實驗報告無紙化管理平臺研究初探*

虞飛華，華冠萍，朱錫瑞，鄭 韜，張華音

（浙江樹人大學(xué) 信息科技學(xué)院，浙江 杭州310015）

實驗報告是學(xué)生通過實驗過程將其實驗原理、操作步驟、原始數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析等進行匯總的過程，通過寫實驗報告，學(xué)生進一步鞏固了理論基礎(chǔ)知識，提高了學(xué)生實際動手能力。[1]寫實驗報告是培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的重要環(huán)節(jié)，特別是在以培養(yǎng)高級應(yīng)用性人才的高等院校，實驗報告在日常實踐教學(xué)中，起到了一個非常重要的作用。

一、紙質(zhì)報告存在的主要問題

目前大多數(shù)高校的實驗報告還是以紙質(zhì)形式為主，學(xué)校大量印刷紙質(zhì)實驗報告，學(xué)生在課堂上做完實驗后寫紙質(zhì)實驗報告，最后上交給教師批改。我們從事實驗教師崗位多年，既扮演實驗報告批改者的角色，又承擔(dān)實驗報告歸檔管理工作，我們發(fā)現(xiàn)目前的紙質(zhì)實驗報告模式，在實驗報告的管理與批改中存在以下缺陷：

（1）紙質(zhì)實驗報告印刷，不僅浪費了學(xué)校的印刷資源，同時大量的紙質(zhì)實驗報告歸檔存放，占據(jù)了實驗室本來就很窘迫的空間。

（2）紙質(zhì)實驗報告因為統(tǒng)一印刷的原因，紙質(zhì)實驗報告模版僵化，無法體現(xiàn)不同類型實驗的重點。比如“驗證性實驗”注重的是實驗結(jié)果是否符合預(yù)期，實驗報告中需要重點分析實驗結(jié)果?！霸O(shè)計性實驗”注重的是實驗的設(shè)計，實驗報告需要重點描述設(shè)計方案與實驗過程。

（3）不少學(xué)生寫實驗報告，照搬實驗指導(dǎo)書或課本內(nèi)容，甚至有個別學(xué)生抄襲別人的實驗報告，紙質(zhì)實驗報告無法有效避免這個現(xiàn)象。

（4）紙質(zhì)實驗報告只能夠手寫完成，少數(shù)學(xué)生字跡潦草，批改實驗報告的教師顯得非常吃力。

（5）教師批改好紙質(zhì)實驗報告之后，學(xué)生無法及時的了解實驗報告的批改結(jié)果與批改建議。

（6）紙質(zhì)實驗報告的歸檔工作相當(dāng)復(fù)雜，需要檢查每個實驗課程的實驗項目數(shù)與實驗報告份數(shù)，然后對符合歸檔要求的紙質(zhì)實驗報告進行逐個捆綁處理并存放。

（7）紙質(zhì)實驗報告歸檔后不能夠遠程直接調(diào)閱，如果有上級教學(xué)主管部門要檢查實驗報告，實驗教師需要在實驗報告歸檔存放的倉庫中查找紙質(zhì)實驗報告，然后提交厚重的紙質(zhì)實驗報告。

為了解決紙質(zhì)實驗報告在日常教學(xué)與管理中存在的缺陷，我們查閱了大量的國內(nèi)外科技文獻，對于實驗報告的改革，有很多不同的解決方案。實驗報告的改革多數(shù)停留在如何通過制度或教師通過教學(xué)方法來提高實驗報告的質(zhì)量，[2-7]沒有從實驗報告的管理技術(shù)上來提高學(xué)生書寫實驗報告的質(zhì)量、教師批改實驗報告以及實驗報告歸檔管理的效率。

二、實驗報告無紙化管理平臺的整體架構(gòu)設(shè)計

結(jié)合多年的實驗教學(xué)與實驗室管理工作，我們認為要提高學(xué)生書寫實驗報告的質(zhì)量，首先要打破實驗報告紙質(zhì)化的傳統(tǒng)，采用電子實驗報告，通過建設(shè)一個實驗報告無紙化管理平臺，實現(xiàn)實驗報告管理的功能——實驗課程庫管理、實驗項目庫管理、實驗報告模板制作、實驗報告模板發(fā)布、實驗報告模板下載、實驗報告在線填寫、實驗報告在線提交、實驗報告防抄襲識別、實驗報告在線批改、實驗報告批改結(jié)果查看、實驗報告導(dǎo)入、實驗報告導(dǎo)出、實驗報告信息統(tǒng)計等。實驗報告無紙化平臺的建設(shè)與應(yīng)用，不僅可以節(jié)約學(xué)校辦學(xué)資源，也可以提升實驗報告的質(zhì)量與效果，同時也提高了實驗報告歸檔與管理的效率。

實驗報告無紙化管理平臺面對的使用對象是學(xué)生、教師、實驗報告管理員三個角色,因此實驗報告無紙化管理平臺以角色為模塊劃分界限,我們設(shè)計了實驗報告無紙化管理平臺功能與架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 實驗報告無紙化管理平臺功能與架構(gòu)圖

