基于国家寄生虫资源库对寄生虫学实验考试的改革探索

邹节新， 张李鄢洋， 沈海默， 朱春潮， 石林波， 张 萌， 高 典， 张小燕

(1. 南昌大学 基础医学院， 南昌 330006； 2. 中国疾病预防控制中心寄生虫病预防控制所 国家热带病研究中心， 上海 200025 )

寄生虫学主要研究寄生虫的形态、生活史、致病、诊断、流行和防治等，具有很强的实践性。实验教学是课程教学中非常重要的环节。近年来，随着医学教育改革深化，出现了翻转课堂、慕课、虚拟仿真实验等新的教学模式[1-2]，改变了传统的单一授课教学方式，强调以学生为主体，充分发挥学生的主观能动性，培养学生的自学能力和创新意识[3]。

虽然实验教学在教学方式和内容上不断更新[4-5]，但是实验课程考试还是一直沿用传统的方法，已经无法适应新的多样化发展形势。这种传统的实验考试主要考查学生使用显微镜观察玻片标本及大体标本，存在一定局限性，如需要对标本进行长期的维护和保养；少见罕见寄生虫的标本短缺；摆放的大体标本和玻片标本的数量受实验室面积限制；多次分组考试后，容易猜测考试内容，出现考试时间越晚的学生成绩越好的情况，实验考试公平性不均一，不能真实地反映学生的学习情况。2019年10月，教育部发布了《关于一流本科课程建设的实施意见》,围绕观念理念转变、课程目标导向、提升教师能力、改革教学方法、科学评价学生学习等8个方面提出了改革要求。为适应国家一流课程建设的要求，寄生虫学实验教学考试改革势在必行。

本研究依托中国科技部基础平台项目“国家科技资源共享服务平台”的“国家寄生虫资源库”大数据平台[6](www.tdrc.org.cn)，在互联网上建立一种在线考试系统并实践应用于寄生虫学实验教学。

1 考试系统整体设计

一套完整的形态学考试系统需具备用户管理、图片录入、试题编辑、组卷、在线考试和阅卷成绩查询等基本功能。本研究在“国家寄生虫资源库”大数据图片库基础上获取原图，经人工筛选后，加入题库，另外建立一个用于考试系统的数据库，并确保两个数据库之间不会互相干扰。题目以读图填空题为主，而且系统内建立了机器学习机制，在积累一定量数据后可实现对主观答题的自动批改。

“寄生虫形态学在线考试系统”是以B/S架构搭建[7]，Ruoyi作为基础框架进行开发的“表示层”“业务层”和“持久层”三层结构模式的web项目。前端“表示层”是通过HTML标签、VUE框架和Element工具构建用户可视化的浏览器页面，以Ajax异步进行数据交互。后端“业务层”是以Apache Shiro安全框架为用户提供信息安全保护，以JAVA语言和SpringBoot框架进行业务逻辑功能的开发。数据层面的“持久层”是使用MyBatis框架与SQL数据库进行数据的交互。分层明确的架构模式可以更高效的处理问题，在浏览器上即可快速完成课程的学习和练习，试卷的出题与批阅，学生的考试以及提交试卷，一定程度上节约了教师与学生的时间成本。

2 系统模块及配置环境

系统具有管理员功能模块、教师功能模块、学生功能模块共3个模块(图1)。

图1 在线考试系统模块构成示意图Figure 1 Schematic diagram of module composition of online examination system

2.1 管理员功能模块

拥有最高权限，具有系统维护更新，管理用户信息，设置用户权限等功能。

2.2 学生功能模块

可完成学生个人信息及账号密码设置、在线课程学习、参加在线以及考试成绩查询等功能。学生在学生用户端在线登录，选择考试后，需要在每题规定时间内阅读题干、观察题目图片，并将答案填写在相应位置上。系统可倒计时同步显示考试总剩余时间及当前题目剩余时间，剩余时间结束，考试系统将自动跳转至下一题。

2.3 教师功能模块

具有学生管理、班级管理、课程管理、图片导入、试题编辑、编写题目、设置考试、试卷评析与成绩查询等管理功能。系统能够根据设定答案以及积累的数据进行自动阅卷，并可以分析学生答题情况如错误题目知识点分布等。

