基于智能終端學生作業(yè)管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

朱志鵬 代孟利 張勝男

摘要：教育信息化建設是教育教學體制創(chuàng)新的重要內(nèi)容。針對傳統(tǒng)的紙質作業(yè)形式中存在的學生缺乏足夠的約束力，作業(yè)敷衍了事、少做、抄襲等一系列教學上的弊端問題，設計并實現(xiàn)了基于智能終端學生作業(yè)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅支持作業(yè)在線批閱和錯誤解析，還能對學生的作業(yè)情況進行自動分析，給出個性化的輔導和學習建議。

關鍵詞：智能作業(yè)系統(tǒng);在線批閱;學情分析

中圖分類號：TP391? ? ? ?文獻標志碼：A

文章編號：1009-3044（2020）32-0076-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展，利用現(xiàn)代信息技術的電子作業(yè)管理系統(tǒng)成為課后教學主流[1]。相較于傳統(tǒng)的紙質化作業(yè)管理，電子作業(yè)管理系統(tǒng)省去煩瑣的人力收集過程，避免了作業(yè)保管過程中的流失，更加便于教師評閱與快速統(tǒng)計。但電子化作業(yè)要求所有的作業(yè)過程均在電腦上完成，對有些科目并不適合，且學生完成作業(yè)期間可能存在互相抄襲、拷貝他人成果的現(xiàn)象[2]。因此，綜合考慮電子作業(yè)管理的便捷和傳統(tǒng)紙質作業(yè)的好處，設計與實現(xiàn)了基于智能終端的學生作業(yè)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)適用于電子、紙質兩種作業(yè)的管理模式。利用信息技術的支持以及智能手機的普及應用的優(yōu)勢，以極低的代價實現(xiàn)作業(yè)的快速收集，不僅支持作業(yè)的批閱和錯誤解析，同時能夠對學生的作業(yè)情況進行自動分析，進而給出有針對性的課程輔導和學習建議。

1需求分析概述

1.1 功能需求

本系統(tǒng)基于PC端和移動智能終端，面向使用對象為教師和學生。主要涉及的功能點有：

教師端子系統(tǒng)包括：試題的錄入、課程任務的下發(fā)、公告的發(fā)布、作業(yè)的發(fā)布批改、學生教學互動等，其中對于作業(yè)批改模塊，系統(tǒng)提供錯題解析與語音解析錄入功能;

學生端子系統(tǒng)包括：作業(yè)的查看、提交，成績查詢，作業(yè)批閱查詢、作業(yè)修改，個性化輔導的獲取以及與教師之間的交流等;

管理員子系統(tǒng)包括：當前學期設置，用戶信息管理，多元數(shù)據(jù)維護等。

1.2? 非功能需求

1）可用性：系統(tǒng)主要面向對象為教師和學生，在多人同時使用的情況下，系統(tǒng)不應出現(xiàn)崩潰情況，使系統(tǒng)具有較高的可用性。

2）可靠性：針對具體模塊制定相應的數(shù)據(jù)庫備份和災難恢復策略，通過系統(tǒng)日志功能，監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)生的事件，記錄系統(tǒng)出錯信息，便于管理員在最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高系統(tǒng)的可靠性。

3）安全性：為保障用戶信息安全，系統(tǒng)應嚴謹把控不同用戶的操作權限，對用戶安全如登錄密碼等采取MD5加密保護等措施。

2系統(tǒng)總體設計

2.1 功能模塊設計

1）教師端子系統(tǒng)功能。主要包含注冊、登錄、教學科目錄入、試題上傳、教授班級學生信息管理、作業(yè)發(fā)布、批改、面向學生在線答疑等功能。其中教師教學科目設置、對應教學班級匹配設置需優(yōu)先實現(xiàn)。在此基礎上，實現(xiàn)作業(yè)布置、批改等功能，以此優(yōu)化工作流程，提升工作效率。面向學生在線答疑為留言互動形式，便于師生交流，促進學生學習。

2）學生端子系統(tǒng)功能。學生端系統(tǒng)功能包含登錄、待完成作業(yè)查詢、提交已完成作業(yè)，查詢教師批改情況、錯題解析，獲取學習建議與題型推薦。相應的，還具有與教師進行答疑互動等功能。

