胡玉才?汪靜?周丹

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC、微課等新的教學(xué)模式給高等教育帶來了一場全球化的歷史性變革。在此背景下，數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)等大學(xué)基礎(chǔ)課程的在線作業(yè)問題，特別是計算題、證明題等主觀題型的在線自動化批閱問題成為一個世界性難題。本文介紹了大連海洋大學(xué)研制成功可用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)的經(jīng)驗及使用情況。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理課程；智能化；在線作業(yè)

現(xiàn)代信息技術(shù)革命推動人類加速進入以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的信息化社會?！笆濉睍r期，中國將大力實施“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，加強教育信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、強化信息技術(shù)的應(yīng)用、推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，吹響了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的集結(jié)號。具有低成本、高效率、易普及、開放包容、易于利用學(xué)生碎片化時間學(xué)習等優(yōu)勢的翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC、微課等新的教學(xué)模式給高等教育帶來了一場全球化的歷史性變革，教與學(xué)可以不受時間、空間和地點的限制，知識獲取的方式發(fā)生了根本性變化。在此背景下，無論是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)還是校本常態(tài)化教學(xué)，數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)等大學(xué)基礎(chǔ)課程的在線作業(yè)問題，特別是計算題、證明題等主觀題型的在線自動化批閱問題成為一個世界性難題，成為網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)的瓶頸。

近年來，我們針對如何實現(xiàn)智能化在線作業(yè)等相關(guān)問題進行了一系列調(diào)查與研究，在前期相關(guān)工作的基礎(chǔ)上[1-7]，完成了可用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)的資源建設(shè)，并于2016年3月開始在本校的大學(xué)物理課程教學(xué)中應(yīng)用。兩年來，該系統(tǒng)功能不斷完善、資源逐漸增加，現(xiàn)已滿足本校大學(xué)物理課程常態(tài)化教學(xué)需要，在數(shù)千名學(xué)生在線完成作業(yè)的情況下系統(tǒng)運行穩(wěn)定，批閱結(jié)果與人工批閱相當，真正實現(xiàn)了大學(xué)物理課程常態(tài)化教學(xué)全題型的作業(yè)自動化批閱。這一系統(tǒng)的成功運行將大大加速相近課程的智能化作業(yè)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用，也解決了大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)課程采取MOOC等教學(xué)新模式的作業(yè)瓶頸問題。

一、大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)研究

課后作業(yè)是大學(xué)物理課程教學(xué)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，它不僅可以幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己在掌握基本概念和基本知識上存在的問題，加深對基本原理和應(yīng)用的理解，而且還能夠幫助教師了解學(xué)生對知識的掌握情況和檢測課堂教學(xué)效果。大學(xué)物理作業(yè)的客觀題（選擇題、填空題和判斷題等）主要檢查學(xué)生對物理概念、原理、定理、定律理解情況，培養(yǎng)學(xué)生運用物理理論做出科學(xué)分析判斷的能力、表述能力、理解能力和簡單的計算能力。大學(xué)物理作業(yè)的主觀題（計算題、證明題、應(yīng)用題等）著重檢查學(xué)生綜合運用物理知識及數(shù)學(xué)工具進行科學(xué)全面分析及較復(fù)雜運算的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)思維能力、理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力。課后作業(yè)是過程考核的重要組成部分，通過加大過程考核力度，不僅減輕了學(xué)生期末復(fù)習壓力，也大大提高了平時學(xué)習主動性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習能力，養(yǎng)成終身學(xué)習習慣。因此，研究并開發(fā)一套可用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的智能化在線作業(yè)系統(tǒng)十分必要。

大學(xué)物理課程在線作業(yè)系統(tǒng)依托智能型在線教學(xué)平臺。本系統(tǒng)的基本框架與文獻[4]都是利用同一個公司開發(fā)的智能型在線教學(xué)平臺。根據(jù)文獻[4]我們進行了深入的調(diào)查與研究，發(fā)現(xiàn)他們只是進行了小范圍的改革與實踐。由于當時的智能型在線教學(xué)平臺系統(tǒng)功能不完善、公式編輯器使用不方便、實施網(wǎng)絡(luò)作業(yè)的環(huán)境不充分等原因，系統(tǒng)試用情況不能令師生滿意，特別是學(xué)生反映不好用，所以他們就此擱置了。實際上，該在線教學(xué)平臺確實解決了主觀題型的識別技術(shù)問題，但是能否真正實現(xiàn)智能化批閱作業(yè)很大程度上取決于系統(tǒng)中的標準作業(yè)資源。幾年來，我們認真研究了該教學(xué)平臺的運行過程，分析了其識別技術(shù)及方法，認為該平臺可以實現(xiàn)大學(xué)物理課程在線作業(yè)的運行。所以，我們與該平臺開發(fā)商合作，共同研討修改并完善系統(tǒng)功能模塊，如增加學(xué)生自行申請登錄窗口、解決物理符號不全、相似字符變更等問題。同時，我們在標準作業(yè)資源錄入時，研究并采取通識性的方法，增強學(xué)生作業(yè)答案與標準答案的相近性，降低自動識別的難度，減少自動批閱的差錯。另外，我們還基于分步賦分的基本原則，對每一道計算題的標準答案進行分析與研判，精心處理分幾步賦分、每一步賦分比例多大、一題多解等具體問題。

