论文范文:某职业院校智能试卷管理系统的 设计与实现

来源: 未知 作者:paper 发布时间: 2022-07-02 09:36
论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:工程硕士
随着计算机技术和网络技术的飞速发展,计算机技术和网络技术已经广泛应 用在各个领域,尤其在教育领域方面也进行了广泛的运用。其中,在教育领域中 最主要的应用就是智能化的
随着计算机技术和网络技术的飞速发展,计算机技术和网络技术已经广泛应
用在各个领域,尤其在教育领域方面也进行了广泛的运用。其中,在教育领域中
最主要的应用就是智能化的网络试卷管理系统。现在,国内外很多的院校已经逐
渐开展网络的在线教育模式,通过对计算机技术和网络技术的合理运用,实现对
学生网络在线课程的培训及考试。与传统的试卷管理方式相比,在线考试具有高
效率、高反馈等优点。虽然这些技术性手段较于传统的手工操作流程会方便许多,
但是,职业院校对于智能化的需求仍不能完全满足。因为职业院校特殊的行业以
及有针对的开展教育形式,使得它更加需要一个专业的形式,利用到题库内容上,
深入到试卷的录入、管理、维护过程中。因此,职业院校迫切需要一个效率高、
交互性强的试卷管理系统,运用到不同学科的考试中来。
伴随着人机交互等技术手段的不断革新,智能电子试卷可以借助人性化交互
技术和网络技术来实现。但是,在现实中,智能试卷管理仍面临许多问题,如试
卷的难易程度无法把握,试卷的题目数量过多等问题还未完全解决。因此,针对
现存试卷管理中的问题,本文进行如下研究:
依托翻转课堂平台的建立,从资源构建、课堂教学和评价方式上,寻找出教
学效果与教师时间分配、课堂组织、资源制作能力、学生主动性和评价方式的关
系。通过学生在翻转课堂的学习情况,建立不同难易程度的试题数据库,从而进
一步优化组卷,使智能试卷管理系统可以设计的更加合理、高效。
对智能试卷系统的整体需求进行详细分析,分析子系统应该具备的功能等。
对智能试卷系统进行概要设计,并对相关的数据库进行设计,满足智能试卷系统
的需求。采用 ASP.NET技术实现智能试卷系统的编码,设计测试用例测试智能试
卷系统是否符合需求,功能是否完备。
关键词:智能试题管理;翻转课堂;系统实现;ASP.NET
I
Abstract
 With the rapid development of computer technology and network technology,
computer technology and network technology have been widely used in various fields,
especially in the field of education. Among them, the most important application in the
field of education is the intelligent network test paper management system. At present,
many colleges and universities at home and abroad have gradually developed a network
online education model. Through the rational use of computer technology and network
technology, students can be trained and tested online in online courses. Compared with
traditional test paper management methods, online exams have the advantages of high
efficiency and high feedback. Although these technical methods are much more
convenient than traditional manual operation processes, the demand for intelligence in
vocational schools still cannot be fully met. Because of the special industry of
vocational colleges and the targeted form of education, it requires a professional form,
using the content of the question bank, and going deep into the process of entry,
management and maintenance of test papers. Therefore, vocational colleges urgently
need a highly efficient and interactive test paper management system, which is used in
the examinations of different disciplines.
 With the continuous innovation of human-computer interaction and other technical
means, intelligent electronic test papers can be realized with the help of humanized
interaction technology and network technology. However, in realit y, intelligent test
paper management still faces many problems, such as the difficulty of the test paper,
the problem of too many questions in the test paper, etc. The problem has not been
completely solved. Therefore, in view of the problems in the management of existing
test papers, this article conducts the following research:
 Relying on the establishment of the flipped classroom platform, from the
perspective of resource construction, classroom teaching and evaluation methods, find
out the relationship between teaching effect and teacher time allocation, classroom
organization, resource production abilit y, student initiative and evaluation methods.
Through the students' learning situation in the flipped classroom, the database of test
questions with different levels of difficulty can be established to further optimize the
test paper composition, so that the intelligent test paper management system can be
designed more rationally and efficiently.
 Make a detailed analysis of the overall requirements of the intelligent test paper
system, analyze the functions that the subsystem should have, etc. The intelligent test
II
paper system is designed in summary, and the related database is designed to meet the
needs of the intelligent test paper system. Adopt ASP. NET technology to realize the
coding of the intelligent test paper system, and design test cases to test whether the
intelligent test paper system meets the requirements and whether the functions are
complete.
Keywords: Intelligent test management; Flipped Classroom; System implementation;
Follow-up evaluation; ASP.NET
III
目 录
摘 要 ....................................................................................................................... I
目 录 .................................................................................................................... IV
图清单 ..................................................................................................................VIII
表清单 ......................................................................................................................X
1 绪论 ...................................................................................................................... 1
1.1 概述 ................................................................................................................... 1
1.2 国内外研究现状................................................................................................ 2
1.3 研究内容............................................................................................................ 5
1.4 论文组织结构.................................................................................................... 6
2 智能试卷管理系统设计技术原理........................................................................ 7
2.1 设计思想及开发原理 ........................................................................................ 7
2.2 .NET 系统开发技术............................................................................................ 8
2.3 ASP.NET 简介................................................................................................... 9
