大学物理智能化在线作业系统的资源建设与应用
周丹，胡玉才，汪静，杨桂娟，梅妍，曲冰，唐德龙，吕科，牛雪莲
（大连海洋大学，辽宁 大连）
摘 要： 智能化在线作业系统是自动识别与批阅包括计算题、证明题等主观题的全题型的作业批改系统，具有教师在线布置作业、学生在线完成并提交作业、查阅批改结果等功能。本文详细分析了该系统的结构与功能，并着重介绍了我校对该系统的资源建设及应用情况，论证了其在整个教学过程和教学效果中起到的重要作用。
关键词： 大学物理；智能化在线作业系统；自动批阅；资源建设
随着计算机技术及网络技术的发展，在线作业系统、在线考试系统、在线学习系统的开发、建设与应用已成为各大高校的重要课题之一。同时这些系统的使用对提高教师的教学质量、学生的学习成效均具有较重要的现实意义。传统的作业方式从教师布置作业到批改后发作业的周期要在一周以上，学生不能及时得到反馈信息，使得作业对学生学习的帮助效果大大减弱。学生对作业环节的重视程度不够，缺交、抄袭作业的现象比较严重；而大学物理又是大班教学，学生人数较多，教师批改任务繁重。不难看出，作业环节存在的问题是由于作业布置与批阅手段的落后造成的。我校2012年以前是以纸质作业（套题用活页）形式布置作业；自2013年起，开始研究如何应用网络来进行大量作业的批阅；2013年-2015年，大学物理教学团队负责人带领全体教师开展在线作业资源建设的相关研究和现代信息技术应用培训、构建试题库、课程录像、制作微课等相关工作，并在校内外立项研究；2015年底，学校教务处购置了由西南交通大学创建的智能化在线作业系统平台，该平台能够利用公式翻译、符号运算和专家系统等人工智能技术，实现包括计算题、证明题等主观题型在内的全题型的自动识别与批改。我校大学物理教学团队在前期工作的基础上对该平台进行了二次开发，针对课程资源及作业资源进行详细规划与建设。目前已建成课程资源（微课）152个，作业题目1143道，其中大学物理(农科类) 552道，大学物理（工科类）591道；作业题型包括填空题、选择题、判断题和计算题。
自2016年3月开始，在线作业系统在大学物理（农科类）课程教学过程中正式全程应用；2017年3月至今，我校的大学物理（农科类）、大学物理（工科类）教学全部应用智能化在线作业系统。
一 大学物理智能化在线作业系统的结构与功能
智能化在线作业系统主要由教师系统、学生系统、工具系统、管理系统等四个部分。基本流程是系统管理员通过管理系统分配用户、进行数据及信息的管理与维护；教师通过工具系统设计作业题目及输入解答关键步骤、构建题库；教师再通过教师系统设置作业参数、布置作业、查询学生的作业完成情况及进行成绩汇总等；学生通过学生系统完成教师布置的作业、查阅作业批改的结果（包括错误评价）、观看教师布置的课程视频等，具体流程见图1。
由于文物时间跨度较大，性质特殊，部分文物旅游资源很难准确划定其时代和类型，本研究所确定的四川省国家重点文物旅游资源的数量统计尚存在不够精准之处.此外，四川省作为文物大省，除上述文物旅游资源外，还拥有大量的非国家重点文物旅游资源.这些资源具有不同的保护等级，其中不乏具有相当旅游开发价值的资源，但限于目前资料，无法将其纳入讨论的范畴.今后，宜进一步加强调研，完备统计资料，以便更加准确把握全省文物旅游资源的时空特征，从而为政府部门科学合理地进行文物旅游资源保护和开发决策提供可靠的依据.