3 考试系统试题库的构建

为与寄生虫学实验教学匹配，试题类型包括寄生虫虫种辨识题、虫期辨识题、特殊结构辨识题3类。寄生虫辨识题主要考核考生整体辨识寄生虫类别能力，要求考生能够通过寄生虫的形态特点，辨认并正确写出寄生虫的名称。虫期辨识题则是在寄生虫辨识题的基础上，针对寄生虫在生活史的不同阶段形态变化较大的特点，考核学生对寄生虫虫期的理解与辨别，熟记各种寄生虫生活史各阶段的形态。寄生虫特殊结构辨识题是针对寄生虫某一特殊结构设问，要求考生能够正确分辨这些特殊结构，并能以此为依据判断寄生虫种类与虫期，例如带绦虫的头节结构。试题主要为读图填空题，每题至少设置2个得分点，即寄生虫虫种+虫期，或寄生虫虫种+寄生虫特殊结构，可提高考试的效度和区分度，也有利于后期实现人工智能自动批改。

3.1 图片来源

本系统已获得中国疾病预防控制中心寄生虫病预防控制所授权，可以使用国家寄生虫资源库大数据平台收录的标本。国家寄生虫资源库是国家科技资源共享服务平台的一级子平台，参与单位包括中国疾病预防控制中心寄生虫病预防控制所、复旦大学、中山大学、厦门大学、南昌大学等14家国内重要寄生虫学教学和科研院所，已经完成收录1 200种/125 000件寄生虫资源及数据，目前该数据库资源仍在持续更新中(图2)。

图2 国家寄生虫资源库大数据平台Figure 2 The big data platform of national parasitic resource center

选取大数据平台中适合本科生教学的寄生虫图片资源制作试题，构建考试系统。教师或管理员都可以通过本考试系统远程链接到国家寄生虫资源库的数据库，以关键词检索的方式获取原图，筛选符合要求的寄生虫图片导入本系统数据库，系统将自动生成一道已经包含图片的预设题目，便于后续进一步编辑。

3.2 图片编辑

该功能为本系统的独有技术创新，系统具备在线图片编辑功能(图3)，基于浏览器在线应用，可以在原图基础上进行放大、缩小、剪切、加指示标识等。在保证寄生虫原始比例的情况下，统一寄生虫图片大小，同时在图片上插入箭头等标识符号，帮助考生在考试过程中快速定位，经编辑后的图片保存后生成题目，进入试题库，对数据的云编辑功能，简化了教师处理图片数据的流程。

图3 图片编辑示意图Figure 3 Schematic diagram of picture editing

3.3 图片、试题、试卷等数据库管理

图片导入后，会在考试系统的图片数据库中形成备份，生成一个图片数据库(图4)，导入的同时按照“寄生虫虫种+虫期”或“寄生虫虫种+结构”的格式进行统一命名，图片默认按导入时间排列，但可以按照寄生虫虫种种名进行检索。导入的图片经过编辑后，在系统内设置难易度和标准答案可生成试题，每个试题均需要设定对应寄生虫虫种的关键词，所有的试题在完成编辑后储存于试题库中，并根据虫种关键词与对应章节进行绑定，从而形成系统内不同章节的试题库，可实现每一章节课后训练可以自动更新题目。所有试题默认按照编辑时间进行排列，但可以根据关键词、难度、章节等进行快速检索，同时，每一道题目都具有唯一编号，方便对题目进行相关数据的统计。

图4 寄生虫学实验考试系统图片数据库Figure 4 Picture database of parasitology experimental examinationsystem

在完成编辑试题库的基础上，进行组卷，生成试卷。教师可通过自主检索试题库，根据每次考试的目的及要求，挑选题目后手动生成试卷，所有生成的试卷都会自动保存，多套试卷形成试卷库。也可以通过设定难度、知识点范围等进行系统自动组卷，或对系统内已存在的试卷进行修改生成一套新的试卷，所有已经使用过后的试卷均不会销毁，可留存作为以后组卷的参考或学习练习题使用。在系统被应用后，试卷库将逐步积累一定数量的试卷，教师可在每一次考试前自主组卷，也可从试卷库中挑选一套试卷，通过发布试卷的方式组织学生进行考试。

3.4 智能阅卷

学生答题采用主观方式在指定的答题区内写下答案。有学者认为深度学习在图像识别方面的应用方面技术优势明显[8],因此我们拟在积累了大量数据之后开发图像识别功能作为批改阅卷辅助，考虑到试题全部是简单填空题，目前本系统使用的智能阅读卷模式的策略是对每一道试题给出一个正确答案的集合，系统自动比对学生答案与该集合内设置的标准答案，如学生作答结果与其中的答案完全一致，则自动判得分，如不一致，则系统让教师进行主观评阅，如判为得分，则系统将该答案记入正确答案集合，当试题被学生多次做过且达到一定数量后，系统可积累教师批改的正确答案数据库，可进行AI定义学习功能，如再次遇到同样作答情况，则系统会对学生的作答自动完成评分。

