學習能力分析評價系統設計與實現

馬瑞新 吳東卓 湯景 朱江凱 李馨

摘要：在線學習日益發展，對學生的學習評價方式變得多樣化，其中以能力為導向的評價方式尤為重要。通過能力為導向對軟件工程專業學生的學習數據進行分析，更加清晰客觀地去評價學生的學習情況。該系統采用SpringBoot進行搭建，通過HTTP協議實現服務之間的相互交互，使用VUE、Nginx、MySQL、Redis等作為技術支持，設計并實現了學習能力分析評價系統。通過數據可視化的形式，對學生進行多維度、全方位的評價。

關鍵詞：在線學習能力導向評價軟件工程SpringBoot

中圖分類號：TB21 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2021）11（c）-0000-00

Abstract：With the increasing development of online learning， the ways of evaluating students' learning have become diversified， and the ability-oriented evaluation method is particularly important. This system analyzes the learning data of software engineering students based on ability， and evaluates students' learning more clearly and objectively.This system uses SpringBoot to build， realizes mutual interaction between services through HTTP protocol， uses VUE， Nginx， MySQL， Redis， etc. as technical support， designs and implements a learning ability analysis and evaluation system.Through the form of data visualization， a multi-dimensional and all-round evaluation of students is carried out.

Key Words：E-learning;Ability-oriented;Evaluation;Software Engineering;SpringBoot

隨著教育普及程度的不斷提高，每年的大學生人數也隨之不斷增加，如何真正提高學生的學習能力水平，幫助學生在學習過程中意識到自己的不足，并做出針對性調整，逐漸成為當今教育的改革方向和發展趨勢。

目前，學習能力評價具有多種方式，其中以能力導向作為一種主流方式，可以對學生進行多維度、全方位的評價。我國教育部在《工程教育認證通用標準（2018版）》中明確提出要對學生在整個學習過程中的表現進行跟蹤與評估[1]，并通過形成性評價保證學生畢業時達到畢業要求。制定如下標準：工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人和團隊、溝通、項目管理、終身學習。基于這12項標準所包含的能力內容，針對軟件工程學科的能力達成度，該系統對學生的歷史學習數據進行分析，統計出學生的能力掌握情況，以能力為導向，讓學生的歷史學習情況和知識水平的掌握有跡可循，進一步方便學生去查缺補漏。

1系統相關研究

國外在學習能力分析方面起步較早，功能相對完善。早在1960年CDC公司就歷時25年打造出世界上第一個計算機輔助系統，實現了可以容納4 000名學生終端同時工作，包括自學、自測、模擬等功能。此后，不同的國家和地區針對不同的需求，分析并設計相應的學習教育平臺。國內在對學生能力分析方面起步較晚，更多的是針對其他領域的能力分析[2]。

目前，隨著對教學輔助系統的不斷重視，能否準確分析出學生的知識掌握情況就顯得尤為關鍵[3]。對比國內教育行業有著很多值得借鑒的經驗，該文通過學習分析結合能力導向更能夠客觀評價學生的學習情況，通過圖表的形式展示學生的學習過程。

2系統設計與實現

2.1系統架構

該系統采用SpringBoot框架進行系統搭建，以Java作為主要開發語言，通過HTTP協議實現服務之間的交互，其中VUE作為應用前端的主要技術框架，引入ElementUI和Echarts等組件優化頁面[4，5];Nginx為負載均衡反向代理服務器，可以實現資源的動靜分離，大大提升了訪問速度;數據庫方面主要使用MySQL，實現讀寫分離，保證數據的持續高速訪問[6];引入Redis作為緩存加快查詢速度;并使用FastDFS、彈性存儲等實現分布式文件管理工作，以此實現系統滿足多用戶情況下的高性能、高可用。

