医学电镜智能在线考试系统研究与设计

王立言，郭春，李莉，邴鲁军*

（山东大学基础医学院1组织学与胚胎学教研室，2形态学实验教学中心，济南250012）

医学超微结构和电镜技术是利用电子显微镜技术从亚细胞水平和分子水平研究组织细胞结构及病变的形态学科学[1]，融合了解剖学、组织学、病理学、细胞生物学、微生物学等多学科的相关知识，是我校临床医学专业本科生、研究生不可或缺的一门独立课程。由于电镜属于大型精密仪器，配备数量有限，考试时时间不允许每个学生上机观察图像，实验操作也较为复杂且周期较长，所以在对学生理论课与实验课的考核过程中，尤其是实验考核方面，存在着一定困难。目前该课程的考核依旧通过传统方式即书面考试配合课堂出勤、实验报告方式进行。这种方式有着一定弊端：一是难以真实有效的检测出学生对知识的运用能力、实践操作能力，考试过程中学生处于被动地位，限制着学生创新思维的发展。二是人工命题费时费力，可能会导致试题覆盖面窄、随机性过大，也不利于横向纵向分析比较考试结果。三是无法实现学生定期进行自我检查查漏补缺，而且考试中纸质印刷无法精细体现结构图细节，不利于学生观察[2]。

随着教育教学改革的不断深入，我校提出“以教为中心”向“以学为中心”转变，推进启发式、探究式、互动式[3]教学的创新教育行动方案，大力提升教学和考试的现代化水平。同时，在当今信息时代下，学生也希望根据自己的实际情况进行有的放矢的学习并希望得到及时的反馈；老师希望有效改进现有的考试模式，提高考试的效率；教育机构希望全面准确地对学生进行跟踪和评价，从而提出更科学有效教改方案。

因此为了适应时代发展和教学改革的需要，我们根据本课程的特点设计了医学电镜智能在线考试系统。系统通过题库的构建，将以前单纯的期末理论成绩考核转换为包括理论成绩考核、综述考核、案例考核、实验技能考核和超微结构图片辨认考核等五大方面对学生进行综合素质的考核和评价，并通过互联网，将所有考核内容融合为一体，形成多元化、系统化、智能化的在线考试系统。与传统纸质考试相比，该系统具有更客观公正、高效准确、智能便捷的特点，在《医学超微结构和电镜技术》理论课与实验课考核的实际应用中取得了良好的效果。

1 考试系统总体设计思想

为了满足系统对先进性、安全性、跨平台性、可扩展性、可移植性、智能性等方面的要求，系统总体架构设计采用先进的B/S三层体系结构：用户层（管理员、教师、学生）、业务逻辑层（体现智能化、自动化）、数据库层（核心内容试题样库）[4,5]。教师可以在题库中添加、编辑和删除试题；可以随机或人工组卷，并能在指定时间内发布试卷；学生参加完考试能立即得到答案并分析考试中答错的题目；教师能得到学生考试后传送的反馈信息，可对成绩分布和错题率进行统计并及时作出评价。整个系统融入智能化思想，操作方便，同时系统具有良好的稳定性和安全保密性，可在PC端和智能手机端流畅运行。

2 考试系统的主要内容

2.1 题库的构建

医学超微结构和电镜技术课程以生物组织的超微结构辨识为主要讲述内容，同时介绍了电镜的结构、原理、操作和电镜应用技术，为学生将来从事基础科学研究或临床诊断奠定基础。根据课程的特点我们设计了八类题型，从五个方面即理论、综述、案例、实验技能和超微结构辨认考核学生的综合素质与能力[6]。题库的设计（图1）有以下特点：

①八类题型分别为单选类、多选类、判断类、填空类、问答类、综述类、操作类和电镜组织结构辨识类，其中操作类试题提供了文件下载和上传功能，轻松实现Word、Excel、FrontPage、Visual Foxpro等对文件或文件夹的操作；

②题库对试题的知识点、难度、分数、试题内容和试题解析等属性进行了设置，避免了考试中相同知识点在不同题型中同时出现，单选类、多选类试题支持6个选项，完全可以满足当前试题要求，少于6个选项，在考试时自动隐藏；

③试题内容丰富，试题中可插入图片、音/视频、表格、Flash动画和数学公式等，全面支持语音播放、视频赏析等试题，其中数学公式编辑器极大的方便了计算相关的题目，真正实现了多媒体试题。

图1 题库设计思想Fig. 1 Design idea of question library

④教师拥有题库的全部操作权限，可以批量导入或导出试题，建立基础数据更加方便快捷；可对试题进行增加、删除、编辑等操作。

题库设计注重理论与实践结合，基础与临床结合，充分调动学生的积极性与主动性，达到启发学生思维、激发学生灵感、鼓励学生探索、培养学生创造能力的目的[7]。比如在增加学生的学习兴趣方面，我们在试题编辑中引入了电镜发展史的一些趣事以及利用电镜做出的重大发现等。如2016诺贝尔生理学奖颁给自噬反应；2017年诺贝尔化学奖颁发给冷冻电镜技术，这些都与电镜研究密切相关。冷冻电镜技术高效率地以原子级分辨率（1.8Å）获得生物分子的三维结构，利用这项技术同年又获得诺贝尔生理学或医学奖的包括发现控制“昼夜节律”的蛋白质复合，与听觉相关的压力变化传感器，以及寨卡病毒。这些结构，依靠之前的结构生物学研究技术根本不可能获得。在实际应用方面，我们结合学术论文或临床案例使学生直观的认识到电镜在基础科研和临床诊断的重要性。如：如薄基底膜肾病，该疾病在光镜下没有明确的具有诊断意义的病理学指标，电镜下弥漫性的基底膜变薄是该病的唯一或最重要的病理特征。我们将正常人的基底膜照片和患者的基底膜照片放在一起进行对比，结果一目了然，学生记忆深刻。

