醫(yī)學(xué)電鏡智能在線考試系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

王立言，郭春，李莉，邴魯軍*

（山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院1組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，2形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，濟(jì)南250012）

醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)和電鏡技術(shù)是利用電子顯微鏡技術(shù)從亞細(xì)胞水平和分子水平研究組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)及病變的形態(tài)學(xué)科學(xué)[1]，融合了解剖學(xué)、組織學(xué)、病理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)等多學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，是我校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生、研究生不可或缺的一門獨(dú)立課程。由于電鏡屬于大型精密儀器，配備數(shù)量有限，考試時(shí)時(shí)間不允許每個(gè)學(xué)生上機(jī)觀察圖像，實(shí)驗(yàn)操作也較為復(fù)雜且周期較長(zhǎng)，所以在對(duì)學(xué)生理論課與實(shí)驗(yàn)課的考核過程中，尤其是實(shí)驗(yàn)考核方面，存在著一定困難。目前該課程的考核依舊通過傳統(tǒng)方式即書面考試配合課堂出勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告方式進(jìn)行。這種方式有著一定弊端：一是難以真實(shí)有效的檢測(cè)出學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力、實(shí)踐操作能力，考試過程中學(xué)生處于被動(dòng)地位，限制著學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。二是人工命題費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可能會(huì)導(dǎo)致試題覆蓋面窄、隨機(jī)性過大，也不利于橫向縱向分析比較考試結(jié)果。三是無法實(shí)現(xiàn)學(xué)生定期進(jìn)行自我檢查查漏補(bǔ)缺，而且考試中紙質(zhì)印刷無法精細(xì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖細(xì)節(jié)，不利于學(xué)生觀察[2]。

隨著教育教學(xué)改革的不斷深入，我校提出“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，推進(jìn)啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式[3]教學(xué)的創(chuàng)新教育行動(dòng)方案，大力提升教學(xué)和考試的現(xiàn)代化水平。同時(shí)，在當(dāng)今信息時(shí)代下，學(xué)生也希望根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行有的放矢的學(xué)習(xí)并希望得到及時(shí)的反饋；老師希望有效改進(jìn)現(xiàn)有的考試模式，提高考試的效率；教育機(jī)構(gòu)希望全面準(zhǔn)確地對(duì)學(xué)生進(jìn)行跟蹤和評(píng)價(jià)，從而提出更科學(xué)有效教改方案。

因此為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和教學(xué)改革的需要，我們根據(jù)本課程的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了醫(yī)學(xué)電鏡智能在線考試系統(tǒng)。系統(tǒng)通過題庫的構(gòu)建，將以前單純的期末理論成績(jī)考核轉(zhuǎn)換為包括理論成績(jī)考核、綜述考核、案例考核、實(shí)驗(yàn)技能考核和超微結(jié)構(gòu)圖片辨認(rèn)考核等五大方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)的考核和評(píng)價(jià)，并通過互聯(lián)網(wǎng)，將所有考核內(nèi)容融合為一體，形成多元化、系統(tǒng)化、智能化的在線考試系統(tǒng)。與傳統(tǒng)紙質(zhì)考試相比，該系統(tǒng)具有更客觀公正、高效準(zhǔn)確、智能便捷的特點(diǎn)，在《醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)和電鏡技術(shù)》理論課與實(shí)驗(yàn)課考核的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1 考試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

為了滿足系統(tǒng)對(duì)先進(jìn)性、安全性、跨平臺(tái)性、可擴(kuò)展性、可移植性、智能性等方面的要求，系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的B/S三層體系結(jié)構(gòu)：用戶層（管理員、教師、學(xué)生）、業(yè)務(wù)邏輯層（體現(xiàn)智能化、自動(dòng)化）、數(shù)據(jù)庫層（核心內(nèi)容試題樣庫）[4,5]。教師可以在題庫中添加、編輯和刪除試題；可以隨機(jī)或人工組卷，并能在指定時(shí)間內(nèi)發(fā)布試卷；學(xué)生參加完考試能立即得到答案并分析考試中答錯(cuò)的題目；教師能得到學(xué)生考試后傳送的反饋信息，可對(duì)成績(jī)分布和錯(cuò)題率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并及時(shí)作出評(píng)價(jià)。整個(gè)系統(tǒng)融入智能化思想，操作方便，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和安全保密性，可在PC端和智能手機(jī)端流暢運(yùn)行。