2.4 ADO.NET 简介.................................................................................................10
2.5 本章小结...........................................................................................................11
3 翻转课堂的教学模型 ..........................................................................................12
3.1 翻转课堂基本概念 ...........................................................................................12
3.2 中美翻转课堂教学模式的比较模型 ................................................................13
3.3 模型评估与修正...............................................................................................16
3.4 基于个性化的教学方法改进............................................................................17
3.5 基于统计分析的实证检验................................................................................19
3.6 本章小结...........................................................................................................23
4 基于翻转课堂的智能试卷管理系统需求分析....................................................24
4.1 系统需求分析概述 ...........................................................................................24
4.2 系统需求分析...................................................................................................24
4.3 本章小结...........................................................................................................27
5 智能试卷管理系统的实现 ..................................................................................28
5.1 整体结构...........................................................................................................28
5.2 系统设计...........................................................................................................28
5.3 系统实现...........................................................................................................33
5.4 本章小结...........................................................................................................41
IV
6 试卷管理系统测试..............................................................................................42
6.1 测试的任务及目标 ...........................................................................................42
6.2 测试方案...........................................................................................................42
6.3 测试用例...........................................................................................................43
6.4 本章小结...........................................................................................................45
7 结论 .....................................................................................................................46
7.1 本文总结...........................................................................................................46
7.2 研究展望...........................................................................................................46
参考文献 .................................................................................................................48
作者简历 .................................................................................................................53
学位论文原创性声明..............................................................................................54
学位论文数据集......................................................................................................55
V
Contents
Abstract ................................................................................................................... I
Contents................................................................................................................. IV
List of Figures..................................................................................................... VIII
List of Tables............................................................................................................X
1 Introduction.......................................................................................................... 1
1.1 Introduction..........................................................................................................................................1
1.2 Research Status Review ..................................................................................................................2
1.3 Main Works of the Thesis ..............................................................................................................5
1.4 Thesis Organization Structure.......................................................................................................6
2 Principle of Design Technology for Intelligent Test Paper Management System 7
2.1 Design idea and development principle ....................................................................................7
2.2 .NET System Development Technology ..................................................................................8
2.3 Introduction of ASP.NET...............................................................................................................9
2.4 Introduction of ADO.NET ..........................................................................................................10
2.5 The summary of this chapter......................................................................................................11
3 Demand Analysis of Flipping Classroom Test Paper Management System ......12
3.1 Turn over the basic concept of classroom............................................................12
3.2 A Comparative Model of Flipping Classroom Teaching Mode between China and
