“以學(xué)生為中心”的在線作業(yè)系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

王慶先， 陳 彪， 顧小豐

(電子科技大學(xué) 信息與軟件工程學(xué)院，成都 610054)

1 引 言

在線作業(yè)系統(tǒng)是一個基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的作業(yè)發(fā)布、收集和評價的服務(wù)系統(tǒng)[1].隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在線作業(yè)系統(tǒng)在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了較多綜合的、跨學(xué)科的在線作業(yè)系統(tǒng).例如，國外的有美國著名的在線作業(yè)系統(tǒng)WebAssign，該平臺具有優(yōu)越的通用性、可實現(xiàn)作業(yè)提交、評分和討論功能；哥倫比亞大學(xué)開發(fā)的WebCT平臺，該平臺支持課程計劃，提供課程建設(shè)模板用于開發(fā)新的課程；由Maple Soft公司與美國數(shù)學(xué)協(xié)會(MAA)合作開發(fā)的 Maple T.A，它主要為用戶提供基于數(shù)學(xué)引擎的在線考試系統(tǒng).在國內(nèi)，廈門大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、華南理工大學(xué)的教學(xué)在線系統(tǒng)、清華大學(xué)的慕課學(xué)習(xí)平臺等主要為大學(xué)生提供線上學(xué)習(xí)資源、并以客觀題為主進(jìn)行在線測試[2-3].

上面提到的線上作業(yè)系統(tǒng)都可以實現(xiàn)客觀題自動閱卷，部分系統(tǒng)可以實現(xiàn)部分主觀題的自動批閱.這些線上系統(tǒng)可以將批閱結(jié)果及時反饋給學(xué)生，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，同時可以有效減少教師的作業(yè)統(tǒng)計工作量，提高工作效率[4-5].但是，線上完成主觀題目需要耗費學(xué)生大量的解答過程輸入時間，而且對作業(yè)環(huán)境要求較高；其次，在線作業(yè)系統(tǒng)還是未擺脫傳統(tǒng)教學(xué)的“以教師為中心的”教學(xué)模式，仍然將作業(yè)批改交給了“老師”，忽視了學(xué)生是教育的主體.《21世紀(jì)的高等教育：展望和行動》的宣言指出“高等教育顯然需要‘以學(xué)生為中心’的新視角和新模式”，并預(yù)言“以學(xué)生為中心”的新理念必然對21世紀(jì)高等教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[6].

為此，本文結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+和計算機(jī)技術(shù)，設(shè)計和實現(xiàn)了以“學(xué)生為中心”的在線作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在不改變學(xué)生作業(yè)傳統(tǒng)完成方式的情況下，將學(xué)生簽到、自主批閱和過程性評價融為一體.系統(tǒng)簡單實用、具有很好的通用性，可以用于其它學(xué)科作業(yè).

2 系統(tǒng)設(shè)計基本思想

1.1 以學(xué)生為中心

`現(xiàn)有的在線作業(yè)系統(tǒng)主要分為兩種情況：①學(xué)生在紙質(zhì)上完成作業(yè)，線上提交，機(jī)器自動切分后人工批閱，未擺脫教師為中心的傳統(tǒng)模式，這種模式大多用于測試，需要用專門的作業(yè)用紙以方便機(jī)器進(jìn)行自動切分，如現(xiàn)在的網(wǎng)上閱卷模式；② 學(xué)生線上完成作業(yè)，實現(xiàn)了無紙化，機(jī)器自動閱卷，但是主觀題的錄入耗時費力，效率不高，學(xué)生認(rèn)可度不夠，且機(jī)器批閱主觀題還存在較多問題.

為了實現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，且不改變學(xué)生傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)習(xí)慣，本系統(tǒng)采用作業(yè)自主批閱的方式完成.在規(guī)定的時間內(nèi)，學(xué)生在作業(yè)本上按照傳統(tǒng)方式完成作業(yè)，拍照提交到系統(tǒng)后，系統(tǒng)實時為學(xué)生提供參考答案，學(xué)生根據(jù)參考答案進(jìn)行自主批改.將作業(yè)批改交給學(xué)生，既實現(xiàn)了作業(yè)實時批改、又能加深學(xué)生對知識的掌握和理解程度.學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)自主確定完成時間、自主批閱作業(yè)，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的理念.

