学习能力分析评价系统设计与实现

马瑞新 吴东卓 汤景 朱江凯 李馨

摘要：在线学习日益发展，对学生的学习评价方式变得多样化，其中以能力为导向的评价方式尤为重要。通过能力为导向对软件工程专业学生的学习数据进行分析，更加清晰客观地去评价学生的学习情况。该系统采用SpringBoot进行搭建，通过HTTP协议实现服务之间的相互交互，使用VUE、Nginx、MySQL、Redis等作为技术支持，设计并实现了学习能力分析评价系统。通过数据可视化的形式，对学生进行多维度、全方位的评价。

关键词：在线学习能力导向评价软件工程SpringBoot

中图分类号：TB21     文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2021）11（c）-0000-00

Abstract：With the increasing development of online learning， the ways of evaluating students' learning have become diversified， and the ability-oriented evaluation method is particularly important. This system analyzes the learning data of software engineering students based on ability， and evaluates students' learning more clearly and objectively.This system uses SpringBoot to build， realizes mutual interaction between services through HTTP protocol， uses VUE， Nginx， MySQL， Redis， etc. as technical support， designs and implements a learning ability analysis and evaluation system.Through the form of data visualization， a multi-dimensional and all-round evaluation of students is carried out.

Key Words：E-learning;Ability-oriented;Evaluation;Software Engineering;SpringBoot

随着教育普及程度的不断提高，每年的大学生人数也随之不断增加，如何真正提高学生的学习能力水平，帮助学生在学习过程中意识到自己的不足，并做出针对性调整，逐渐成为当今教育的改革方向和发展趋势。

目前，学习能力评价具有多种方式，其中以能力导向作为一种主流方式，可以对学生进行多维度、全方位的评价。我国教育部在《工程教育认证通用标准（2018版）》中明确提出要对学生在整个学习过程中的表现进行跟踪与评估[1]，并通过形成性评价保证学生毕业时达到毕业要求。制定如下标准：工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理、终身学习。基于这12项标准所包含的能力内容，针对软件工程学科的能力达成度，该系统对学生的历史学习数据进行分析，统计出学生的能力掌握情况，以能力为导向，让学生的历史学习情况和知识水平的掌握有迹可循，进一步方便学生去查缺补漏。

1系统相关研究

国外在学习能力分析方面起步较早，功能相对完善。早在1960年CDC公司就历时25年打造出世界上第一个计算机辅助系统，实现了可以容纳4 000名学生终端同时工作，包括自学、自测、模拟等功能。此后，不同的国家和地区针对不同的需求，分析并设计相应的学习教育平台。国内在对学生能力分析方面起步较晚，更多的是针对其他领域的能力分析[2]。

目前，随着对教学辅助系统的不断重视，能否准确分析出学生的知识掌握情况就显得尤为关键[3]。对比国内教育行业有着很多值得借鉴的经验，该文通过学习分析结合能力导向更能够客观评价学生的学习情况，通过图表的形式展示學生的学习过程。

2系统设计与实现

2.1系统架构

该系统采用SpringBoot框架进行系统搭建，以Java作为主要开发语言，通过HTTP协议实现服务之间的交互，其中VUE作为应用前端的主要技术框架，引入ElementUI和Echarts等组件优化页面[4，5];Nginx为负载均衡反向代理服务器，可以实现资源的动静分离，大大提升了访问速度;数据库方面主要使用MySQL，实现读写分离，保证数据的持续高速访问[6];引入Redis作为缓存加快查询速度;并使用FastDFS、弹性存储等实现分布式文件管理工作，以此实现系统满足多用户情况下的高性能、高可用。

2.2系统用例分析

该系统为了更好地划分职责和权限，系统共分成管理员、教师、学生这3个角色。系统管理员作为系统最高权限的拥有者，需要对系统进行全面的管理，包括学科管理是对学科基本信息的维护，以及对学科的能力点进行添加和维护;人员管理是对系统的角色权限划分，以及教师账号分配和重置密码等功能。教师作为该系统比较重要的角色，通过管理员分配账号信息进行登陆之后，对个人信息进行维护，教师主要功能包括课程管理主要是对课程的创建，包括课程的基本信息、课程章节、章节作业、随堂测试等功能;课堂管理主要通过对创建的课程进行继承，教师的教学任务也是从课堂进行布置，包括课堂学生的批量导入，章节作业查看、布置和撤销，随堂测试结果查看、布置和撤销，考试成绩的录入和分析等功能。学生作为该系统最重要的角色，数据的重要来源，主要包括作业提交是根据教师布置的课后、课堂作业进行提交;所选课程列表是展示出学生目前正在进行的课堂列表;能力分析是根据学生作业以及试卷的能力点进行统计分析展示已获得能力和未获得能力功能;能力点雷达分析是根据学生所有课程获取的能力统计分析展示功能;课堂平均分数图是根据学生所在课堂班级进行平行比较。

2.3数据流分析

根据软件工程学科的教学特点，综合该系统的业务流程可知，系统主要由学校管理、学科能力点管理、人员管理、权限管理、课程管理、课堂管理、学生作业提交、能力分析评价等核心模块组成;其中主要角色包括管理员维护学科能力点和人员权限分配等;教师维护课程、课堂信息和学生成绩评分;学生提交作业、能力点分析评价。这些核心模块和重要的角色共同构成一个完整的软件工程学习能力分析评价系统。