4 考试系统的应用

学生使用系统进行考试需要登录，进入首页后点击“我要考试”选项(图5)，可以直接开始已发布的考试。在考试中，学生在答题时应将答案填写在下方答题区内，考试期间题目有自动播放功能，考试中每道题目的右上角倒计时，时间结束后会自动跳转到下一题。该过程一般每题25秒的倒计时时间，时间的长短教师端可以自行设置。在全部题目播放完一轮后，学生可通过右端题号区选择自由切换题目，检查确认并修改答案，这一阶段每题约有5秒钟的时间。在总考试时间结束后，系统会自动提交试卷，同时考生也可以点击“我要交卷”按钮提前交卷。

图5 学生考试界面Figure 5 Student examination interface

该考试系统分别于2020年、2021年在南昌大学医学院230名预防专业本科生寄生虫学实验教学中上线试运行。卷面设置总分100分，20道填空题，6分钟时间完成。试题按照蠕虫∶原虫∶节肢动物=12∶6∶2的比例设置。蠕虫包括线虫、吸虫、绦虫，吸虫中的日本血吸虫所占比例较大。原虫主要考核鞭毛纲、叶足纲、孢子纲，着重考察疟原虫各个时期。节肢动物主要考核蚊、蝇、蚤、虱、蜱、螨。此外，本考试系统还在2021年实际应用于2名因疫情隔离不能返校的学生寄生虫学实验考试。

为了解本考试系统的效果及学生接受程度，对参与试用的全部230位学生进行问卷调查，结果表明(表1)：95.3%的学生认为将现代网络多媒体技术运用于考试，考试形式新颖。99.2%的学生认为试题的图片标本非常清晰，染色逼真，克服了传统考试中由于玻片的制作、保存等原因造成的标本模糊，出现色差等现象。由于这些因素也部分地影响了学生考试的发挥，因而在线考试比起传统考试更公平(100%)。

表1 基于国家寄生虫资源库大数据平台在线实验考试效果的问卷调查Table 1 Questionnaire survey on the effect of online experimentalexamination based on the big data platform of national parasiticresource center

5 讨论

寄生虫学实验教学是以形态学为主要考核目标的学科，同时随着各种寄生虫实物标本逐渐稀缺，会出现考核标本不足的问题。特别是近几年出现的新冠疫情，使得线下考试难以进行[9]。本系统以B/S架构建立一种在线考试系统并应用于寄生虫学实验教学(https://www.tdrc.org.cn/DbwenMooc/)。该系统已获得软件著作权(登记号：2021SR1508901)，共收录2 727份不同人体寄生虫标本照片，1 511个涵盖本专业的寄生虫形态学试题。目前，标本和试题还在持续更新中。创新实现了寄生虫学的在线实验考试。

虽然一些高校和平台如超星学习通、中国大学慕课等也在探索在线教学考试系统，但是大多是针对理论考试，而关于实验考试的研究却很少，尤其未见基于网络浏览器应用的寄生虫学实验考试系统，究其原因主要是缺乏可用于制作题库且具有知识产权的大量寄生虫实物标本图片。本教学研究与科研工作相结合，将科研成果转化为促进教学工作的原动力，充分利用国家科技资源共享服务平台的一级子平台国家寄生虫资源库大数据资源，并对原有的大数据资源实现再开发、再利用，既实现了数据资源的共享，也解决了高校寄生虫学实验教学中的痛点。项目成熟后，可向其他院校推广应用。

本研究筛选大数据平台中适合本科生教学的寄生虫图片资源，编辑制作成试题，成功构建了寄生虫学在线考试系统。目前，系统已经能够顺利地完成整个流程。通过对考试形式的改革，将传统的实物标本制作成数字化标本后，便于标本长期保存和反复使用，图片清晰，不占室内空间。但是，数字化标本的持续更新还需要线下不断制作新的实物标本，而且在线考试存在一些不可预测的风险，如服务器、计算机软件或硬件故障、停电等，导致整个考试中断或极少数学生无有效成绩等问题。因此，需要将线下考试和线上考试有机结合，取长补短，优化实验教学考试形式。本系统在后续版本中将会聚焦在用户体验上，进一步优化交互界面，增添远程在线监考、直播讲题功能，建立一个教师和学生之间的课外沟通渠道。并且以本系统为基础，构建适配移动终端的应用，方便学生利用碎片化时间完成学习及考试[10]。这将为传统的医学形态学实验考试模式注入新的活力，并对高素质医学专业创新性人才培养产生深远的影响[11]。