朱志鵬 代孟利 張勝男

摘要：教育信息化建設(shè)是教育教學(xué)體制創(chuàng)新的重要內(nèi)容。針對(duì)傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)形式中存在的學(xué)生缺乏足夠的約束力，作業(yè)敷衍了事、少做、抄襲等一系列教學(xué)上的弊端問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于智能終端學(xué)生作業(yè)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅支持作業(yè)在線批閱和錯(cuò)誤解析，還能對(duì)學(xué)生的作業(yè)情況進(jìn)行自動(dòng)分析，給出個(gè)性化的輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)建議。

關(guān)鍵詞：智能作業(yè)系統(tǒng);在線批閱;學(xué)情分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）32-0076-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，利用現(xiàn)代信息技術(shù)的電子作業(yè)管理系統(tǒng)成為課后教學(xué)主流[1]。相較于傳統(tǒng)的紙質(zhì)化作業(yè)管理，電子作業(yè)管理系統(tǒng)省去煩瑣的人力收集過(guò)程，避免了作業(yè)保管過(guò)程中的流失，更加便于教師評(píng)閱與快速統(tǒng)計(jì)。但電子化作業(yè)要求所有的作業(yè)過(guò)程均在電腦上完成，對(duì)有些科目并不適合，且學(xué)生完成作業(yè)期間可能存在互相抄襲、拷貝他人成果的現(xiàn)象[2]。因此，綜合考慮電子作業(yè)管理的便捷和傳統(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)的好處，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了基于智能終端的學(xué)生作業(yè)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)適用于電子、紙質(zhì)兩種作業(yè)的管理模式。利用信息技術(shù)的支持以及智能手機(jī)的普及應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，以極低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)作業(yè)的快速收集，不僅支持作業(yè)的批閱和錯(cuò)誤解析，同時(shí)能夠?qū)W(xué)生的作業(yè)情況進(jìn)行自動(dòng)分析，進(jìn)而給出有針對(duì)性的課程輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)建議。

1需求分析概述

1.1 功能需求

本系統(tǒng)基于PC端和移動(dòng)智能終端，面向使用對(duì)象為教師和學(xué)生。主要涉及的功能點(diǎn)有：

教師端子系統(tǒng)包括：試題的錄入、課程任務(wù)的下發(fā)、公告的發(fā)布、作業(yè)的發(fā)布批改、學(xué)生教學(xué)互動(dòng)等，其中對(duì)于作業(yè)批改模塊，系統(tǒng)提供錯(cuò)題解析與語(yǔ)音解析錄入功能;

學(xué)生端子系統(tǒng)包括：作業(yè)的查看、提交，成績(jī)查詢，作業(yè)批閱查詢、作業(yè)修改，個(gè)性化輔導(dǎo)的獲取以及與教師之間的交流等;

管理員子系統(tǒng)包括：當(dāng)前學(xué)期設(shè)置，用戶信息管理，多元數(shù)據(jù)維護(hù)等。

1.2? 非功能需求

1）可用性：系統(tǒng)主要面向?qū)ο鬄榻處熀蛯W(xué)生，在多人同時(shí)使用的情況下，系統(tǒng)不應(yīng)出現(xiàn)崩潰情況，使系統(tǒng)具有較高的可用性。

2）可靠性：針對(duì)具體模塊制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)備份和災(zāi)難恢復(fù)策略，通過(guò)系統(tǒng)日志功能，監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)生的事件，記錄系統(tǒng)出錯(cuò)信息，便于管理員在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，提高系統(tǒng)的可靠性。

3）安全性：為保障用戶信息安全，系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)把控不同用戶的操作權(quán)限，對(duì)用戶安全如登錄密碼等采取MD5加密保護(hù)等措施。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 功能模塊設(shè)計(jì)

1）教師端子系統(tǒng)功能。主要包含注冊(cè)、登錄、教學(xué)科目錄入、試題上傳、教授班級(jí)學(xué)生信息管理、作業(yè)發(fā)布、批改、面向?qū)W生在線答疑等功能。其中教師教學(xué)科目設(shè)置、對(duì)應(yīng)教學(xué)班級(jí)匹配設(shè)置需優(yōu)先實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)作業(yè)布置、批改等功能，以此優(yōu)化工作流程，提升工作效率。面向?qū)W生在線答疑為留言互動(dòng)形式，便于師生交流，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

2）學(xué)生端子系統(tǒng)功能。學(xué)生端系統(tǒng)功能包含登錄、待完成作業(yè)查詢、提交已完成作業(yè)，查詢教師批改情況、錯(cuò)題解析，獲取學(xué)習(xí)建議與題型推薦。相應(yīng)的，還具有與教師進(jìn)行答疑互動(dòng)等功能。

考慮到學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的問(wèn)題，學(xué)生端子系統(tǒng)應(yīng)考慮紙質(zhì)作業(yè)圖片上傳、文件重復(fù)上傳等過(guò)程中存在的問(wèn)題，減少由系統(tǒng)使用而產(chǎn)生大量問(wèn)題。

