基于移動互聯(lián)網的實驗預習測試系統(tǒng)開發(fā)與實踐

奚忠華， 淳 遠， 周愛東， 章文偉

(1. 南京大學 化學化工學院， 江蘇 南京 210023；2. 南京大學 化學國家級實驗教學示范中心， 江蘇 南京 210023)

隨著移動互聯(lián)網的快速發(fā)展和智能手機的普及，各種移動端App在高校的教學和管理中得到了越來越廣泛的應用[1-3]。我?；瘜W國家級實驗教學示范中心(以下簡稱“中心”)實驗預習測試系統(tǒng)正是在這個背景下為配合實驗教學體系三層次培養(yǎng)改革而開發(fā)的[4]。以往的實驗教學中，教師通過學生的預習報告和實驗講解過程中的提問來檢查學生的預習效果。學生雖然在預習過程中花費大量時間抄寫實驗原理、實驗步驟等，但是仍有部分學生對教師所提問題的回答不夠理想，說明其預習效果較差。如何提升預習效果，同時又能減輕學生負擔是一個迫切需要解決的問題。為此，中心就實驗課程建設對學生進行了問卷調查，根據調查，中心在部分實驗課程中采用了報告模板的方式來簡化報告，采用報告模板后有必要建設一個預習測試系統(tǒng)來輔助學生預習。

實驗預習測試系統(tǒng)在國內高校的實驗課程中還沒有普及，部分高校在其實驗預習系統(tǒng)中加入了測試功能[5-14]。隨著移動互聯(lián)網的發(fā)展，舊系統(tǒng)暴露出其移動端的兼容性問題，開發(fā)適合移動端訪問的測試系統(tǒng)能更加有效地提升學生的預習效果。實驗課前對學生進行預習測試是有效檢查學生預習效果的手段，但使用PC端系統(tǒng)很難進行這種測試。由于智能手機的普及，原先難于實現(xiàn)的課前測試現(xiàn)在變得切實可行。中心預習測試系統(tǒng)基于移動互聯(lián)網，主要功能是讓全體學生在實驗開始前的幾分鐘對于實驗的關鍵要點進行一次快速在線測試，教師通過學生答題次數(shù)、花費時間及得分情況，評估學生的預習效果。

1 系統(tǒng)開發(fā)思路

目前基于移動互聯(lián)網開發(fā)應用主要有三種方式，一是基于移動瀏覽器開發(fā)的網頁應用(Web App)，開發(fā)成本低，跨平臺，但使用體驗稍差；二是基于移動操作系統(tǒng)開發(fā)的原生應用(Native App)，開發(fā)成本高，使用體驗好，無法跨平臺使用；三是介于前兩者之間的混合應用(Hybrid App)，其可以通過內部封裝的WebView來訪問網頁應用，獲得類似原生應用的體驗，同時具有很好的跨平臺性?？紤]預習測試系統(tǒng)的實際性能需求以及開發(fā)成本，開發(fā)網頁應用和混合應用即可滿足系統(tǒng)使用需求。

預習測試網頁應用的開發(fā)使用Eclipse工具，系統(tǒng)采用B/S架構，瀏覽器端基于HTML5、CSS3和JavaScript，服務器端采用Java Web技術和MySQL數(shù)據庫，系統(tǒng)運行于Tomcat服務器。網頁應用開發(fā)完成后，使用開源框架WeX5進行二次開發(fā)、生成混合應用。采用這種開發(fā)模式主要原因是中心服務器已經部署了自主開發(fā)的多個網頁應用，再次開發(fā)難度較低。使用WeX5直接開發(fā)混合應用也是值得推薦的一種方式，WeX5開發(fā)工具也是基于Eclipse的，上手簡單，并且應用發(fā)布的時候可同時生成網頁應用和混合應用，一次開發(fā)即可得到適合多平臺的應用，簡易高效。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

實驗預習測試系統(tǒng)的開發(fā)主要圍繞以下幾個方面展開：

(1) 完善的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)用戶主要是學生、教師和管理員，用戶的開放功能見圖1。

考慮到實驗課程特點，學生采用的是小組形式參與實驗，一個實驗室為一個小組，只有被分配到小組的學生才能參與對應課程的預習測試。教師可以查看其負責課程的所有小組成績，同時也具備查看題庫的權限。管理員具有導入用戶、用戶分組、添加實驗、添加課題及題庫管理等功能，其中最重要的是題庫管理這個功能，此外另一個重要功能就是為學生用戶按實驗室進行分組并分配課程，這是保證學生能快速進行測試的關鍵。

圖1 實驗預習測試系統(tǒng)主要功能模塊

(2) 系統(tǒng)簡單且易操作。由于系統(tǒng)功能定位主要是用于課前進行測試，所以操作要簡便，步驟要精簡，使學生能在盡可能短的時間內完成測試。學生分組信息和實驗信息均由管理員分配，并按學期時間設置小組解散日期，避免過往實驗小組的干擾。學生登錄后只顯示未解散的小組，一目了然，可以快速選取實驗進行測試，其主要流程及界面見圖2。系統(tǒng)在用戶未手動注銷前具有自動登錄功能，進一步節(jié)省時間。

