基于掃描識別技術(shù)的微積分課程電子閱卷系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

陸毅華， 姚 遠， 王 瀟， 陳 敏， 單鴻波

(東華大學(xué) 教務(wù)處，上海 201620)

基于掃描識別技術(shù)的微積分課程電子閱卷系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

陸毅華， 姚 遠， 王 瀟， 陳 敏， 單鴻波

(東華大學(xué) 教務(wù)處，上海 201620)

為提高教師工作效率和課程教學(xué)質(zhì)量,東華大學(xué)結(jié)合日漸完善的圖像處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)手段，利用基于掃描識別技術(shù)開發(fā)了網(wǎng)上電子閱卷系統(tǒng)，實現(xiàn)了一套適合高校教學(xué)考試的電子閱卷系統(tǒng)，并給出微積分考試電子閱卷實例。該系統(tǒng)包括試卷掃描、網(wǎng)上閱卷、統(tǒng)計分析等模塊。通過將紙質(zhì)版試卷掃描進電腦中，獲取試卷正反面圖像。主觀題部分，由教師根據(jù)任務(wù)分配獲取相應(yīng)題目圖像后進行網(wǎng)上評閱打分，最終匯總獲得總成績，并分析統(tǒng)計出各題目準(zhǔn)確率，難易程度等信息，實現(xiàn)閱卷信息化。隨著微積分教學(xué)月考制度推行和電子閱卷系統(tǒng)使用，網(wǎng)上閱卷順應(yīng)了教學(xué)的信息化管理，實現(xiàn)教學(xué)工作規(guī)范化，考核管理科學(xué)化、現(xiàn)代化。

電子閱卷； 掃描識別； 分析統(tǒng)計； 微積分

0 引 言

高等教育培養(yǎng)中，學(xué)生成績客觀體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)成效和教師教學(xué)質(zhì)量，特別是對于量大面廣的公共基礎(chǔ)課程，由于生師比遠高于技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程，往往都是依據(jù)期末一次考試來判定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在客觀上造成了學(xué)生平時不認真，考前抱佛腳的不良現(xiàn)象[1-2]。以絕大多數(shù)高校普遍開設(shè)的微積分課程為例[3]，通常都是百人規(guī)模的大班上課，學(xué)生對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)進度和掌握程度都只能在期末考試中才能體現(xiàn)出,而任課教師依據(jù)傳統(tǒng)的課堂練習(xí)、課后作業(yè)、課堂互動提問等教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的把控收效甚微。因此，我校以微積分課程為試點，在日常教學(xué)中加入月考和期中考試環(huán)節(jié)[4-5]，形成“每月一測驗、每月一總結(jié)”的月考模式，以加強學(xué)生對課程的重視程度，及時發(fā)現(xiàn)并彌補課程學(xué)習(xí)的不足之處，強化對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的把控，端正學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度為出發(fā)點[6]，為提高課程教學(xué)質(zhì)量做了探索性的改革嘗試。

在這種改革的思路下，傳統(tǒng)的人工閱卷已經(jīng)不能高效滿足日常高校課程需求，逐漸顯現(xiàn)出諸多弊端，譬如：課程考試數(shù)目的增加同時也帶來了教師組閱卷工作量的增加以及試卷存檔工作的增加，學(xué)校需要置備更多的空間存放學(xué)生試卷；教師也需要花費更多的人力物力進行人工閱卷，大大增加了誤判以及錯判的概率，而且閱卷后大量的試題分析、成績統(tǒng)計等也不能做到較高準(zhǔn)確度[7-8]，因此有必要研發(fā)一種高效的閱卷方式。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，結(jié)合日漸完善的圖像處理技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)并實現(xiàn)了一套適合高校教學(xué)考試的電子閱卷系統(tǒng)，不僅可以輔助教師教學(xué)實現(xiàn)隨時隨地網(wǎng)上閱卷，掃描試卷通過后臺數(shù)據(jù)庫電子存檔，同時，也實現(xiàn)了閱卷工作信息化，教學(xué)工作規(guī)范化以及考核管理科學(xué)化、現(xiàn)代化，既有助于強化學(xué)生學(xué)習(xí)過程的把控，同時又不大幅增加教師因考試次數(shù)增加帶來的重復(fù)閱卷工作量[9-10]。

1 電子閱卷系統(tǒng)的構(gòu)成及相關(guān)工作流程

為了實現(xiàn)網(wǎng)上電子閱卷改革的思路，教務(wù)處牽頭組織，成立了由教務(wù)管理人員、微積分教學(xué)團隊和軟件開發(fā)教學(xué)團隊組成的項目組，開發(fā)了一個基于掃描識別技術(shù)的電子閱卷系統(tǒng)[11-12]。該系統(tǒng)主要依托于掃描識別技術(shù)，同時結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[13-15]，開發(fā)了電子閱卷系統(tǒng)，并應(yīng)用于微積分課程，將試卷呈現(xiàn)成電子圖像的一種全新網(wǎng)上閱卷模式。