America....................................................................................................................13
3.3 Model Evaluation and Revision ..........................................................................16
3.4 Improvement of Teaching Methods Based on Personalization.............................17
3.5 Empirical Test Based on Statistical Analysis.......................................................19
3.6 The summary of this chapter...............................................................................23
4 Demand Analysis of Intelligent Test Paper Management System Based on Reverse Classroom .................................................................................................24
4.1 Overview of System Requirement Analysis.........................................................................24
4.2 System Requirements Analysis .................................................................................................24
VI
4.3 The summary of this chapter......................................................................................................27
5 Realization of Intelligent Test Paper Management System................................28
5.1 The overall structure......................................................................................................................28
5.2 System Design..................................................................................................................................28
5.3 System Implementation................................................................................................................33
5.4 The summary of this chapter......................................................................................................41
6 Test paper management system test....................................................................42
6.1 Test Tasks and Objectives...........................................................................................................42
6.2 Test Program.....................................................................................................................................42
6.3 Test Case............................................................................................................................................43
6.4 The summary of this chapter......................................................................................................45
7 Conclusions..........................................................................................................46
7.1 This paper summarizes .................................................................................................................46
7.2 Future works.....................................................................................................................................46
Reference ................................................................................................................48
Author’s Resume....................................................................................................53
Declaration of Thesis/Dissertation Originality ....................................................54
Thesis/Dissertation Data Collection .....................................................................55
VII
图清单
 图序号 图名称 页码
 图 2-1 B/S 的体系架构示意图 7
Figure 2-1 Architecture diagram of B/S 7
 图 2-2 .NET 框架 9
Figure 2-2 .NET frame structure 9
 图 2-3 ASP.NET 系统结构模型图 9
Figure 2-3 ASP.NET system structure model diagram 9
 图 2-4 ADO.NET 的对象程序 10
Figure 2-4 Object programs for ADO.NET 10
 图 3-1 教学效果评估概念模型 13
Figure 3-1 Conceptual model of teaching effect evaluation 13
 图 3-2 教学效果评估因子修正模型 16
Figure 3-2 Correction model of teaching effect evaluation factors 16
 图 3-3 翻转课堂中的个性跟踪设计 19
Figure 3-3 Personality tracking design in flip class 19
 图 3-4 39 个班级对 13 个知识点的掌握情况 23
Figure 3-4 Mastery of 13 knowledge points in 39 classes 23
 图 3-5 两种学习方法的效果比较分析 23
Figure 3-5 Comparative analysis of the effects of two learning methods 23
 图 4-1 用户管理用例图 25
Figure 4-1 User management use case diagram 25
 图 4-2 试卷管理用例图 26
Figure 4-2 Test paper management use case diagram 26
 图 5-1 系统详细功能图 28
Figure 5-1 System detailed functional diagram 28
 图 5-2 注册登陆流程 29
Figure 5-2 Registration and login process 29
 图 5-3 试题管理流程图 29
Figure 5-3 Test question management flowchart 29
 图 5-4 试卷管理流程 30
Figure 5-4 Test paper management process 30
 图 5-5 学生实体属性图 30
Figure 5-5 Student entity attribute graph 30
 图 5-6 教师实体属性图 31
Figure 5-6 Teacher entity attribute graph 31
 图 5-7 试题实体属性图 31
VIII
Figure 5-7 Exam property map 31
图 5-8 管理员属性图 31
Figure 5-8 Administrator property map 31
图 5-9 登陆界面 33
Figure 5-9 Login interface 33
图 5-10 角色管理实现 34
Figure 5-10 Role management implementation 34
图 5-11 单选试题管理界面 34
Figure 5-11 Radio question management interface 34
图 5-12 判断试题管理界面 35
Figure 5-12 Judgment question management interface 35
图 5-13 学生考试流程 35
Figure 5-13 Student examination process 35
图 5-14 智能组卷实现图(一) 36
Figure 5-14 Intelligent paper combination show 1 36
图 5-15 智能组卷实现图(二) 36
Figure 5-15 Intelligent paper combination show 2 36
图 5-16 智能组卷实现图(三) 37
Figure 5-16 Intelligent paper combination show 3 37
图 5-17 智能组卷实现(四) 37
Figure 5-17 Intelligent paper combination show 4 37
图 5-18 成绩分析实现 38
Figure 5-18 Achievement analysis implementation 38
图 5-19 成绩分析柱状图 38
Figure 5-19 Histogram of performance analysis 38
IX
表清单
表序号 表名称 页码
表 1-1 两所院校智能试卷管理系统对比 4
Table 1-1 Comparison of Intelligent Test Paper Management Systems in Two
Universities 4
表 3-1 翻转课堂差异比较评价指标变量 15
Table 3-1 Flip classroom difference comparison evaluation index variables 15
