基于智能终端学生作业管理系统的设计与实现

朱志鹏 代孟利 张胜男

摘要：教育信息化建设是教育教学体制创新的重要内容。针对传统的纸质作业形式中存在的学生缺乏足够的约束力，作业敷衍了事、少做、抄袭等一系列教学上的弊端问题，设计并实现了基于智能终端学生作业管理系统。该系统不仅支持作业在线批阅和错误解析，还能对学生的作业情况进行自动分析，给出个性化的辅导和学习建议。

关键词：智能作业系统;在线批阅;学情分析

中图分类号：TP391       文献标志码：A

文章编号：1009-3044（2020）32-0076-02

随着互联网时代的发展，利用现代信息技术的电子作业管理系统成为课后教学主流[1]。相较于传统的纸质化作业管理，电子作业管理系统省去烦琐的人力收集过程，避免了作业保管过程中的流失，更加便于教师评阅与快速统计。但电子化作业要求所有的作业过程均在电脑上完成，对有些科目并不适合，且学生完成作业期间可能存在互相抄袭、拷贝他人成果的现象[2]。因此，综合考虑电子作业管理的便捷和传统纸质作业的好处，设计与实现了基于智能终端的学生作业管理系统。本系统适用于电子、纸质两种作业的管理模式。利用信息技术的支持以及智能手机的普及应用的优势，以极低的代价实现作业的快速收集，不仅支持作业的批阅和错误解析，同时能够对学生的作业情况进行自动分析，进而给出有针对性的课程辅导和学习建议。

1需求分析概述

1.1 功能需求

本系统基于PC端和移动智能终端，面向使用对象为教师和学生。主要涉及的功能点有：

教师端子系统包括：试题的录入、课程任务的下发、公告的发布、作业的发布批改、学生教学互动等，其中对于作业批改模块，系统提供错题解析与语音解析录入功能;

学生端子系统包括：作业的查看、提交，成绩查询，作业批阅查询、作业修改，个性化辅导的获取以及与教师之间的交流等;

管理员子系统包括：当前学期设置，用户信息管理，多元数据维护等。

1.2  非功能需求

1）可用性：系统主要面向对象为教师和学生，在多人同时使用的情况下，系统不应出现崩溃情况，使系统具有较高的可用性。

2）可靠性：针对具体模块制定相应的数据库备份和灾难恢复策略，通过系统日志功能，监控系统中发生的事件，记录系统出错信息，便于管理员在最短时间内发现并解决问题，提高系统的可靠性。

3）安全性：为保障用户信息安全，系统应严谨把控不同用户的操作权限，对用户安全如登录密码等采取MD5加密保护等措施。

2系统总体设计

2.1 功能模块设计

1）教师端子系统功能。主要包含注册、登录、教学科目录入、试题上传、教授班级学生信息管理、作业发布、批改、面向学生在线答疑等功能。其中教师教学科目设置、对应教学班级匹配设置需优先实现。在此基础上，实现作业布置、批改等功能，以此优化工作流程，提升工作效率。面向学生在线答疑为留言互动形式，便于师生交流，促进学生学习。

2）学生端子系统功能。学生端系统功能包含登录、待完成作业查询、提交已完成作业，查询教师批改情况、错题解析，获取学习建议与题型推荐。相应的，还具有与教师进行答疑互动等功能。

考虑到学生在实际应用中可能遇到的问题，学生端子系统应考虑纸质作业图片上传、文件重复上传等过程中存在的问题，减少由系统使用而产生大量问题。

3）管理员端系统功能。管理端系统功能包括用户基本信息导入、用户基础信息查核、教务信息管理、系统数据的采集和存档等。

2.2 业务流程设计

首先由管理员设置初始信息，包括当前学年阶段、院系、年级、班级、开设课程类别等。教师登录系统后，选择匹配的科目与教学班级，及时发布、评阅学生作业、与学生交流互动等。学生登录微信小程序客户端查看待完成作业、上传作业，查询教师批阅情况。通过系统学情分析了解知识点薄弱区、获得系统推荐的学习建议。

作业提交和批改的基本流程为：教师在PC端组织作业题目，发布作业。学生用智能终端登录系统，选择相应课程后，通过现场拍照或上传相应电子文档的方式提交作业。系统对学生上传作业进行预处理，教师在PC端逐个批阅，并依据作业情况进行语音或文字解析，然后保存成绩和相应解析。系统将学生作业完成情况进行综合统计分析，自动生成学情分析报告，给予学生个人针对性的学习辅导和学习建议。

学生在移动端通过微信小程序查阅作业批改情况，获得作业解析和学情分析。学生对作业错题修改并再次提交，也可与老师进行留言互动。

3系统开发

3.1 系统开发平台

操作系统平台采用Windows10操作系统，数据库采用关系型数据库MySQL，开发语言选择面向对象编程语言 Java。

3.2 系统关键功能实现

1） 基于SSM架构的教师端实现：教师端基于PC机开发，主要功能是支持教师组织作业题目，发布作业，下载指定科目和时间的学生作业，对学生作业进行预处理、批阅，并依据作业情况进行语音或文字解析，然后保存成绩和相应解析。