1.2 課堂教學(xué)評價

課堂是學(xué)校教育教學(xué)改革的主陣地，課堂評價是教育評價的核心環(huán)節(jié)，也是改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)[4,7].文獻(xiàn)[8]描述了一種基于計算機(jī)視覺技術(shù)的課堂教學(xué)自動評價方式，通過識別學(xué)生的面部表情等判斷學(xué)生的課堂到課和聽課情況，從而進(jìn)行課堂評價，這種方式技術(shù)要求高、實現(xiàn)環(huán)境苛刻，且不尊重個人隱私.

文章在系統(tǒng)中增加課堂作業(yè)，通過下課時提交課堂練習(xí)的方式實現(xiàn)在線簽名、課后在線檢查課堂練習(xí)的方式實現(xiàn)課堂評價.通過設(shè)置較短的課堂作業(yè)提交時間(通常可設(shè)置為下課后的2分鐘內(nèi))實現(xiàn)課堂簽到，通過課后檢查作業(yè)的方式實現(xiàn)課堂評價，既保護(hù)了學(xué)生的隱私，也實現(xiàn)了比較客觀的課堂教學(xué)評價.

1.3 過程性考核與學(xué)業(yè)提醒

系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生課堂、課后作業(yè)的提交時間進(jìn)行自動評分，教師通過查閱學(xué)生的自主批閱情況進(jìn)行給分，綜合兩次得分即可得到學(xué)生每次作業(yè)的分?jǐn)?shù).系統(tǒng)會自動提醒學(xué)生每次作業(yè)的得分情況以及歷次作業(yè)的匯總情況，從而達(dá)到學(xué)業(yè)提醒的目的.教師可以通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)了解學(xué)生作業(yè)情況，并進(jìn)行過程性考核.

1.4 基于線上的自主測試題訓(xùn)練

在線作業(yè)系統(tǒng)能夠向?qū)W生提供課后習(xí)題用來練習(xí).每一次階段性學(xué)習(xí)后，學(xué)生可以自主選擇是否進(jìn)行在線題目測試，鞏固所學(xué)的知識.在學(xué)生提交測試后，可以立即獲得測試結(jié)果，加深對課程知識的理解與把握.老師也可以通過查看課后自主練習(xí)情況，對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力有一個初步的評估.

1.5 提供輔助學(xué)習(xí)工具

在線作業(yè)系統(tǒng)為學(xué)生提供一個存儲經(jīng)典錯題的錯題集，學(xué)生在每一次作業(yè)自主批閱時，都可以利用這個工具將錯題，重點題標(biāo)注后加入到錯題集中.充分利用線上這個優(yōu)勢，讓學(xué)生在任何地方，任何時間都可以回顧錯題，糾正錯誤，加深記憶.同時在線作業(yè)系統(tǒng)還為老師提供一個“典型”作業(yè)集，老師可以將學(xué)生作業(yè)中優(yōu)秀的答案，錯誤的答案等標(biāo)注后添加到作業(yè)集中，并可以導(dǎo)出用于課堂教學(xué).

1.6 艾賓浩斯曲線理論

根據(jù)艾賓浩斯曲線理論，記憶分為短時記憶和長時記憶兩種.知識在經(jīng)過人的注意過程學(xué)習(xí)后，會形成短時記憶，如果經(jīng)過及時復(fù)習(xí)，這些短時記憶就會成為一種長時記憶，從而在大腦中保持著很長的時間，圖1是人的一般記憶過程.

圖1 記憶過程

系統(tǒng)按照艾賓浩斯曲線理論進(jìn)行作業(yè)提交時間設(shè)置，以督促學(xué)生及時完成作業(yè)，達(dá)到形成知識長時記憶的目的.