2 考試系統(tǒng)的主要內(nèi)容

2.1 題庫的構(gòu)建

醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)和電鏡技術(shù)課程以生物組織的超微結(jié)構(gòu)辨識(shí)為主要講述內(nèi)容，同時(shí)介紹了電鏡的結(jié)構(gòu)、原理、操作和電鏡應(yīng)用技術(shù)，為學(xué)生將來從事基礎(chǔ)科學(xué)研究或臨床診斷奠定基礎(chǔ)。根據(jù)課程的特點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)了八類題型，從五個(gè)方面即理論、綜述、案例、實(shí)驗(yàn)技能和超微結(jié)構(gòu)辨認(rèn)考核學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力[6]。題庫的設(shè)計(jì)（圖1）有以下特點(diǎn)：

①八類題型分別為單選類、多選類、判斷類、填空類、問答類、綜述類、操作類和電鏡組織結(jié)構(gòu)辨識(shí)類，其中操作類試題提供了文件下載和上傳功能，輕松實(shí)現(xiàn)Word、Excel、FrontPage、Visual Foxpro等對(duì)文件或文件夾的操作；

②題庫對(duì)試題的知識(shí)點(diǎn)、難度、分?jǐn)?shù)、試題內(nèi)容和試題解析等屬性進(jìn)行了設(shè)置，避免了考試中相同知識(shí)點(diǎn)在不同題型中同時(shí)出現(xiàn)，單選類、多選類試題支持6個(gè)選項(xiàng)，完全可以滿足當(dāng)前試題要求，少于6個(gè)選項(xiàng)，在考試時(shí)自動(dòng)隱藏；

③試題內(nèi)容豐富，試題中可插入圖片、音/視頻、表格、Flash動(dòng)畫和數(shù)學(xué)公式等，全面支持語音播放、視頻賞析等試題，其中數(shù)學(xué)公式編輯器極大的方便了計(jì)算相關(guān)的題目，真正實(shí)現(xiàn)了多媒體試題。

圖1 題庫設(shè)計(jì)思想Fig. 1 Design idea of question library

④教師擁有題庫的全部操作權(quán)限，可以批量導(dǎo)入或?qū)С鲈囶}，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更加方便快捷；可對(duì)試題進(jìn)行增加、刪除、編輯等操作。

題庫設(shè)計(jì)注重理論與實(shí)踐結(jié)合，基礎(chǔ)與臨床結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，達(dá)到啟發(fā)學(xué)生思維、激發(fā)學(xué)生靈感、鼓勵(lì)學(xué)生探索、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的目的[7]。比如在增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣方面，我們?cè)谠囶}編輯中引入了電鏡發(fā)展史的一些趣事以及利用電鏡做出的重大發(fā)現(xiàn)等。如2016諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給自噬反應(yīng)；2017年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給冷凍電鏡技術(shù)，這些都與電鏡研究密切相關(guān)。冷凍電鏡技術(shù)高效率地以原子級(jí)分辨率（1.8?）獲得生物分子的三維結(jié)構(gòu)，利用這項(xiàng)技術(shù)同年又獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的包括發(fā)現(xiàn)控制“晝夜節(jié)律”的蛋白質(zhì)復(fù)合，與聽覺相關(guān)的壓力變化傳感器，以及寨卡病毒。這些結(jié)構(gòu)，依靠之前的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究技術(shù)根本不可能獲得。在實(shí)際應(yīng)用方面，我們結(jié)合學(xué)術(shù)論文或臨床案例使學(xué)生直觀的認(rèn)識(shí)到電鏡在基礎(chǔ)科研和臨床診斷的重要性。如：如薄基底膜腎病，該疾病在光鏡下沒有明確的具有診斷意義的病理學(xué)指標(biāo)，電鏡下彌漫性的基底膜變薄是該病的唯一或最重要的病理特征。我們將正常人的基底膜照片和患者的基底膜照片放在一起進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果一目了然，學(xué)生記憶深刻。

