王慶先， 陳 彪， 顧小豐

(電子科技大學 信息與軟件工程學院，成都 610054)

1 引 言

在線作業(yè)系統(tǒng)是一個基于網(wǎng)絡進行的作業(yè)發(fā)布、收集和評價的服務系統(tǒng)[1].隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術的發(fā)展，在線作業(yè)系統(tǒng)在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了較多綜合的、跨學科的在線作業(yè)系統(tǒng).例如，國外的有美國著名的在線作業(yè)系統(tǒng)WebAssign，該平臺具有優(yōu)越的通用性、可實現(xiàn)作業(yè)提交、評分和討論功能；哥倫比亞大學開發(fā)的WebCT平臺，該平臺支持課程計劃，提供課程建設模板用于開發(fā)新的課程；由Maple Soft公司與美國數(shù)學協(xié)會(MAA)合作開發(fā)的 Maple T.A，它主要為用戶提供基于數(shù)學引擎的在線考試系統(tǒng).在國內(nèi)，廈門大學的網(wǎng)絡教學平臺、華南理工大學的教學在線系統(tǒng)、清華大學的慕課學習平臺等主要為大學生提供線上學習資源、并以客觀題為主進行在線測試[2-3].

上面提到的線上作業(yè)系統(tǒng)都可以實現(xiàn)客觀題自動閱卷，部分系統(tǒng)可以實現(xiàn)部分主觀題的自動批閱.這些線上系統(tǒng)可以將批閱結(jié)果及時反饋給學生，提高學生學習的自覺性，同時可以有效減少教師的作業(yè)統(tǒng)計工作量，提高工作效率[4-5].但是，線上完成主觀題目需要耗費學生大量的解答過程輸入時間，而且對作業(yè)環(huán)境要求較高；其次，在線作業(yè)系統(tǒng)還是未擺脫傳統(tǒng)教學的“以教師為中心的”教學模式，仍然將作業(yè)批改交給了“老師”，忽視了學生是教育的主體.《21世紀的高等教育：展望和行動》的宣言指出“高等教育顯然需要‘以學生為中心’的新視角和新模式”，并預言“以學生為中心”的新理念必然對21世紀高等教育產(chǎn)生深遠影響[6].

為此，本文結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+和計算機技術，設計和實現(xiàn)了以“學生為中心”的在線作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不改變學生作業(yè)傳統(tǒng)完成方式的情況下，將學生簽到、自主批閱和過程性評價融為一體.系統(tǒng)簡單實用、具有很好的通用性，可以用于其它學科作業(yè).

2 系統(tǒng)設計基本思想

1.1 以學生為中心

`現(xiàn)有的在線作業(yè)系統(tǒng)主要分為兩種情況：①學生在紙質(zhì)上完成作業(yè)，線上提交，機器自動切分后人工批閱，未擺脫教師為中心的傳統(tǒng)模式，這種模式大多用于測試，需要用專門的作業(yè)用紙以方便機器進行自動切分，如現(xiàn)在的網(wǎng)上閱卷模式；② 學生線上完成作業(yè)，實現(xiàn)了無紙化，機器自動閱卷，但是主觀題的錄入耗時費力，效率不高，學生認可度不夠，且機器批閱主觀題還存在較多問題.

為了實現(xiàn)以學生為中心的教學理念，且不改變學生傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)習慣，本系統(tǒng)采用作業(yè)自主批閱的方式完成.在規(guī)定的時間內(nèi)，學生在作業(yè)本上按照傳統(tǒng)方式完成作業(yè)，拍照提交到系統(tǒng)后，系統(tǒng)實時為學生提供參考答案，學生根據(jù)參考答案進行自主批改.將作業(yè)批改交給學生，既實現(xiàn)了作業(yè)實時批改、又能加深學生對知識的掌握和理解程度.學生在規(guī)定的時間內(nèi)自主確定完成時間、自主批閱作業(yè)，充分體現(xiàn)了“以學生為中心”的理念.

1.2 課堂教學評價

課堂是學校教育教學改革的主陣地，課堂評價是教育評價的核心環(huán)節(jié)，也是改進教學質(zhì)量的關鍵技術[4,7].文獻[8]描述了一種基于計算機視覺技術的課堂教學自動評價方式，通過識別學生的面部表情等判斷學生的課堂到課和聽課情況，從而進行課堂評價，這種方式技術要求高、實現(xiàn)環(huán)境苛刻，且不尊重個人隱私.