三、系統(tǒng)核心技術(shù)與算法研究

1.核心技術(shù)分析

分析實驗報告無紙化管理平臺的各模塊功能，按照常規(guī)的軟件開發(fā)方法都是容易實現(xiàn)的，但是“實驗報告防抄襲識別模塊”是實驗報告無紙化管理平臺的難點，也是本平臺的關(guān)鍵技術(shù)。此模塊需要對“文本相似度的計算方法”進行研究，查閱國內(nèi)外科技文獻，目前對“文本相似度的計算方法”研究主要分為：詞形相似度[8-9]、語義相似度[10]、句法相似度[11-12]，結(jié)合本平臺的實際使用情況，如果存在抄襲現(xiàn)象，實驗報告中應(yīng)該存在詞形相似，“詞形相似度”算法中最典型的是TF-IDF算法，因此本文采用TF-IDF算法來設(shè)計“實驗報告防抄襲識別模塊”。

2.抄襲識別算法設(shè)計

算法步驟：實驗報告預(yù)處理→實驗報告特征項選擇和加權(quán)→生成向量空間模型后余弦計算。

（1）實驗報告預(yù)處理

主要是進行中文分詞與停用詞的去除，這個步驟可以采用中科院開發(fā)的開源代碼“ICTCLAS”。

（2）實驗報告特征項選擇和加權(quán)

（3）向量空間模型余弦計算

在向量空間模型中有文本之間的相似度計算、常用向量之間夾角的余弦值表示，假設(shè)有實驗報告A與B，那么可以設(shè)計公式3-1來計算這個句子的相似度。

其中，Wai、Wbi分別表示實驗報告A和B第i個關(guān)鍵詞的權(quán)值，1 i n。

3.實驗報告相似度閾值的設(shè)計

公式3-1中的S im（A，B）可以計算出實驗報告A與B的相似度數(shù)值，那么這個數(shù)值在哪個區(qū)間判定為抄襲，哪個區(qū)間判定為不抄襲，確定一個合理的閾值在實驗報告無紙化管理平臺中的“防抄襲識別功能”就顯得尤為重要。

閾值的確定，可以設(shè)計三個指標算法“準確率P”、“召回率R”，來判斷閾值的合理性，首先給定一個實驗報告訓(xùn)練集，里面存放U份實驗報告，首先人工去逐個判斷實驗報告抄襲情況，確定實驗報告抄襲的份數(shù)N，未抄襲的份數(shù)M，其中N+M=U，然后假設(shè)給定一個初始的閾值E=0.7，用抄襲識別算法去判斷這U份實驗報告存在抄襲的數(shù)量為C，那么。

不斷調(diào)整閾值E，可以訓(xùn)練返回準確率指標與召回率指標的數(shù)值，根據(jù)準確率指標與召回率指標的數(shù)值，確定一個合理的閾值，以提高實驗報告無紙化管理平臺中的“防抄襲識別功能”的有效性。

四、結(jié)束語

一個具備“防抄襲識別功能”的實驗報告無紙化管理平臺的設(shè)計與開發(fā)，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不只是傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)開發(fā)，還涉及一些自然語言處理技術(shù)，因此本文雖然是實驗報告無紙化管理平臺設(shè)計的一個初步探索，但是整體設(shè)計了平臺的架構(gòu)與功能，特別是對平臺的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究。本文的研究為實驗報告無紙化管理平臺的具體開發(fā)奠定了可行的技術(shù)基礎(chǔ),實驗報告無紙化管理平臺的建設(shè)，不僅可以提高學(xué)生書寫實驗質(zhì)量，也可以提高教師批改實驗報告及反饋效果，同時還可以減輕實驗室工作人員對實驗報告管理工作的負擔(dān)。

[1]馬銘杰.確保實驗報告質(zhì)量是提高實驗教學(xué)效果的重要措施[J].實驗室研究與探索,2004(11):64-66.

[2]李仁興.實驗報告改革的探索與實踐[J].江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2004(2):65-69.

[3]李忠光,龔明.實驗報告撰寫改革嘗試[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2005(1):69-70.

[4]王俊斌,王海鳳,任健,王英超,李天俊.提高實驗報告質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2010(1):57-58.

[5]伍洪標,陳玲莉,馮小平,張聯(lián)盟.學(xué)生實驗報告改革方法的探索[J].理工高教研究,2002(5):112-113.

[6]侯淑蓮,李石玉.學(xué)生實驗報告中存在問題的剖析[J].華北煤炭醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2001(4):507-508.

[7]劉文沖,張海鋒,季樂樂,李嘉,遲素敏,王躍民,裴建明,高峰.做好實驗報告，提高生理學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版),2009(3):296-298.

[8]黃承慧,印鑒,侯昉.一種結(jié)合詞項語義信息和TF-IDF方法的文本相似度量方法[J].計算機學(xué)報,2011(5):856-864.

[9]韓敏,唐常杰,段磊,李川,鞏杰.基于TF-IDF相似度的標簽聚類方法[J].計算機科學(xué)與探索,2010(3):240-246.

[10]葛斌,李芳芳,絲路,湯大權(quán).基于知網(wǎng)的詞匯語義相似度計算方法研究[J].計算機應(yīng)用研究,2010(9):29-33.

[11]李彬,劉挺,秦兵,李生.基于語義依存的漢語句子相似度計算[J].計算機應(yīng)用研究,2003(12):15-17.

[12]段利國,陳俊杰.綜合句法結(jié)構(gòu)及語義相似度的問題推薦技術(shù)[J].計算機科學(xué),2012(1):203-206.