2.2 軟件系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 試卷生成與管理

本系統(tǒng)的試卷生成有兩種方式，教師可在試卷策略中按知識(shí)點(diǎn)、題型和難度隨機(jī)抽取試題組卷，也可手動(dòng)自由選擇試題進(jìn)行組卷；可將試題按試題分?jǐn)?shù)或按題型指定分?jǐn)?shù)折算成試卷總分；可設(shè)置題型顯示順序等屬性；

系統(tǒng)試卷分為考試模式和作業(yè)模式，考試模式自動(dòng)計(jì)時(shí)，作業(yè)模式不計(jì)時(shí)，可用于平常作業(yè)或練習(xí)；試卷出題方式可采用題序固定、題序隨機(jī)或試題隨機(jī)模式；試卷顯示方式分為整卷模式和逐題模式；試題隨機(jī)和逐題模式可有效防止考生作弊；

試卷或答卷以Word格式導(dǎo)出，無須再進(jìn)行任何排版便可直接打印，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)考試制卷和考生答卷存檔功能；

2.2.2 答卷和答卷成績(jī)?yōu)g覽

如考試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程圖（圖2）所示，考生登錄系統(tǒng)，輸入姓名和學(xué)號(hào)，以驗(yàn)證考生身份的合法性，如果非法拒絕考試。登錄成功，選擇考試科目，系統(tǒng)按設(shè)定策略進(jìn)行組卷，不在有效期范圍內(nèi)的試卷不可見?？忌c(diǎn)擊“開始答題”按鈕后，顯示試卷內(nèi)容，并且開始計(jì)時(shí)?？荚嚻陂g，如需修改，點(diǎn)擊題目下的“修改”按鈕，修改完成后點(diǎn)擊保存?？忌谝?guī)定時(shí)間內(nèi)沒有交卷，時(shí)間到時(shí)就會(huì)強(qiáng)迫交卷；在規(guī)定時(shí)間內(nèi)交卷，交卷后自動(dòng)閱卷，考生可直接看到自己本次考試客觀題的成績(jī)。主觀題成績(jī)待教師評(píng)閱后可通過“成績(jī)信息查詢”功能欄查閱，同時(shí)可以看到教師的評(píng)價(jià)。

2.2.3 試卷評(píng)閱和成績(jī)分析

填空題、選擇題、判斷題等客觀題已經(jīng)由系統(tǒng)本身自動(dòng)評(píng)閱，教師可通過選擇學(xué)生姓名或?qū)W號(hào)對(duì)問答題、綜述題等主觀題進(jìn)行評(píng)閱。主觀題題目、參考答案和考生答案顯示在系統(tǒng)“題目評(píng)閱”欄對(duì)應(yīng)的文本框中，對(duì)比參考答案和考生答案，教師進(jìn)行打分，同時(shí)可在每一題對(duì)應(yīng)的“評(píng)價(jià)欄”做出相應(yīng)評(píng)價(jià)。評(píng)閱完后，點(diǎn)擊“提交”，即可完成對(duì)該考生的試卷整體評(píng)閱和計(jì)分。

系統(tǒng)可對(duì)考生答卷按成績(jī)、知識(shí)點(diǎn)、題型和試題得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以圖表形式直觀顯示，充分體現(xiàn)了考試的評(píng)價(jià)和導(dǎo)向功能。

