基于SpringBoot 的病原生物學在線智能化實驗考試系統建設探索

唐媛媛， 王曉楠， 李京培， 劉莉茵， 李 群， 王林定

（安徽醫科大學 病原與免疫學實驗室， 安徽 合肥 230032）

近年來， 隨著MOOC （Massive Open Online Courses,大型開放式網絡課程）和SPOC(Small Private Online Course，小規模限制性在線課程)等在線教學手段的興起和廣泛普及，互聯網教育正在逐步挑戰傳統的授課模式和教育觀念，并得到越來越多的認可和推廣?；ヂ摼W教育的改革也催生出在線考試和自動評分系統的需求[1]，尤其在應對各種突發狀況時，在線考試手段越來越展現出其獨特的優勢與重要性。數字化標本的出現也改變了以往病原生物學實驗標本觀察必須依賴實體顯微鏡的模式，將病原生物學實驗教學帶入了一個全新的數字時代，同時也為病原生物學實驗考試的改革奠定了基礎[2]。

1 醫學病原生物學實驗考試現狀

傳統的病原生物學實驗考試，是基于實驗標本為前提， 統一實驗考試內容和順序的真實場景考試。 雖然考試標本為真實的實物標本，具有直觀體現等優勢，但也難免存在標本資源不足、考試形式單一、考試準備時間長、考試組織及監管難度大、費時費力、效率低下等諸多弊端[3]。尤其是應對類似于新冠疫情等突發狀況時， 實驗考試更是無法開展，學生的學習效果無法得到及時有效的檢測，實驗教學的整個過程無法有效實施， 教學效果大打折扣。其次，病原生物學實驗教學標本大都經過染色制作保存，隨時使用時間的延長，存在著年久褪色，蓋玻片破損等不可避免的損耗。并且醫學類標本大都來自病人，因此來源少，保存完好且形態典型的實驗標本往往可遇而不可求， 一旦遭到破壞很難彌補。鑒于上述種種弊端，實驗教學考核方式改革勢在必行。

2 考試系統設計與實現

該考試系統是以安徽醫科大學病原與免疫學實驗中心為依托來建設的，可實現在線出卷、在線答題、自動閱卷、成績查詢、查看錯題等功能等一系列功能。 可滿足同一班級不同學生在同一時間、不同地點以及不同專業學生同步參加實驗考試的需求。 該系統還計劃增設實驗教學及醫學科普模塊，力求最大程度的滿足實驗教學的需要， 如圖1 所示。

圖1 病原生物學實驗教考系統構架示意圖

2.1 考試系統的架構

該系統根據我校學生規模，學校的硬件、網絡服務等實際情況，采用“SpringBoot+MYBATISPLUS+java”等技術體系的B/S 架構設計。 B/S 的系統突破了時間和空間的限制，能同時支持不同的考場和分布在不同地理位置的大批量的考生在同一時間進行考試[4]，更加符合目前移動化服務趨勢。其次簡化了對數據庫CRUD 基礎操作， 并保留了MYBATIS 靈活的特性，使得系統高內聚低耦合，更具高擴展性。 后臺利用Mysql 數據庫進行開發，保障系統的穩定性和安全性。整個系統的模塊包括用戶管理模塊、題庫模塊、考試模塊、試卷模塊組成，每個模塊對應負責的不同的功能相互分離又互相協作。 使用springboot 極大提升了開發效率，降低了開發過程的可能出現問題的概率。

2.2 考試系統介紹

（1）用戶端。用戶端有三個：學生端、教師端、管理員端， 管理員端又分為一級管理員二級管理員，每個用戶端有自己的用戶名及密碼進入系統。教師端具有出卷、試卷管理、成績管理、題庫管理、學生管理等五個功能區，負責出卷、試題的維護、試卷的評閱等操作；學生端具有考試及查看錯題本兩個功能區，主要實現用戶登錄、抽取試題、答題、提交試卷和查看錯題等操作；一級管理員具有導入或刪除師生信息、設置或修改二次師生登錄密碼、更新試題庫等功能； 二級管理員具有后臺服務器維護、系統更新升級、 系統所有功能的重啟或修復的功能。系統部署在局域網環境下，不同用戶在任意具備聯網條件的PC 機上通過用戶名和密碼登錄運行。 可實現同一班級不同學生在同一時間、不同地點以及不同專業學生同步參加實驗考試的需求。

（2）題庫模塊。題庫模塊主要含三個功能，即題目管理、題目瀏覽和出題。 老師提前將編輯好的題目納入題庫，進行分類儲存并設置難度系數。 根據題型又分為識圖題題庫、單選題題庫、多選題題庫；題庫需要根據教學大綱按章節內容提前設置好區域，題目錄入時根據章節名稱對應錄入；錄入時不僅需要按照章節錄入還需要根據題目難易程度提前設置難易系數，以便于教師可根據不同專業學生的考試要求選擇相應難易系數的題目進行測試。其次， 為了盡可能覆蓋更多知識點， 并且體現重、難點，在錄入題目時設計混合了章次與重難點編碼的題目編號，從而實現可以在所有章次、所有重點以及難點中進行具體范圍的“隨機”抽題[5]，既保證難易程度可控化又可以實現考試題目的多樣化；再次，題庫可不斷更新。