考慮到學生在實際應用中可能遇到的問題，學生端子系統(tǒng)應考慮紙質作業(yè)圖片上傳、文件重復上傳等過程中存在的問題，減少由系統(tǒng)使用而產(chǎn)生大量問題。

3）管理員端系統(tǒng)功能。管理端系統(tǒng)功能包括用戶基本信息導入、用戶基礎信息查核、教務信息管理、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和存檔等。

2.2 業(yè)務流程設計

首先由管理員設置初始信息，包括當前學年階段、院系、年級、班級、開設課程類別等。教師登錄系統(tǒng)后，選擇匹配的科目與教學班級，及時發(fā)布、評閱學生作業(yè)、與學生交流互動等。學生登錄微信小程序客戶端查看待完成作業(yè)、上傳作業(yè)，查詢教師批閱情況。通過系統(tǒng)學情分析了解知識點薄弱區(qū)、獲得系統(tǒng)推薦的學習建議。

作業(yè)提交和批改的基本流程為：教師在PC端組織作業(yè)題目，發(fā)布作業(yè)。學生用智能終端登錄系統(tǒng)，選擇相應課程后，通過現(xiàn)場拍照或上傳相應電子文檔的方式提交作業(yè)。系統(tǒng)對學生上傳作業(yè)進行預處理，教師在PC端逐個批閱，并依據(jù)作業(yè)情況進行語音或文字解析，然后保存成績和相應解析。系統(tǒng)將學生作業(yè)完成情況進行綜合統(tǒng)計分析，自動生成學情分析報告，給予學生個人針對性的學習輔導和學習建議。

學生在移動端通過微信小程序查閱作業(yè)批改情況，獲得作業(yè)解析和學情分析。學生對作業(yè)錯題修改并再次提交，也可與老師進行留言互動。

3系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

操作系統(tǒng)平臺采用Windows10操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用關系型數(shù)據(jù)庫MySQL，開發(fā)語言選擇面向對象編程語言 Java。

3.2 系統(tǒng)關鍵功能實現(xiàn)

1） 基于SSM架構的教師端實現(xiàn)：教師端基于PC機開發(fā)，主要功能是支持教師組織作業(yè)題目，發(fā)布作業(yè)，下載指定科目和時間的學生作業(yè)，對學生作業(yè)進行預處理、批閱，并依據(jù)作業(yè)情況進行語音或文字解析，然后保存成績和相應解析。

系統(tǒng)依據(jù)學生作業(yè)錯題情況，生成學情報告，根據(jù)試題類型、屬性，關聯(lián)知識點網(wǎng)絡圖，給予學生個性化的輔導和學習建議。

教師端開發(fā)采用了當前主流的企業(yè)級開發(fā)框架SSM，以SpringMVC為中間紐帶，由Spring、MyBatis兩個開源框架整合而成。其中，Spring的核心思想是控制翻轉，由Spring控制對象之間的依賴關系，簡化事務的劃分。Spring MVC圍繞DisPatcherServlet設計，支持跨多個context的引用，實現(xiàn)靈活定制，并能與Spring無縫銜接。Mybatis對數(shù)據(jù)庫的操作采用XML文件配置，支持定制化SQL。圖1為教師批改作業(yè)系統(tǒng)界面。

2） 基于微信小程序的學生端實現(xiàn)：學生端以微信小程序為開發(fā)平臺，移動客戶端的方式構建[3]。相較于一般的App，微信小程序使用覆蓋率高，有更好的操控性，適用于學生使用。學生登錄個人賬號后進入主頁面，查詢各學科當前需要完成的作業(yè)。通過在線練習或紙質完成拍照上傳的形式提交作業(yè)。當前學生提交完成的作業(yè)未被批閱和打分時，該學生可以重新上傳新修改的作業(yè)。圖2為學生端部分功能頁面。

3）作業(yè)庫及知識點網(wǎng)絡構建：作業(yè)庫和知識點網(wǎng)絡的構建是系統(tǒng)的基礎和核心工作之一。系統(tǒng)中教師組織作業(yè)可采用兩種方式：題庫抽題和自行出題。題庫抽題是指教師布置作業(yè)時選擇系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫自帶試題導入，自行出題是指每次布置作業(yè)時臨時設置題目，試題發(fā)布后被自動補充到作業(yè)庫中。試題具有題目、內(nèi)容，所屬科目、章節(jié)，涵蓋的知識點等屬性，通過同一科目下知識點之間的關聯(lián)關系構建知識點網(wǎng)絡圖。