2.2.4 系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和賬戶管理

系統(tǒng)基于微軟先進(jìn)的Net平臺(tái)，采用B/S架構(gòu)模式，部署和維護(hù)方便，具有良好的開放性、伸縮性和可擴(kuò)展性；可穩(wěn)定流暢運(yùn)行在內(nèi)存512M以上的PC端內(nèi)和智能手機(jī)端。系統(tǒng)賬戶中管理員擁有最高權(quán)限，教師擁有建立新聞、帳戶、試題和試卷等權(quán)限，學(xué)生擁有查看新聞、參加考試、參加作業(yè)和成績(jī)查詢等權(quán)限。

3 應(yīng)用效果和體會(huì)

本系統(tǒng)已在醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)和電鏡技術(shù)實(shí)驗(yàn)課考核中使用，學(xué)生及教師普遍反映良好。體會(huì)如下：①通過題庫的構(gòu)建，將過去單一的期末理論成績(jī)考核轉(zhuǎn)變?yōu)榘ɡ碚摽己恕⒕C述考核、案例考核、實(shí)驗(yàn)技能考核和超微結(jié)構(gòu)辨認(rèn)考核五大方面的多元化考核，更能客觀準(zhǔn)確的反映學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。②在題目編輯時(shí)，我們引用了歷史趣事、重大發(fā)現(xiàn)和最新研究進(jìn)展，并融合了組織學(xué)、病理學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，以便充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握能夠融會(huì)貫通。③根據(jù)本課程的特點(diǎn)，我們?cè)陬}目編輯時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同文檔、音/視頻、 flash動(dòng)畫、虛擬仿真片段的插入編輯操作，滿足了電鏡復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作考核和超微結(jié)構(gòu)圖片的辨認(rèn)考核。④系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)功能，學(xué)生可以根據(jù)自己的薄弱環(huán)節(jié)有的放矢的學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)效率，也可以通過上傳的影像資料、課件等進(jìn)行虛擬仿真學(xué)習(xí)，從而彌補(bǔ)電鏡實(shí)驗(yàn)課學(xué)生多而儀器和場(chǎng)地受限的問題。⑤考試系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了組卷隨機(jī)化、閱卷自動(dòng)化，減輕教師命題、閱卷、評(píng)分所耗費(fèi)時(shí)間和精力，提高了考試效率。⑥系統(tǒng)中試題難易度、區(qū)分度等多項(xiàng)參數(shù)可針對(duì)各專業(yè)、各層次學(xué)生實(shí)際答題情況進(jìn)行校準(zhǔn)，提高考試命題的信度和效度，使考試更加公平公正。⑦反饋即時(shí)化，教師可對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及時(shí)的做出反饋和評(píng)價(jià)，可幫助學(xué)生快速的掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而全面提高教學(xué)質(zhì)量。⑧系統(tǒng)通過自身的統(tǒng)計(jì)分析功能，迅速、準(zhǔn)確地反映出教與學(xué)的得失，為探討改進(jìn)教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)[8,9]。

圖2 考試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及流程圖Fig. 2 Structure and flow chart of examination system

總之，醫(yī)學(xué)電鏡智能在線考試系統(tǒng)科學(xué)、可行、可靠，改革了傳統(tǒng)的考核方式，將單一的期末理論考核轉(zhuǎn)為包括理論、綜述、案例、實(shí)驗(yàn)技能和超微結(jié)構(gòu)辨認(rèn)五方面的綜合考核評(píng)價(jià)；學(xué)生可在線根據(jù)自己的薄弱環(huán)節(jié)有的放矢的學(xué)習(xí)自測(cè)，并可得到教師的反饋，有效提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力；減輕了教師紙質(zhì)命題考試的工作負(fù)擔(dān)，節(jié)約了考試成本，提高了考試效率和教學(xué)質(zhì)量，使考試更趨于客觀公正。系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)促進(jìn)醫(yī)學(xué)教學(xué)改革的創(chuàng)新，推進(jìn)啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式教學(xué)，提高教育技術(shù)現(xiàn)代化水平具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[10,11]。