文章在系統(tǒng)中增加課堂作業(yè)，通過下課時提交課堂練習的方式實現(xiàn)在線簽名、課后在線檢查課堂練習的方式實現(xiàn)課堂評價.通過設置較短的課堂作業(yè)提交時間(通?？稍O置為下課后的2分鐘內(nèi))實現(xiàn)課堂簽到，通過課后檢查作業(yè)的方式實現(xiàn)課堂評價，既保護了學生的隱私，也實現(xiàn)了比較客觀的課堂教學評價.

1.3 過程性考核與學業(yè)提醒

系統(tǒng)根據(jù)學生課堂、課后作業(yè)的提交時間進行自動評分，教師通過查閱學生的自主批閱情況進行給分，綜合兩次得分即可得到學生每次作業(yè)的分數(shù).系統(tǒng)會自動提醒學生每次作業(yè)的得分情況以及歷次作業(yè)的匯總情況，從而達到學業(yè)提醒的目的.教師可以通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)了解學生作業(yè)情況，并進行過程性考核.

1.4 基于線上的自主測試題訓練

在線作業(yè)系統(tǒng)能夠向?qū)W生提供課后習題用來練習.每一次階段性學習后，學生可以自主選擇是否進行在線題目測試，鞏固所學的知識.在學生提交測試后，可以立即獲得測試結(jié)果，加深對課程知識的理解與把握.老師也可以通過查看課后自主練習情況，對學生的自主學習能力有一個初步的評估.

1.5 提供輔助學習工具

在線作業(yè)系統(tǒng)為學生提供一個存儲經(jīng)典錯題的錯題集，學生在每一次作業(yè)自主批閱時，都可以利用這個工具將錯題，重點題標注后加入到錯題集中.充分利用線上這個優(yōu)勢，讓學生在任何地方，任何時間都可以回顧錯題，糾正錯誤，加深記憶.同時在線作業(yè)系統(tǒng)還為老師提供一個“典型”作業(yè)集，老師可以將學生作業(yè)中優(yōu)秀的答案，錯誤的答案等標注后添加到作業(yè)集中，并可以導出用于課堂教學.

1.6 艾賓浩斯曲線理論

根據(jù)艾賓浩斯曲線理論，記憶分為短時記憶和長時記憶兩種.知識在經(jīng)過人的注意過程學習后，會形成短時記憶，如果經(jīng)過及時復習，這些短時記憶就會成為一種長時記憶，從而在大腦中保持著很長的時間，圖1是人的一般記憶過程.

圖1 記憶過程

系統(tǒng)按照艾賓浩斯曲線理論進行作業(yè)提交時間設置，以督促學生及時完成作業(yè)，達到形成知識長時記憶的目的.

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)分為學生端和教師端，用戶在登錄時系統(tǒng)會根據(jù)用戶基本信息自動鑒別身份信息.教師用戶登陸系統(tǒng)后，可以布置課堂作業(yè)、課后作業(yè)，上傳作業(yè)參考答案，查看作業(yè)完成情況并對已完成自評的作業(yè)進行評價，查詢并下載學生作業(yè)得分及相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將重點作業(yè)添加到作業(yè)集中；學生用戶登錄系統(tǒng)后，可以多次提交同一次作業(yè)，查看作業(yè)得分以及教師評語，完成線上章節(jié)測試，添加作業(yè)至錯題集.系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示.

3.2 主要功能模塊詳細設計

根據(jù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，對系統(tǒng)主要功能模塊設計過程進行詳細描述.

布置作業(yè)根據(jù)系統(tǒng)設計思想，系統(tǒng)將作業(yè)分為課堂作業(yè)和課后作業(yè)兩種類型.課堂作業(yè)主要包括與課前復習或者課堂教學過程中需要學生掌握的知識等，如重要概念、解題方法、基本題型等，可以讓學生以默寫、小練習等方式在課堂練習本上完成.其目的是調(diào)動學生上課積極性、抓住學生課堂注意力、增強師生之間的互動.然后，課后及時線上提交課堂作業(yè)，實現(xiàn)過程性簽到.同時教師通過課后檢查課堂作業(yè)的完成情況掌握課堂授課效果，及時調(diào)整授課內(nèi)容和授課進度，有利于提高教學質(zhì)量.課后作業(yè)的主要內(nèi)容是針對該次課程布置的比較系統(tǒng)的作業(yè)，可有效鞏固課堂所授知識.布置作業(yè)流程圖如圖3所示.