表 3-2 教师指导时间的分配、学生课堂参与度与学生感受和学生评价的相
关度分析 21
Table 3-2 Correlation analysis of teachers' guidance time allocation, students'
classroom participation, students' feelings and students' evaluation 21
表 3-3 学习效果、学生能力和最终评价的相关度分析 22
Table 3-3 Correlation analysis of learning effect, students' ability and final
evaluation 22
表 5-1 学生表 32
Table 5-1 Student table 32
表 5-2 教师表 32
Table 5-2 Teacher table 32
表 5-3 管理员表 32
Table 5-3 Administrator Table 32
表 5-4 试题表 33
Table 5-4 Test question table 33
表 6-1 学生相关功能测试预期 42
Table 6-1 Expectations for student-related functional tests 42
表 6-2 教师相关功能测试预期 43
Table 6-2 Expectations of teacher-related functional tests 43
表 6-3 管理员功能测试预期 43
Table 6-3 Expectation of administrator functional test 43
表 6-4 登陆退出功能测试用例 44
Table 6-4 Test cases of login and exit function 44
表 6-5 角色管理测试用例 44
Table 6-5 Role management test cases 44
表 6-6 试题管理测试用例 44
Table 6-6 Test case management test cases 44
表 6-7 试卷管理测试用例 44
Table 6-7 Test paper management test cases 44
表 6-8 并发测试用例 45
Table 6-8 Concurrent test cases 45
X
1 绪论
1 绪论
1 Introduction
1.1 概述(Introduction)
随着当今计算机互联网技术的飞速发展,社会信息化程度越来越高。同样,
现代化教育事业也必须顺应这种发展趋势,只有合理利用现代化教育手段,教育
事业才能增强适应力和竞争力,不断发展壮大。随着职业教育近些年的迅速发展,
社会对于技能型人才的巨大需求,使得全国职业院校的规模都有所增长。随着职
业院校的人数增长,学生的考核方式对教师的考验也越来越大。从试卷的出题形
式,试卷的难易程度把握,试卷的批改,试卷的分析等各个环节都对任课老师提
出了较高的要求。
学生的期末考试是现代教学过程中的一个重要环节,期末考试的最终目的是
检验任课教师的教学效果和学生对于所学知识的掌握情况。目前,在职业院校中,
学生的期末考试采取的方式仍然是原始的方法。在期末考试前两周左右,由任课
教师花费大量的时间和精力进行试卷编写,学生考完后,由任课教师改卷的原始
考核方式。由于职业院校学生所学的科目专业性较强,无法给不同考试科目来限
定一个统一难度标准,因而会有一定差异。从每次期末考试后对于学生卷面分析
可以看出,差异主要存在于相同班级在不同科目的难度、侧重点等方面。学校让
任课教师在期末编写试卷,这给予了任课教师在试题内容编排上很大的自主权,
从而,给有针对性的考察学生真实的学习情况带来了难度。另外,在绝对公平的、
高质量的考试中,会因教师改卷过程中的个人情感因素而无法得到真正实现。从
上述情况可以看出,传统考试形式已越来越不适应当今现代化教育发展的需求。
随着科技的发展,计算机技术和网络技术不知不觉已逐渐融入进人们的工作、
生活当中。2015 年,国务院正式发布了《国务院关于积极推进“互联网+”行动
的指导意见》一文,随后“互联网+医疗”,“互联网+购物”,“互联网+金融”,
“互联网+教育”等一系列概念被提出,从而使计算机技术和网络技术更多的惠
及广大人民群众。“互联网+教育”这种教育模式利用互联网的便利,将部分教
学内容转移到线上,从而可以将教师从传统的工作方式解脱出来,提高教师的工
作效率。
近几年来,国内外研究者相继研发出许许多多基于计算机技术和网络技术的
教育应用平台,譬如:远程教育系统,虚拟教室等等。在先进的信息化成果为我
们传统教育带来便捷的同时,使得我们现代化教育的类型越来越丰富,工作效率
越来越高。但与此同时,很多职教人会面对很多棘手的问题,如今我国国内有很
1
工程硕士学位论文
多试题库管理系统,但很少有和工科类课程相结合的,大多以中小学和计算机课
程为主,考试的形式和职业教育的特点也很难贴切结合。
为了解决上述存在的种种问题,开发一种适合职业院校的智能试卷管理系统
已是当务之急。所以很有必要针对职业院校繁杂的试卷信息来进行数据库的建立,
全方位的不断完善和更新试题库,架构高效有序的试卷信息化管理平台,从而高
效的完成教学管理工作,最重要的是减轻教师与教务人员过重的负担。合理利用
计算机技术和网络技术进行试题库的管理和考试分析已成为学院推动教学改革、
提高教学质量的重要内容,利用计算机对建成的题库进行随机抽样并组成符合要
求的试卷,更是实现职业院校考试规范化和合理化的重要手段。
本文设计的系统与职业院校实际需求相结合,设计了功能详细且全面的智能
试卷管理系统。借助 SQL Server 数据库强大的数据存储量功能和稳定的运行形
式,将学生的课程考核题目分不同难易程度录入到数据库中,保证出题时可以从
大量的数据中获取到。系统各项功能的实现依托 B/S 模式,采用基于.NET 平台
中比较前列的 ASP.NET 技术。本系统研发的初衷是可以帮助教务人员长期保存
试卷,以及辅助教师自动生成试卷,还可以更加快捷的录入试卷信息、修改试卷、
查询浏览试卷等,与此同时教师还可以进行学生考试情况的统计分析等工作。真
正实现快捷便利的试卷信息化管理,保障教学管理工作合理高效的开展。
1.2 国内外研究现状(Research Status Review)
1.2.1 国外研究现状
伴随着校园信息化的逐步普及,信息化校园管理早已成为学校的一部分。走
在信息技术前列的英美等国家在 1960S 之前就不仅仅将考试形式局限为纸质形
式,而是考虑结合计算机信息技术手段,进行相关测试的研究工作。英国人将其
称之为计算机辅助测试(Computer-aided test),而在线考试系统的前身就是来自
计算机辅助测试系统。在 1968 年,IBM 公司与美国洛杉机学区合作,利用 IBM
公司的技术手段设计与实现了CTSS( Classroom Teacher Supporting System),CTSS
实现了保存美国具有年代性的教育题库。CTSS 具有批量处理文件的功能,以教
师输入申请单据为起始点,合理确认试题种类、每个题型下的试题数目等,依托
光电扫描机进行内容的输入。在完成试题的输入后,CTSS 系统便可以根据题库
随机选择试题,根据事先设定的试卷格式自动生成试卷,教务管理人员核无误后
进行试卷的打印。CTSS 系统上述功能外,还可以辅助教师进行答案比对、计算
试卷分数等功能[1]。为了服务加利福尼亚州十九个州立大学一万六千名教师和二
十九万学生,加利福尼亚州也专门开发了一个名为的系统[85]。从 2006 年起,中
国大多数的美国教育信息技术陆陆续续开始使用最新版本的网络化托福考试信
2
1 绪论
息管理系统。目前,有出国打算的同学面临的网考托福,其实就是传统的纸质考
试。网络考试不仅节约了时间成本,纸质成本也是大量节约,十分环保。而且网
络考试的形式可以提升测试的质量,学生的语言学习能力也可以得到准确的考察。
当今,几乎所有的西方学院都具备和学院情况实际相符的试卷信息管理系统,从
而达到试题库与考试等科学化信息管理。
具有代表性的国外教学平台有 Lotus 公司的 Learning Space,Learning Space
教学平台具有培训、WEB 的功能,任课教师可以使用该平台进行教学、考试,
还可以根据学员的实际学情制定相应的行之有效的学习办法,完成“虚拟课堂”
互动性学习与自学等课程任务。借助此平台,教师可以时时记录、跟踪、评估远
程教学的学生掌握情况,得到可靠的教学反馈。Learning Space 支持 23 种语言,
供多种国家利用,它不受服务器数量的限制[3]。国外比较具影响力的考试系统还
有全美测评软件系统有限公司(简称为 ATA 公司),ATA 公司拥有世界一流技
术支持的智能化题库,为考生模拟真实考试环境,计算机考试很适合此系统[4]。
对于每场考试的分析,智能化系统根据老师的需求,自动整理、分析、统计考生
等教师所需要的便捷准确内容,信息源还可以进行重复利用。关于 AT A 公司完
善的系统有很多可借鉴的地方,但其考试软件更多是针对计算机考试所展开的,
考试的管理权限也是由公司专人负责,有很多局限性。
以上所提到的国外考试系统,并不是特意为试卷管理部门设计的,它们的功
能大多集中于科学自动组卷、管理题库、在线考试及考后的反馈,它的使用用户
仅仅是考生和试卷管理者。其在使用功能上考虑考生的程度太高,不仅没有试卷
管理流程,也没有将教师的命题资料及试卷管理人员管理的资料信息考虑进去。
鉴于我国和国外历史文化渊源、教育现状及发展水平的差异,智能试卷管理
系统的引入和本土化,是一个迫切而又艰巨的研究课题。在其“移植”到我国的
教育生态系统过程中,需要针对性的设计来克服这种“水土不服”症状。相对国
外的“个性化”教育,我国教师也期望时刻掌握学生的考试情况。
1.2.2 国内研究现状
如今互联网席卷我国,信息化已经深入到校园的方方面面。现在计算机技术
也在逐渐被运用到教师的教学环节中,在整个教学过程中,考试有着举足轻重的
位置,智能化信息管理系统也开始在向试卷方面应用。胡荣星(2014)简单介绍了
南京市广播电视大学试卷管理系统的开发背景、设计需求和技术手段的实现,该
版本系统在基于第一版本自动生成试卷的基础上添加了依托教学计划下载试卷
及试卷后台管理的功能[13]。在试卷数据发布方面,基于 FTP 完成试卷的统一的
批量上传功能,改变了第一版只支持单份试卷上传的缺陷。黄英(2010)所提及
的系统特点是:结合职业院校基于 JSP 技术的试题库管理系统,该系统的特点是
3
工程硕士学位论文
采用三层结构设计使得业务逻辑和页面显示相互分离,实现系统的模块化设计,
加强了系统的可维护性、重用性、可扩展性和健壮性。其在线编辑功能的改进与
多样性组卷方式成功将任课教师从占据大量出卷时间解救出来,并为学校更好的
实现教考分离提供可能 [27]。此系统在设计数据库时没有采用大多数依据题型来
设计数据库所需的表,而是结合教师自身教学特点和职业学校自身课程特色,为
每门课程生成一个便于数据库所需的试题信息表。不仅提高试卷管理效率,也提
高了教师组卷效率。尤晟,任俊帆,王舟(2017)介绍了一种基于 Java 语言和
C/S 结构的题库与试卷生成管理系统,除了具备导入试卷、对题目进行查找、编
辑的功能,还能根据所需随机抽取试题,系统自动生成试卷,完成题库与自动生
成试卷一体化的平台。同时,系统能为试卷的难度、范围做到精细化控制,便捷
可靠[34]。许永达(2013)针对传统组卷对于时间的浪费、不高的成功率,简单遗
传算法不稳定、收敛速度慢等不足,提出了基于优化遗传算法的智能试卷组卷方
式,借助个体适应度值自主适应地选择个体,调整交叉概率和变异概率等方式,
加快了遗传算法跑向最优解的步伐,实现科学组卷的成功和高效性[29]。国内职校
的试卷管理智能化水平在逐渐提高,如表 1-1 所示,简单介绍了两个院校在试卷
管理系统智能化方面的进展情况。
表 1-1 两所院校智能试卷管理系统对比
Table 1-1 Comparison of Intelligent Test Paper Management Systems in Two Universities
南昌理工学院试卷管理系统 郑州职业技术学院试卷管理系统
得出了系统的整体功能图包和子功能 因为采用 ASP.NET 三层体系结构,可
图包,包括出卷通知、试卷的上交、试卷的 以大大提高开发效率。在设计系统功能时进
审查、印刷试卷管理、查询统计、系统的管 行了优化管理,能有效提高试卷管理的效
理、基本信息管理等子包图,而且在每个包 率。其运行过程中,试卷信息的录入、查询、
图后给出了详尽说明;在数据分析进行中, 删除和统计等以及相关系统信息的管理效
对系统中各种需要解决的数据进行了分析, 率明显提高,并可以保证试卷的长期保存。
其中给出的图有出卷通知缩略图、上交试卷 因此,大大减轻了试卷管理人员繁重的工作
缩略图、审查试卷缩略图、印卷管理缩略图、 量,而且有利于教学评估中试卷材料的查
