面向地方高校的大學物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)設計與實踐

邵宇飛

摘 ? 要：大學物理是廣大地方高校普遍開設的一門重要基礎課，然而地方高校的大學物理教學往往存在現(xiàn)代化教學資源相對短缺、學生基礎薄弱以及主動性學習風氣不濃等問題，教學效果差，難以繼續(xù)專業(yè)課的深入學習，影響行業(yè)人才的培養(yǎng)。探索符合互聯(lián)網(wǎng)時代特征的新型大學物理教學模式對解決以上問題具有重要意義。文章設計了一種基于云平臺的動態(tài)信息化大學物理考試管理系統(tǒng)，并將其成功應用于2個專業(yè)的7個行政班。系統(tǒng)內(nèi)置三重隨機策略以防止學生作弊行為，有效擺脫了對大規(guī)模機房和監(jiān)考教師人數(shù)的依賴，師生即使分散在全國各地，只要能夠通過手機等移動設備訪問互聯(lián)網(wǎng)，即可完成階段性考試。該信息化教學改革的成功實踐可為其他教學資源相對不足的地方高校提供有益借鑒。

關鍵詞：大學物理;考試;數(shù)據(jù)庫;管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2020）11-0084-04

地方高校是我國高等教育事業(yè)的重要力量，每年向社會輸出大量行業(yè)人才。大學物理是廣大地方高校，特別是理工類院校，普遍開設的一門重要課程，旨在為本科生學習各理工類專業(yè)課奠定必要的物理基礎，在培養(yǎng)學生運用物理原理分析解決現(xiàn)實工程技術問題方面，發(fā)揮著不可替代的重要作用。然而地方高校的大學物理教學往往存在師資力量不足、輔助設備不完善、不同專業(yè)錄取的學生學習能力差距大、自主性學習風氣不濃、學生突擊復習應付期末考試以及教師被迫提高及格率等問題，久而久之教與學過程容易流于表面，導致學生基礎薄弱，難以繼續(xù)專業(yè)課的深入學習，不利于人才培養(yǎng)。

針對以上問題，很多學校開始通過信息化技術手段推進大學物理課程教學改革，提高教學效果[1-4]。超星泛雅、雨課堂、慕課、騰訊課堂以及線上直播等基于互聯(lián)網(wǎng)技術的信息化教學資源和考評手段也紛紛被引入廣大高校，極大提高了師生互動性和考勤效率，也為廣大師生提供了更加豐富的交流渠道。同時也應該認識到，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)成長起來的新時代大學生能夠?qū)κ謾C、平板電腦等移動網(wǎng)絡終端熟練運用，百度和QQ“助攻群”等網(wǎng)絡作弊方式，使得平時寫作業(yè)幾乎變成“走過場”，期末考試作弊防不勝防。因此，如何利用信息化手段設計考試模式，嚴把教學質(zhì)量關，盡可能地擠掉學生在課上、課下混出來的“水分”，使得成績能夠及時真實地反映學生學習狀態(tài)，仍是一個亟待解決的問題。筆者開發(fā)出一套基于互聯(lián)網(wǎng)技術的大學物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)，對授課學生實行階段性在線測試。該系統(tǒng)能夠準確高效地反映授課學生的真實學習情況，同時可以將授課教師從繁重的日常作業(yè)批改工作中解脫出來，使其將有限的工作時間和精力有針對性地投入到具體教學環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)打分標準統(tǒng)一并且及時公開透明，可以大幅度限制學生通過人情關系找分或者抄襲作業(yè)和試卷從而渾水摸魚等現(xiàn)象，能夠有力提高學生日常學習的動力。

一、 設計與實現(xiàn)

大學物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示，分為教師、學生和管理員三種用戶角色。其中，教師擁有點名、查看出勤、開放試卷和查看打印答卷等權限;學生有答卷和查看成績等權限;管理員則負責整體系統(tǒng)的維護和升級等技術支持工作。系統(tǒng)采用Browser/Server架構(gòu)，用戶無需安裝客戶端軟件，只要打開瀏覽器輸入網(wǎng)址即可完成操作，非常簡單便捷，通過PHP和MySQL實現(xiàn)人機交互以及數(shù)據(jù)管理功能[5]。PHP和MySQL技術是目前非常成熟、穩(wěn)定、安全的企業(yè)級網(wǎng)絡開發(fā)技術，廣泛應用于超大型站點，其成熟的架構(gòu)、穩(wěn)定的性能以及簡潔的語法，使系統(tǒng)能夠迅速得以開發(fā)。為了擺脫對大規(guī)模機房的依賴，充分發(fā)揮手機、筆記本等移動設備的便攜性，考試系統(tǒng)通過新浪云SAE服務平臺結(jié)合獨享型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)訪問和管理。新浪云SAE云平臺發(fā)展時間較長，功能較為完善，價格適中，便于系統(tǒng)代碼維護，并且技術支持服務方面做得也非常好，各方面答疑響應非常及時[6]。筆者承擔2個專業(yè)共7個班級的大學物理教學任務，據(jù)此需要，向新浪云服務商購買了使用期一年的500M云空間和2.88元/天的獨享型云數(shù)據(jù)庫資源。