3）管理員端系統(tǒng)功能。管理端系統(tǒng)功能包括用戶基本信息導(dǎo)入、用戶基礎(chǔ)信息查核、教務(wù)信息管理、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和存檔等。

2.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

首先由管理員設(shè)置初始信息，包括當(dāng)前學(xué)年階段、院系、年級(jí)、班級(jí)、開(kāi)設(shè)課程類(lèi)別等。教師登錄系統(tǒng)后，選擇匹配的科目與教學(xué)班級(jí)，及時(shí)發(fā)布、評(píng)閱學(xué)生作業(yè)、與學(xué)生交流互動(dòng)等。學(xué)生登錄微信小程序客戶端查看待完成作業(yè)、上傳作業(yè)，查詢教師批閱情況。通過(guò)系統(tǒng)學(xué)情分析了解知識(shí)點(diǎn)薄弱區(qū)、獲得系統(tǒng)推薦的學(xué)習(xí)建議。

作業(yè)提交和批改的基本流程為：教師在PC端組織作業(yè)題目，發(fā)布作業(yè)。學(xué)生用智能終端登錄系統(tǒng)，選擇相應(yīng)課程后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拍照或上傳相應(yīng)電子文檔的方式提交作業(yè)。系統(tǒng)對(duì)學(xué)生上傳作業(yè)進(jìn)行預(yù)處理，教師在PC端逐個(gè)批閱，并依據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行語(yǔ)音或文字解析，然后保存成績(jī)和相應(yīng)解析。系統(tǒng)將學(xué)生作業(yè)完成情況進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成學(xué)情分析報(bào)告，給予學(xué)生個(gè)人針對(duì)性的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)建議。

學(xué)生在移動(dòng)端通過(guò)微信小程序查閱作業(yè)批改情況，獲得作業(yè)解析和學(xué)情分析。學(xué)生對(duì)作業(yè)錯(cuò)題修改并再次提交，也可與老師進(jìn)行留言互動(dòng)。

3系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

操作系統(tǒng)平臺(tái)采用Windows10操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言選擇面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言 Java。

3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)

1） 基于SSM架構(gòu)的教師端實(shí)現(xiàn)：教師端基于PC機(jī)開(kāi)發(fā)，主要功能是支持教師組織作業(yè)題目，發(fā)布作業(yè)，下載指定科目和時(shí)間的學(xué)生作業(yè)，對(duì)學(xué)生作業(yè)進(jìn)行預(yù)處理、批閱，并依據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行語(yǔ)音或文字解析，然后保存成績(jī)和相應(yīng)解析。

系統(tǒng)依據(jù)學(xué)生作業(yè)錯(cuò)題情況，生成學(xué)情報(bào)告，根據(jù)試題類(lèi)型、屬性，關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖，給予學(xué)生個(gè)性化的輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)建議。

教師端開(kāi)發(fā)采用了當(dāng)前主流的企業(yè)級(jí)開(kāi)發(fā)框架SSM，以SpringMVC為中間紐帶，由Spring、MyBatis兩個(gè)開(kāi)源框架整合而成。其中，Spring的核心思想是控制翻轉(zhuǎn)，由Spring控制對(duì)象之間的依賴(lài)關(guān)系，簡(jiǎn)化事務(wù)的劃分。Spring MVC圍繞DisPatcherServlet設(shè)計(jì)，支持跨多個(gè)context的引用，實(shí)現(xiàn)靈活定制，并能與Spring無(wú)縫銜接。Mybatis對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作采用XML文件配置，支持定制化SQL。圖1為教師批改作業(yè)系統(tǒng)界面。

2） 基于微信小程序的學(xué)生端實(shí)現(xiàn)：學(xué)生端以微信小程序?yàn)殚_(kāi)發(fā)平臺(tái)，移動(dòng)客戶端的方式構(gòu)建[3]。相較于一般的App，微信小程序使用覆蓋率高，有更好的操控性，適用于學(xué)生使用。學(xué)生登錄個(gè)人賬號(hào)后進(jìn)入主頁(yè)面，查詢各學(xué)科當(dāng)前需要完成的作業(yè)。通過(guò)在線練習(xí)或紙質(zhì)完成拍照上傳的形式提交作業(yè)。當(dāng)前學(xué)生提交完成的作業(yè)未被批閱和打分時(shí)，該學(xué)生可以重新上傳新修改的作業(yè)。圖2為學(xué)生端部分功能頁(yè)面。

3）作業(yè)庫(kù)及知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：作業(yè)庫(kù)和知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心工作之一。系統(tǒng)中教師組織作業(yè)可采用兩種方式：題庫(kù)抽題和自行出題。題庫(kù)抽題是指教師布置作業(yè)時(shí)選擇系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)自帶試題導(dǎo)入，自行出題是指每次布置作業(yè)時(shí)臨時(shí)設(shè)置題目，試題發(fā)布后被自動(dòng)補(bǔ)充到作業(yè)庫(kù)中。試題具有題目、內(nèi)容，所屬科目、章節(jié)，涵蓋的知識(shí)點(diǎn)等屬性，通過(guò)同一科目下知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖。