查询统计缩略图、系统管理缩略图、基本信 询,符合目前教学改革的目标。
息管理缩略图;在对实体类关系进行分析
时,画出了实体类关系图,建立了数据库表。
当前,根据系统形式,试卷管理系统主要分为以下两部分:一是与远程教育
平台一体的试卷管理系统;二是不依赖任何平台的网络试卷管理系统。根据基本
功能来说,其一是 WEB 浏览器的试卷管理系统,使用者一般利用它进行所学知
识的自测,或者是“虚拟课堂”同步的网络教学;其二是局域网的试卷管理系统,
4
1 绪论
如 CAD 技能大赛上机考试、计算机等级考试、普通话上机考试等。
目前使用网络试卷系统比较多的有清正专业网络考试系统、清华泰豪网络考
试系统、信心网上考试系统等,上述试卷管理系统各有利弊。
(1)清正专业网络考试系统,是一款采用微软最新的.NET 框架设计,基于
WEB 的专业网络试卷系统。用户使用浏览器便可以进行软件的免费安装,此网
络试卷管理系统除了提供通用的题型,还提供将音频、图片、影片等多媒体文件
插入到试卷中,试卷的界面不再是以往的单一形式,会变得丰富多彩。另外,系
统采用 3 种方式进行科学组卷,达到智能化阅卷形式。填空题的评分标准不是唯
一的,支持多个答案、没有顺序的列举答案等。电脑阅卷除了具备通用题型外,
还有阅读理解等题型。此外,网络上能实现在线对答形式,在线批改填空题,是
辅以电脑阅卷。即便清正专业网络试卷管理系统比较成熟,但其应用范围主要集
中于英语考试,遗憾的是无法直接应用于其他科目的考试中。
(2)信心网络试卷管理系统,其优势在于科目的分开、试卷类型的区分,
试卷类型主要有“单选、“多选”“填空题”、“判断题”这四大类,可以只考
其中一种类型,或两种以上;教师对于试卷的生成有完全自主权,并且可以结合
考察需要自由加入各种题目,还可以随时修改已经完成的试卷,合理限制考试的
时间。考生获得系统登录权限后,考试正式开始。此系统的缺点是考生过于分散,
无法将考生进行统一,而且主观题没少涉及。
(3)作为网络试卷管理系统的清华泰豪,可以提供在线测试、试卷自动生
成、成绩自动统计分析等功能,是一个多元化的辅助学习系统。系统在结合普教
基础上,由清华附中、北大附中等著名学府的教师编制小学、初中、高中各科目
试题。该系统的不足是单一的题型,登录此系统进行操作比较麻烦,并且还要强
制安装辅助的教学系统。
与国外对于信息化在教学的运用,我国在教育信息化方面还是有些滞后。目
前仅仅是计算机方面的考试实现了网络考试的可能,而且大多数系统的功能参差
不齐,要么是考试形式过于单一,要么是使用功能过于复杂,就像上述的清华泰
豪一样。很多价格很高的系统仍有一定的局限性,比如对于考试情况的检查仍受
限。对学生的真实学习情况很难给出客观评价,单一简单的试卷系统结构,基本
上只在意考试的组织形式,系统中很少提供对于功能的分析和评价,从而造成老
师无法分析出本次试题对于学生的难度系数和试题是否涵盖了重要的知识点。
1.3 研究内容(Main Works of the Thesis)
根据某职业院校智能试卷管理工作的实际需要,论文从以下几个方面开展工
作:
(1)依托我国目前职业院校智能信息化管理的发展和日趋成熟的技术手段
5
工程硕士学位论文
简单概述本研究的开发背景,借此引出研究的目标和价值,与整理和总结本次研
究的思路和手段。
(2)简要概述智能试卷管理系统在设计过程中所使用的各种技术手段,包
括 B/S 体系架构模式、ADO.NET 系统、ASP.NET 系统、数据库技术、面向对象
开发模式等,为后续系统的设计做好技术支持。
(3)以翻转课堂为切入点,利用因子分析法,根据分析结构,建立辅助手
段,发现学生学习过程中的差异性,提醒教师对于学生的不同关注度,进一步有
针对性开展教学工作,从而提高学生的学习效果。
(4)根据的实际情况的需求分析,将其划分为几个功能模块,细致的设计
已完成的系统框架,同时,为了保障系统数据的安全性,设计了系统的安全体系。
(5)职业院校辅助平台的测试。基于个性化数据集的翻转课堂收集数据,
分析基于个体数据的学习态势案例,从而更有效提升学生的课堂学习效率,为后
续智能试卷管理系统的完善提供参考。
1.4 论文组织结构(Thesis Organization Structure)
第一章,绪论,本章介绍了职业院校智能试卷管理系统的背景和开发必要性,
介绍试卷管理系统国内外研究现状的同时也进行了比较,详细去阐述了本论文的
研究内容和本人的主要工作。
第二章,智能试卷管理系统设计技术原理,本章节主要介绍了试卷管理系统
的开发过程中所采用的核心技术手段。
第三章,翻转课堂的教学模型,本章节主要介绍了翻转课堂的中外技术对比,
并以此为切入点来实现的平台建立,从而进一步研究如何提高后进生的学习效果。
第四章,基于翻转课堂的智能试卷管理系统需求分析,本章节主要介绍了基
于翻转课堂的智能试卷管理系统的需求分析,对用户登录系统的需求,试题管理
的需求,试卷管理的需求进行了详细的分析。
第五章,智能试卷管理系统的实现,本部分详细阐述了系统中各模块功能的
设计以及数据库数据表的设计,并展示了系统的实现。
第六章,试卷管理系统测试,本部分主要阐述了系统的测试。详细的阐述了
测试的任务与目标,测试的方法,以及测试用例等内容。
第七章,总结与展望,总结职业院校智能试卷管理系统研究的优势,展开以
后研究的期望。
6
2 智能试卷管理系统设计技术原理
2 智能试卷管理系统设计技术原理
2 Principle of Design Technology for Intelligent Test
Paper Management System
随着当今计算机技术的高速发展,多元化的信息在被大众悄无声息的在工作
和生活里应用,不可思议的是,信息应用部署环境和以前也大不相同,而其思路
的开发和技术支持的办法也趋于多种多样。计算机辅助教育(CAI)正逐步受到整
个教育领域的广泛的重视。其中利用计算机技术进行智能化考试题库的管理作为
计算机辅助教育的一个极为重要分支和环节,同样是真正实现教考分离、提升学
校教学质量的有效办法。为了更好地完成智能试卷管理系统的开发,我们要依据
系统需求采用以下的设计思路和技术手段:
2.1 设计思想及开发原理(Design idea and development
principle)
1、B/S 模式
用户只有通过一个借助浏览器的交互界面,来获取各种试卷管理系统的操作
权限。而客户机(浏览器)端恰恰就是一个安装浏览器的类似于 IPAD、智能手
机、电脑等其他设备。有了上述操作就减轻了使用者对于设备配置的压力,只需
服务端(学校或远程教育提供商为试卷管理系统的设计架构)进行合理设置软件
和配置硬件,继而加大计算机和网络的使用情况。B/S 体系架构如图 2-1 所示:
图 2-1 B/S 的体系架构示意图
Figure 2-1 Architecture diagram of B/S
应用服务系统被系统服务器端使用 SQL Server 2008 数据库系统来架构,管
理和操作客户端的流程需借助用浏览器。所以,采取 Browser/Server 模式来进行
7
工程硕士学位论文
试卷管理系统的设计是合情合理的[83]。
2、工作流的自动化
工厂里制作商品的流水线操作平台与工作流相同,一般指一组人员为了完成
某项共同任务目标而进行的工作之间的交互。此系统与之有着高度相似性。本文
设计的试卷管理系统以工作流形式展开,即班主任添加学生姓名和学号、授课教
师录入学生试卷、教务处可以删除过期的学生试卷等信息。这种工作模式刚好和
工作流模式相符。所以此系统在使用时基于工作流的工作的形式,从而使得各管
理者可以高效快捷的完成工作,为试卷智能化管理进一步合理化和效率化发展。
3、安全机制
试卷管理系统针对的用户是职业院校的教学管理者,用户对系统中每一步操
作过程都有权进行控制,从而有效地保证系统数据的安全性,使用过程得以稳定
和可靠运作。
4、独立的业务操作
依据一个独立完整的业务操作来设计和实现系统设计业务操作类,依据系统
业务逻辑中主体(实体和功能模块),构建集结的、互不干扰操作的类,依靠引
用类和被实例化的对象操作业务逻辑,实现系统的业务逻辑需求。[83]这样既可保
证各项业务操作之间自有的独立、自身业务框架的清晰及同上层的紧密联系,另
外还可以进行业务的增加、修改以及删除暂时无用的业务,业务操作的独立性可
以使其一旦操作不当,不会影响整个系统。系统预留了与其它教学管理业务系统
的数据接口,便于系统的二次开发。
2.2 .NET系统开发技术(.NET System Development Technology)
职业院校智能试卷管理系统的开发环境是.NET 平台,主要使用了平台中的
C#面向对象的程序设计语言、ASP.NET 脚本语言和 ADO.NET 数据库访问组件
进行技术设计。.NET 整体框架如图 2-2 所示。
C#面向对象的程序设计语言,在整个职业院校智能试卷管理系统中,C#语
言没有单独存在的意义,需要与 ADO.NET、SQL Server 和 IIS 配合才能实现整
体的教学评价功能。C#在系统中通过 ADO.NET 组件及相关方法的调用,实现
了 SQL Server 数据库与系统中的教学评价数据的交换,再利用 ASP.NET 中的
具有交互功能的窗体控件绑定教学评价数据库中数据表中的数据,从而达到评价
数据的显示与维护作用。在教学质量评价系统中,使用 C#语言对数据处理时只
要考虑 SQL Server 和 IIS,甚至只需要以 IE 浏览器的角度来进行数据处理,这
样使整个开发过程一体化,不用考虑其它的实现[50]。除此之外,C#在教学质量评
价系统中还要与网页 ASP.NET 中的窗体配合,完成评价网页中的链接、跳转等
功能,以脚本语言的形式在系统中存在[53]。
8
2 智能试卷管理系统设计技术原理
图 2-2 .NET 框架
Figure 2-2 .NET Frame structure
2.3 ASP.NET 简介(Introduction of ASP.NET)
Active Server Pages:“动态服务器网页”,一般简称为“ASP”,ASP 之所以能
被大多数人用到系统中,主要作用是在服务器端将相关数据转化成标准的 HTML
格式,以网页的形式展现在客户端。其对于浏览器的选择没有要求,使用常用的
IE 浏览器都能得到正确地 ASP 的执行结果,并且可以直接在 IE 浏览器中看 ASP
执行的结果,和 VBScript 或 JavaScript 所不同,它们是在客户端(Client)的浏
览器上浏览。即便使用 VBScript 程序来设计系统,客户端(Client)在 IE 浏览器
中能得到程序执行的结果,但是,其对于浏览器是有要求,客户端(Client)无法
在 Netscape 浏览器中显示出 VBScript 的执行结果。
就试卷管理系统本身而言,其核心问题是设计、管理与操作 We b 的页面和
它对应数据库信息。本系统使用高效率、智能的 SQL Server 2008 进行数据库的
设计,利用 ASP.NET 技术手段来架构动态网页,采用的是基于 B/S 的三层体系
结构模型,分别为:用户表示层、业务逻辑层和数据访问层。如图 2-3 所示
ASP.NET 系统结构模型。
图 2-3 ASP.NET 系统结构模型图
Figure 2-3 ASP.NET system structure model diagram
用户表示层:与使用者进行直接进行信息交互的层,用于接收使用者输入的
9
工程硕士学位论文
数据以及操作所表示的指令传递到服务器那一端,同时将后者输出的结果让用户
知晓。在试卷管理系统用于试卷数据的输入和考试评价结果的查看。
业务逻辑层:位于用户表示层的下方,数据访问层的上方。其最主要的功能
是把表示层所传递的信息以及指令进行综合计算,查询对应的数据与提取指令,
并将上述指令提供给数据层,另外也可以把数据层所查询到的数据信息或者反馈
表示层在操作后的结果。此层是 We b 表单、SOAP、XMLWeb 服务、组件服务等
组成。
本系统所采用的 ASP.NET 的最大的特征是以“code-behind”的形式对程序
进行编码,简单的编写程序易懂的代码,较低的费用,是首先它的原因。
2.4 ADO.NET 简介(Introduction of ADO.NET)
一个应用程序级别的借口经常被利用到 Microsoft.NET 平台中进行数据访
问,ADO.NET 恰恰就是上述的借口。与此同时,它是很强大的,它还可以带来
其它主要程序结构的需求。ADO.NET 由于支持数据的松耦合访问,从而减少了
ADO.NET 和数据库之间的活动链接数目。借此以最大能力共享资源数据的实现。
ADO.NET 在扩展方面有很多功能的实现,在使用 ADO.NET 的时候,可以
使用可扩展的应用程序。中职院校智能试卷管理系统就是利用 ADO.NET 的
ConnSql 类实现与 SQL Server 数据库的连接从而完成试卷数据的添加、查询和
统计操作。
由下图 2-2 可以看出。
图 2-4 ADO.NET 的对象程序
Figure 2-4 Object programs for ADO.NET
ADO.NET 对象模型有 5 个核心对象:
