呂麗君

（長治學院 電子信息與物理系，山西 長治 046011）

1 背景介紹

為提升高校工程課程的授課質量，許多研究者基于Matlab及其用戶圖形界面技術（GUI）技術開發(fā)了各種類型的教學輔助工具或軟件。文獻[1]基于Matlab開發(fā)了一款名為SoFA的教學輔助軟件，實現(xiàn)了對淺地基進行分析和設計。有學者基于Matlab-GUI實現(xiàn)了對一些工程課程的教學內容仿真或可視化，比如電力系統(tǒng)[2]、物理光學[3]、直流電機[4]以及自動控制系統(tǒng)[5][6]等。還有學者采用java、matlab等程序語言，開發(fā)出課程自動評價系統(tǒng)[8][9]，極大地減少了教師在學生作業(yè)評分方面的工作量。這些研究成果，在一定程度上提升了當前高校工程教育的效率。

學生作業(yè)完成情況是授課教師分析學生對課堂內容掌握程度的重要參考之一。當前，越來越多的大學課程作業(yè)是學生通過電子郵件等方式提交，教師則需要對郵件進行下載并評閱。有時，兩個學生的作業(yè)疑似雷同，但由于評閱時間間隔較長，教師還需重新打開之前評閱過的作業(yè)進行確認，浪費大量時間。為進一步方便教師對學生作業(yè)情況掌握和分析，筆者基于Matlab-GUI技術開發(fā)了一款教學輔助工具，主要實現(xiàn)作業(yè)文件的雷同檢測以及教師評閱成績的自動保存、顯示等功能。

2 系統(tǒng)功能描述

該教學輔助工具采用Matlab R2018a及其用戶圖形界面技術（GUI）結合office 365軟件進行開發(fā)，并在windows 7和windows 10環(huán)境下運行通過。主要功能有：（1）能夠對選定的作業(yè)文件（格式為.docx）同其他文件進行雷同檢測，并將雷同作業(yè)列表進行顯示。為防止學生在作業(yè)中加入空格或將部分內容填入表格等方式來逃避該工具的檢測，系統(tǒng)開發(fā)過程中也進行了考慮；（2）自動記錄教師對學生作業(yè)的評閱分數(shù)。該工具可以自動打開所要評閱的作業(yè)文件，并將教師給定的分數(shù)自動保存到相應的Excel文件中，以供日后查看；（3）學生分數(shù)管理及顯示。該功能能夠讓教師直觀地看到學生作業(yè)分數(shù)的分布和變化趨勢，以了解學生對課堂知識的掌握情況。

2.1 教學輔助工具的主要界面

該教學輔助工具的主要界面如圖1和圖2所示。

圖1 工具啟動過程界面：(a)歡迎界面，（b）初始化成功提示窗口，（c）初始化信息框

工具運行后，彈出歡迎界面如圖1（a）所示。該工具首次運行，將彈出初始化信息框如圖1（c）所示，待教師輸入課程名稱和班級名稱信息后，自動生成和輸入內容關聯(lián)的文件及文件夾，之后彈出初始化成功提示窗口如圖1（b）所示。再次打開該工具將不會彈出該輸入對話框，直接進入主界面。

圖2 工具運行部分界面:（a）主界面，（b）評閱成績輸入框，（c）雷同檢測結果窗口

在工具主界面（圖2（a））中，可以在下拉菜單中選擇課程、班級、學生姓名等，并且可以在可編輯文本框中輸入要查看的是第幾次作業(yè)。Uitable中展示學生的作業(yè)得分情況。點擊“Open File”按鈕將打開對應學生的作業(yè)文件，并彈出評閱成績輸入框如圖2（b）所示，輸入分數(shù)后點擊確定自動保存分數(shù)至特定的文件中。點擊“Anti_Plagiarism”按鈕，將所選文件同本班所有學生的本次作業(yè)文件進行對比。雷同列表將顯示在雷同檢測結果窗口的listbox中。

2.2 雷同檢測功能原理

為避免學生采用增加空格或將內容填到表格中等方式逃避該工具的檢測，程序提取作業(yè)文件內容時摒棄空格和表格，只保留文本內容，如表1所示。提取后三者內容一致，判定為雷同。

表1 雷同檢測三種特例示意

從作業(yè)文件提取的內容分別保存至相應的矩陣中，利用Matlab矩陣運算的優(yōu)勢，可以對所有文件內容進行快速比對。但若兩份作業(yè)局部相同，將無法判定為雷同。

3 工作原理

教學輔助工具工作流程示意圖如圖3所示。打開軟件后，先運行歡迎界面并檢測當前工作路徑中是否存在course_info.xlsx文件，如果存在該文件則判定為非首次使用，直接打開主界面；如果不存在該文件則為首次運行，彈出課程信息輸入對話框等待教師輸入課程和班級信息。教師輸入課程相關信息后，軟件自動在當前工作路徑中生成和輸入信息相對應的文件和文件夾。其中，自動生成的文件包括course_info.xlsx和系列班級成績單.xlsx，文件夾包括課程名文件夾和課程名文件夾下的班級名子文件夾，然后打開主界面。

