課等新的教學模式給高等教育帶來了一場全球化的歷史性變革。在此背景下，數(shù)學、物理、力學等大學基礎(chǔ)課程的在線作業(yè)問題，特別是計算題、證明題等主觀題型的在線自動化批閱問題成為一個世界性難題。本文介紹了大連海洋大學研制成功可用于網(wǎng)絡教學的大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)的經(jīng)驗及使用情況。

關(guān)鍵詞：大學物理課程；智能化；在線作業(yè)

現(xiàn)代信息技術(shù)革命推動人類加速進入以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為特征的信息化社會?！笆濉睍r期，中國將大力實施“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，加強教育信息基礎(chǔ)設施建設、強化信息技術(shù)的應用、推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，吹響了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的集結(jié)號。具有低成本、高效率、易普及、開放包容、易于利用學生碎片化時間學習等優(yōu)勢的翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC、微課等新的教學模式給高等教育帶來了一場全球化的歷史性變革，教與學可以不受時間、空間和地點的限制，知識獲取的方式發(fā)生了根本性變化。在此背景下，無論是網(wǎng)絡教學還是校本常態(tài)化教學，數(shù)學、物理、力學等大學基礎(chǔ)課程的在線作業(yè)問題，特別是計算題、證明題等主觀題型的在線自動化批閱問題成為一個世界性難題，成為網(wǎng)絡在線教學的瓶頸。

近年來，我們針對如何實現(xiàn)智能化在線作業(yè)等相關(guān)問題進行了一系列調(diào)查與研究，在前期相關(guān)工作的基礎(chǔ)上[1-7]，完成了可用于網(wǎng)絡教學的大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)的資源建設，并于2016年3月開始在本校的大學物理課程教學中應用。兩年來，該系統(tǒng)功能不斷完善、資源逐漸增加，現(xiàn)已滿足本校大學物理課程常態(tài)化教學需要，在數(shù)千名學生在線完成作業(yè)的情況下系統(tǒng)運行穩(wěn)定，批閱結(jié)果與人工批閱相當，真正實現(xiàn)了大學物理課程常態(tài)化教學全題型的作業(yè)自動化批閱。這一系統(tǒng)的成功運行將大大加速相近課程的智能化作業(yè)系統(tǒng)建設與應用，也解決了大學物理、高等數(shù)學等基礎(chǔ)課程采取MOOC等教學新模式的作業(yè)瓶頸問題。

一、大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)研究

課后作業(yè)是大學物理課程教學不可或缺的重要環(huán)節(jié)，它不僅可以幫助學生發(fā)現(xiàn)自己在掌握基本概念和基本知識上存在的問題，加深對基本原理和應用的理解，而且還能夠幫助教師了解學生對知識的掌握情況和檢測課堂教學效果。大學物理作業(yè)的客觀題（選擇題、填空題和判斷題等）主要檢查學生對物理概念、原理、定理、定律理解情況，培養(yǎng)學生運用物理理論做出科學分析判斷的能力、表述能力、理解能力和簡單的計算能力。大學物理作業(yè)的主觀題（計算題、證明題、應用題等）著重檢查學生綜合運用物理知識及數(shù)學工具進行科學全面分析及較復雜運算的能力，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維能力、理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力。課后作業(yè)是過程考核的重要組成部分，通過加大過程考核力度，不僅減輕了學生期末復習壓力，也大大提高了平時學習主動性，培養(yǎng)學生自主學習能力，養(yǎng)成終身學習習慣。因此，研究并開發(fā)一套可用于網(wǎng)絡教學的智能化在線作業(yè)系統(tǒng)十分必要。