系统依据学生作业错题情况，生成学情报告，根据试题类型、属性，关联知识点网络图，给予学生个性化的辅导和学习建议。

教师端开发采用了当前主流的企业级开发框架SSM，以SpringMVC为中间纽带，由Spring、MyBatis两个开源框架整合而成。其中，Spring的核心思想是控制翻转，由Spring控制對象之间的依赖关系，简化事务的划分。Spring MVC围绕DisPatcherServlet设计，支持跨多个context的引用，实现灵活定制，并能与Spring无缝衔接。Mybatis对数据库的操作采用XML文件配置，支持定制化SQL。图1为教师批改作业系统界面。

2） 基于微信小程序的学生端实现：学生端以微信小程序为开发平台，移动客户端的方式构建[3]。相较于一般的App，微信小程序使用覆盖率高，有更好的操控性，适用于学生使用。学生登录个人账号后进入主页面，查询各学科当前需要完成的作业。通过在线练习或纸质完成拍照上传的形式提交作业。当前学生提交完成的作业未被批阅和打分时，该学生可以重新上传新修改的作业。图2为学生端部分功能页面。

3）作业库及知识点网络构建：作业库和知识点网络的构建是系统的基础和核心工作之一。系统中教师组织作业可采用两种方式：题库抽题和自行出题。题库抽题是指教师布置作业时选择系统数据库自带试题导入，自行出题是指每次布置作业时临时设置题目，试题发布后被自动补充到作业库中。试题具有题目、内容，所属科目、章节，涵盖的知识点等属性，通过同一科目下知识点之间的关联关系构建知识点网络图。

4 系统解决的关键技术问题

作业库及知识点网络构建：在作业库构建中，由于作业涉及题型、答案、解析等多类实体，且实体间联系复杂，数据库结构设计时需要重点考虑如何保证数据的完整性和减少存储数据的冗余度[4]，为此在设计中主要借鉴了目前较为成熟的试题库的设计思路，将“题型、答案、解析”等数据作为“维表”，具体的作业信息作为“事实表”“维表”和“事实表”通过外码相关联。其次，知识点网络属于一种层级结构，本系统主要采用邻接列表模型在关系数据库中实现存储。

学情分析与个性化辅导：系统记录学生作业完成情况，分析学生原有知识掌握牢固点与薄弱点。综合学生作业成绩在班级排名的多次统计、学生作业完成进度综合情况，系统对每个学生做出画像描述。方便教师对学生日后学习专项管理、让学生充分了解自身学习情况。系统分析学生原有知识点掌握情况与薄弱点，关联知识网络图，做出与知识薄弱点相应的题型推荐，给予学生个性化辅导。

基于语音识别的作业解析：针对学生作业中出现的问题，教师在批阅过程中将为其提供语音讲解，该语音将和题目、批阅结果捆绑在一起返回给学生，辅助学生进行作业的订正和进一步学习。考虑到有些情况下不便于语音播放，系统还提供了与语音相对应的文本信息，为此需要利用语音的自动识别技术。本系统采用科大讯飞语音识别技术。支持多种语言格式，高效转写。

重复提交，覆盖原有文件：考虑到学生在上传作业过程中，可能有错选文件，或修改原内容的情况。在此系统中，作业处于允许提交的狀态，学生可以重新提交作业并替换以前提交的作业文件，解决了传统方式仅允许提交一次作业的问题。

学生作业图片压缩与拼接：本系统中纸质作业需要现场拍照上传。由于客户端上传的是客户端本地图片，一般都相对比较大，直接上传将消耗大量的移动流量，为此，需要在移动前端根据图片大小进行自动压缩。此外，由于学生的作业图片可能存在多幅，为便于后续对当前学生的作业进行整体批改，需要将多幅图片按照上传的顺序自动拼接为一幅长图。HTML5支持对多种类图形的处理，构建与维护、易拓展。学生作业图片压缩与拼接功能基于HTML5的Canvas对象，通过脚本JavaScript编辑图像，实现图片压缩功能，将多幅图像拼接融合为一幅长图。

5 结束语

随着高校信息化教学的普及，学生作业电子化提交方式成为教学主流。本系统增加了普通电子作业管理系统缺乏对纸质作业的批阅支持等功能、解决了智能分析统计功能薄弱等问题。系统切实可行，在教师收取和评阅作业等方面效果明显提升，为日后的高校教学工作带来了很大的便利。

参考文献：

[1] 梁伟雄.高校教育管理信息化现状与优化策略分析[J].高教学刊，2020（14）：1-5.

[2] 朱然.基于机器视觉的电子作业批改系统的研究与设计[D].南京：南京师范大学，2017.

[3] 王鹍鹏.基于学生自我诊断的课堂教学质量测评系统的研究与设计[D].沈阳：沈阳工业大学，2019.

[4] 温梓靖.基于JAVA的考试系统设计与实现[J]中国新通信，2018，20（1）：190-191.

【通联编辑：光文玲】