學(xué)習(xí)能力分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬瑞新 吳東卓 湯景 朱江凱 李馨

摘要：在線學(xué)習(xí)日益發(fā)展，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方式變得多樣化，其中以能力為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)方式尤為重要。通過能力為導(dǎo)向?qū)浖こ虒I(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，更加清晰客觀地去評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。該系統(tǒng)采用SpringBoot進(jìn)行搭建，通過HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)之間的相互交互，使用VUE、Nginx、MySQL、Redis等作為技術(shù)支持，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)能力分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)可視化的形式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行多維度、全方位的評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：在線學(xué)習(xí)能力導(dǎo)向評(píng)價(jià)軟件工程SpringBoot

中圖分類號(hào)：TB21 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2021）11（c）-0000-00

Abstract：With the increasing development of online learning， the ways of evaluating students' learning have become diversified， and the ability-oriented evaluation method is particularly important. This system analyzes the learning data of software engineering students based on ability， and evaluates students' learning more clearly and objectively.This system uses SpringBoot to build， realizes mutual interaction between services through HTTP protocol， uses VUE， Nginx， MySQL， Redis， etc. as technical support， designs and implements a learning ability analysis and evaluation system.Through the form of data visualization， a multi-dimensional and all-round evaluation of students is carried out.

Key Words：E-learning;Ability-oriented;Evaluation;Software Engineering;SpringBoot

隨著教育普及程度的不斷提高，每年的大學(xué)生人數(shù)也隨之不斷增加，如何真正提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力水平，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中意識(shí)到自己的不足，并做出針對(duì)性調(diào)整，逐漸成為當(dāng)今教育的改革方向和發(fā)展趨勢(shì)。

目前，學(xué)習(xí)能力評(píng)價(jià)具有多種方式，其中以能力導(dǎo)向作為一種主流方式，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行多維度、全方位的評(píng)價(jià)。我國教育部在《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)（2018版）》中明確提出要對(duì)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)進(jìn)行跟蹤與評(píng)估[1]，并通過形成性評(píng)價(jià)保證學(xué)生畢業(yè)時(shí)達(dá)到畢業(yè)要求。制定如下標(biāo)準(zhǔn)：工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理、終身學(xué)習(xí)。基于這12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)所包含的能力內(nèi)容，針對(duì)軟件工程學(xué)科的能力達(dá)成度，該系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的歷史學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出學(xué)生的能力掌握情況，以能力為導(dǎo)向，讓學(xué)生的歷史學(xué)習(xí)情況和知識(shí)水平的掌握有跡可循，進(jìn)一步方便學(xué)生去查缺補(bǔ)漏。

1系統(tǒng)相關(guān)研究

國外在學(xué)習(xí)能力分析方面起步較早，功能相對(duì)完善。早在1960年CDC公司就歷時(shí)25年打造出世界上第一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可以容納4 000名學(xué)生終端同時(shí)工作，包括自學(xué)、自測(cè)、模擬等功能。此后，不同的國家和地區(qū)針對(duì)不同的需求，分析并設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)教育平臺(tái)。國內(nèi)在對(duì)學(xué)生能力分析方面起步較晚，更多的是針對(duì)其他領(lǐng)域的能力分析[2]。

目前，隨著對(duì)教學(xué)輔助系統(tǒng)的不斷重視，能否準(zhǔn)確分析出學(xué)生的知識(shí)掌握情況就顯得尤為關(guān)鍵[3]。對(duì)比國內(nèi)教育行業(yè)有著很多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)，該文通過學(xué)習(xí)分析結(jié)合能力導(dǎo)向更能夠客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，通過圖表的形式展示學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)采用SpringBoot框架進(jìn)行系統(tǒng)搭建，以Java作為主要開發(fā)語言，通過HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)之間的交互，其中VUE作為應(yīng)用前端的主要技術(shù)框架，引入ElementUI和Echarts等組件優(yōu)化頁面[4，5];Nginx為負(fù)載均衡反向代理服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)靜分離，大大提升了訪問速度;數(shù)據(jù)庫方面主要使用MySQL，實(shí)現(xiàn)讀寫分離，保證數(shù)據(jù)的持續(xù)高速訪問[6];引入Redis作為緩存加快查詢速度;并使用FastDFS、彈性存儲(chǔ)等實(shí)現(xiàn)分布式文件管理工作，以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)滿足多用戶情況下的高性能、高可用。

