面向地方高校的大学物理动态考试管理系统设计与实践
2020-07-09邵宇飞
邵宇飞
摘 要：大学物理是广大地方高校普遍开设的一门重要基礎课，然而地方高校的大学物理教学往往存在现代化教学资源相对短缺、学生基础薄弱以及主动性学习风气不浓等问题，教学效果差，难以继续专业课的深入学习，影响行业人才的培养。探索符合互联网时代特征的新型大学物理教学模式对解决以上问题具有重要意义。文章设计了一种基于云平台的动态信息化大学物理考试管理系统，并将其成功应用于2个专业的7个行政班。系统内置三重随机策略以防止学生作弊行为，有效摆脱了对大规模机房和监考教师人数的依赖，师生即使分散在全国各地，只要能够通过手机等移动设备访问互联网，即可完成阶段性考试。该信息化教学改革的成功实践可为其他教学资源相对不足的地方高校提供有益借鉴。
关键词：大学物理;考试;数据库;管理系统
中图分类号：TP393 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2020）11-0084-04
地方高校是我国高等教育事业的重要力量，每年向社会输出大量行业人才。大学物理是广大地方高校，特别是理工类院校，普遍开设的一门重要课程，旨在为本科生学习各理工类专业课奠定必要的物理基础，在培养学生运用物理原理分析解决现实工程技术问题方面，发挥着不可替代的重要作用。然而地方高校的大学物理教学往往存在师资力量不足、辅助设备不完善、不同专业录取的学生学习能力差距大、自主性学习风气不浓、学生突击复习应付期末考试以及教师被迫提高及格率等问题，久而久之教与学过程容易流于表面，导致学生基础薄弱，难以继续专业课的深入学习，不利于人才培养。
针对以上问题，很多学校开始通过信息化技术手段推进大学物理课程教学改革，提高教学效果[1-4]。超星泛雅、雨课堂、慕课、腾讯课堂以及线上直播等基于互联网技术的信息化教学资源和考评手段也纷纷被引入广大高校，极大提高了师生互动性和考勤效率，也为广大师生提供了更加丰富的交流渠道。同时也应该认识到，伴随着互联网成长起来的新时代大学生能够对手机、平板电脑等移动网络终端熟练运用，百度和QQ“助攻群”等网络作弊方式，使得平时写作业几乎变成“走过场”，期末考试作弊防不胜防。因此，如何利用信息化手段设计考试模式，严把教学质量关，尽可能地挤掉学生在课上、课下混出来的“水分”，使得成绩能够及时真实地反映学生学习状态，仍是一个亟待解决的问题。笔者开发出一套基于互联网技术的大学物理动态考试管理系统，对授课学生实行阶段性在线测试。该系统能够准确高效地反映授课学生的真实学习情况，同时可以将授课教师从繁重的日常作业批改工作中解脱出来，使其将有限的工作时间和精力有针对性地投入到具体教学环节，该系统打分标准统一并且及时公开透明，可以大幅度限制学生通过人情关系找分或者抄袭作业和试卷从而浑水摸鱼等现象，能够有力提高学生日常学习的动力。
一、 设计与实现
大学物理动态考试管理系统的整体架构如图1所示，分为教师、学生和管理员三种用户角色。其中，教师拥有点名、查看出勤、开放试卷和查看打印答卷等权限;学生有答卷和查看成绩等权限;管理员则负责整体系统的维护和升级等技术支持工作。系统采用Browser/Server架构，用户无需安装客户端软件，只要打开浏览器输入网址即可完成操作，非常简单便捷，通过PHP和MySQL实现人机交互以及数据管理功能[5]。PHP和MySQL技术是目前非常成熟、稳定、安全的企业级网络开发技术，广泛应用于超大型站点，其成熟的架构、稳定的性能以及简洁的语法，使系统能够迅速得以开发。为了摆脱对大规模机房的依赖，充分发挥手机、笔记本等移动设备的便携性，考试系统通过新浪云SAE服务平台结合独享型数据库实现访问和管理。新浪云SAE云平台发展时间较长，功能较为完善，价格适中，便于系统代码维护，并且技术支持服务方面做得也非常好，各方面答疑响应非常及时[6]。笔者承担2个专业共7个班级的大学物理教学任务，据此需要，向新浪云服务商购买了使用期一年的500M云空间和2.88元/天的独享型云数据库资源。
二、核心代码以及原理
针对移动便携设备带来的抄袭和作弊问题，动态考试系统设置了三重随机策略来应对，这也是该系统的特色和核心功能：①考题从题库中随机抽选;②当考察同一个公式的运用时，题中的参数随机变化，不会出现一模一样的考题;③考题正确选项的位置随机出现，即使是几个考生偶然遇到同一考题公式的相同参数，选项也会重新排布。此外，系统在答题次数和答题时间上也进行了限制：所有考生同时开考，同时结束，每道考题只出现一次，答过之后不再出现，每道题都限时操作，超时时间得分为零并且自动进入下道题或结束考试。这些约束机制可以有效禁止抄袭和作弊行为。
图2通过一个简单的考题展示了该三重随机策略的实现效果。该考题考察了学生对动量守恒定律和动能定理的掌握程度。考生每次进入该试题，会看到不同试题参数和正确选项位置，因此不同的考生同时进入该试题通常不会遇到一模一样的“原题”，而且，一旦进入该试题，学生无法通过刷新页面、后退或者重新登陆等方式作弊答题，必须在“答题倒计时”规定时间内完成答题。超时不提交答案，系统默认为放弃，计0分。