2.2系統用例分析

該系統為了更好地劃分職責和權限，系統共分成管理員、教師、學生這3個角色。系統管理員作為系統最高權限的擁有者，需要對系統進行全面的管理，包括學科管理是對學科基本信息的維護，以及對學科的能力點進行添加和維護;人員管理是對系統的角色權限劃分，以及教師賬號分配和重置密碼等功能。教師作為該系統比較重要的角色，通過管理員分配賬號信息進行登陸之后，對個人信息進行維護，教師主要功能包括課程管理主要是對課程的創建，包括課程的基本信息、課程章節、章節作業、隨堂測試等功能;課堂管理主要通過對創建的課程進行繼承，教師的教學任務也是從課堂進行布置，包括課堂學生的批量導入，章節作業查看、布置和撤銷，隨堂測試結果查看、布置和撤銷，考試成績的錄入和分析等功能。學生作為該系統最重要的角色，數據的重要來源，主要包括作業提交是根據教師布置的課后、課堂作業進行提交;所選課程列表是展示出學生目前正在進行的課堂列表;能力分析是根據學生作業以及試卷的能力點進行統計分析展示已獲得能力和未獲得能力功能;能力點雷達分析是根據學生所有課程獲取的能力統計分析展示功能;課堂平均分數圖是根據學生所在課堂班級進行平行比較。

2.3數據流分析

根據軟件工程學科的教學特點，綜合該系統的業務流程可知，系統主要由學校管理、學科能力點管理、人員管理、權限管理、課程管理、課堂管理、學生作業提交、能力分析評價等核心模塊組成;其中主要角色包括管理員維護學科能力點和人員權限分配等;教師維護課程、課堂信息和學生成績評分;學生提交作業、能力點分析評價。這些核心模塊和重要的角色共同構成一個完整的軟件工程學習能力分析評價系統。

2.4功能模塊分析

系統的整體功能如圖1所示。

2.4.1管理員模塊

（1）學校管理子模塊。該模塊用于實現對多個學校機構進行劃分，包含學校名稱，學校編號等基本信息。

（2）學科管理子模塊。該模塊包括學科基本信息的維護、添加等;學科能力點的維護，學科的能力點是嚴格按照教育部制定的標準中，每一項都具體描述了3條學生需要掌握的能力內容進行制定，截至目前該系統共有36條能力點。例如：工程知識包含如下3點：①掌握數理、矩陣、高等數學等相關知識。②掌握軟件工程專業的基礎知識，如數據庫原理、設計模式等。③能夠應用以上兩點的知識在軟件工程領域問題的分析過程中形成問題解決思路;問題分析包含如下3點：①能夠運用數理知識以及軟件工程基本原理來分析給定的需求以及工程問題。②能夠使用軟件工程專業的規范化圖表及文字描述方式對軟件工程領域的工程需求或工程問題的本質進行表達。

（3）人員管理模塊。該模塊用于幫助教師進行分配賬號，以及忘記密碼進行重置等功能。

（4）權限管理模塊。該模塊用于系統角色的權限配置，讓各個角色各司其職，分工明確，管理員可以管理所有的學科信息以及學科能力點基本信息的維護。

2.4.2教師模塊

（1）課程管理子模塊。該模塊包括課程基本信息設置，包含課程名稱、課程編號、學科類型、課程簡述等都是必填項，上傳教學大綱為非必填，主要為了方便教師查閱相關課程信息;課程章節維護，教師需要進一步豐富課程信息，為課程添加章節信息;課程知識點設置，知識點作為數據統計的主要支撐，多個知識點對應一個能力點，其中能力點是通過學科進行規定的，保證了能力點的可靠性和準確性;課程章節作業添加，課程章節作業的添加包含作業名稱、作業簡述以及知識點。

（2）課堂管理子模塊。該模塊實際上是課程模塊的衍生，課堂是以課程為模版，進行創建避免重復性工作。相比于課程模塊，課堂模塊額外功能包括學生導入，通過下載Excel模板進行導入課堂學生;作業發布，課程創建的所有作業信息都是為了方便課堂的使用，包括發布作業、撤銷作業和作業統計分析等;試卷管理是課堂最重要的子功能，為了試卷的保密性，試卷添加主要采取題號、分數對應知識點的形式，方便后續統計相關信息。