1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

本電子閱卷系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括答題卡掃描識別模塊、評閱教師網(wǎng)上閱卷模塊，以及匯總分?jǐn)?shù)統(tǒng)計分析模塊3部分(見圖1)，各模塊的主要功能為：

(1) 答題卡掃描識別模塊。實現(xiàn)客觀題部分的自動識別與判卷；完成考生答卷的電子化，并將電子化答卷以圖片格式保存在服務(wù)器。其中，客觀題電子答卷可供答題與識別結(jié)果校對使用，主觀題電子答卷供網(wǎng)上評卷使用。完成各類試卷電子圖片存檔，方便歷史資料保存和網(wǎng)絡(luò)查詢，增加校園網(wǎng)服務(wù)功能。

(2) 閱卷教師網(wǎng)上閱卷模塊。評卷教師以系統(tǒng)授予的合法身份及權(quán)限進行網(wǎng)上評卷，并以各種科學(xué)的方法確保網(wǎng)上評卷質(zhì)量與效率。

圖1 電子閱卷系統(tǒng)組成

(3) 匯總分?jǐn)?shù)統(tǒng)計分析模塊。以教育測量學(xué)指標(biāo)體系為依據(jù)，并結(jié)合實際需要設(shè)置統(tǒng)計分析指標(biāo)，自動生成各類統(tǒng)計分析報表。所有考卷、測驗試卷、調(diào)查問卷的分?jǐn)?shù)自動統(tǒng)計、自動登分，且包括總分及小題分，極大地提高教師工作效率、減輕教師的工作負擔(dān)。

1.2 系統(tǒng)運行流程

基于掃描識別技術(shù)的一元微積分電子閱卷系統(tǒng)的運行流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖

學(xué)生考試結(jié)束后提交的材料分為試卷和答題卡兩部分，其中答題卡包括客觀題和主觀題。考試結(jié)束后，工作人員通過將紙質(zhì)版答題卡掃描進電腦中，獲取試卷正反面圖像，儲存至后臺數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)通過學(xué)生填涂的學(xué)號自動識別每位學(xué)生的試卷信息，自動完成客觀題目的評判。針對主觀題，系統(tǒng)根據(jù)閱卷組每位老師的閱卷題目以及閱卷數(shù)量安排，為試卷劃分每題區(qū)域，實現(xiàn)不同評卷教師登錄后僅僅能看到自己所負責(zé)的題目區(qū)域以及試卷數(shù)量，通過鍵盤輸入分?jǐn)?shù)并點擊下一個圖像進行網(wǎng)上評閱打分，最終匯總獲得總成績。同時，在閱卷過程中，系統(tǒng)自動屏蔽考生的相關(guān)信息，評卷教師只看到答題內(nèi)容而不知道答卷者，確保評卷過程的客觀公正。

1.3 評卷過程的數(shù)據(jù)流程

網(wǎng)上閱卷系統(tǒng)既可運行于局域網(wǎng)(如校園網(wǎng)、專線網(wǎng))，也可運行于互聯(lián)網(wǎng)，具有很強的環(huán)境適應(yīng)能力。試卷通過文檔掃描儀掃描成電子圖像后，上傳至服務(wù)器，評閱教師通過互聯(lián)網(wǎng)即可評閱試卷，省去了試卷裝訂、評卷傳閱等手工環(huán)節(jié)，極大地提高了考試閱卷工作的便捷性。評卷過程數(shù)據(jù)流程圖如圖3所示。

圖3 電子閱卷系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

2 電子閱卷工作規(guī)程及對應(yīng)系統(tǒng)的輔助功能

根據(jù)上述流程，在整個評卷過程中，為確保評卷結(jié)果的客觀、公正及準(zhǔn)確，本電子閱卷系統(tǒng)在實際閱卷使用中依據(jù)圖4所示工作規(guī)程執(zhí)行。