提交作業(yè)由于課堂作業(yè)和課后作業(yè)對教學過程所起作用不同，因此作業(yè)系統(tǒng)提供兩個不同的作業(yè)提交接口.教師可以根據(jù)作業(yè)類型、授課時間的不同而靈活設置作業(yè)提交截止時間.設置課堂作業(yè)截止時間的目的是實現(xiàn)課堂作業(yè)的考勤功能.該考勤功能是具有內(nèi)容的考勤，是過程性考勤，可以提高學生的課堂聽課效果；根據(jù)艾賓浩斯曲線理論設置課后作業(yè)的截止時間，可以有效督促學生及時復習知識，形成長時記憶，使學習達到事半功倍的效果.課后作業(yè)可以實現(xiàn)多次提交，讓學生可以根據(jù)參考答案訂正作業(yè)過程中出現(xiàn)的問題.自主提交和自主批改培養(yǎng)了學生學習的主動性，改變了傳統(tǒng)的老師批改、學生查閱的教學模式，實現(xiàn)了以“學生為中心的”理念.提交作業(yè)流程圖如圖4所示.

自動評分大學課程期末成績通常由平時成績和期末卷面成績構(gòu)成.平時成績則是由課堂出勤、課后作業(yè)提交等部分構(gòu)成.教師可以在初期設置平時成績的構(gòu)成類型以及各部分所占平時成績的比例.課堂作業(yè)具有課堂考勤功能，所以在給定的短暫時間(通常為下課后2分鐘)內(nèi)不提交則記為零分，提交成功默認為滿分，老師在課后檢查課堂作業(yè)時可以根據(jù)問題完整度和書寫進行減分.

課后作業(yè)要求學生在規(guī)定的時間內(nèi)上傳，獲取參考答案后及時自主批閱并進行第二次提交.自動評分流程如圖5所示.

以離散數(shù)學課程為例，平時成績占期末總成績的30%，其中課堂簽到10%，課后作業(yè)20%.課后作業(yè)提交分兩次完成，第一次提交的滿分是40分，第二次提交的滿分是60分.為了提高學生的學習主動性和積極性，根據(jù)艾賓浩斯曲線理論，系統(tǒng)根據(jù)不同的提交時間設置不同的初始分數(shù)，具體如表1，其中，時間是按小時計.老師在課后檢查課堂作業(yè)時可以從作業(yè)完整度、書寫和訂正認真度進行減分.

表1 課后作業(yè)評分標準

錯題收藏學生的錯題往往是學生知識薄弱環(huán)節(jié)的直觀表現(xiàn)，在線學習系統(tǒng)針對此類情況，提供了基于線上的錯題集工具，學生在通過查看答案自我批改時，對難題，錯題，重點題針對性的截取出來，并對其進行批注，勾畫重點，然后再存入到錯題本中，隨時隨地都可以復習錯題本中的題目，加深印象，提高學習效率.錯題集也是培養(yǎng)學生自主學習的一項關鍵功能，再一次強調(diào)了以“學生為中心”的理念.具體流程如圖6所示.

線上課后測試課后習題測試作為可選功能提供給學生，它分為章節(jié)測試和單題測試.系統(tǒng)會根據(jù)學生的選擇，提供相應的題目供學生練習.課后測試的題目由老師精心準備的每一個章節(jié)中的重點題型，包含了題目解析，答案解析，知識點分類等，學生可以通過選擇對應章節(jié)的習題進行練習，從而達到鞏固知識點和解題方法的目的.老師也可以從學生提交的課后測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)中了解學生的自主學習情況，針對性的完善教學計劃.具體流程如圖7所示.

4 關鍵模塊實現(xiàn)

本系統(tǒng)基于Web環(huán)境，采用B/S結(jié)構(gòu)，利用HTTP協(xié)議和ODBC接口實現(xiàn)網(wǎng)頁端和服務器端之間的通訊.前端采用React框架，使用JS，HTML以及CSS.為了方便后期的升級維護管理，教師端和學生端均采取分塊編寫策略，功能函數(shù)分布明確；服務器端使用Java語言和MySQL數(shù)據(jù)庫，以SpringBoot框架為基礎，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的存取操作以及處理前端的數(shù)據(jù)請求.系統(tǒng)給每個功能都設立了獨立接口，方便后期對功能的完善和修改.下面以系統(tǒng)自動評分、學生助手和課后作業(yè)測試模塊為例，具體闡述系統(tǒng)實現(xiàn)過程.

4.1 自動評分模塊的實現(xiàn)

在評分模塊，分為系統(tǒng)自動評分和教師打分兩個部分.系統(tǒng)評分占總評分的30%，系統(tǒng)會自動獲取提交時間并與規(guī)定時間進行對比，評分細則如表1所示；教師評分占總評分的70%，老師可以對學生提交的作業(yè)做出客觀評分，對系統(tǒng)做人工校正，該模塊關鍵代碼如圖8所示.