大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)由教師系統(tǒng)、學(xué)生系統(tǒng)和工具系統(tǒng)三部分組成。教師進入教師系統(tǒng)后，可以選擇作業(yè)題目、在線發(fā)布作業(yè)，通過參數(shù)設(shè)置模塊，還可以限定每次作業(yè)的完成時間和提交作業(yè)的控制分數(shù)線，并可隨時查看學(xué)生完成作業(yè)的整體情況或個人每道題的答題情況。通過教師系統(tǒng)，教師還可以統(tǒng)計每道題目的答題情況，以及查詢學(xué)生對各個知識點的掌握情況，能夠及時了解學(xué)生對所學(xué)課程內(nèi)容的理解、掌握、運用情況，為改進課程教學(xué)策略提供參考，能夠促進課堂教學(xué)效果的不斷提高。學(xué)生進入學(xué)習系統(tǒng)，可以在線學(xué)習、完成作業(yè)、提交作業(yè)、查詢成績等等。對于選擇題，系統(tǒng)能夠?qū)λ械拇鸢高x項隨機排序，即同樣的題目，不同學(xué)生看到的答案選項排列的順序是不同的。對于填空題、計算題和證明題，學(xué)生通過調(diào)用公式編輯器編寫答案。學(xué)生提交作業(yè)后，系統(tǒng)不僅能夠給出作業(yè)是對或是錯的“√”和“×”符號，而且還會同時給出正確答案和錯誤提示或說明。對于計算題、證明題等主觀題，系統(tǒng)會按照依據(jù)難易程度、所含知識點的重要性、運算步驟等設(shè)置的自動批閱分步評分標準進行評閱和給分。作業(yè)提交后，系統(tǒng)即刻進行評閱，學(xué)生對作業(yè)成績不滿意，可以修改答案并重新提交。工具系統(tǒng)可用于系統(tǒng)資源錄入和系統(tǒng)運行管理。

二、大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)資源建設(shè)

一是著力建設(shè)一個本校好用、外校能用、師生愛用的大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的大學(xué)物理課程作業(yè)形式是紙質(zhì)作業(yè)本、套題活頁或作業(yè)指導(dǎo)書等等。對于教師來說，承擔繁重的上課任務(wù)同時，還要面對課外批改大量作業(yè)的問題。多數(shù)情況下教師都是簡單地在作業(yè)本上打上“√” 和 “× ”的符號，這不僅是重復(fù)性和低效率的勞動，而且收發(fā)作業(yè)的周期也比較長，不能及時反饋學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況，也不能及時解答學(xué)生的疑問。對于學(xué)生來說，如果知識掌握不扎實，常常是應(yīng)付作業(yè)甚至是抄襲作業(yè)；遇到難做的物理作業(yè)，更沒有耐心去做好題目，最終還會影響學(xué)生對后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習效果。近年來，我們以尋找先進的技術(shù)手段為突破口，著力推進現(xiàn)代信息技術(shù)與作業(yè)環(huán)節(jié)的深度融合，希望以網(wǎng)上作業(yè)批改與評閱來破解上述難題，目標是建設(shè)一個本校好用、外校能用、師生愛用的大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)。