智能化在线作业系统具有如下功能：
对于选择题、填空题的特点已在第一部分的智能化作业系统的功能2中详细说明。教师在输入题目时，需给出正确答案并编辑 “答案设置”栏中“错误选项”下拉的“错误评价分析”，学生在做题过程中就会看到错误原因并及时改正。
2、完善的作业监督机制。对于选择题，系统对所有的答案选项排列是随机的，同样的题目，不同学生在同一次作业及同一学生在不同的时间看到的答案选项排列的顺序是不同的；对于填空题和计算题、证明题，在已知条件合理的取值范围内，系统随机取用一个数值，从而同样的题目，不同学生获得的已知条件不同。此技术有效解决了学生抄袭作业的问题，也为定期的测验提供了条件。
图1 智能化在线啊作业系统流程图
截至2018年7月，智能化在线作业系统已在大学物理（农科类）、大学物理（工科类）课程分别成功运行4轮和3轮，有效地提升了大学物理学习效果和教学质量。此外，还成功实施了黑龙江八一农垦大学、江西农业大学、华中农业大学等8所兄弟院校的远程试用与跨校运行。
对于计算题、证明题的输入，要求教师对题目的关键步骤把握清晰，并且对于学生可能作答的方法有足够的了解与分析，才会让作业系统的智能化程度展露无遗。
二 大学物理智能化在线作业系统题库的建设
我校大学物理（农科类）课程学时数为64，主要面向全校的农科类、部分工科类专业开课。内容体系涉及力学（包括流体力学、振动与波）、热学、电磁学、光学、近代物理等5个模块，在一个学期完成教学。大学物理（工科类）课程学时数为104，主要面向全校大部分工科类专业开课。成绩评定注重过程考核，其中的平时成绩主要通过在线作业、在线测试成绩和考勤、课堂表现等形式给出。学生通过客户端进入系统后，在线完成、提交作业（测验），系统即时批阅，并进行错误分析。大学物理（农科类）为例， 2017年春季学期课程成绩按照分数段基本呈正态分布，作业成绩在80分以上的占84.1%，不及格仅占5.2%，课程成绩不及格率为16.9%(应用智能化在线作业系统后的课程成绩不及格率均在20%左右，较之前降低大概10%)。我们进一步分析课程成绩不及格学生的作业情况，发现有50%左右的学生作业成绩在80分以上， 23.2%的学生作业成绩是不及格的。通过作业成绩在59分以下的学生的课程成绩分析图（见图2）可以看出，作业成绩不及格的学生有83.9%的课程成绩不及格的，余下的16.1%的学生课程成绩也仅在60-69分。
1、强大的智能识别和自动批阅功能。可自动识别与批阅的题型包括选择题、填空题、判断题、计算题、证明题、表格题（适用于实验报告）等多题型的作业题目，并可立即将批阅结果及评讲内容反馈给学生。
李老师扬了扬手中的档案袋，兴奋地说，不要说是下雪天，就是天上下铁，我也要来！今天周小羽没来学校，我特意来找他。告诉你们一个喜讯，周小羽的画在省里得了个大奖，几家媒体都报道了呢，为我们岭北镇小学，当然也为我们岭北镇争了光呢。你们看——
三 大学物理智能化在线作业系统的运行及应用效果
3、详尽的作业、测验和在线课程数据分析功能。任课教师不需要批改一份作业，同样可以在网上查阅每个学生的作业、测验及在线观看课程的相关细节，可以获取系统针对全班学生上述各项情况做出的统计分析报告。
大学物理概念严谨、逻辑性强，这一特点决定了大学物理课程适合于人工智能技术的应用。我校大学物理课程中针对单一专项训练的作业题目，在作业系统中以选择题和填空题的形式出现。其中选择题以1000x标明，填空题以2000x标明。这一类题目针对单一概念和简单物理过程而编制，旨在为重要的基本概念和定律的初步理解和应用提供练习和检测。对于物理过程相对复杂，所用的物理知识点较多的综合练习题，在作业系统中以计算题的形式出现，并以6000x来标明。这部分题目的目的是培养学生综合利用物理知识解决问题的能力。
图2 作业成绩在59分以下学生的课程成绩分布情况