大學物理課程在線作業(yè)系統(tǒng)依托智能型在線教學平臺。本系統(tǒng)的基本框架與文獻[4]都是利用同一個公司開發(fā)的智能型在線教學平臺。根據(jù)文獻[4]我們進行了深入的調(diào)查與研究，發(fā)現(xiàn)他們只是進行了小范圍的改革與實踐。由于當時的智能型在線教學平臺系統(tǒng)功能不完善、公式編輯器使用不方便、實施網(wǎng)絡作業(yè)的環(huán)境不充分等原因，系統(tǒng)試用情況不能令師生滿意，特別是學生反映不好用，所以他們就此擱置了。實際上，該在線教學平臺確實解決了主觀題型的識別技術(shù)問題，但是能否真正實現(xiàn)智能化批閱作業(yè)很大程度上取決于系統(tǒng)中的標準作業(yè)資源。幾年來，我們認真研究了該教學平臺的運行過程，分析了其識別技術(shù)及方法，認為該平臺可以實現(xiàn)大學物理課程在線作業(yè)的運行。所以，我們與該平臺開發(fā)商合作，共同研討修改并完善系統(tǒng)功能模塊，如增加學生自行申請登錄窗口、解決物理符號不全、相似字符變更等問題。同時，我們在標準作業(yè)資源錄入時，研究并采取通識性的方法，增強學生作業(yè)答案與標準答案的相近性，降低自動識別的難度，減少自動批閱的差錯。另外，我們還基于分步賦分的基本原則，對每一道計算題的標準答案進行分析與研判，精心處理分幾步賦分、每一步賦分比例多大、一題多解等具體問題。

大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)由教師系統(tǒng)、學生系統(tǒng)和工具系統(tǒng)三部分組成。教師進入教師系統(tǒng)后，可以選擇作業(yè)題目、在線發(fā)布作業(yè)，通過參數(shù)設置模塊，還可以限定每次作業(yè)的完成時間和提交作業(yè)的控制分數(shù)線，并可隨時查看學生完成作業(yè)的整體情況或個人每道題的答題情況。通過教師系統(tǒng)，教師還可以統(tǒng)計每道題目的答題情況，以及查詢學生對各個知識點的掌握情況，能夠及時了解學生對所學課程內(nèi)容的理解、掌握、運用情況，為改進課程教學策略提供參考，能夠促進課堂教學效果的不斷提高。學生進入學習系統(tǒng)，可以在線學習、完成作業(yè)、提交作業(yè)、查詢成績等等。對于選擇題，系統(tǒng)能夠?qū)λ械拇鸢高x項隨機排序，即同樣的題目，不同學生看到的答案選項排列的順序是不同的。對于填空題、計算題和證明題，學生通過調(diào)用公式編輯器編寫答案。學生提交作業(yè)后，系統(tǒng)不僅能夠給出作業(yè)是對或是錯的“√”和“×”符號，而且還會同時給出正確答案和錯誤提示或說明。對于計算題、證明題等主觀題，系統(tǒng)會按照依據(jù)難易程度、所含知識點的重要性、運算步驟等設置的自動批閱分步評分標準進行評閱和給分。作業(yè)提交后，系統(tǒng)即刻進行評閱，學生對作業(yè)成績不滿意，可以修改答案并重新提交。工具系統(tǒng)可用于系統(tǒng)資源錄入和系統(tǒng)運行管理。

二、大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)資源建設

一是著力建設一個本校好用、外校能用、師生愛用的大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的大學物理課程作業(yè)形式是紙質(zhì)作業(yè)本、套題活頁或作業(yè)指導書等等。對于教師來說，承擔繁重的上課任務同時，還要面對課外批改大量作業(yè)的問題。多數(shù)情況下教師都是簡單地在作業(yè)本上打上“√” 和 “× ”的符號，這不僅是重復性和低效率的勞動，而且收發(fā)作業(yè)的周期也比較長，不能及時反饋學生對所學知識的掌握情況，也不能及時解答學生的疑問。對于學生來說，如果知識掌握不扎實，常常是應付作業(yè)甚至是抄襲作業(yè)；遇到難做的物理作業(yè)，更沒有耐心去做好題目，最終還會影響學生對后續(xù)內(nèi)容的學習效果。近年來，我們以尋找先進的技術(shù)手段為突破口，著力推進現(xiàn)代信息技術(shù)與作業(yè)環(huán)節(jié)的深度融合，希望以網(wǎng)上作業(yè)批改與評閱來破解上述難題，目標是建設一個本校好用、外校能用、師生愛用的大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)。