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)分為學(xué)生端和教師端，用戶在登錄時系統(tǒng)會根據(jù)用戶基本信息自動鑒別身份信息.教師用戶登陸系統(tǒng)后，可以布置課堂作業(yè)、課后作業(yè)，上傳作業(yè)參考答案，查看作業(yè)完成情況并對已完成自評的作業(yè)進(jìn)行評價，查詢并下載學(xué)生作業(yè)得分及相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將重點作業(yè)添加到作業(yè)集中；學(xué)生用戶登錄系統(tǒng)后，可以多次提交同一次作業(yè)，查看作業(yè)得分以及教師評語，完成線上章節(jié)測試，添加作業(yè)至錯題集.系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示.

3.2 主要功能模塊詳細(xì)設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，對系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計過程進(jìn)行詳細(xì)描述.

布置作業(yè)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計思想，系統(tǒng)將作業(yè)分為課堂作業(yè)和課后作業(yè)兩種類型.課堂作業(yè)主要包括與課前復(fù)習(xí)或者課堂教學(xué)過程中需要學(xué)生掌握的知識等，如重要概念、解題方法、基本題型等，可以讓學(xué)生以默寫、小練習(xí)等方式在課堂練習(xí)本上完成.其目的是調(diào)動學(xué)生上課積極性、抓住學(xué)生課堂注意力、增強(qiáng)師生之間的互動.然后，課后及時線上提交課堂作業(yè)，實現(xiàn)過程性簽到.同時教師通過課后檢查課堂作業(yè)的完成情況掌握課堂授課效果，及時調(diào)整授課內(nèi)容和授課進(jìn)度，有利于提高教學(xué)質(zhì)量.課后作業(yè)的主要內(nèi)容是針對該次課程布置的比較系統(tǒng)的作業(yè)，可有效鞏固課堂所授知識.布置作業(yè)流程圖如圖3所示.

提交作業(yè)由于課堂作業(yè)和課后作業(yè)對教學(xué)過程所起作用不同，因此作業(yè)系統(tǒng)提供兩個不同的作業(yè)提交接口.教師可以根據(jù)作業(yè)類型、授課時間的不同而靈活設(shè)置作業(yè)提交截止時間.設(shè)置課堂作業(yè)截止時間的目的是實現(xiàn)課堂作業(yè)的考勤功能.該考勤功能是具有內(nèi)容的考勤，是過程性考勤，可以提高學(xué)生的課堂聽課效果；根據(jù)艾賓浩斯曲線理論設(shè)置課后作業(yè)的截止時間，可以有效督促學(xué)生及時復(fù)習(xí)知識，形成長時記憶，使學(xué)習(xí)達(dá)到事半功倍的效果.課后作業(yè)可以實現(xiàn)多次提交，讓學(xué)生可以根據(jù)參考答案訂正作業(yè)過程中出現(xiàn)的問題.自主提交和自主批改培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，改變了傳統(tǒng)的老師批改、學(xué)生查閱的教學(xué)模式，實現(xiàn)了以“學(xué)生為中心的”理念.提交作業(yè)流程圖如圖4所示.

自動評分大學(xué)課程期末成績通常由平時成績和期末卷面成績構(gòu)成.平時成績則是由課堂出勤、課后作業(yè)提交等部分構(gòu)成.教師可以在初期設(shè)置平時成績的構(gòu)成類型以及各部分所占平時成績的比例.課堂作業(yè)具有課堂考勤功能，所以在給定的短暫時間(通常為下課后2分鐘)內(nèi)不提交則記為零分，提交成功默認(rèn)為滿分，老師在課后檢查課堂作業(yè)時可以根據(jù)問題完整度和書寫進(jìn)行減分.

課后作業(yè)要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)上傳，獲取參考答案后及時自主批閱并進(jìn)行第二次提交.自動評分流程如圖5所示.

以離散數(shù)學(xué)課程為例，平時成績占期末總成績的30%，其中課堂簽到10%，課后作業(yè)20%.課后作業(yè)提交分兩次完成，第一次提交的滿分是40分，第二次提交的滿分是60分.為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，根據(jù)艾賓浩斯曲線理論，系統(tǒng)根據(jù)不同的提交時間設(shè)置不同的初始分?jǐn)?shù)，具體如表1，其中，時間是按小時計.老師在課后檢查課堂作業(yè)時可以從作業(yè)完整度、書寫和訂正認(rèn)真度進(jìn)行減分.