该试题的运行代码展示如下：试题中两个木块的质量由随机整数变量“$xs1”和“$xs2”控制，选项内容赋值给“$daan”数组，但是却通过“$label”数组随机排布，当需要重新调整选项内容，只需修改“$daan”数组即可。最后PHP通过POST机制将学号、题号、试题参数、学生勾选的选项等信息提交给系统，系统将学生回答结果和正确答案以及该试题相应的成绩输入MySQL数据库保存。根据该随机策略，教师还可以协同管理员增加更多的随机参数来加大试题难度。
<？php
$xs1=mt_rand（2，5）;
$xs2=mt_rand（5，10）;
？>
第一题
已知A、B兩个木块质量之比为<？php echo "$xs1";？>：<？php echo "$xs2";？>，用一根轻弹簧连接后静止于光滑水平桌面上，如果用外力将两木块压近迫使弹簧被压缩，然后撤去外力，则此后A、B两木块运动动能之比为：
单项选择
<？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、实践效果
1.学生操作体验
在考试准备阶段，教师负责将考试系统的网址、每个学生的账户以及初始密码发布给学生，学生通过手机等移动设备访问考试系统，登陆界面如图3（a）所示，登陆后学生在图3（b）所示的个人主页内可以查看考试规则、核对个人基本信息以及修改登陆密码。在教师开启某份考试后，学生刷新个人主页后可以点击出现的试卷链接进入图3（c）所示的考题界面，考题答案必须在规定时间内提交，超时得分为零，考题仅出现一次，考生无法通过刷新页面、浏览器后退功能或者重新登陆方式反复答题，考题里的参数可以随机出现，选项也随机排列，考试时间结束教师可以通过关闭试卷的方式中断考生答题。考试结束自动跳回个人主页，学生可以点击“查看答卷”了解自己成绩和答卷详情。这些措施有效杜绝了通过网络寻找答案或者学生彼此通过QQ/微信群四处传递答案的情况。
2.教师操作体验
与学生相比，教师在考试系统内拥有更多权限，例如点名、出勤、开启/关闭试卷、按班级打印学生成绩单等。图4（a）展示的出勤名单非常清晰准确地提供了缺勤学生的班级、姓名、学号、时间以及原因，极大提高了教师的课堂管理效率。出勤名单和学生答卷详情等课堂教学佐证材料，可以按图4（c）方式输出成PDF格式的文件，便于保存和查找。图4（d）展示了用于存储学生个人信息、成绩、出勤和试卷答案等各项资料的数据库详情。
3.成绩反馈
笔者利用课堂时间对计算和电气专业共七个班级的学生开展了“光的干涉”、“光的衍射”、“靜电场”、“稳恒磁场”以及“电磁感应”五次在线考试。通过图5（a）可以看出，电气18-6的整体表现要明显优于计算18-7，考虑到2018年辽宁工程技术大学葫芦岛校区电气专业平均录取分数超过计算专业50分这一客观事实，该考试系统如实地反映了两班学生在学习能力和态度上的差距。图5（b）的纵坐标为计算18-7全班学生某次考试成绩之和，可以看出，随着课程的进行，学生的成绩呈现下滑的趋势，一方面原因是物理内容加深，学习难度加大;另一方面是线代、英语等其他重要课程陆续进行，多门课程同时推进对学生学习能力提出了更高的要求。值得注意的是，笔者开展的这五次考试每次时间仅需十几分钟，考试的开始和结束非常便捷，考试结束后几十人的成绩立刻获得，并且成绩能够如实反映学生学习的状态，便于后续有针对性地答疑和辅导。
四、总结与展望
大学物理作为一门广泛开设的重要工科必修基础课，对人才培养具有重要影响，往往是卓越工程人才的起点。然而，如何促进学生主动学习、避免一个学年的课上课下学习环节沦为“走过场”却是当前很多地方高校大学物理教学不得不面对的棘手问题。辽宁工程技术大学葫芦岛校区设计的大学物理动态考试管理系统能够帮助教师高效率地完成阶段性考试任务，可以根据公开透明统一的评分标准自动完成阅卷和成绩记录，使教师能够从繁重的试卷批改工作中解脱出来，从而将有限的工作时间和精力有针对性地投入到具体教学环节，而且内置三重随机策略防止学生作弊，因此该考试管理系统可以摆脱对学校大规模机房和监考教师人数上的依赖，几百名学生和任课教师即使因疫情等特殊原因分散隔离在全国各地，但是只要能够同时上线，大家通过手机操作即可完成考试。该校在大学物理信息化考试模式上的设计与实践可为其他地方高校（特别是机房、教室、专项资金等教学资源比较短缺的教学单位）的大学物理教学改革提供有益参考。
参考文献：
[1]肖静洁，谌宇，陈曙光.《大学物理》教材中二维码的应用与设计研究[J].中国教育信息化，2019（24）：90-93.
[2]刘艳磊，姜富强，赵言诚等.融合在线课程与CUPT 的大学物理混合式教学模式[J].中国教育信息化，2019（16）：60-62.
[3]韩思思，罗莹.大学物理教学研究现状与展望——基于10 年核心期刊论文分析[J].大学物理，2018，37（6）：50-56.
[4]乔翠兰，周珊珊，杜康玉等.信息技术与物理课程整合的问题与解决策略[J].中国教育信息化，2014（15）：23-26.
[5]Welling L， Thomson L著;武欣等译. PHP和MySQL Web开发（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2009.
[6]彭波，谢丽萍.基于新浪云SAE的计算机应用技术课程资源管理系统客户端的设计与实现[J].福建电脑，2016（9）： 9-10，105.
（编辑：王晓明）