1. Connection(连接对象)
10
2 智能试卷管理系统设计技术原理
传递数据源与应用程序之间的数据,连通数据源是十分必要的。[51]在试卷系
统中使用此对象的方法连接对应 SQL Server 数据库。
2. Command(命令对象)
用于对 SQL 语句的执行,用于对数据进行添加、删除和修改操作。在智能
试卷管理系统中使用此对象方法连接对应 SQL Server 数据库相关的用户数据进
行添加、删除和修改。而且对于分布数据的相关处理,可以利用 ADO.NET 的数
据访问接口进行,同样,采取相关的数据进行不同数据源的处理,进而有力保障
智能试卷管理系统中存在的大量数据信息。
3. D ATA Reader(数据阅读器)
Data Reader 最为显著的特征在于它只可以向前而且速度很快,主要用于对
数据源的读取[51]。在智能试卷管理系统中就是使用此对象方法连接对应 SQL
Server 数据库读取相关的历史评价数据。
4. Data Adapter(数据适配器)
它主要起到连接的作用。用作数据库的连接和数据库命令集,具备数据源的
同步效果和将 Data Set 进行填充的方式;主要用于交换数据源和数据集。
5. Data Set(数据集)
数据集主要提供类似于表或列之类的分层对象,同时约束数据集和数据集之
间的彼此关系。对读出的数据源进行处理,可以通过多层的应用程序的不用层次
在组件之间相互传递。
2.5 本章小结(The summary of this chapter)
本章先是对智能试卷管理系统的开发思路进行了充分的介绍,采用的浏览器
/服务器(B/S)三层结构模式,借助 Visual Studio 2008 为开发工具,开发语言
利用 C 语言和 SQL 语言来完成,开发前端界面用 ASP.NET 语言和 Html 技术,
以及.NET 系统开发技术和数据库管理平台 SQL Server 2008 作为后台数据库管
理系统。利用上述技术,可以更好的共享各类资源。本章对上述技术进行了简要
概述,为后续的设计做好技术方面的支持。
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工程硕士学位论文
3 翻转课堂的教学模型
3 Demand Analysis of Flipping Classroom Test Paper
Management System
3.1 翻转课堂基本概念(Turn over the basic concept of
classroom)
“翻转课堂”(Flipped Classroom)是一种通过网络的学习手段,让学生课
下以视频等其他媒介形式进行自学,将课堂讲解时间由实验和课内讨论等活动代
替,达到充分利用课堂教学,完成疑难解答或创新引导教学目标的方法[54-55]。2000
年,该模式由 Lage 等人在美国迈阿密大学教授“经济学入门”时使用[56],2012
年,Flipped Learning Network(FLN)的成立预示着这种模式具有提升教学质量
的优势[57]。国内翻转课堂的实践开始于 2011 年重庆市江津聚奎中学对适合该校
的翻转课堂基本模式的探讨[58]。
在旧有模式中,“课前预习—课堂学习—课后复习”的学习流程占据着重要
地位。翻转课堂通过在线视频的方式,将预习阶段的学习进行了强化,使学生可
以更好地进行自学,促使课堂学习更有针对性,让个性化的一对一学习得以实施。
但是,翻转课堂教学模式引入国内高校后,“形似而神不似”[59-60]或是“效果不
显”[61]是其本土化过程中所面临的问题。因此,其教学模式的改进和效果评估开
始被注重。何琳洁在比较实验研究中发现,该模式对中等生影响最大[62]。夏庆利
则在教学效果评估中发现对于学习困难群体关注成为难点[63]。张萍总结了当代翻
转课堂中应有教育理念、课程设计、学生参与、课程评价和信息技术五个要素[64]。
这些研究表明,对学生的关注度和学生的参与度是解决上述问题的一个重要思路。
因此,本文对翻转教学使用的视频、自学过程、课堂个性和评价反馈、教学
理念和方法上与国外主要翻转课堂网站和课程进行差异比较评价,分析我国在引
入和采用该模式时,需要关注哪些要素表现形式。着眼于国内环境,尝试利用计
算机辅助手段[65]对翻转课堂模式进行改进,让其更好地为我国教育服务。
研究设计分为两阶段:第一阶段,利用收集的数据进行探索性因子分析,分
析体现翻转课堂教学的教学方法效果指标变量间的相互关系和影响,找出影响教
学效果的主要因素;第二阶段,根据因子分析的结果对教学方法加以改进,利用
实际教学中的数据检验模型结果的泛化能力,验证教学方法改进策略的正确性。
12
3 翻转课堂的教学模型
3.2 中美翻转课堂教学模式的比较模型(A Comparative Model
of Flipping Classroom Teaching Mode between China and
America)
3.2.1 教学效果评估的概念模型构建
考虑翻转课堂模式的教学方法,最终体现为教学效果不同。教学效果是由教
学资源、评测手段、教师和学生主体等多维度因素共同作用的结果。将其中可被
外界直接观测的学习评测作为教学效果评估模型的外因潜变量,其它因素作为内
生潜变量,构建教学效果评估的概念模型,如图 3-1 所示,从而反应教学方法的
不足,寻找弥补中美教学效果差异的方法。
模型中的教师和学生两个主体通过教学资源和评测考核联系在一起。教师能
力和教学方法差异会导致教学资源和评测考核的设计不同,形成对学生的不同影
响,造成了最终教学效果的差异;而教学过程和学生评测又会促进教师能力和教
学方法的提升。模型中四个主体互相影响,同时作用于教学效果。运用该模型可
以为教学效果差异分析提供有价值的结果。
教学资源 制作能力 教师
视频、在线资源 案例、工具
教学效
投入程度 评测方式
学习时间、完成度、
课堂活跃度 考试、课堂、测试
学生 指标维度 评测考核
图 3-1 教学效果评估概念模型
Figure 3-1 Conceptual model of teaching effect evaluation
研究数据获取主要利用调查研究法中的问卷方式。基于两国教学方法中影响
教学效果的可观测指标,针对收集的网络资源设计问卷,利用问卷获取不同指标
的数据信息,其中四份之一数据作为信效度评估。受评估材料获取方法的限制,
教学资源数据以计算机专业 3 门课程为主,以体现资源制作的最新趋势。美国教
学资源是从 Facebook 和斯坦福大学、加州大学伯克利分校等 5 个知名高校中获
取了 8 门课程教学资源;中国教学资源是从 MOOC 中国、清华大学、上海交通
大学、南京大学等高校所提供的网络计算机课程获取。共计收集 37 套教学视频、
PPT、作业等教学资源。教学资源评估数据是从同济大学、东南大学、中国矿业
大学、宁波大学和江苏师范大学外研教师中进行,发出问卷 119 份,回收完整有
效问卷 42 份。评估问卷第一部分包含:职称、学历、专业、所属地区、评估资
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工程硕士学位论文
源链接打开效果和是否使用翻转课堂教学 6 个问题,第二部分为对应教学资源评
价(11 项)和课堂教学反馈(6 项)的问题。跟踪获取本科学生学习评价数据共
计 573 人,其中 247 人提供了反馈数据,包含了表 1 中的学生反馈问题评测。调
研时间为 2017 年 3 月到 2019 年 5 月。
课程教学效果的评价前提假设如下:
H1:教师有效分配指导时间对教学效果影响为正相关;
H2:学生的课堂参与度与教学效果为正相关;
H3:学生创新能力与教学效果正相关。
评测结果的量化指标为 1-4 级,表示很好或很难,好或难,一般,不好或容
易。
3.2.2 构建教学效果评估模型的差异指标
模型潜变量需要外显指标进行量化。因此,对教学资源、课堂教学、课后作
业和教学评价、以及学生反馈中的显化指标建立观测变量,如表 3-1 所示。
翻转课堂的教学资源包含课前视频、课件、研究导引素材、在线交流平台、
在线测试等。综合教学资源运行环境,设定教学资源的外显指标为 11 项:(S1)视
频体现、(S2)示例理解、(S3)设问启发、(S4)视频互动、(S5)资源完整、(S6)练习
质量、(S7)深入素材、(S8)交流平台、(S9)资源获取、(S10)新颖性、(S11)硬件。
在翻转教学中,课堂是质疑问难的场所,是学生通过交流进行知识内化的阶
段。根据外研教师问卷和网页评估提取了六个可观测指标:(T1)资源的制作;
(T2)课堂指导;(T3)组织能力;(T4)吸引力;(T5)现实问题;(T6)启
发性。
评价是翻转课堂的核心要素,利用评价来评估教学效果。对学生学习的评价
是一个综合过程,是一个贯穿于教学和学习全过程的、面向多维角度的评估过程。
考虑到教学效果反映在学生不同能力体现上,根据考核本身和能力考核的目标,
设定八个观测指标:(K1)考核多样;(K2)评价公平性;(K3)综合能力;
(K4)知识深度;(K5)动手能力;(K6)合作能力;(K7)解决问题;(K8)
考核反馈。
学生主体是效果反映的最终实体,除评测考核外,学生的参与也体现了其对
知识的理解程度。因此,根据学生对学习的反映,设定六个观测指标为:(C1)
资源利用;(C2)课堂参与度;(C3)评测完成度;(C4)指导时间;(C5)
问题深入;(C6)知识运用。
使用퐼푋퐶 表示中国情况,使用퐼푋푈 表示美国的数据情况,X 表示上述 31 项可测
指标。利用公式(퐼푋퐶 − 퐼푋푈 )/퐼푋퐶 表示差异。
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3 翻转课堂的教学模型
表 3-1 翻转课堂差异比较评价指标变量
Table 3-1 Flip classroom difference comparison evaluation index variables
潜变量 可观测指标 观测指标含义
(S1)视频体现 视频的展现形式
(S2)示例理解 自学材料中示例易理解程度
(S3)设问启发 自学材料中问题对学习内容的
启发性
(S4)视频互动 与学生互动操作的能力
教学
资源 视频、课件、教材、练习、课外
(S5)资源完整
补充等资料的完整程度
(S6)练习质量 课外练习的难易与训练效果
(S7)深入素材 深入学习的资源使用质量
(S8)交流平台 师生交流的平台
(S9)资源获取 用户获取资源的便捷
(S10)新颖性 资源内容紧跟学科发展
(S11)硬件 对用户使用的硬件要求
教师 (T1)资源制作 教师的资源制作能力
(课堂 (T2)课堂指导 课堂指导学生问题深度
教学) (T3)组织能力 课堂组织学生学习的能力
(T4)吸引力 学生对教师讲述感兴趣
(T5)面向现实 对现实问题的讨论程度,在导
引素材和研讨作业中体现
(T6)启发性 问题解答的启发性
学习 (K1)考核多样 考核方式的多样
评价 (K2)评价公平 能力评价的公平
(K3)综合能力 综合能力的运用
(K4)知识深度 知识应用的深度
(K5)动手能力 实际动手实现的能力
(K6)合作能力 相互合作的能力
(K7)解决问题 解决问题的思路和步骤
(K8)考核反馈 学生弥补薄弱知识的能力
学生 (C1)资源利用 对网络资源利用时效
(反馈) (C2)课堂参与 课堂参与度
(C3)完成评测 评测完成情况
(C4)指导时间 教师的平均指导时间
(C5)问题深入 学生对问题深入的主动性
(C6)知识运用 学生对课程知识理解运用
15
工程硕士学位论文
3.3 模型评估与修正(Model Evaluation and Revision)
3.3.1 评估与修正
使用主成分分析法抽取表 1 的主体指标,尽可能的让主要差异体现在指标
上。运用 SPSS 中主成分分析法抽取有效因子,选取特征值大于 1 的因子。然后,
利用探索性因子分析法[66],结合潜变量组合信度和累计贡献率分析信效度。发现
一个等于 0.63 的指标因子,因此,使用 AMOS 软件来对模型因素中的理论效度
(Validit y)进行测量,采用极大似然估计来估计,随机选取 1/4 数据进行评估模
型,删除因子负荷不足 0.75 的指标,对误差值建立如图 3-2 的共变关系,(1)
T1--S2(2)C2—S4(3)C4—K6(4)C5—K5,获得如图 3-2 所示的修正模型路
径参数。其中卡方值为 50.71,自由度为 40。修正后模型的观测参数如图 3-2 所
示。
图 3-2 教学效果评估因子修正模型
Figure 3-2 Correction model of teaching effect evaluation factors
研究采用因子负荷、组合信度和平均方差提取量作为信效度检验标准,该数
值越大,表示指标反映模型共同因素的潜在特征越好[67]。假设标准因子负荷和的
平方为 SD,误差和为 ED,则信度计算用 SD(/ SD+ED)作为标准。模型检验中,
绝对适配指标和增值适配指标达到了适配标准。在自由度为 40 时,适配度卡方
值为 50.71,显著性为 0.131,大于 0.05,说明模型较为契合。其中 H1 对应(C4