表1 課后作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)

錯題收藏學(xué)生的錯題往往是學(xué)生知識薄弱環(huán)節(jié)的直觀表現(xiàn)，在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)針對此類情況，提供了基于線上的錯題集工具，學(xué)生在通過查看答案自我批改時，對難題，錯題，重點題針對性的截取出來，并對其進(jìn)行批注，勾畫重點，然后再存入到錯題本中，隨時隨地都可以復(fù)習(xí)錯題本中的題目，加深印象，提高學(xué)習(xí)效率.錯題集也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的一項關(guān)鍵功能，再一次強(qiáng)調(diào)了以“學(xué)生為中心”的理念.具體流程如圖6所示.

線上課后測試課后習(xí)題測試作為可選功能提供給學(xué)生，它分為章節(jié)測試和單題測試.系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)生的選擇，提供相應(yīng)的題目供學(xué)生練習(xí).課后測試的題目由老師精心準(zhǔn)備的每一個章節(jié)中的重點題型，包含了題目解析，答案解析，知識點分類等，學(xué)生可以通過選擇對應(yīng)章節(jié)的習(xí)題進(jìn)行練習(xí)，從而達(dá)到鞏固知識點和解題方法的目的.老師也可以從學(xué)生提交的課后測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)中了解學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況，針對性的完善教學(xué)計劃.具體流程如圖7所示.

4 關(guān)鍵模塊實現(xiàn)

本系統(tǒng)基于Web環(huán)境，采用B/S結(jié)構(gòu)，利用HTTP協(xié)議和ODBC接口實現(xiàn)網(wǎng)頁端和服務(wù)器端之間的通訊.前端采用React框架，使用JS，HTML以及CSS.為了方便后期的升級維護(hù)管理，教師端和學(xué)生端均采取分塊編寫策略，功能函數(shù)分布明確；服務(wù)器端使用Java語言和MySQL數(shù)據(jù)庫，以SpringBoot框架為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的存取操作以及處理前端的數(shù)據(jù)請求.系統(tǒng)給每個功能都設(shè)立了獨立接口，方便后期對功能的完善和修改.下面以系統(tǒng)自動評分、學(xué)生助手和課后作業(yè)測試模塊為例，具體闡述系統(tǒng)實現(xiàn)過程.

4.1 自動評分模塊的實現(xiàn)

在評分模塊，分為系統(tǒng)自動評分和教師打分兩個部分.系統(tǒng)評分占總評分的30%，系統(tǒng)會自動獲取提交時間并與規(guī)定時間進(jìn)行對比，評分細(xì)則如表1所示；教師評分占總評分的70%，老師可以對學(xué)生提交的作業(yè)做出客觀評分，對系統(tǒng)做人工校正，該模塊關(guān)鍵代碼如圖8所示.

4.2 學(xué)生助手模塊的實現(xiàn)

學(xué)生助手模塊與學(xué)生的作業(yè)模塊，課后測試模塊相關(guān)聯(lián)，以離散數(shù)學(xué)課程為例，學(xué)生第二次提交課后作業(yè)時，當(dāng)遇到需要截取收藏的重點題型，經(jīng)典錯題時，可以通過系統(tǒng)提供的輔助工具，對錯題進(jìn)行截圖，批注，修改，最后通過選擇存儲的錯題本類型，將題存入錯題本中.學(xué)生可以自由選擇是否導(dǎo)出成文檔存儲到本地.操作界面如圖9所示.

4.3 課后作業(yè)測試模塊的實現(xiàn)

課程測試模塊主要涉及章節(jié)選擇，題目顯示，輔助鍵盤，答案解析的顯示問題.學(xué)生可以通過點擊章節(jié)目錄跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)的答題界面進(jìn)行答題，當(dāng)學(xué)生答題完成后，可以選擇提交至系統(tǒng).系統(tǒng)會進(jìn)行自動判卷，并給出判卷結(jié)果，同時系統(tǒng)給出參考答案和解析.關(guān)鍵代碼如圖10所示，操作界面如圖11所示.