圖4 電子閱卷的工作規(guī)程

考試結(jié)束并將考生答卷掃描到服務(wù)器后，工作人員通過網(wǎng)上評卷子系統(tǒng)劃分閱卷模塊和數(shù)量，并授予評卷教師閱卷身份。評卷用戶即可通過系統(tǒng)設(shè)置的帳號和密碼登錄網(wǎng)上評卷系統(tǒng)，對系統(tǒng)授權(quán)的合法用戶，系統(tǒng)將按照授權(quán)列出用戶可選擇評閱的科目及題目，評卷用戶選擇完成后，系統(tǒng)即可通過網(wǎng)絡(luò)自動隨機分發(fā)評卷用戶授權(quán)評閱的題目。此時，評卷用戶即可通過電腦瀏覽器進行答卷的評閱和批注。當(dāng)評卷用戶評完一份答卷后，系統(tǒng)會自動分發(fā)下一份答卷，直至全部答卷評閱完成。最后，憑借統(tǒng)計分析子系統(tǒng)統(tǒng)計分析及格率、錯誤率、難易程度等各類數(shù)據(jù)信息?？陀^、公平、公正地保證了閱卷質(zhì)量，且有網(wǎng)絡(luò)就可以閱卷。

在此工作規(guī)程基礎(chǔ)上，電子閱卷系統(tǒng)同時提供了誤差控制機制、進度質(zhì)量監(jiān)控及豐富的輔助功能：批注功能；試卷結(jié)構(gòu)分為題組/試題/小題3級，以題組級別評分；實現(xiàn)試評、正評兩個評卷階段；多角色管理策略，分為系統(tǒng)管理員、科目組長、題組組長、評卷員等，同一大題的不同選題應(yīng)可以交由不同分組的老師獨立評閱；實現(xiàn)雙評、三評主觀題評分誤差控制方法；無限數(shù)量返回重評；考生信息保密；評卷信息查詢打??；常用統(tǒng)計分析指標(biāo)。

實踐表明，利用基于掃描識別技術(shù)的電子閱卷系統(tǒng)大大提高了教師閱卷的便捷性以及統(tǒng)計分析的準(zhǔn)確性，同時也控制了考試閱卷的質(zhì)量以及考試管理的效率[10]。

3 應(yīng)用實例驗證

以2015—2016學(xué)年第一學(xué)期為例，學(xué)校的兩個校區(qū)中，共有3 000余名學(xué)生修讀微積分課程。按照月考模式，需要進行4次課程考試。依據(jù)該電子閱卷系統(tǒng)，課程所在院系組織了20余名教師，采用網(wǎng)上閱卷模式，有效地解決了大規(guī)模、跨校區(qū)、多次性考試所產(chǎn)生的各類棘手的考試管理問題。

3.1 試卷掃描

以微積分為應(yīng)用實例，掃描試卷圖像如圖5所示。圖5左上角區(qū)域為學(xué)生個人信息區(qū)域，包括姓名、班級、學(xué)號。左邊中間部分為客觀題區(qū)域，系統(tǒng)掃描試卷后將自動評判客觀題并打分，得出每個人的客觀題分?jǐn)?shù)。其余部分為主觀題區(qū)，分為正反兩面，其中填空題算一部分區(qū)域，每一道主觀題算一個區(qū)域，工作人員將按照題目劃出試卷每題的可視模塊，作為評閱教師網(wǎng)上閱卷時看到的學(xué)生答題界面。

3.2 試卷評閱

圖6為評閱教師的閱卷界面，左側(cè)為答題卡界面，右側(cè)為分?jǐn)?shù)。填空題每道題目都有對應(yīng)的分?jǐn)?shù)，方便核分，簡答題配置一個分?jǐn)?shù)，評閱教師填寫好分?jǐn)?shù)后點擊提交試卷，系統(tǒng)自動分配下一個試卷，直至該教師所分配的數(shù)量全部評閱完畢。對于評閱有疑問的試卷，可以返回評閱，或者做個批注等，對于疑問較大的試卷，可以標(biāo)注讓其他老師參考評閱，甚者可以讓評閱組長評閱。評閱后呈現(xiàn)的試卷如圖7所示。

3.3 試卷統(tǒng)計分析

閱卷完畢后，可以生成當(dāng)次考試科目的考試人數(shù)、平均分、最高分、最低分、標(biāo)準(zhǔn)差、得分率、難度、區(qū)分度以及信度等信息，如圖8所示。

與此同時，系統(tǒng)也會生成客觀題整體和每一道客觀題目的分析報告，包括答案、分值、得分率以及每個選項選的比例等。有助于教師有針對性的了解學(xué)生本知識點的學(xué)習(xí)情況以及易錯點。每次考試的統(tǒng)計分析報表如圖9所示。

同理，主觀題分析內(nèi)容與客觀題類似，如圖10所示。與客觀題目不同的是，主觀題劃分分?jǐn)?shù)段，而不是選項。

所生成試卷分析統(tǒng)計表可方便任課教師進行各知識點數(shù)據(jù)(題目分/小題分)的全面分析，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。微積分在2015—2016整個學(xué)年第一學(xué)期共進行了4次考試，成績分布圖如圖11所示。