2.2系統(tǒng)用例分析

該系統(tǒng)為了更好地劃分職責(zé)和權(quán)限，系統(tǒng)共分成管理員、教師、學(xué)生這3個(gè)角色。系統(tǒng)管理員作為系統(tǒng)最高權(quán)限的擁有者，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的管理，包括學(xué)科管理是對(duì)學(xué)科基本信息的維護(hù)，以及對(duì)學(xué)科的能力點(diǎn)進(jìn)行添加和維護(hù);人員管理是對(duì)系統(tǒng)的角色權(quán)限劃分，以及教師賬號(hào)分配和重置密碼等功能。教師作為該系統(tǒng)比較重要的角色，通過管理員分配賬號(hào)信息進(jìn)行登陸之后，對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行維護(hù)，教師主要功能包括課程管理主要是對(duì)課程的創(chuàng)建，包括課程的基本信息、課程章節(jié)、章節(jié)作業(yè)、隨堂測(cè)試等功能;課堂管理主要通過對(duì)創(chuàng)建的課程進(jìn)行繼承，教師的教學(xué)任務(wù)也是從課堂進(jìn)行布置，包括課堂學(xué)生的批量導(dǎo)入，章節(jié)作業(yè)查看、布置和撤銷，隨堂測(cè)試結(jié)果查看、布置和撤銷，考試成績的錄入和分析等功能。學(xué)生作為該系統(tǒng)最重要的角色，數(shù)據(jù)的重要來源，主要包括作業(yè)提交是根據(jù)教師布置的課后、課堂作業(yè)進(jìn)行提交;所選課程列表是展示出學(xué)生目前正在進(jìn)行的課堂列表;能力分析是根據(jù)學(xué)生作業(yè)以及試卷的能力點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析展示已獲得能力和未獲得能力功能;能力點(diǎn)雷達(dá)分析是根據(jù)學(xué)生所有課程獲取的能力統(tǒng)計(jì)分析展示功能;課堂平均分?jǐn)?shù)圖是根據(jù)學(xué)生所在課堂班級(jí)進(jìn)行平行比較。

2.3數(shù)據(jù)流分析

根據(jù)軟件工程學(xué)科的教學(xué)特點(diǎn)，綜合該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程可知，系統(tǒng)主要由學(xué)校管理、學(xué)科能力點(diǎn)管理、人員管理、權(quán)限管理、課程管理、課堂管理、學(xué)生作業(yè)提交、能力分析評(píng)價(jià)等核心模塊組成;其中主要角色包括管理員維護(hù)學(xué)科能力點(diǎn)和人員權(quán)限分配等;教師維護(hù)課程、課堂信息和學(xué)生成績?cè)u(píng)分;學(xué)生提交作業(yè)、能力點(diǎn)分析評(píng)價(jià)。這些核心模塊和重要的角色共同構(gòu)成一個(gè)完整的軟件工程學(xué)習(xí)能力分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

2.4功能模塊分析

系統(tǒng)的整體功能如圖1所示。

2.4.1管理員模塊

（1）學(xué)校管理子模塊。該模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)學(xué)校機(jī)構(gòu)進(jìn)行劃分，包含學(xué)校名稱，學(xué)校編號(hào)等基本信息。

（2）學(xué)科管理子模塊。該模塊包括學(xué)科基本信息的維護(hù)、添加等;學(xué)科能力點(diǎn)的維護(hù)，學(xué)科的能力點(diǎn)是嚴(yán)格按照教育部制定的標(biāo)準(zhǔn)中，每一項(xiàng)都具體描述了3條學(xué)生需要掌握的能力內(nèi)容進(jìn)行制定，截至目前該系統(tǒng)共有36條能力點(diǎn)。例如：工程知識(shí)包含如下3點(diǎn)：①掌握數(shù)理、矩陣、高等數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí)。②掌握軟件工程專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，如數(shù)據(jù)庫原理、設(shè)計(jì)模式等。③能夠應(yīng)用以上兩點(diǎn)的知識(shí)在軟件工程領(lǐng)域問題的分析過程中形成問題解決思路;問題分析包含如下3點(diǎn)：①能夠運(yùn)用數(shù)理知識(shí)以及軟件工程基本原理來分析給定的需求以及工程問題。②能夠使用軟件工程專業(yè)的規(guī)范化圖表及文字描述方式對(duì)軟件工程領(lǐng)域的工程需求或工程問題的本質(zhì)進(jìn)行表達(dá)。

（3）人員管理模塊。該模塊用于幫助教師進(jìn)行分配賬號(hào)，以及忘記密碼進(jìn)行重置等功能。

（4）權(quán)限管理模塊。該模塊用于系統(tǒng)角色的權(quán)限配置，讓各個(gè)角色各司其職，分工明確，管理員可以管理所有的學(xué)科信息以及學(xué)科能力點(diǎn)基本信息的維護(hù)。

2.4.2教師模塊

（1）課程管理子模塊。該模塊包括課程基本信息設(shè)置，包含課程名稱、課程編號(hào)、學(xué)科類型、課程簡述等都是必填項(xiàng)，上傳教學(xué)大綱為非必填，主要為了方便教師查閱相關(guān)課程信息;課程章節(jié)維護(hù)，教師需要進(jìn)一步豐富課程信息，為課程添加章節(jié)信息;課程知識(shí)點(diǎn)設(shè)置，知識(shí)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的主要支撐，多個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)能力點(diǎn)，其中能力點(diǎn)是通過學(xué)科進(jìn)行規(guī)定的，保證了能力點(diǎn)的可靠性和準(zhǔn)確性;課程章節(jié)作業(yè)添加，課程章節(jié)作業(yè)的添加包含作業(yè)名稱、作業(yè)簡述以及知識(shí)點(diǎn)。