（3）作業分析子模塊。該模塊包括作業評分，需要教師通過下載學生上傳的作業相關文件進行評價;作業分析統計學生作業提交信息情況，包含已評分人數、已提交人數、已布置作業數量、學生完成率、學生平均分等。教師可以清楚地了解班級的整體學習情況，可以針對班級薄弱的知識點進行強化。

（4）試卷分析子模塊。該模塊包括試卷管理，試卷類型主要分為A和AB兩種，試卷的主要信息包含題號、分數以及相對應的一個知識點或多個知識點;試卷分析，通過上一步設置的試卷基本信息，生成試卷模板，下載Excel模板，將每一名學生的考試結果導入，生成試卷詳細信息進行分析，包含知識點得分情況和知識點分數分布圖。

2.4.3學生模塊

（1）消息通知子模塊。該模塊主要通知學生近期發布作業信息，以及待提交作業提醒。

（2）能力點分析子模塊。該模塊包括能力分析是根據學生作業以及試卷的能力點進行統計分析展示已獲得能力和未獲得能力功能;能力點雷達分析是根據學生所有課程獲取的能力統計分析展示功能;個人知識點分析是學生查看該課程下的知識點掌握情況，根據知識點得分情況劃分出不同顏色的樹形分支。基于能力為導向，最終可以得出學生在12項標準中的表現情況。評估結果會以圖的形式反饋給學生，讓學生可以清晰地了解自己當前的學習情況，可以產生提供早期預警的作用。

（3）課堂作業分析子模塊。該模塊包括課后作業分析，統計出課堂班級的平均分成績和個人所得成績形成柱形圖，對學生所選多門課堂進行分析查看。隨堂作業測速分析，這部分主要針對當前課堂的選擇題分析，查看班級通過率以及個人選擇正確與否等信息。

（4）課后作業分析管理。該模塊主要用于學生查看進行發布作業信息，包含作業發布日期、作業截至日期等，上傳提交相關作業之后，教師批閱成功之后可以查看獲取的分數。

3系統總結

該系統以能力為導向來評價學生的知識狀態。在設計過程中，考慮到試卷試題的保密性情況，并未直接將題目信息錄入，而是采用題號對應知識點的形式。此外，為了更方便教師對課程的管理，采用課堂繼承于課程的形式，減少重復性工作，通過此平臺的分析結果可以及時調整學生存在的問題，幫助學生達成課程目標。目前，此系統已完成基本功能并在小范圍內試運行，通過對學生問卷調查及學生階段測驗成績分析發現，取得了較好的學習效果，為高校在人才培養方面提供了一定地參考作用。在接下來的研究中，將嘗試擴大學生數據的收集工作，考慮將學生比賽成績、證書等更為廣泛的數據進行收集，進一步優化系統模型。

參考文獻

[1] 王志遠，蘇文獻，楊杰.工程教育認證標準下課程設計與落實的初步思考[J].考試與評價，2021，4（1）：157-158.

[2] 李小智，劉偉，丁長松.面向多層次能力培養的Java程序設計課程教學實踐[J].計算機時代，2020（4）：81-84.

[3] 盧玲，黃賢英，黃繼平.能力導向的課程評價體系設計與實踐[J].計算機教育，2020（3）：131-135.

[4] 邱璐璐，陳俊仁.基于SpringBoot和Vue框架的高校代領系統設計與實現[J].信息技術與信息化，2021（4）：25-27.

[5] 李鵬.基于SpringBoot快速開發平臺的實現[J].電子技術與軟件工程，2021（12）：36-37.

[6] 張雅棋.SQL Sever、MySQL、Oracle數據庫在水務系統中的應用比較[J].天津科技，2019，46（9）：52-54.