4 系統(tǒng)解決的關鍵技術問題

作業(yè)庫及知識點網(wǎng)絡構建：在作業(yè)庫構建中，由于作業(yè)涉及題型、答案、解析等多類實體，且實體間聯(lián)系復雜，數(shù)據(jù)庫結構設計時需要重點考慮如何保證數(shù)據(jù)的完整性和減少存儲數(shù)據(jù)的冗余度[4]，為此在設計中主要借鑒了目前較為成熟的試題庫的設計思路，將“題型、答案、解析”等數(shù)據(jù)作為“維表”，具體的作業(yè)信息作為“事實表”“維表”和“事實表”通過外碼相關聯(lián)。其次，知識點網(wǎng)絡屬于一種層級結構，本系統(tǒng)主要采用鄰接列表模型在關系數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)存儲。

學情分析與個性化輔導：系統(tǒng)記錄學生作業(yè)完成情況，分析學生原有知識掌握牢固點與薄弱點。綜合學生作業(yè)成績在班級排名的多次統(tǒng)計、學生作業(yè)完成進度綜合情況，系統(tǒng)對每個學生做出畫像描述。方便教師對學生日后學習專項管理、讓學生充分了解自身學習情況。系統(tǒng)分析學生原有知識點掌握情況與薄弱點，關聯(lián)知識網(wǎng)絡圖，做出與知識薄弱點相應的題型推薦，給予學生個性化輔導。

基于語音識別的作業(yè)解析：針對學生作業(yè)中出現(xiàn)的問題，教師在批閱過程中將為其提供語音講解，該語音將和題目、批閱結果捆綁在一起返回給學生，輔助學生進行作業(yè)的訂正和進一步學習?？紤]到有些情況下不便于語音播放，系統(tǒng)還提供了與語音相對應的文本信息，為此需要利用語音的自動識別技術。本系統(tǒng)采用科大訊飛語音識別技術。支持多種語言格式，高效轉寫。

重復提交，覆蓋原有文件：考慮到學生在上傳作業(yè)過程中，可能有錯選文件，或修改原內(nèi)容的情況。在此系統(tǒng)中，作業(yè)處于允許提交的狀態(tài)，學生可以重新提交作業(yè)并替換以前提交的作業(yè)文件，解決了傳統(tǒng)方式僅允許提交一次作業(yè)的問題。

學生作業(yè)圖片壓縮與拼接：本系統(tǒng)中紙質作業(yè)需要現(xiàn)場拍照上傳。由于客戶端上傳的是客戶端本地圖片，一般都相對比較大，直接上傳將消耗大量的移動流量，為此，需要在移動前端根據(jù)圖片大小進行自動壓縮。此外，由于學生的作業(yè)圖片可能存在多幅，為便于后續(xù)對當前學生的作業(yè)進行整體批改，需要將多幅圖片按照上傳的順序自動拼接為一幅長圖。HTML5支持對多種類圖形的處理，構建與維護、易拓展。學生作業(yè)圖片壓縮與拼接功能基于HTML5的Canvas對象，通過腳本JavaScript編輯圖像，實現(xiàn)圖片壓縮功能，將多幅圖像拼接融合為一幅長圖。

5 結束語

隨著高校信息化教學的普及，學生作業(yè)電子化提交方式成為教學主流。本系統(tǒng)增加了普通電子作業(yè)管理系統(tǒng)缺乏對紙質作業(yè)的批閱支持等功能、解決了智能分析統(tǒng)計功能薄弱等問題。系統(tǒng)切實可行，在教師收取和評閱作業(yè)等方面效果明顯提升，為日后的高校教學工作帶來了很大的便利。

參考文獻：

[1] 梁偉雄.高校教育管理信息化現(xiàn)狀與優(yōu)化策略分析[J].高教學刊，2020（14）：1-5.

[2] 朱然.基于機器視覺的電子作業(yè)批改系統(tǒng)的研究與設計[D].南京：南京師范大學，2017.

[3] 王鹍鵬.基于學生自我診斷的課堂教學質量測評系統(tǒng)的研究與設計[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2019.

[4] 溫梓靖.基于JAVA的考試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]中國新通信，2018，20（1）：190-191.

【通聯(lián)編輯：光文玲】