因子负荷 0.812,组合信度 0.901,平均方差 0.721)和 H2 对应(C2 因子负荷
0.847,组合信度 0.901,平均方差 0.721)被接 受,H3 对应(K7 未达到标准值,
16
3 翻转课堂的教学模型
因子负荷小)被拒绝。
3.3.2 结果分析
上述修正模型中,分析指标间关联影响,因子负荷在 0.61~0.9 之间,符合适
配要求。根据差异公式,集合分项对比两国模型因子的评分方差,结合路径检验
结果,发现差异高于均值的几个指标如下:
(1)较为突出的是 C4 教师指导平均时间。该项指标说明了指导时间影响教
学效果较大。尽管我国教师也期望时刻关注学生,掌握学生的学习进度和状态,
但因学生人数较多,往往超出了教师个人能力和教学时间。
(2)其次是 C2 课堂参与。课堂是学生通过交流进行知识内化的阶段,组织
分组学习可以有效的提高初级问题的解决效率,对促进学生思想碰撞,向问题深
处进行探究起到了积极作用。我国课堂组织较为传统,造成学生课堂的自我评价
相对较低,普遍认为自己在讨论中的发言较少或几乎没有有价值,这在文献[59]中
也得到证实。
(3)T1 资源制作。双方教学使用的硬件差距较小。但国外教师更善于制作
教学资源,如在微课教学中的示例和理解上,有明显优势。
(4)K2 评价公平。利用资源学习,学生缺乏互动和监督,学生遇到的问题
无法及时得到反馈,而且,部分学生直接通过网络抄袭。
(5)C5 问题深入。主动深入学习是学生主体要素,与 K5 一起反映出学生
的主动学习能力。在反馈表中,没有激励措施情况下,学生主动性较弱。
(6)K1 考核多样。最终的标准测试所占的比例仍然较高,对反映学生学习
过程仍欠缺。学生反馈中体现能力考核不全面,完成认为的方法性能等没有体现,
评测题目的结果不能反映解决方案的思路。
上述分析的结果,不仅表明我国高校在教学上与美国的差异,也得到了在采
用新教学模式下教学方法的改进方向。
3.4 基于个性化的教学方法改进(Improvement of Teaching
Methods Based on Personalization)
3.4.1 “翻转课堂”教学方法的个性化改进思路
根据上述模型,教师时间分配 C4 和学生的课堂参与度 C2 比资源利用 C1 更
为重要,说明课堂的理解要比自学更容易掌握学习内容。在教师平均指导时间不
足的情况下,课堂有效组织和利用显得尤为重要。因此,根据学生个性,将有限
的时间合理分配是教学改进的一个方法。利用在线工具进行询问学习中的困难,
有助于改进 C5,可以减少学生在自学过程中产生的挫败感。K1,K2 和 T1 中,
分析学生使用学习平台和学习交互过程,学生往往寻找合适自己的问题和同学,
17
工程硕士学位论文
也反映出学生对自己定位和个性公平评价的需求。因此,上述六个指标涉及的关
键是如何针对学生个性进行教学方法和学习评价的实施。
结合建构主义倡导的“学习是获取知识的过程,学习者在一定的情境即社会
文化背景下,借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,
通过意义建构的方式而获得”的理念[68],教学方法改进应当注重当前各校教学背
景下,学生已有的知识构成,针对其个性的予以弥补和提升,促使学生知识内化,
才能有效的让“教育适应学生”[69]。从构建知识获取途径上,教师是学习的辅导者,
设计学习环境、资源,以满足学生课上、课下学习的需求,需要根据学生个性针
对性的提供帮助。进一步,在学生问题引导上,课堂教学过程中,促使甚至要求
学生必须提出问题,可以充分使学生进入课堂评价,提升教师对学生的关注,促
使学生拓展思路,容易形成头脑风暴,并与现实紧密结合[70]。
针对上述目标,应当分析学生学习过程的细节跟踪数据,辅助教师获取学生
个性化学习数据,并对教师时间分配、个性化案例选取、评估方法等进行优化,
提供翻转课堂的个性化教学模式。结合课程人数、教师信息化能力、课程改革限
定条件和学生自主能力,以在线学习和评估平台形式对学生学习状态数据进行记
录分析,辅助翻转课堂模式的实现。
3.4.2 反映个性化数据的“翻转课堂”设计
在翻转课堂学习过程中,基于前期研究与所建立的辅助平台[71],增加跟踪学
生状态的内容,将结果实时反馈给教师。根据翻转课堂的学习阶段,主要是针对
视频学习、理解评测、课堂学习和课后巩固四个阶段跟踪。
根据上述思路,利用平台将学习过程贯穿如下:首先,视频学习和自我评测
的记录体现学生自学过程中的问题。从视频学习过程数据,获取学生学习“卡住”
的位置和学习效率,结合在线平台的评测记录,发现视频中不易理解的地方,实
现监督和实时解疑。据此,结合学生课前疑问,利用跟踪数据对学生进行能力分
级,教师设计课堂中要解决的重要问题,并根据个人掌握情况,规划课堂讨论方
向和时间,让不同层次学生都有机会思考问题,吸引学生出勤,激发不同能力学
生的学习热情。然后,利用课堂学习的反映和课后的巩固练习的评估数据,建立
跟踪评价方法,让学生学习过程表现的更为具体,体现出学生学习中的努力和进
步,让学生感受成就感。最后,针对学生课后存在的问题,安排补充内容和个体
辅导。如图 3-3 所示,图中六边形位置表示跟踪的时段。
上述平台实现是跟踪学生在共享平台的使用过程,利用后台程序来记录学生
学习过程,反映学生个性化的学习过程,将评价内容扩展至整个学习过程。通过
发现学生学习过程的差异,了解在学习过程中不同个体的知识掌握程度,反馈教
师在实施过程中的不足。
18
3 翻转课堂的教学模型
利用这些数据项目(详见附录),本文通过学习平台跟踪学生的学习过程,
分析和获得了学生学习效果的个性化情况。
图 3-3 翻转课堂中的个性跟踪设计
Figure 3-3 Personality tracking design in flip class
3.5 基于统计分析的实证检验(Empirical Test Based on
Statistical Analysis)
从教师课堂时间分配和实施后学生学习效果两个方面评估平台实施效果。鉴
于建模数据用于验证不能很好检验模型的泛化能力,重新收集实际教学数据,进
行改进后的教学方法实施效果的检验。
3.5.1 教学改进的检验数据与模型选择
利用表 3-2 中项目,根据正相关性和记录或收集能力的可行性,对学生选择
了 2 组数据:D1={ S6, S7, S10, C2, C4, C6, K3, K6, K7, T3, T5}, D2={C3, C5, S6,
K3, K4, K5, K6, K8, T6},分别验证假设检验 H1 和 H2,评估潜变量对学习效果
的影响,检验根据教学效果评估模型所做的改进工作是否能够提升教学效果。检
验模型权重值取[0,1]值,对多个数据评估一个变量,使用权重归一化处理。对能
力评估对应选取 4 级:优、良、合格、不合格。检验数据收集是利用在线平台和
三年的课堂讨论、期末评估成绩和 QQ 在线答疑所形成的记录。收集数据为两门
课程三届学生有效记录,对应每届学生人数分别为 97 人, 213 人和 207 人。利用
公式 3-1、3-2 分别对教师指导分配时间和学生学习效果两个目标建立线性回归
模型,G 为噪声项。
19
工程硕士学位论文
教师课堂时间分配:
Aim_timematch=∑1푖=11 훼푖퐷1,푖 + 퐺1 (3-1)
学生学习评价:
Aim_stuobtain=∑7푖=1 훽푖퐷2,푖 + 퐺2 (3-2)
3.5.2 基于个性化数据的指导时间分配检验
缺乏激励的学生深入探究教学设计是翻转课堂出勤率下滑的主要原因[57]。在
平台记录中,获取的学生学习状态,可以有效的、针对性的让教师进行个体“关
注”,从而使学生感受“被关注”,促进学生学习的积极性。在个体关注中,可以及
时使得学生感受教师时刻关注自己,特别是缺乏主动学习态度的学生。反映学生
学习状态的观察参数有很多,根据教学效果评估模型的潜变量,收集课堂上学生
提出的问题;视频重复度和重复地点;问题解决方案的分级;问题的难度;帮助
他人成功率等数据,最终形成 D1 数据集。
利用 SPSS 分析各数据与学生感受的指导时间 C4 指标项的相关程度,采用
双边假设检验。获得的结果如表 3-2 所示。首先可以看出,指导时间与教师的组
织能力、学生的参与有很强的相关性,表明学生的参与课堂的讨论可以让学生感
受到被关注,也反映出前述模型中所发现的翻转课堂中的指导时间获得感增强途
径是有效的。H1 在新数据和检验模型下被接受。
教学方法改进实例:(1)课堂的组织需要更多的关注表现力不强的学生,
以促使他们参与。例如,某学生在解决二叉树的问题上,尝试的角度是遍历的思
想,较少使用递归思想。在布置任务时,对该生专门指出“老师认为你对二叉树
遍历方法掌握较为熟练,请你使用递归思想来解决该问题。”由于其作业与众不
同,学生专门回信致谢教师对其的关心,并利用递归思想将所有问题重新完成一
次,课堂表现也开始积极。(2)与 C6 的关系表明学生知识的运用能力高可以获
得更多的参与感,这也表明案例的讲解可以促使学生获得参与感,特别是学生所
熟悉的事件。例如,教师在课堂上,调整了判定树问题的提问方式,通过问题“使
用判定树,2018 年高考分数段统计可节约多少时间”来进行,更贴近学生生活。
课堂上学生参与度明显提高。
根据上述结果进行分配课堂时间,会导致与优秀学生的课堂交流减少,但该
部分学生一般会主动同老师交流,获得指导时间的感受没有降低。教师部分时间
将倾斜分配到掌握知识不及时和不牢靠学生身上,通过独立任务、关注进度等方
法,促使该部分学生主动进行学习。
3.5.3 学生能力和教学效果影响分析
使用 D2 数据,根据学生能力和参与情况,检验 H3。如表 3-3 所示。表中显
20
3 翻转课堂的教学模型
示了评价的结果、学生能力与课后练习完成度、训练题目质量、练习深度之间的
相关性。学生在线练习的完成度与考核结果有非常高的相关性,这与正常的认知
是一致的。从 T6 启发性教学对作业完成度、综合知识运用的相关度较高,说明
启发式教学对知识点掌握具有帮助。知识的综合能力与知识运用、练习深度、考
核结果有较高的相关性,说明学习中综合能力的体现对掌握较高难度问题具有明
显帮助。而问题的深度 K4 与学生的创新能力培养 K7 有很强的相关性,从而外
在体现为评价较高的学生的创新能力也较好,说明评价具有一定的合理性。但是,
动手能力 K5 在本次分析中没有体现出相关性较高的关联项目。经分析,认为该
项内容选取偏向于学生提交解决方案的次数与成功率,可能存在部分学生预先验
证后再提交的情况,这会导致该项目不准确。综合上述分析相关性指标,现行的
多目标评价方案中,考核结果不能直接反映学生的创新能力,但能够有限度的反
映解决问题的深度,间接体现出学生的创新能力。
表 3-2 教师指导时间的分配、学生课堂参与度与学生感受和学生评价的相关度分析
Table 3-2 Correlation analysis of teachers' guidance time allocation, students' classroom
participation, students' feelings and students' evaluation
S6 S7 S10 C2 C4 C6 K3 K6 K7 T3 T5
S6 Pearson 1 .038 .004 .213* -.003 .136 -.023 .119 .020 .106 -.023
显著性 .713 .970 .036 .975 .184 .824 .247 .846 .301 .824
S7 Pearson .038 1 .020 .083 -.092 -.037 .003 .168 .919** .069 .003
显著性 .713 .846 .421 .371 .721 .976 .100 .000 .504 .976
S1 Pearson .004 .020 1 .029 .064 .068 .094 -.099 .008 -.022 .094
0 显著性 .970 .846 .775 .533 .509 .358 .333 .938 .831 .358
C2 Pearson .213* .083 .029 1 -.246* .751** .009 -.012 .024 .670** .009
显著性 .036 .421 .775 .015 .000 .934 .909 .813 .000 .934
C4 Pearson -.003 -.092 .064 -.246* 1 -.274** -.063 .040 -.090 -.252* -.063
显著性 .975 .371 .533 .015 .007 .538 .697 .378 .013 .538
C6 Pearson .136 -.037 .068 .751** -.274** 1 -.046 -.102 -.109 .585** -.046
显著性 .184 .721 .509 .000 .007 .658 .322 .290 .000 .658
K3 Pearson -.023 .003 .094 .009 -.063 -.046 1 -.134 .047 .057 1.000