（2）課堂管理子模塊。該模塊實(shí)際上是課程模塊的衍生，課堂是以課程為模版，進(jìn)行創(chuàng)建避免重復(fù)性工作。相比于課程模塊，課堂模塊額外功能包括學(xué)生導(dǎo)入，通過下載Excel模板進(jìn)行導(dǎo)入課堂學(xué)生;作業(yè)發(fā)布，課程創(chuàng)建的所有作業(yè)信息都是為了方便課堂的使用，包括發(fā)布作業(yè)、撤銷作業(yè)和作業(yè)統(tǒng)計(jì)分析等;試卷管理是課堂最重要的子功能，為了試卷的保密性，試卷添加主要采取題號(hào)、分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的形式，方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息。

（3）作業(yè)分析子模塊。該模塊包括作業(yè)評(píng)分，需要教師通過下載學(xué)生上傳的作業(yè)相關(guān)文件進(jìn)行評(píng)價(jià);作業(yè)分析統(tǒng)計(jì)學(xué)生作業(yè)提交信息情況，包含已評(píng)分人數(shù)、已提交人數(shù)、已布置作業(yè)數(shù)量、學(xué)生完成率、學(xué)生平均分等。教師可以清楚地了解班級(jí)的整體學(xué)習(xí)情況，可以針對(duì)班級(jí)薄弱的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化。

（4）試卷分析子模塊。該模塊包括試卷管理，試卷類型主要分為A和AB兩種，試卷的主要信息包含題號(hào)、分?jǐn)?shù)以及相對(duì)應(yīng)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或多個(gè)知識(shí)點(diǎn);試卷分析，通過上一步設(shè)置的試卷基本信息，生成試卷模板，下載Excel模板，將每一名學(xué)生的考試結(jié)果導(dǎo)入，生成試卷詳細(xì)信息進(jìn)行分析，包含知識(shí)點(diǎn)得分情況和知識(shí)點(diǎn)分?jǐn)?shù)分布圖。

2.4.3學(xué)生模塊

（1）消息通知子模塊。該模塊主要通知學(xué)生近期發(fā)布作業(yè)信息，以及待提交作業(yè)提醒。

（2）能力點(diǎn)分析子模塊。該模塊包括能力分析是根據(jù)學(xué)生作業(yè)以及試卷的能力點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析展示已獲得能力和未獲得能力功能;能力點(diǎn)雷達(dá)分析是根據(jù)學(xué)生所有課程獲取的能力統(tǒng)計(jì)分析展示功能;個(gè)人知識(shí)點(diǎn)分析是學(xué)生查看該課程下的知識(shí)點(diǎn)掌握情況，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)得分情況劃分出不同顏色的樹形分支?；谀芰閷?dǎo)向，最終可以得出學(xué)生在12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中的表現(xiàn)情況。評(píng)估結(jié)果會(huì)以圖的形式反饋給學(xué)生，讓學(xué)生可以清晰地了解自己當(dāng)前的學(xué)習(xí)情況，可以產(chǎn)生提供早期預(yù)警的作用。

（3）課堂作業(yè)分析子模塊。該模塊包括課后作業(yè)分析，統(tǒng)計(jì)出課堂班級(jí)的平均分成績和個(gè)人所得成績形成柱形圖，對(duì)學(xué)生所選多門課堂進(jìn)行分析查看。隨堂作業(yè)測(cè)速分析，這部分主要針對(duì)當(dāng)前課堂的選擇題分析，查看班級(jí)通過率以及個(gè)人選擇正確與否等信息。

（4）課后作業(yè)分析管理。該模塊主要用于學(xué)生查看進(jìn)行發(fā)布作業(yè)信息，包含作業(yè)發(fā)布日期、作業(yè)截至日期等，上傳提交相關(guān)作業(yè)之后，教師批閱成功之后可以查看獲取的分?jǐn)?shù)。

3系統(tǒng)總結(jié)

該系統(tǒng)以能力為導(dǎo)向來評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)。在設(shè)計(jì)過程中，考慮到試卷試題的保密性情況，并未直接將題目信息錄入，而是采用題號(hào)對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的形式。此外，為了更方便教師對(duì)課程的管理，采用課堂繼承于課程的形式，減少重復(fù)性工作，通過此平臺(tái)的分析結(jié)果可以及時(shí)調(diào)整學(xué)生存在的問題，幫助學(xué)生達(dá)成課程目標(biāo)。目前，此系統(tǒng)已完成基本功能并在小范圍內(nèi)試運(yùn)行，通過對(duì)學(xué)生問卷調(diào)查及學(xué)生階段測(cè)驗(yàn)成績分析發(fā)現(xiàn)，取得了較好的學(xué)習(xí)效果，為高校在人才培養(yǎng)方面提供了一定地參考作用。在接下來的研究中，將嘗試擴(kuò)大學(xué)生數(shù)據(jù)的收集工作，考慮將學(xué)生比賽成績、證書等更為廣泛的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)模型。

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