二、核心代碼以及原理

針對移動便攜設備帶來的抄襲和作弊問題，動態(tài)考試系統(tǒng)設置了三重隨機策略來應對，這也是該系統(tǒng)的特色和核心功能：①考題從題庫中隨機抽選;②當考察同一個公式的運用時，題中的參數(shù)隨機變化，不會出現(xiàn)一模一樣的考題;③考題正確選項的位置隨機出現(xiàn)，即使是幾個考生偶然遇到同一考題公式的相同參數(shù)，選項也會重新排布。此外，系統(tǒng)在答題次數(shù)和答題時間上也進行了限制：所有考生同時開考，同時結(jié)束，每道考題只出現(xiàn)一次，答過之后不再出現(xiàn)，每道題都限時操作，超時時間得分為零并且自動進入下道題或結(jié)束考試。這些約束機制可以有效禁止抄襲和作弊行為。

圖2通過一個簡單的考題展示了該三重隨機策略的實現(xiàn)效果。該考題考察了學生對動量守恒定律和動能定理的掌握程度?？忌看芜M入該試題，會看到不同試題參數(shù)和正確選項位置，因此不同的考生同時進入該試題通常不會遇到一模一樣的“原題”，而且，一旦進入該試題，學生無法通過刷新頁面、后退或者重新登陸等方式作弊答題，必須在“答題倒計時”規(guī)定時間內(nèi)完成答題。超時不提交答案，系統(tǒng)默認為放棄，計0分。

該試題的運行代碼展示如下：試題中兩個木塊的質(zhì)量由隨機整數(shù)變量“$xs1”和“$xs2”控制，選項內(nèi)容賦值給“$daan”數(shù)組，但是卻通過“$label”數(shù)組隨機排布，當需要重新調(diào)整選項內(nèi)容，只需修改“$daan”數(shù)組即可。最后PHP通過POST機制將學號、題號、試題參數(shù)、學生勾選的選項等信息提交給系統(tǒng)，系統(tǒng)將學生回答結(jié)果和正確答案以及該試題相應的成績輸入MySQL數(shù)據(jù)庫保存。根據(jù)該隨機策略，教師還可以協(xié)同管理員增加更多的隨機參數(shù)來加大試題難度。

<？php

$xs1=mt_rand（2，5）;

$xs2=mt_rand（5，10）;

？>

第一題

已知A、B兩個木塊質(zhì)量之比為<？php echo "$xs1";？>：<？php echo "$xs2";？>，用一根輕彈簧連接后靜止于光滑水平桌面上，如果用外力將兩木塊壓近迫使彈簧被壓縮，然后撤去外力，則此后A、B兩木塊運動動能之比為：

單項選擇

<？php

include "yemianbaohu.php";

$daan[0]=sprintf（"%d：%d"，$xs2，$xs1）;

$daan[1]=sprintf（"%d：%d"，2*$xs2，$xs1）;

$daan[2]=sprintf（"%d：%d"，$xs2，2*$xs1）;

$daan[3]=sprintf（"%d：%d"，3*$xs2，2*$xs1）;

$myp1=mt_rand（1，4）;

if （$myp1==1）{

$label[0]=$daan[0]; $label[1]=$daan[1]; $label[2]=$daan[2]; $label[3]=$daan[3];

$answer1='A';}

if （$myp1==2）{

$label[0]=$daan[3]; $label[1]=$daan[0]; $label[2]=$daan[1]; $label[3]=$daan[2];

$answer1='B';}

if （$myp1==3）{

$label[0]=$daan[2]; $label[1]=$daan[3]; $label[2]=$daan[0]; $label[3]=$daan[1];

$answer1='C';}

if （$myp1==4）{

$label[0]=$daan[1]; $label[1]=$daan[2]; $label[2]=$daan[3]; $label[3]=$daan[0];

$answer1='D';}

？>

三、實踐效果

1.學生操作體驗

在考試準備階段，教師負責將考試系統(tǒng)的網(wǎng)址、每個學生的賬戶以及初始密碼發(fā)布給學生，學生通過手機等移動設備訪問考試系統(tǒng)，登陸界面如圖3（a）所示，登陸后學生在圖3（b）所示的個人主頁內(nèi)可以查看考試規(guī)則、核對個人基本信息以及修改登陸密碼。在教師開啟某份考試后，學生刷新個人主頁后可以點擊出現(xiàn)的試卷鏈接進入圖3（c）所示的考題界面，考題答案必須在規(guī)定時間內(nèi)提交，超時得分為零，考題僅出現(xiàn)一次，考生無法通過刷新頁面、瀏覽器后退功能或者重新登陸方式反復答題，考題里的參數(shù)可以隨機出現(xiàn)，選項也隨機排列，考試時間結(jié)束教師可以通過關閉試卷的方式中斷考生答題?？荚嚱Y(jié)束自動跳回個人主頁，學生可以點擊“查看答卷”了解自己成績和答卷詳情。這些措施有效杜絕了通過網(wǎng)絡尋找答案或者學生彼此通過QQ/微信群四處傳遞答案的情況。