由以上数据可以看出，学生的平时表现与课程成绩关系密切。作业作为平时表现的一个主要方面，对成绩影响更大一些。作业成绩不及格，必然导致课程成绩偏低或不及格；而课程成绩不及格的很大一部分原因是课下没有认真完成作业及消化课堂上所学的知识点，当然，还要考虑课堂表现、初次完成作业的质量等因素。因为智能化作业系统可以在规定期限内多次答题直到达到理想分数为止，这样做的好处是让学生对知识点的掌握达到熟练的程度。但是，也有一部分学生会投机取巧，看着正确答案输入作业题目。系统通过以下三种方法减少上述现象发生：1、对于选择题，每次进入系统后，选项的顺序会发生变化；2、对于计算题，如果题目的关键步骤一步也没有答对的放，系统是不会给出正确答案的；3、教师可以选择系统的“首次答题”选项，查看学生在没有看到答案之前的答题情况。但是，再高级的系统也无法避免学生互相抄袭的现象。所以，课程成绩不及格的学生的作业成绩并不是全部不及格的现象是可以理解的，并且，通过选中“首次答题”选项发现，课程成绩不及格的学生，首次作业完成的都不理想。
四 问题及思考
在对建筑工程管理进行控制，对工程质量进行管理，在监督和控制工作中起着至关重要的作用，确保建筑工程可以顺利运行。但是，执行质量监督体制存在问题，这就促使相应管理工作出现权责不清等现象。
气路控制采用三位四通电磁换向阀，24V直流供电，其正、反及闭锁三位，可实现气缸的伸、缩及锁死3个动作。
在使用智能化在线作业系统的两年时间内，我们做了两次网上不记名问卷调查，时间分别在开学初和结课后。共有154名学生参与问卷调查，在开学初的问卷调查中，85%的学生认为在线完成并提交作业的形式适应“互联网+”时代，智能化在线作业系统智能化程度较高，比较喜欢这种学习方式；60%的学生认为使用之初由于操作不熟练觉得比较麻烦，大概一个月以后就觉得很方便了。结课后的问卷中，90%的学生认为该系统能够实现作业的智能化批改，能够即时分享错误点，提高了学习效率；82%的学生认为该系统能够督促自己按时完成作业，并且能够通过系统中的课程资源课前预习、课后复习，增加了课下自主学习的时间；85%的学生认为该系统对作业批阅客观、及时，能够体现平时成绩给定的公平性；仅有5%的学生经过一学期的使用，还是不喜欢在线作业的方式。
我们对上述信息进行了归纳与研讨，也希望做出如下调整：
第一、将系统使用过程中出现的硬件方面问题汇总，及时与开发商沟通，给出解决方案并形成文字，在校园网的智能化在线作业系统网页发布；
第二、教师在输入作业题目答案过程中，可以通过增加关键步骤来提高自动批阅计算题等主观题的智能化程度；
第三、进一步加大图书馆开放力度，努力实现校园网在校范围内的全覆盖。
术前常规拍摄站立位脊柱全长正侧位X线片，测量冠状面及矢状面平衡参数。侧凸Cobb角：正位X线片上头端最倾斜椎体上终板切线与尾端最倾斜椎体下终板切线间的夹角。冠状面偏移：正位X线片上C7铅垂线与骶骨中垂线间的距离。后凸Cobb角：侧位X线片上头端最倾斜椎体上终板切线与尾端最倾斜椎体下终板切线间的夹角。矢状面偏移：侧位X线片上C7铅垂线与S1椎体后上缘间的距离，S1椎体后上缘前方为正值，后方为负值。在脊柱全长正侧位X线片上确定近、远端固定椎和侧后凸畸形跨越节段。全脊柱CT评估置钉节段椎弓根有无合并椎管内压迫，全脊柱MRI评估有无脊髓压迫或脊髓内病变。
总之，经过两年来我校及兄弟院校对智能化在线作业系统的使用，证实该系统能够大大提高教学的信息化及网络化程度，作业系统中的习题量相对较大，层次分明，为教师布置作业提供了很大方便，减轻了教师的工作负担，提高了教学效率，解决了传统的作业方式存在的一些问题。同时，不断更新、增加习题库题目，有效利用现有的课程资源也是我们以后工作的重点，随着用户数量的增加，我们也会把更多的教学资源共享。
参考文献
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本文引用格式： 周丹,等.大学物理智能化在线作业系统的资源建设与应用[J]. 教育现代化,2019,6(56):155-157.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.56.064
基金项目： 2017年大连海洋大学本科课程教学改革研究立项项目“大学物理课程群考核方式改革的研究与实践”；2018年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“互联网+教育”背景下“以学生为中心”的大学物理教与学模式研究与实践。
作者简介： 周丹，女，辽宁鞍山人，博士研究生，副教授，研究方向：理论物理及大学物理教学。
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