圖2 學生預習測試流程及其界面

(3) 使用選擇題作為試題類型。題庫采用選擇題作為題目形式，可以達到自動閱卷的功能，學生提交試卷后能立即得到成績，提升測試效率。自動閱卷的另一個好處是能夠很方便地對學生的錯題進行總體性的統(tǒng)計分析，找出學生學習時的難點。

(4) 試題和選項的隨機性。每個實驗課題要保證有15道以上選擇題，一定量的試題才能夠保證試卷的多樣性。測試時隨機抽取10題組成試卷，同時對每題的選項進行隨機排列，這樣可以使得每個學生的答卷都不一樣，避免互相抄襲。

(5) 教師查看測試詳情功能。教師頁面的功能主要包括查看各個小組的測試詳情、修改密碼、測試記錄檢索以及題庫查看的功能。最重要的測試詳情頁需要醒目地呈現(xiàn)每個學生的最低成績、最高成績和測試次數(shù)，這樣可以讓教師對學生的測試成績一個直觀的印象。進一步點擊測試記錄能查看具體試卷內容，錯題會做出特別的標注。

(6) 手機版應用的開發(fā)。手機版應用是基于網頁應用進行二次開發(fā)的混合應用，其主要功能是提供預習測試系統(tǒng)和實驗室其他系統(tǒng)的快速入口，使學生能夠更加便捷地訪問系統(tǒng)，提升系統(tǒng)的訪問量。

3 實施效果

預習測試系統(tǒng)上線后率先在物理化學實驗課程中開展使用，其App運行效果如圖2和圖3所示。學生通過實驗室無線網絡或手機網絡進入系統(tǒng)，然后選取實驗開始預習測試，測試頁面分成上下兩個區(qū)域，上部顯示試題內容，下部顯示答題卡。學生完成答題后提交試卷可立即顯示成績，同時在答題卡上以紅色標示出錯誤題目，點擊后可查看正確答案。教師界面中，教師可以選擇不同的實驗小組分別查看成績，如圖3所示。

圖3 教師功能界面

對于學生的測試數(shù)據進行分析可以有效地幫助教師了解學生的預習情況，具體的分析從以下4個方面進行：

(1) 平均測試時間。經統(tǒng)計，學生平均測試耗時為2 min 44 s，花費超過5 min的僅占13.5%，這與系統(tǒng)設計目標即學生實驗課前花費數(shù)分鐘完成測試相吻合，印證了系統(tǒng)設置的合理性。

(2) 平均成績。預習測試卷的總體平均成績?yōu)?0.2分，各分數(shù)段成績分布見圖4(a)，其中90分以上占比為73%，學生的預習效果較好，絕大多數(shù)學生都能得到90分以上成績。因此，建議教師在教學過程中以90分為界定標準對學生預習情況進行評估。

(3) 測試時間與平均成績關系。學生測試耗時與平均成績分布見圖4(b)，可以看出，花費超過4 min的測試卷平均分明顯低于總體平均分，學生顯然對試題內容不熟悉，需花費較多時間思考，這也從反面印證預習充分的學生完全可以在4 min內完成測試并取得好成績。

(4) 錯題分析。預習測試系統(tǒng)上線后受到廣大師生的好評，也得到了很多建設性的意見，例如錯題集功能。系統(tǒng)最初設計的功能教師每次只能查看一個班級的成績，然后從中選出學生錯題進行分析。如果要對學生的錯題進行總體評估,只能采取手動統(tǒng)計分析的方式。為了使統(tǒng)計更加方便，我們及時添加了錯題自動統(tǒng)計功能，幫助教師對學生常犯的錯誤進行分析。例如，物理化學實驗試題中最容易出錯的10道題目中有5題屬于“電動勢的測定及其應用”實驗，其中關于電極連接方式的題目錯誤率最高(圖3右側圖)，因此教師在課上需要對此進行更深入的講解。

圖4 預習測試成績統(tǒng)計

4 結語

實驗預習測試系統(tǒng)是基于HTML5,以Java Web技術開發(fā)的移動互聯(lián)網應用，其手機端App使用開源框架WeX5進行開發(fā)。系統(tǒng)上線后運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了預習測試的功能需求，激發(fā)了學生主動學習的熱情，提高了預習效率。通過對測試數(shù)據的分析，可以有效地追蹤學生的預習情況，幫助教師改進實驗教學，助力實驗教學改革。隨著中心各課程試題庫建設的逐步完善，將會有越來越多的實驗課程使用本系統(tǒng)進行預習測試?；谝苿踊ヂ?lián)網的信息化技術在實驗教學中的應用是一種趨勢，本系統(tǒng)的建設思路具有有效的參考作用。