（3）試卷模塊。 試卷模塊含四個功能，出卷、發布試卷、系統自動閱卷和成績查詢。 出卷方式有個兩種，“自選”或者“機選”，“自選”方式出題，教師可自行瀏覽題庫選擇考題，設置題目分值，選擇完成后可瀏覽試卷，試卷確認無誤后還需設置好考試時間、綁定班級、設置考試口令等操作即可點擊發布試卷；“機選” 方式出題需要教師提前設置考試題型、每個題型下題目數、設置題目分值等，然后由系統隨機抽取題目組成試卷，經教師瀏覽無誤并設置相關考試信息后即可點擊發布試卷。

傳統病原生物學實驗考試是以學生在顯微鏡下觀察標本并在答題卡上正確寫出標本名稱的方式進行的，為了滿足部分教師的教學習慣，在線考試系統保存了傳統實驗考試的模式即識圖題考試。識圖題考試是將實驗標本數字化制作保存后再編寫出選擇題的一種方式。教師在錄入題目時根據標本本身的難易程度直接給其設置難易系數K0、K1、K2，難度程度逐級遞增；為了方便教師選擇“機選”方式出題，系統將“機選”考試設置為難、一般、簡單3 種考試選項。 老師只要根據不同專業考試要求選擇相應級別難度程度的考試選項，系統即可自主出題。 如“臨床5+3”、臨床本科等專業可選擇系數難，預防等其他專業可選擇系數一般，考查課可選擇系數簡單。不同考試難易系數對應不同的題目分配比例。比如，考試難度程度“難”，系統根據題目總數額自動分配至不同章節， 其中K0 系數的占30%，K1系數的占40%，K2 系數的占30%； 考試難度程度“一般”， 則K0 系數的占20%，K1 系數的占50%，K2 系數的占30%；考試難度程度“簡單”，則K0 系數的占10%，K1 系數的占40%，K2 系數的占50%。

（4）考試模塊。 考試模塊主要包括教師在系統上生成電子試卷，設置考試時間，生成口令并提醒學生提前進入系統進行考試。 學生登錄后可看見“我的考試”和“錯題本”；“我的考試”選項中可看見該系統內所有的考試， 已完成的后面顯示 “已完成”，待考試的顯示“待考試”，點開后會有計時器倒計時， 等到了系統設置的考試時間方可進入考試?？荚囃瓿珊笙到y自動閱卷，顯示考試成績，此刻點開錯題本即可顯示錯題；每次考試有每次考試對應的錯題本。 考試完成后系統自動閱卷，能實現考生試卷客觀題自動判分，考試時間完成后，就直接生成閱卷任務，無須核分登分，無須等待試卷回收[6]，考試成績可直接轉出為excel 文件格式進行保存，并對考生的答題情況加以分析，給出得分并生成形成性評價報告。 值得一提的是，形成性評價報告是系統提前設置好的一種分析程序，每個班級成績會由系統自動生成一份評價性報告，該報告主要內容包括該班級原有人數，完成考試人數，考生實驗成績分布情況，生成柱狀圖。 形成性評價報告可為教師評價提供輔助決策?？荚囅到y部署在局域網環境下，不同用戶在任意具備聯網條件的PC 機上通過用戶名和密碼登錄運行，可實現同一班級不同學生在同一時間、不同地點以及不同專業學生同步參加實驗考試的需求。 考試系統運行后獨占系統資源，不能切換到其他軟件，包括操作系統，切實具有防作弊功能。上述功能對于應對新冠疫情下的實驗考試尤為重要，學生可在寢室內用自己的通信工具進行考試，有效避免聚集，符合防疫要求，同時也保障了考試的公平性和公正性。

3 數字化標本及考試系統試題庫的構建

3.1 數字化標本的建設

數字化玻片標本的制作是將傳統的玻璃切片通過全自動顯微掃描系統掃描采集得到高分辨率數字圖像，再依照教學內容進行歸納和分類[7]；而針對大體標本則是將實物標本與3D 技術相結合，利用數字化技術將大體標本以三維立體動態互動球形全景圖的形式展現在醫學生面前，可以成功的解決虛實差異所帶來的問題[8]。