2.教師操作體驗

與學生相比，教師在考試系統(tǒng)內(nèi)擁有更多權限，例如點名、出勤、開啟/關閉試卷、按班級打印學生成績單等。圖4（a）展示的出勤名單非常清晰準確地提供了缺勤學生的班級、姓名、學號、時間以及原因，極大提高了教師的課堂管理效率。出勤名單和學生答卷詳情等課堂教學佐證材料，可以按圖4（c）方式輸出成PDF格式的文件，便于保存和查找。圖4（d）展示了用于存儲學生個人信息、成績、出勤和試卷答案等各項資料的數(shù)據(jù)庫詳情。

3.成績反饋

筆者利用課堂時間對計算和電氣專業(yè)共七個班級的學生開展了“光的干涉”、“光的衍射”、“靜電場”、“穩(wěn)恒磁場”以及“電磁感應”五次在線考試。通過圖5（a）可以看出，電氣18-6的整體表現(xiàn)要明顯優(yōu)于計算18-7，考慮到2018年遼寧工程技術大學葫蘆島校區(qū)電氣專業(yè)平均錄取分數(shù)超過計算專業(yè)50分這一客觀事實，該考試系統(tǒng)如實地反映了兩班學生在學習能力和態(tài)度上的差距。圖5（b）的縱坐標為計算18-7全班學生某次考試成績之和，可以看出，隨著課程的進行，學生的成績呈現(xiàn)下滑的趨勢，一方面原因是物理內(nèi)容加深，學習難度加大;另一方面是線代、英語等其他重要課程陸續(xù)進行，多門課程同時推進對學生學習能力提出了更高的要求。值得注意的是，筆者開展的這五次考試每次時間僅需十幾分鐘，考試的開始和結(jié)束非常便捷，考試結(jié)束后幾十人的成績立刻獲得，并且成績能夠如實反映學生學習的狀態(tài)，便于后續(xù)有針對性地答疑和輔導。

四、總結(jié)與展望

大學物理作為一門廣泛開設的重要工科必修基礎課，對人才培養(yǎng)具有重要影響，往往是卓越工程人才的起點。然而，如何促進學生主動學習、避免一個學年的課上課下學習環(huán)節(jié)淪為“走過場”卻是當前很多地方高校大學物理教學不得不面對的棘手問題。遼寧工程技術大學葫蘆島校區(qū)設計的大學物理動態(tài)考試管理系統(tǒng)能夠幫助教師高效率地完成階段性考試任務，可以根據(jù)公開透明統(tǒng)一的評分標準自動完成閱卷和成績記錄，使教師能夠從繁重的試卷批改工作中解脫出來，從而將有限的工作時間和精力有針對性地投入到具體教學環(huán)節(jié)，而且內(nèi)置三重隨機策略防止學生作弊，因此該考試管理系統(tǒng)可以擺脫對學校大規(guī)模機房和監(jiān)考教師人數(shù)上的依賴，幾百名學生和任課教師即使因疫情等特殊原因分散隔離在全國各地，但是只要能夠同時上線，大家通過手機操作即可完成考試。該校在大學物理信息化考試模式上的設計與實踐可為其他地方高校（特別是機房、教室、專項資金等教學資源比較短缺的教學單位）的大學物理教學改革提供有益參考。

參考文獻：

[1]肖靜潔，諶宇，陳曙光.《大學物理》教材中二維碼的應用與設計研究[J].中國教育信息化，2019（24）：90-93.

[2]劉艷磊，姜富強，趙言誠等.融合在線課程與CUPT 的大學物理混合式教學模式[J].中國教育信息化，2019（16）：60-62.

[3]韓思思，羅瑩.大學物理教學研究現(xiàn)狀與展望——基于10 年核心期刊論文分析[J].大學物理，2018，37（6）：50-56.

[4]喬翠蘭，周珊珊，杜康玉等.信息技術與物理課程整合的問題與解決策略[J].中國教育信息化，2014（15）：23-26.

[5]Welling L， Thomson L著;武欣等譯. PHP和MySQL Web開發(fā)（第四版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[6]彭波，謝麗萍.基于新浪云SAE的計算機應用技術課程資源管理系統(tǒng)客戶端的設計與實現(xiàn)[J].福建電腦，2016（9）： 9-10，105.

（編輯：王曉明）