圖5 微積分試卷掃描界面

圖6 電子閱卷系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

圖7 評閱后試卷標(biāo)記

圖8 單次考試統(tǒng)計分析圖

圖9 客觀題統(tǒng)計分析圖

圖10 主觀題統(tǒng)計分析圖

引入月考模式后，學(xué)生平時的努力和認真程度有較明顯提高，對過程的學(xué)習(xí)重視程度隨學(xué)習(xí)進度的延伸在不斷增強。逐月考試后形成的有規(guī)模、有階段的統(tǒng)計分析報告，可以讓任課教師比較直觀地看出課程教學(xué)的學(xué)習(xí)成果以及同學(xué)們進步情況，為今后的教學(xué)進度和教學(xué)重點提出方向。

圖11 多次考試對比分析圖

4 結(jié) 語

隨著微積分教學(xué)月考制度的推行和電子閱卷系統(tǒng)的使用，網(wǎng)上閱卷順應(yīng)了教學(xué)的信息化管理，基于掃描識別技術(shù)的微積分電子閱卷系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的手工閱卷，不僅實現(xiàn)了紙質(zhì)圖片數(shù)據(jù)電子化，完成各類試卷電子圖片存檔，方便歷史資料保存。同時有效監(jiān)控了閱卷過程，客觀、公平、公正地保證了閱卷質(zhì)量，讓老師們有網(wǎng)絡(luò)就可以閱卷。解決了校際聯(lián)考等各類考試中考務(wù)的試卷管理分裝，閱卷人員的協(xié)調(diào)組織等問題。

閱卷后的成績報表自動統(tǒng)計功能，實現(xiàn)所有考卷、測驗試卷、調(diào)查問卷的分?jǐn)?shù)自動統(tǒng)計、自動登分，且包括總分及小題分，極大地提高教師工作效率、減輕教師的工作負擔(dān)，降低了大批量閱卷的評分誤差，提高閱卷結(jié)果公正性。學(xué)生可以根據(jù)考試不斷鞏固所學(xué)知識，老師也可以根據(jù)學(xué)生的考試成績分析教學(xué)不足，有針對性的鞏固加強。

借助電子閱卷工具進行的階段性考試訓(xùn)練，提高了學(xué)生和教學(xué)科目的競爭能力。不但可使學(xué)生避免因怯場或不適應(yīng)而導(dǎo)致的非知識性失分，而且也可及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在當(dāng)前階段課程學(xué)習(xí)中存在的問題。并及時糾正彌補，有助于在期末考試中發(fā)揮學(xué)生應(yīng)有水平。

電子閱卷系統(tǒng)提高了教師閱卷工作便捷性，提高閱卷效率，有助于達到“以考促教、以考促學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量和成效”的目的。所開發(fā)應(yīng)用的“基于掃描識別技術(shù)的微積分電子閱卷系統(tǒng)”經(jīng)過微積分課程多次使用，得到較好的評價，學(xué)生成績也通過多次考試有所提高。未來將持續(xù)完善系統(tǒng)智能化界面設(shè)計，細化成績質(zhì)量統(tǒng)計分析功能，豐富閱卷隨機抽樣復(fù)評、任課老師復(fù)查和學(xué)生自主查詢分析等功能，使電子閱卷對促進師生教與學(xué)質(zhì)量的不斷提升做出貢獻。

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Design and Application of Scanning-Recognition Technology-Based Electronic Marking System on Monthly Tests of Calculus

LUYihua,YAOYuan,WANGXiao,CHENMin,SHANHongbo

(Academic Affairs Office, Donghua University, Shanghai 201620, China)

In order to improve teachers’ work efficiency and teaching quality in the context of maturing image processing technology and various Internet methods, an online marking system, suitable for university-level teaching and testing, is developed and exemplified by calculus at Donghua University, based on scanning and recognition technology. The system is composed of modules such as test paper scanning, online marking, and statistical analysis. Both sides of test papers are scanned and the consequent images are stored digitally. The objective parts of the papers are graded automatically by the computer while the images of the subjective parts are assigned to and marked by teachers online. All the results are collected electronically into the total grades and analyzed in terms of accuracy rate and difficulty of each part. The monthly tests of calculus shows that the online marking system conforms to the growing trend of digitalization, normalization and modernization of education and its management and assessment.

electronic marking; scanning and recognition; analytic statistics; calculus

2016-09-12

陸毅華(1967-)，女，安徽合肥人，助理研究員，主要從事高教管理和研究工作。

Tel.：021-67792062；E-mail：yhlu@dhu.edu.cn

姚 遠(1985-)，女，江蘇常州人，助理研究員，主要從事高教管理和研究工作。

Tel.：021-67792065；E-mail：ivyyao@dhu.edu.cn

TP 311.1；O 172

A

1006-7167(2017)06-0180-06