4.2 學生助手模塊的實現(xiàn)

學生助手模塊與學生的作業(yè)模塊，課后測試模塊相關聯(lián)，以離散數(shù)學課程為例，學生第二次提交課后作業(yè)時，當遇到需要截取收藏的重點題型，經(jīng)典錯題時，可以通過系統(tǒng)提供的輔助工具，對錯題進行截圖，批注，修改，最后通過選擇存儲的錯題本類型，將題存入錯題本中.學生可以自由選擇是否導出成文檔存儲到本地.操作界面如圖9所示.

4.3 課后作業(yè)測試模塊的實現(xiàn)

課程測試模塊主要涉及章節(jié)選擇，題目顯示，輔助鍵盤，答案解析的顯示問題.學生可以通過點擊章節(jié)目錄跳轉(zhuǎn)至對應的答題界面進行答題，當學生答題完成后，可以選擇提交至系統(tǒng).系統(tǒng)會進行自動判卷，并給出判卷結(jié)果，同時系統(tǒng)給出參考答案和解析.關鍵代碼如圖10所示，操作界面如圖11所示.

5 應用效果分析

在線作業(yè)系統(tǒng)在不斷完善的過程中已經(jīng)實際應用了兩年，在教學過程中起到了很好的教學輔助作用，并取得了很好的應用效果.下面從學生教學評價和教學效果兩個方面進行分析.

5.1 教學評價

針對高校課程教學，學校教務處在每學期結(jié)束時，教務處都會組織學生從立德樹人、教學態(tài)度、教學內(nèi)容、教學方法等方面對教師的教學情況進行教學評價.表2給出了近三年學生的教學評價情況(http:∥eams.uestc.edu.cn/eams/evaResultForTeacherDetail!wordEva.action).

表2 2018-2020年教學評價情況

在表2中，2017-2018學年第2學期使用了QQ“作業(yè)”小程序，“云班課”等多個平臺進行在線作業(yè)提交和在線簽到嘗試，得到了大部分同學的認可；2018-2019學年第2學期使用本文的在線作業(yè)平臺，因平臺穩(wěn)定性和易用性不夠，整體評價率有明顯降低，但隨著平臺的簡單易用性和穩(wěn)定性的提升，在2019-2020學年第2學期，學生的整體評價率明顯上升，遠超過2017-2018學年第2學期.由此可見，在線作業(yè)平臺明顯提升了學生的滿意度.

5.2 教學效果

2017-2018學年第2學期選取了離散數(shù)學4個教學班進行對比.由于半期考試屬于隨堂考試、平時成績具有一定的主觀性，因此僅對實施在線作業(yè)的班級與其它三個班級的期末卷面成績分別從平均分和分段統(tǒng)計等方面做了對比，具體對比結(jié)果見表3[9].

表3 2017-2018學年第2學期考試成績的對比分析

2018-2019學年第2學期選取了離散數(shù)學5個教學班進行對比.同理，僅對期末卷面成績分別從平均分和分段統(tǒng)計等方面做了對比，具體對比結(jié)果見表4.

從表3和表4可以看出，除小班教學外，無論是平均分還是高分段比例(80分以上)均略高于其他幾個班級.即使跟實施小班教學的對比1班比較，中分段比例(60分～80分)也存在一定的優(yōu)勢.由此可見，在線作業(yè)系統(tǒng)能有效提高學生學習的積極性，提高學生的自主學習能力.另外，實驗班不及格比例遠遠低于其他比較班級，這進一步說明，對缺乏自我約束能力的學生，效果更加明顯.

表4 2018-2019學年第2學期考試成績的對比分析

6 結(jié) 論

本著“以學生為中心”的理念，設計和實現(xiàn)了在線作業(yè)系統(tǒng)，并在離散數(shù)學教學過程中進行了大膽嘗試.試用結(jié)果表明，該系統(tǒng)簡單易用，能有效調(diào)動學生的學習積極性，提高學生的自主學習能力，特別是對學習主動性不夠的大學生，可以起到有效的促進作用.另外，在線作業(yè)平臺徹底改變了傳統(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)方式，不僅優(yōu)化了作業(yè)提交方式，而且有效減輕了教師的作業(yè)批改工作量，提高了教師的工作效率，使教師可以把有限的時間投入到更多的教學準備，課后答疑等提升教學質(zhì)量的工作中去.

致謝作者非常感謝相關文獻對本文的啟發(fā)以及審稿專家提出的寶貴意見.