二是建以自用、建以致用。為了建設大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)，我校對物理教師進行了現(xiàn)代信息技術(shù)培訓，使教師有能力自建教學資源，積極開展課程錄像、制作微課視頻。學校支持并鼓勵教師就作業(yè)系統(tǒng)建設的相關(guān)問題在校內(nèi)外立項研究，精選作業(yè)題目、構(gòu)建作業(yè)題庫。為了實現(xiàn)大學物理的網(wǎng)上作業(yè)與傳統(tǒng)作業(yè)在訓練效果方面的無縫對接，我們采用了填空題、選擇題、判斷題、計算題及解答題等作業(yè)題型結(jié)構(gòu)。在題目的選擇和設計過程中，充分注意到了大學物理作業(yè)題目的訓練內(nèi)容與教學大綱的基本要求緊密結(jié)合，力求覆蓋面廣、難易適中，建以自用、建以致用。在軟件開發(fā)商的共同努力下，2015年12月智能化在線作業(yè)系統(tǒng)取得了突破性進展，進一步完善了系統(tǒng)功能，成功地解決了長久以來困擾網(wǎng)絡作業(yè)系統(tǒng)只限于對選擇題和判斷題等客觀題的批閱，而對大學物理作業(yè)中必須出現(xiàn)的計算題等主觀題不能自動批閱的問題。2016年3月，我校大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)初步建成，目前系統(tǒng)中已有“大學物理（理工類）”“大學物理（農(nóng)科類）”兩門課程的作業(yè)題目799道，其中兩課共用題目344道。另外，我們還圍繞81個課程教學重點知識點和33個典型例題制作了微課視頻，還將力學、光學等部分課程教學錄像也都上傳到系統(tǒng)中，便于學生的復習和自修，更好地獨立完成課后作業(yè)。兩年來，系統(tǒng)運行正常、各項功能不斷完善。2017年12月在由教育部高等學校物理類教學指導委員會等單位主辦的第十三屆大學物理課程報告論壇交流匯報后，引發(fā)了強烈反響和廣泛關(guān)注。

三、大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)應用效果

目前，我校大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)建成并已在常態(tài)化教學中使用了兩年，實現(xiàn)了建以自用和本校好用的目標，積累了一些經(jīng)驗。由于對系統(tǒng)的功能鍵不習慣、輸入方法不熟練，開始時學生對使用網(wǎng)絡作業(yè)系統(tǒng)不情愿。但一個多月以后，學生們增強了自信心，提高了對系統(tǒng)的認可度。他們認為，只要認真作答，每次作業(yè)都可以達到滿分。學生還感覺到，網(wǎng)上作業(yè)系統(tǒng)能即刻批改作業(yè)、實時顯示錯誤、自主糾正錯誤解答，對所學知識的理解與吸收很有幫助；課堂沒聽懂的內(nèi)容，作業(yè)前先看視頻微課，對于完成作業(yè)效果很好。

本系統(tǒng)的應用提高了大學物理課程的教學效果。表1和表2是2016年對我校17個班、454名學生使用大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)情況的統(tǒng)計結(jié)果，表明這個作業(yè)系統(tǒng)是穩(wěn)定的、可靠的，大學物理課程常態(tài)化教學的網(wǎng)上在線作業(yè)是可行的。比較作業(yè)成績與課程成績可以看出，作業(yè)成績與課程成績有很強的相關(guān)性，這一結(jié)論與我們以往采用紙質(zhì)作業(yè)時的情況是一致的。從對全體學生的課程不及格率統(tǒng)計來看，2016年使用智能化在線作業(yè)系統(tǒng)后，課程的總體不及格率比上年度下降了約7個百分點。這與使用網(wǎng)絡在線作業(yè)系統(tǒng)允許學生重復修改作業(yè)答案是相關(guān)的，不僅可以提高作業(yè)成績，而且還可以通過修改作業(yè)答案提高學生對所學知識的理解。

本系統(tǒng)不僅可以遠程運行，而且還可以多校共用。為了測試系統(tǒng)的遠程運行情況，我們請江西農(nóng)業(yè)大學、黑龍江八一農(nóng)墾大學、華中農(nóng)業(yè)大學、沈陽農(nóng)業(yè)大學等兄弟院校進行了系統(tǒng)跨校試用，200多名學生遠程上網(wǎng)測試也取得了成功，為下一步的校際資源共享奠定了基礎(chǔ)。

四、大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)共建共享的建議

大學物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)在我校常態(tài)化教學過程成功應用后，將會很快推廣到其他課程中。更重要的是，這個系統(tǒng)也可以在其他高校推廣應用。由于該系統(tǒng)還有與開發(fā)商和使用者共同研究解決的問題，我們希望與軟件開發(fā)商共建，進一步完善系統(tǒng)的相關(guān)功能；也希望與更多的兄弟院校共建，增加相應的作業(yè)題目，適用于不同層次高校的大學物理課程；更希望與在線的大學物理MOOC教師共建，真正解決大量用戶在線作業(yè)的自動化批閱

問題。

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[責任編輯：夏魯惠]