二是建以自用、建以致用。為了建設(shè)大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)，我校對物理教師進行了現(xiàn)代信息技術(shù)培訓(xùn)，使教師有能力自建教學(xué)資源，積極開展課程錄像、制作微課視頻。學(xué)校支持并鼓勵教師就作業(yè)系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)問題在校內(nèi)外立項研究，精選作業(yè)題目、構(gòu)建作業(yè)題庫。為了實現(xiàn)大學(xué)物理的網(wǎng)上作業(yè)與傳統(tǒng)作業(yè)在訓(xùn)練效果方面的無縫對接，我們采用了填空題、選擇題、判斷題、計算題及解答題等作業(yè)題型結(jié)構(gòu)。在題目的選擇和設(shè)計過程中，充分注意到了大學(xué)物理作業(yè)題目的訓(xùn)練內(nèi)容與教學(xué)大綱的基本要求緊密結(jié)合，力求覆蓋面廣、難易適中，建以自用、建以致用。在軟件開發(fā)商的共同努力下，2015年12月智能化在線作業(yè)系統(tǒng)取得了突破性進展，進一步完善了系統(tǒng)功能，成功地解決了長久以來困擾網(wǎng)絡(luò)作業(yè)系統(tǒng)只限于對選擇題和判斷題等客觀題的批閱，而對大學(xué)物理作業(yè)中必須出現(xiàn)的計算題等主觀題不能自動批閱的問題。2016年3月，我校大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)初步建成，目前系統(tǒng)中已有“大學(xué)物理（理工類）”“大學(xué)物理（農(nóng)科類）”兩門課程的作業(yè)題目799道，其中兩課共用題目344道。另外，我們還圍繞81個課程教學(xué)重點知識點和33個典型例題制作了微課視頻，還將力學(xué)、光學(xué)等部分課程教學(xué)錄像也都上傳到系統(tǒng)中，便于學(xué)生的復(fù)習和自修，更好地獨立完成課后作業(yè)。兩年來，系統(tǒng)運行正常、各項功能不斷完善。2017年12月在由教育部高等學(xué)校物理類教學(xué)指導(dǎo)委員會等單位主辦的第十三屆大學(xué)物理課程報告論壇交流匯報后，引發(fā)了強烈反響和廣泛關(guān)注。

三、大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用效果

目前，我校大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)建成并已在常態(tài)化教學(xué)中使用了兩年，實現(xiàn)了建以自用和本校好用的目標，積累了一些經(jīng)驗。由于對系統(tǒng)的功能鍵不習慣、輸入方法不熟練，開始時學(xué)生對使用網(wǎng)絡(luò)作業(yè)系統(tǒng)不情愿。但一個多月以后，學(xué)生們增強了自信心，提高了對系統(tǒng)的認可度。他們認為，只要認真作答，每次作業(yè)都可以達到滿分。學(xué)生還感覺到，網(wǎng)上作業(yè)系統(tǒng)能即刻批改作業(yè)、實時顯示錯誤、自主糾正錯誤解答，對所學(xué)知識的理解與吸收很有幫助；課堂沒聽懂的內(nèi)容，作業(yè)前先看視頻微課，對于完成作業(yè)效果很好。

本系統(tǒng)的應(yīng)用提高了大學(xué)物理課程的教學(xué)效果。表1和表2是2016年對我校17個班、454名學(xué)生使用大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)情況的統(tǒng)計結(jié)果，表明這個作業(yè)系統(tǒng)是穩(wěn)定的、可靠的，大學(xué)物理課程常態(tài)化教學(xué)的網(wǎng)上在線作業(yè)是可行的。比較作業(yè)成績與課程成績可以看出，作業(yè)成績與課程成績有很強的相關(guān)性，這一結(jié)論與我們以往采用紙質(zhì)作業(yè)時的情況是一致的。從對全體學(xué)生的課程不及格率統(tǒng)計來看，2016年使用智能化在線作業(yè)系統(tǒng)后，課程的總體不及格率比上年度下降了約7個百分點。這與使用網(wǎng)絡(luò)在線作業(yè)系統(tǒng)允許學(xué)生重復(fù)修改作業(yè)答案是相關(guān)的，不僅可以提高作業(yè)成績，而且還可以通過修改作業(yè)答案提高學(xué)生對所學(xué)知識的理解。

本系統(tǒng)不僅可以遠程運行，而且還可以多校共用。為了測試系統(tǒng)的遠程運行情況，我們請江西農(nóng)業(yè)大學(xué)、黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)等兄弟院校進行了系統(tǒng)跨校試用，200多名學(xué)生遠程上網(wǎng)測試也取得了成功，為下一步的校際資源共享奠定了基礎(chǔ)。

四、大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)共建共享的建議

大學(xué)物理課程智能化在線作業(yè)系統(tǒng)在我校常態(tài)化教學(xué)過程成功應(yīng)用后，將會很快推廣到其他課程中。更重要的是，這個系統(tǒng)也可以在其他高校推廣應(yīng)用。由于該系統(tǒng)還有與開發(fā)商和使用者共同研究解決的問題，我們希望與軟件開發(fā)商共建，進一步完善系統(tǒng)的相關(guān)功能；也希望與更多的兄弟院校共建，增加相應(yīng)的作業(yè)題目，適用于不同層次高校的大學(xué)物理課程；更希望與在線的大學(xué)物理MOOC教師共建，真正解決大量用戶在線作業(yè)的自動化批閱

問題。

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