4 系統(tǒng)解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

作業(yè)庫(kù)及知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：在作業(yè)庫(kù)構(gòu)建中，由于作業(yè)涉及題型、答案、解析等多類(lèi)實(shí)體，且實(shí)體間聯(lián)系復(fù)雜，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮如何保證數(shù)據(jù)的完整性和減少存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的冗余度[4]，為此在設(shè)計(jì)中主要借鑒了目前較為成熟的試題庫(kù)的設(shè)計(jì)思路，將“題型、答案、解析”等數(shù)據(jù)作為“維表”，具體的作業(yè)信息作為“事實(shí)表”“維表”和“事實(shí)表”通過(guò)外碼相關(guān)聯(lián)。其次，知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)屬于一種層級(jí)結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)主要采用鄰接列表模型在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)。

學(xué)情分析與個(gè)性化輔導(dǎo)：系統(tǒng)記錄學(xué)生作業(yè)完成情況，分析學(xué)生原有知識(shí)掌握牢固點(diǎn)與薄弱點(diǎn)。綜合學(xué)生作業(yè)成績(jī)?cè)诎嗉?jí)排名的多次統(tǒng)計(jì)、學(xué)生作業(yè)完成進(jìn)度綜合情況，系統(tǒng)對(duì)每個(gè)學(xué)生做出畫(huà)像描述。方便教師對(duì)學(xué)生日后學(xué)習(xí)專(zhuān)項(xiàng)管理、讓學(xué)生充分了解自身學(xué)習(xí)情況。系統(tǒng)分析學(xué)生原有知識(shí)點(diǎn)掌握情況與薄弱點(diǎn)，關(guān)聯(lián)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖，做出與知識(shí)薄弱點(diǎn)相應(yīng)的題型推薦，給予學(xué)生個(gè)性化輔導(dǎo)。

基于語(yǔ)音識(shí)別的作業(yè)解析：針對(duì)學(xué)生作業(yè)中出現(xiàn)的問(wèn)題，教師在批閱過(guò)程中將為其提供語(yǔ)音講解，該語(yǔ)音將和題目、批閱結(jié)果捆綁在一起返回給學(xué)生，輔助學(xué)生進(jìn)行作業(yè)的訂正和進(jìn)一步學(xué)習(xí)?？紤]到有些情況下不便于語(yǔ)音播放，系統(tǒng)還提供了與語(yǔ)音相對(duì)應(yīng)的文本信息，為此需要利用語(yǔ)音的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。本系統(tǒng)采用科大訊飛語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。支持多種語(yǔ)言格式，高效轉(zhuǎn)寫(xiě)。

重復(fù)提交，覆蓋原有文件：考慮到學(xué)生在上傳作業(yè)過(guò)程中，可能有錯(cuò)選文件，或修改原內(nèi)容的情況。在此系統(tǒng)中，作業(yè)處于允許提交的狀態(tài)，學(xué)生可以重新提交作業(yè)并替換以前提交的作業(yè)文件，解決了傳統(tǒng)方式僅允許提交一次作業(yè)的問(wèn)題。

學(xué)生作業(yè)圖片壓縮與拼接：本系統(tǒng)中紙質(zhì)作業(yè)需要現(xiàn)場(chǎng)拍照上傳。由于客戶端上傳的是客戶端本地圖片，一般都相對(duì)比較大，直接上傳將消耗大量的移動(dòng)流量，為此，需要在移動(dòng)前端根據(jù)圖片大小進(jìn)行自動(dòng)壓縮。此外，由于學(xué)生的作業(yè)圖片可能存在多幅，為便于后續(xù)對(duì)當(dāng)前學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行整體批改，需要將多幅圖片按照上傳的順序自動(dòng)拼接為一幅長(zhǎng)圖。HTML5支持對(duì)多種類(lèi)圖形的處理，構(gòu)建與維護(hù)、易拓展。學(xué)生作業(yè)圖片壓縮與拼接功能基于HTML5的Canvas對(duì)象，通過(guò)腳本JavaScript編輯圖像，實(shí)現(xiàn)圖片壓縮功能，將多幅圖像拼接融合為一幅長(zhǎng)圖。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著高校信息化教學(xué)的普及，學(xué)生作業(yè)電子化提交方式成為教學(xué)主流。本系統(tǒng)增加了普通電子作業(yè)管理系統(tǒng)缺乏對(duì)紙質(zhì)作業(yè)的批閱支持等功能、解決了智能分析統(tǒng)計(jì)功能薄弱等問(wèn)題。系統(tǒng)切實(shí)可行，在教師收取和評(píng)閱作業(yè)等方面效果明顯提升，為日后的高校教學(xué)工作帶來(lái)了很大的便利。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】