作業(yè)文件可以通過USB或Email等方式存放至班級名文件夾下，命名格式為m_n.docx，其中m表示學號，n表示該生第幾次作業(yè)。

主界面包含評閱成績自動保存、雷同檢測、作業(yè)分數(shù)展示等三大功能。

從盈利能力來看，山東產權交易中心披露的信息顯示，2018上半年，山東高速籃球俱樂部實現(xiàn)營業(yè)收入3.69億元，凈利潤1.4億元，1-8月份實現(xiàn)營收3.69億元，凈利潤1.33億元。

3.1 軟件工作環(huán)境配置過程

軟件初始狀態(tài)包含的文件列表及其主要功能如表2所示。

圖3 教學輔助軟件工作流程示意圖

表2 軟件初始包含的文件及功能

文件名 文件類型 文件功能7 i n i t i a l_i n f o 函數(shù).m文件 生成課程信息輸入對話框8 c l a s s_s p l i t 函數(shù).m文件 將課程信息輸入對話框中的信息獲取并按規(guī)則進行切割。將課程及班級信息整理成特定格式并保存到c o u r s e_i n f o.x l s x文件中，并生成和輸入信息相關的文件夾及文件。1 0 r e a d_w o r d 函數(shù).m文件 讀取將w o r d文件內容1 1 r e f r e s h_g r a d e 函數(shù).m文件 將u i t a b l e內容更新9 i n f o_s a v e 函數(shù).m文件

假定教師在課程信息輸入對話框中輸入的信息如圖1（c）中所示，則生成的文件夾及文件如表3所示。需要注意的是生成的文件夾或文件名以及數(shù)量同輸入的信息有關。

表3 初次運行配置后新增的文件或文件夾及其功能

3.2 評閱成績過程

教師在主界面中選擇課程、班級、姓名以及在文本框中輸入第幾次作業(yè)，軟件在對應班級名文件夾下查找文檔。如果該文檔不存在，則給出提示“文檔不存在”。如果文檔存在，則調用office word軟件打開，并彈出成績輸入對話框。教師在對話框中輸入成績后，該成績將自動保存至班級成績單中，并在主界面uitable中更新顯示。

3.3 作業(yè)雷同檢測過程

教師在主界面中選擇課程、班級、姓名以及在文本框中輸入第幾次作業(yè)。點擊“Anti_Plagiarism”按鈕，軟件將對選定文件同該班級其他同學本次作業(yè)所有文件進行比對。雷同的文件名列表將保存在自動生成的same_list.xlsx文件中，并彈出Anti_Plagiarism_Results界面進行顯示。

3.4 成績分布展示

鼠標選中主界面中的uitable任一單元格，將顯示學生作業(yè)分數(shù)分布圖形窗口，分為兩部分：學生歷次作業(yè)成績趨勢曲線；本次作業(yè)全班成績分布柱狀圖。

4 總體評估

4.1 自動保存評閱成績

圖4 作業(yè)評閱過程示意圖：（a）作業(yè)評閱前主界面，（b）打開作業(yè)文件，（c）作業(yè)評閱后主界面

4.2 作業(yè)雷同過程展示

作業(yè)雷同檢測過程如圖5所示，主界面下拉菜單依次選擇：課程【Automatic Control Theory】、班級【E_1701】、姓名【std_2】（學號為 2），在【第幾次作業(yè)】可編輯文本框中輸入1，表示將評閱學號為2的學生的第1次作業(yè)，對應文件名為2_1.docx。（a）軟件正在讀取全班學生的第二次作業(yè)內容。（b）與2_1.docx文件雷同列表被顯示在listbox中。

圖5 作弊查詢過程示意圖

4.3 課程作業(yè)成績展示

學生成績分布示意圖如圖6所示，（a）鼠標選擇主界面中某一個單元格。（b）顯示選中表格所對應的學生作業(yè)成績曲線。其中，上圖為該學生歷次成績分布趨勢曲線，虛線為其對應的平均值；下圖為全班所有學生本次成績分布柱狀圖，虛線為其對應的平均值。

圖6 學生成績分布示意圖

5 結論及可改進的方面

采用Matlab-GUI技術，開發(fā)了一個教學輔助工具。能夠實現(xiàn)課程作業(yè)雷同檢測、評閱分數(shù)自動保存和作業(yè)分數(shù)展示等功能。操作簡單，界面友好，可以提高教師評價學生作業(yè)的效率。以后可以采用python語言編寫文件下載程序，實現(xiàn)從郵箱批量下載學生作業(yè)文件，按要求對文件自動進行命名并保存至對應的文件夾中，進一步減少教師評閱課程作業(yè)的工作量。