3.2 試題庫的構建

考試系統試題庫的構建是考試系統建設核心工作之一。 試題庫主要涵蓋三個方面的內容，識圖題題庫，單選題題庫，多選題題庫。識圖題考試為常規考試，識圖題題庫素材來源于病原生物學實驗教學標本，通過對實驗教學標本數字化制作保存再整理出實驗考題； 識圖題考試形式主要用于與傳統的實驗考試方式相銜接， 其考試內容涉及病原生物學實驗標本的形態特征的識別， 考試形式為選擇題。 識圖題題庫的建設主要依靠數字化標本的制作。 單選題題庫和多選題題庫內容主要涉及病原生物學實驗標本的形態特點的描述及同一章節不同病原生物形態的共同點、 不同點以及相關實驗操作等方面的內容， 不涉及理論考試及識圖題的內容。 單選題題庫及多選題題庫的建設是為了在保存傳統考試方式的基礎上增加考核的形式、豐富考試內容， 力求更加全面地對學生的學習情況進行考核。

4 考試系統建設的意義

4.1 改革考核方式、提高教學效果

病原生物學在線智能化實驗考試系統將實景考試轉移至線上考試，突破了傳統病原生物學實驗考試的各種局限，打破了各種弊端，提高教學效果。該系統的建設是促進傳統實驗考試方式改革的一種有效手段。系統自動生成的形成性評價報告是教師整理學生考核成績的一種有效輔助工具。其利用大數據分析與處理方法，形成反映學生實踐能力的多維評價體系，進而準確地對學生在知識、技能、能力、態度等方面進行評價，較之傳統評價體系可有效避免評價過程的主觀性、隨意性和片面性，可獨立參與對學生特定實踐能力的評價，也可為教師評價提供輔助決策[9]，其也是一種注重教學發展和培訓過程，可以及時有效了解教學效果、調整教學過程的評價方式[10]，其具體評價內容需要在今后的應用中不斷總結與完善。

4.2 確?？荚嚬?、提高考試效率

病原生物學標本的數字化制作是將顯微鏡自行觀察標本的方式最大化模擬到網絡，且數字化制作的圖片更加的清晰，學生可通過鼠標操作自由的觀察標本圖片，并且可以連續放大縮小觀察，與傳統顯微鏡觀察標本的方式相比同樣具有自主性和靈活性。 此外，數字制作的標本圖片可以長期保存及反復使用，避免了因標本破損、老化及顯微鏡質量差異而導致的標本觀察的不一致性。用數字化制作的圖片標本進行考試可以避免考試過程中因學生輪流使用顯微鏡而導致的視野變化從而造成的考試誤差，避免了因考試環境而造成的考試結果的不公正性。 其次，傳統實驗考試學生需將答案寫在答題卡上，不僅存在著學生之間互相抄襲、教師監管難度大等問題，考試完成后教師還需花費大量的時間去批閱答題卡，考試效率低，成績的統計分析須后期進行[11]。 在線智能考試系統有效解決了上述問題，不僅不存在標本觀察視野的差異性，且答題方式簡單快捷， 考試完成提交后系統即刻自動批閱，學生可快速通過查閱錯題本對自己的錯題進行查詢； 教師也可在考試完成后由系統導出班級成績， 實時反饋了學生的學習效果和教師的教學效果。 不僅如此，系統可實現同一班級不同學生在同一時間、不同地點以及不同專業學生同步參加實驗考試，突破了傳統考試局限于考試標本，教室及考試時間等各種弊端，大大提高工作效率。

4.3 提高教學手段、方便教學管理

考試系統的智能化操作給教師和學生帶來了傳統實驗考試所難以實現的便捷與高效；其對病原生物學實驗教學標本的數字化制作也是對珍貴實驗教學資源的有效整理與保存?？荚囅到y中所涵蓋的試題庫，圖片庫，學生考試成績，評價性報告等資料可用于教師對于各種實驗教學資料的收集與管理。 綜上所述，考試系統的建設可切實提高實驗教學手段，方便教學管理。

5 結語

病原生物學在線智能化考試系統不僅可以實現在線考試還可以自動閱卷，具有公正、規范及靈活等優點，同時可大大減輕了教師的工作負擔。 形成性評價報告可以起到引導、反饋和改善教學的作用。 學生從報告中了解自己在學習中的薄弱處，教師也能從報告中了解到自己教學中的不足。當然在線考試系統的建設還是一項長期的工作，需要在積累實踐經驗、 綜合分析的基礎上不斷完善設計思路、更新技術，逐步優化系統功能[12]。 下一步重點要完善試題庫，尤其是提高考試標本的拍攝手法與演示效果，繼續優化系統自動選題的分配合理性以及形成性評價報的準確性、全面性及應用范圍。 該系統的建設切實保障了病原生物學實驗考試的需要，靈活應對新冠疫情下的考試需求，豐富實驗教學手段，改革考評機制，提高教學效率。病原生物學實驗教學標本的數字化制作也是對珍貴實驗教學資源的有效整理與保存。該系統計劃擴增實驗教學模塊和醫學實驗資源科普化模塊，在全面滿足實驗教學的前提下，將傳播健康，科普惠民作為我高校學醫人的新使命，也為下一步實現高校資源共享奠定基礎。