2.4功能模块分析

系统的整体功能如图1所示。

2.4.1管理员模块

（1）学校管理子模块。该模块用于实现对多个学校机构进行划分，包含学校名称，学校编号等基本信息。

（2）学科管理子模块。该模块包括学科基本信息的维护、添加等;学科能力点的维护，学科的能力点是严格按照教育部制定的标准中，每一项都具体描述了3条学生需要掌握的能力内容进行制定，截至目前该系统共有36条能力点。例如：工程知识包含如下3点：①掌握数理、矩阵、高等数学等相关知识。②掌握软件工程专业的基础知识，如数据库原理、设计模式等。③能够应用以上两点的知识在软件工程领域问题的分析过程中形成问题解决思路;问题分析包含如下3点：①能够运用数理知识以及软件工程基本原理来分析给定的需求以及工程问题。②能够使用软件工程专业的规范化图表及文字描述方式对软件工程领域的工程需求或工程问题的本质进行表达。

（3）人员管理模块。该模块用于帮助教师进行分配账号，以及忘记密码进行重置等功能。

（4）权限管理模块。该模块用于系统角色的权限配置，让各个角色各司其职，分工明确，管理员可以管理所有的学科信息以及学科能力点基本信息的维护。

2.4.2教师模块

（1）课程管理子模块。该模块包括课程基本信息设置，包含课程名称、课程编号、学科类型、课程简述等都是必填项，上传教学大纲为非必填，主要为了方便教师查阅相关课程信息;课程章节维护，教师需要进一步丰富课程信息，为课程添加章节信息;课程知识点设置，知识点作为数据统计的主要支撑，多个知识点对应一个能力點，其中能力点是通过学科进行规定的，保证了能力点的可靠性和准确性;课程章节作业添加，课程章节作业的添加包含作业名称、作业简述以及知识点。

（2）课堂管理子模块。该模块实际上是课程模块的衍生，课堂是以课程为模版，进行创建避免重复性工作。相比于课程模块，课堂模块额外功能包括学生导入，通过下载Excel模板进行导入课堂学生;作业发布，课程创建的所有作业信息都是为了方便课堂的使用，包括发布作业、撤销作业和作业统计分析等;试卷管理是课堂最重要的子功能，为了试卷的保密性，试卷添加主要采取题号、分数对应知识点的形式，方便后续统计相关信息。

（3）作业分析子模块。该模块包括作业评分，需要教师通过下载学生上传的作业相关文件进行评价;作业分析统计学生作业提交信息情况，包含已评分人数、已提交人数、已布置作业数量、学生完成率、学生平均分等。教师可以清楚地了解班级的整体学习情况，可以针对班级薄弱的知识点进行强化。

（4）试卷分析子模块。该模块包括试卷管理，试卷类型主要分为A和AB两种，试卷的主要信息包含题号、分数以及相对应的一个知识点或多个知识点;试卷分析，通过上一步设置的试卷基本信息，生成试卷模板，下载Excel模板，将每一名学生的考试结果导入，生成试卷详细信息进行分析，包含知识点得分情况和知识点分数分布图。

2.4.3学生模块

（1）消息通知子模块。该模块主要通知学生近期发布作业信息，以及待提交作业提醒。

（2）能力点分析子模块。该模块包括能力分析是根据学生作业以及试卷的能力点进行统计分析展示已获得能力和未获得能力功能;能力点雷达分析是根据学生所有课程获取的能力统计分析展示功能;个人知识点分析是学生查看该课程下的知识点掌握情况，根据知识点得分情况划分出不同颜色的树形分支。基于能力为导向，最终可以得出学生在12项标准中的表现情况。评估结果会以图的形式反馈给学生，让学生可以清晰地了解自己当前的学习情况，可以产生提供早期预警的作用。

（3）课堂作业分析子模块。该模块包括课后作业分析，统计出课堂班级的平均分成绩和个人所得成绩形成柱形图，对学生所选多门课堂进行分析查看。随堂作业测速分析，这部分主要针对当前课堂的选择题分析，查看班级通过率以及个人选择正确与否等信息。

（4）课后作业分析管理。该模块主要用于学生查看进行发布作业信息，包含作业发布日期、作业截至日期等，上传提交相关作业之后，教师批阅成功之后可以查看获取的分数。

3系统总结

该系统以能力为导向来评价学生的知识状态。在设计过程中，考虑到试卷试题的保密性情况，并未直接将题目信息录入，而是采用题号对应知识点的形式。此外，为了更方便教师对课程的管理，采用课堂继承于课程的形式，减少重复性工作，通过此平台的分析结果可以及时调整学生存在的问题，帮助学生达成课程目标。目前，此系统已完成基本功能并在小范围内试运行，通过对学生问卷调查及学生阶段测验成绩分析发现，取得了较好的学习效果，为高校在人才培养方面提供了一定地参考作用。在接下来的研究中，将尝试扩大学生数据的收集工作，考虑将学生比赛成绩、证书等更为广泛的数据进行收集，进一步优化系统模型。

参考文献

[1] 王志远，苏文献，杨杰.工程教育认证标准下课程设计与落实的初步思考[J].考试与评价，2021，4（1）：157-158.

[2] 李小智，刘伟，丁长松.面向多层次能力培养的Java程序设计课程教学实践[J].计算机时代，2020（4）：81-84.

[3] 卢玲，黄贤英，黄继平.能力导向的课程评价体系设计与实践[J].计算机教育，2020（3）：131-135.

[4] 邱璐璐，陈俊仁.基于SpringBoot和Vue框架的高校代领系统设计与实现[J].信息技术与信息化，2021（4）：25-27.

[5] 李鹏.基于SpringBoot快速开发平台的实现[J].电子技术与软件工程，2021（12）：36-37.

[6] 张雅棋.SQL Sever、MySQL、Oracle数据库在水务系统中的应用比较[J].天津科技，2019，46（9）：52-54.