5 應(yīng)用效果分析

在線作業(yè)系統(tǒng)在不斷完善的過程中已經(jīng)實際應(yīng)用了兩年，在教學(xué)過程中起到了很好的教學(xué)輔助作用，并取得了很好的應(yīng)用效果.下面從學(xué)生教學(xué)評價和教學(xué)效果兩個方面進(jìn)行分析.

5.1 教學(xué)評價

針對高校課程教學(xué)，學(xué)校教務(wù)處在每學(xué)期結(jié)束時，教務(wù)處都會組織學(xué)生從立德樹人、教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面對教師的教學(xué)情況進(jìn)行教學(xué)評價.表2給出了近三年學(xué)生的教學(xué)評價情況(http:∥eams.uestc.edu.cn/eams/evaResultForTeacherDetail!wordEva.action).

表2 2018-2020年教學(xué)評價情況

在表2中，2017-2018學(xué)年第2學(xué)期使用了QQ“作業(yè)”小程序，“云班課”等多個平臺進(jìn)行在線作業(yè)提交和在線簽到嘗試，得到了大部分同學(xué)的認(rèn)可；2018-2019學(xué)年第2學(xué)期使用本文的在線作業(yè)平臺，因平臺穩(wěn)定性和易用性不夠，整體評價率有明顯降低，但隨著平臺的簡單易用性和穩(wěn)定性的提升，在2019-2020學(xué)年第2學(xué)期，學(xué)生的整體評價率明顯上升，遠(yuǎn)超過2017-2018學(xué)年第2學(xué)期.由此可見，在線作業(yè)平臺明顯提升了學(xué)生的滿意度.

5.2 教學(xué)效果

2017-2018學(xué)年第2學(xué)期選取了離散數(shù)學(xué)4個教學(xué)班進(jìn)行對比.由于半期考試屬于隨堂考試、平時成績具有一定的主觀性，因此僅對實施在線作業(yè)的班級與其它三個班級的期末卷面成績分別從平均分和分段統(tǒng)計等方面做了對比，具體對比結(jié)果見表3[9].

表3 2017-2018學(xué)年第2學(xué)期考試成績的對比分析

2018-2019學(xué)年第2學(xué)期選取了離散數(shù)學(xué)5個教學(xué)班進(jìn)行對比.同理，僅對期末卷面成績分別從平均分和分段統(tǒng)計等方面做了對比，具體對比結(jié)果見表4.

從表3和表4可以看出，除小班教學(xué)外，無論是平均分還是高分段比例(80分以上)均略高于其他幾個班級.即使跟實施小班教學(xué)的對比1班比較，中分段比例(60分～80分)也存在一定的優(yōu)勢.由此可見，在線作業(yè)系統(tǒng)能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.另外，實驗班不及格比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他比較班級，這進(jìn)一步說明，對缺乏自我約束能力的學(xué)生，效果更加明顯.

表4 2018-2019學(xué)年第2學(xué)期考試成績的對比分析

6 結(jié) 論

本著“以學(xué)生為中心”的理念，設(shè)計和實現(xiàn)了在線作業(yè)系統(tǒng)，并在離散數(shù)學(xué)教學(xué)過程中進(jìn)行了大膽嘗試.試用結(jié)果表明，該系統(tǒng)簡單易用，能有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，特別是對學(xué)習(xí)主動性不夠的大學(xué)生，可以起到有效的促進(jìn)作用.另外，在線作業(yè)平臺徹底改變了傳統(tǒng)紙質(zhì)作業(yè)方式，不僅優(yōu)化了作業(yè)提交方式，而且有效減輕了教師的作業(yè)批改工作量，提高了教師的工作效率，使教師可以把有限的時間投入到更多的教學(xué)準(zhǔn)備，課后答疑等提升教學(xué)質(zhì)量的工作中去.

致謝作者非常感謝相關(guān)文獻(xiàn)對本文的啟發(fā)以及審稿專家提出的寶貴意見.