2.2 软件系统的功能实现

2.2.1 试卷生成与管理

本系统的试卷生成有两种方式，教师可在试卷策略中按知识点、题型和难度随机抽取试题组卷，也可手动自由选择试题进行组卷；可将试题按试题分数或按题型指定分数折算成试卷总分；可设置题型显示顺序等属性；

系统试卷分为考试模式和作业模式，考试模式自动计时，作业模式不计时，可用于平常作业或练习；试卷出题方式可采用题序固定、题序随机或试题随机模式；试卷显示方式分为整卷模式和逐题模式；试题随机和逐题模式可有效防止考生作弊；

试卷或答卷以Word格式导出，无须再进行任何排版便可直接打印，实现了传统考试制卷和考生答卷存档功能；

2.2.2 答卷和答卷成绩浏览

如考试系统结构及流程图（图2）所示，考生登录系统，输入姓名和学号，以验证考生身份的合法性，如果非法拒绝考试。登录成功，选择考试科目，系统按设定策略进行组卷，不在有效期范围内的试卷不可见。考生点击“开始答题”按钮后，显示试卷内容，并且开始计时。考试期间，如需修改，点击题目下的“修改”按钮，修改完成后点击保存。考生在规定时间内没有交卷，时间到时就会强迫交卷；在规定时间内交卷，交卷后自动阅卷，考生可直接看到自己本次考试客观题的成绩。主观题成绩待教师评阅后可通过“成绩信息查询”功能栏查阅，同时可以看到教师的评价。

2.2.3 试卷评阅和成绩分析

填空题、选择题、判断题等客观题已经由系统本身自动评阅，教师可通过选择学生姓名或学号对问答题、综述题等主观题进行评阅。主观题题目、参考答案和考生答案显示在系统“题目评阅”栏对应的文本框中，对比参考答案和考生答案，教师进行打分，同时可在每一题对应的“评价栏”做出相应评价。评阅完后，点击“提交”，即可完成对该考生的试卷整体评阅和计分。

系统可对考生答卷按成绩、知识点、题型和试题得分进行统计，并以图表形式直观显示，充分体现了考试的评价和导向功能。

2.2.4 系统的运行环境和账户管理

系统基于微软先进的Net平台，采用B/S架构模式，部署和维护方便，具有良好的开放性、伸缩性和可扩展性；可稳定流畅运行在内存512M以上的PC端内和智能手机端。系统账户中管理员拥有最高权限，教师拥有建立新闻、帐户、试题和试卷等权限，学生拥有查看新闻、参加考试、参加作业和成绩查询等权限。

3 应用效果和体会

本系统已在医学超微结构和电镜技术实验课考核中使用，学生及教师普遍反映良好。体会如下：①通过题库的构建，将过去单一的期末理论成绩考核转变为包括理论考核、综述考核、案例考核、实验技能考核和超微结构辨认考核五大方面的多元化考核，更能客观准确的反映学生的综合素质和能力。②在题目编辑时，我们引用了历史趣事、重大发现和最新研究进展，并融合了组织学、病理学、细胞学、分子生物学等学科的相关知识点，以便充分调动学生的积极性、主动性和创造性，使学生对知识的掌握能够融会贯通。③根据本课程的特点，我们在题目编辑时实现了不同文档、音/视频、 flash动画、虚拟仿真片段的插入编辑操作，满足了电镜复杂的实验操作考核和超微结构图片的辨认考核。④系统具有学习功能，学生可以根据自己的薄弱环节有的放矢的学习，提高了学习效率，也可以通过上传的影像资料、课件等进行虚拟仿真学习，从而弥补电镜实验课学生多而仪器和场地受限的问题。⑤考试系统真正实现了组卷随机化、阅卷自动化，减轻教师命题、阅卷、评分所耗费时间和精力，提高了考试效率。⑥系统中试题难易度、区分度等多项参数可针对各专业、各层次学生实际答题情况进行校准，提高考试命题的信度和效度，使考试更加公平公正。⑦反馈即时化，教师可对学生的学习情况及时的做出反馈和评价，可帮助学生快速的掌握学习内容并激发学生的学习兴趣，从而全面提高教学质量。⑧系统通过自身的统计分析功能，迅速、准确地反映出教与学的得失，为探讨改进教学方法、提高教学质量提供科学依据[8,9]。

图2 考试系统结构及流程图Fig. 2 Structure and flow chart of examination system

总之，医学电镜智能在线考试系统科学、可行、可靠，改革了传统的考核方式，将单一的期末理论考核转为包括理论、综述、案例、实验技能和超微结构辨认五方面的综合考核评价；学生可在线根据自己的薄弱环节有的放矢的学习自测，并可得到教师的反馈，有效提高了学生的积极性和主动性，激发了学生的创造力；减轻了教师纸质命题考试的工作负担，节约了考试成本，提高了考试效率和教学质量，使考试更趋于客观公正。系统的应用对促进医学教学改革的创新，推进启发式、探究式、互动式教学，提高教育技术现代化水平具有十分重要的现实意义[10,11]。