**
显著性 .824 .976 .358 .934 .538 .658 .192 .648 .580 0.000
K6 Pearson .119 .168 -.099 -.012 .040 -.102 -.134 1 .164 .005 -.134
显著性 .247 .100 .333 .909 .697 .322 .192 .108 .960 .192
K7 Pearson .020 .919** .008 .024 -.090 -.109 .047 .164 1 .000 .047
显著性 .846 .000 .938 .813 .378 .290 .648 .108 .999 .648
T3 Pearson .106 .069 -.022 .670** -.252* .585** .057 .005 .000 1 .057
显著性 .301 .504 .831 .000 .013 .000 .580 .960 .999 .580
T5 Pearson -.023 .003 .094 .009 -.063 -.046 1.000** -.134 .047 .057 1
显著性 .824 .976 .358 .934 .538 .658 0.000 .192 .648 .580
注:*.在 0.05水平(双侧)上显著相关,**.在 0.01水平(双侧)上显著相关。
21
工程硕士学位论文
表 3-3 学习效果、学生能力和最终评价的相关度分析
Table 3-3 Correlation analysis of learning effect, students' ability and final evaluation
C3 C5 C6 S6 K3 K4 K5 K7 K8 T6
C3 Pearson 1 .030 .474** .389** .337** .093 .160 .157 .726** .184*
显著性 .730 .000 .000 .000 .279 .062 .068 .000 .032
C5 Pearson .030 1 .109 .119 .037 .106 -.093 .150 .147 .029
显著性 .730 .203 .166 .664 .217 .282 .080 .088 .740
C6 Pearson .474** .109 1 .495** .409** .310** .044 .161 .477** .101
显著性 .000 .203 .000 .000 .000 .612 .060 .000 .240
S6 Pearson .389** .119 .495** 1 .290** .214* .130 .192* .621** -.096
显著性 .000 .166 .000 .001 .012 .130 .025 .000 .266
K3 Pearson .337** .037 .409** .290** 1 .233** .131 .148 .459** .091
显著性 .000 .664 .000 .001 .006 .128 .085 .000 .288
K4 Pearson .093 .106 .310** .214* .233** 1 -.011 .244** .262** .057
显著性 .279 .217 .000 .012 .006 .897 .004 .002 .509
K5 Pearson .160 -.093 .044 .130 .131 -.011 1 .037 .154 .054
显著性 .062 .282 .612 .130 .128 .897 .670 .073 .531
K7 Pearson .157 .150 .161 .192* .148 .244** .037 1 .311** .150
显著性 .068 .080 .060 .025 .085 .004 .670 .000 .080
K8 Pearson .726** .147 .477** .621** .459** .262** .154 .311** 1 .106
显著性 .000 .088 .000 .000 .000 .002 .073 .000 .218
T6 Pearson .184* .029 .101 -.096 .091 .057 .054 .150 .106 1
显著性 .032 .740 .240 .266 .288 .509 .531 .080 .218
注:**.在 0.01水平(双侧)上显著相关,*.在 0.05水平(双侧)上显著相关。
为进一步获得直观的验证结果,通过实际统计数据分析知识点掌握情况。如
图 3-4 所示,表示 13 个知识点 39 个班级掌握分布,在 2016 年度,38 和 39 号班
级,针对知识点 3 和 7 的掌握度较低,低于 40%。在 2017、2018 年度,该部分
训练内容进行了强化,增加了题量和知识点分解,增加了实验分析例程分析,通
过在线 QQ 或微信答疑,促进学生对这两个知识点的学习。结果显示,所采用的
措施提高了学生解决该类问题的能力,掌握度达 70%以上。而且,在图中,6 号
班级中由于创新能力学生较多,多于 1/6,因此该班级在解决问题思路上明显高
于其它班级。这也从另一方面表明,在学生中通过高能力学生带动其他同学学习,
实施“以点带面”教学措施的可行性。
22
3 翻转课堂的教学模型
图 3-4 39 个班级对 13 个知识点的掌握情况
Figure 3-4 Mastery of 13 knowledge points in 39 classes
同年度数据比较。选取在 2017 年度同一门课程的两位教师的教学效果进行
对比。其中一位教师利用新模式教学,针对性的利用时间分配和课堂指导来进行
分析性学习。另一位教师则是课堂授课,学生利用网络平台进行自我学习和评测。
两种方法的有效样本数均取 60,使用阶段评测的均值,并对比较的知识点评测
结果进行归一化处理。二者比较分析的结果如图 3-5 所示,显示前者效果比讲授
后再进行网络自我学习的效果要好。
归一化值
课后自学 课堂分析
1
0.9149
0.8902.843
 0.828
0.7906.8108 0.8
0.7602.793 0.788 0.757 0.7508.748
0.768
 0.7308.718
0.7183
0.6972
0.6506.656
0.668
0.632
 0.617
0.6
0.576
0.532 0.5316 0.533
 0.518
0.4
0.2
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
知识点编号
图 3-5 两种学习方法的效果比较分析
Figure 3-5 Comparative analysis of the effects of two learning methods
3.6 本章小结(The summary of this chapter)
本章利用因子分析方法,分析了我国与美国翻转课堂的实施差异,据分析结
构,建立了辅助手段,发现学生能力差异,辅助教师兼顾学生个性,充分利用指
导时间,使得教学过程中更具有针对性。通过实施的评价考核教学效果指标的统
计结果 pearson 相关分析,表明该方法分析有效,提高了教学效果。
23
工程硕士学位论文
4 基于翻转课堂的智能试卷管理系统需求分析
4 Demand Analysis of Intelligent Test Paper
Management System Based on Flipped Classroom
4.1 系统需求分析概述(Overview of System Requirement
Analysis)
在对学生进行考核时,使用传统意义上的纸质试卷除了需要借助教师大量的
出卷时间、教务的打印时间,浪费大量的纸张外,对学生的考察结果并不理想,
教师不能根据所有学生的学习情况进行命制试卷,只能根据经验采取较为稳妥的
命制试卷方式。每场考试结束后还需要大量的人力和时间来进行试卷的管理,特
别是当想查阅某次考试的内容时,还需要一点点去翻阅试卷档案。而借助基于翻
转课堂的智能试卷系统将很好的解决了上述各项问题。
该系统通过翻转课堂对学生学习情况的反馈,利用不同的组卷算法,既可以
自动生成符合教师各项需求的试卷,又能反馈学生学习情况的试卷,它不仅提高
了教师的出卷效率,还可以将教师从繁琐的出卷工作中解放出来,同时电子试卷
出现错误的情况较低,在教师组卷过程中出现错误时,会有系统的错误提示。教
师也更容易借助电子试卷来宏观把握试卷的整体质量,进一步将试卷和考试的质
量水平进行提升,从而有效帮助学生在理解知识基础上进行知识强化记忆,进而
整体提升班级学生的学习水平和学习积极性。
该系统还可以对所创建的电子试卷进行各种编辑、管理、共享等。教师用户
在登陆后可以通过该系统对创建的试卷进行试题内容的选择和录入,从而达到保
管和交流教学信息的目的。为了保障教师的教育教学水平,该系统还设置了每门
课程管理员的角色,可以更好对创建的试卷进行质量的严格把关,进而提高了试
卷的质量。
4.2 系统需求分析(System Requirements Analysis)
系统的需求分析分为功能性分析和非功能性分析[84]。接下来将系统阐述基于
翻转课堂的智能试卷管理系统的功能性分析和非功能性分析。
4.2.1 系统的功能性分析
系统的功能性分析主要分析系统要实现哪些功能,各功能之间的联系。在本
系统中,主要功能分为用户管理功能和试卷管理功能。接下来将详细分析每个功
能的具体需求。
(1) 用户管理功能分析
24
4 基于翻转课堂的智能试卷管理系统需求分析
在本系统中,用户的角色分为学生,老师和管理员三种。管理员可以对学生、
老师这两个角色进行维护。学生、老师可以通过用户名和密码注册用户,登录到
系统界面中,同时也可以退出系统;管理员也可以登录和退出系统。管理员的角
色维护分为对学生的信息维护和对老师的信息维护,可以实现对老师和学生信息
的增加、修改、删除以及查询等操作。用户管理的用例图如图 4-1 所示。
图 4-1 用户管理用例图
Figure 4-1 User management use case diagram
(2)试卷管理功能分析
在本系统中,老师可以进行试题管理和试卷管理。在进行试卷管理时,可以
自行设置试题的难易程度、发布试卷、查看试卷、查看试卷分析、收集试卷。管
理员可以进行试卷管理,并在进行试卷管理时可以查看试题的难易比例,查看试
卷分析等。学生则可以查看已发布的试卷、提交试卷、查看成绩。试卷管理功能
用例图如图 4-2 所示。
老师在进行试题管理时,可以对试题进行增减、修改、查询等操作。查看试
卷分析时,可以了解到所带班级考试科目成绩的分布情况,比如优良率的情况、
平均分和学生的排名。老师在设置题目的难易比例前,根据翻转课堂的后台了解
到所有学生的学习情况,科学、合理来权衡题目的简单、中等、较难三个难易程
度的比例。
管理员在管理试卷时,可以按照学科、年级、班级等信息对试卷进行增加,
删除,修改,查询等操作。在查看试卷分析时,可以了解到不同教师所教科目学
生的学习情况,为后续教学研讨会议的开展做铺垫。
25
工程硕士学位论文
图 4-2 试卷管理用例图
Figure 4-2 Test paper management use case diagram
4.2.2 系统非功能性分析
(1)安全性
如果用户的登录信息以明文方式在网络上进行交互,将会存在极大的安全隐
患。特别是恶意攻击者监听到老师或者管理员的用户相关信息,则可以进入系统
中获取各学科的试题与对应答案,并以高价出售给学生。这不仅是严重的犯罪行
为,而且打破了考试的公平性,严重侵犯了考生的权益。因此,用户的相关信息
在系统中交互时,需要进行加密处理,防止被恶意攻击者攻击。
(2)易操作性
对于职业院校的学生来说,年龄普遍在十五六岁,处于青春期阶段。对计算
机不甚熟悉,而复杂的考试操作系统将会占据学生大量时间来适应考试系统,如
果学生第一次使用该系统进行考试,可能会出现做不完题目的现象。同样对于老
师而言,简单的操作界面不仅使老师能快速掌握操作的方法,而且能提高老师的
试题命制效率。对管理员来说,管理试卷是一项繁杂且容易出错的工作,如果系
统操作不便,不仅会带来极大的工作量,还可能会出现大量错误,影响工作效率。
因此,系统简单易操作是开发需要注意的一个事项。
(3)易扩展性
根据需求开发的系统解决了我们目前面临的问题,但是,随着需求的增加,
现有的系统可能不符合学校的要求,因此,需要我们在研发时,注重研发的规范
性,为将来的二次开发打下坚实的基础。
26
4 基于翻转课堂的智能试卷管理系统需求分析
4.3 本章小结(The summary of this chapter)
根据翻转课堂对学生的学习情况了解,合理的设置试卷中试题的难易比例,
从而通过考试考察学生真实的学习能力水平。结合翻转课堂这个平台,对系统的
需求进行了分析,详细分析了系统的功能性需求和非功能性需求,为系统的实现
奠定了基础。
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