基于理化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)的信息管理系統(tǒng)建設(shè)

汝華平

關(guān)鍵詞：理化實(shí)驗(yàn)考試；信息管理；考試管理系統(tǒng)；終端

1引言

系統(tǒng)集成是跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的集群發(fā)展，隨著我國教育信息化穩(wěn)步前行，構(gòu)建高質(zhì)量的數(shù)字化教育體系，將數(shù)字技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合已經(jīng)成為未來教育改革的必然。物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)是初中階段不可或缺的技能培養(yǎng)方式，當(dāng)前教育部已經(jīng)明確將實(shí)驗(yàn)操作情況和能力表現(xiàn)納入綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)操作考試成績(jī)作為高中階段學(xué)校招生錄取依據(jù)已經(jīng)成為必然。但傳統(tǒng)理化實(shí)驗(yàn)考試都是在普通實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)施實(shí)驗(yàn)操作考試，客觀條件制約影響較大，且考績(jī)?cè)u(píng)估、成績(jī)反饋多采用監(jiān)考教師現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分的方式，主觀影響較大，因此，如何滿足理化實(shí)驗(yàn)操作考試需求和實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，并逐步實(shí)現(xiàn)智能賦分在理化實(shí)驗(yàn)操作考試中的應(yīng)用就顯得越來越重要。

2考場(chǎng)信息化支持的作用

隨著理化實(shí)驗(yàn)操作考試逐步落實(shí)，為了提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)考評(píng)管理質(zhì)量，通過整合互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代技術(shù)，可為理化實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、理化實(shí)驗(yàn)考評(píng)發(fā)展提供信息化支持。一方面可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考評(píng)過程的信息化管理，為督導(dǎo)教考工作提供客觀依據(jù)，追溯查證，并為實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)過程提供智能評(píng)分服務(wù)，以保障考試公平公正、安全有序、平穩(wěn)實(shí)施，具有很大的社會(huì)效益；另一方面可最大限度地形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，方便教師靈活設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并可全程實(shí)時(shí)記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程視頻回放進(jìn)行復(fù)盤研討，以提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與能級(jí)，為提升未來理化實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

3理化實(shí)驗(yàn)考場(chǎng)信息管理系統(tǒng)建設(shè)需求

3.1理化實(shí)驗(yàn)考試特點(diǎn)

根據(jù)理化實(shí)驗(yàn)考試特點(diǎn)進(jìn)行全面信息化建設(shè)統(tǒng)籌是滿足理化實(shí)驗(yàn)操作考試需求和實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的前提。理化實(shí)驗(yàn)考試采用市、區(qū)、考點(diǎn)三級(jí)組織形式，不同層面對(duì)于考試分工組織形式有所不同，市級(jí)負(fù)責(zé)考試督察、報(bào)考、命題等；區(qū)級(jí)負(fù)責(zé)考場(chǎng)安排、考點(diǎn)信息、考試巡查、成績(jī)處理上報(bào)等；考點(diǎn)層面負(fù)責(zé)考試的具體實(shí)施，每考場(chǎng)按24考位配置，考點(diǎn)須依據(jù)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備清單提前對(duì)考場(chǎng)、考位進(jìn)行設(shè)置?？荚嚠?dāng)天按照邏輯流程實(shí)施管理，即試題導(dǎo)人－工作人員就位－考生入場(chǎng)－考生抽簽－考生填寫－考生入場(chǎng)檢查－考試開考－離開考場(chǎng)－第二場(chǎng)考試。全天需完成規(guī)定批次規(guī)定人數(shù)的理化實(shí)驗(yàn)操作考試。

3.2信息管理系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

基于理化實(shí)驗(yàn)操作考試的特點(diǎn)，考評(píng)信息管理系統(tǒng)主要涉及初中理化實(shí)驗(yàn)操作考試考場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和相關(guān)設(shè)備配備、考試管理系統(tǒng)建設(shè)、各區(qū)評(píng)卷場(chǎng)地的設(shè)點(diǎn)布局以及與評(píng)卷相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和軟硬件建設(shè)、評(píng)卷系統(tǒng)、智能賦分系統(tǒng)和相配套的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等軟硬件建設(shè)等。其中，軟件系統(tǒng)應(yīng)包括抽簽子系統(tǒng)、考試管理子系統(tǒng)、人工視頻評(píng)卷子系統(tǒng)（含人工視頻評(píng)卷、成績(jī)上報(bào)、成績(jī)復(fù)核）等，各子系統(tǒng)均須保證軟件和數(shù)據(jù)的安全，且可覆蓋系統(tǒng)環(huán)境準(zhǔn)備和壓力測(cè)試、考生編排數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、考生抽簽確定座位號(hào)、考試過程管理、實(shí)驗(yàn)視頻記錄和管理、評(píng)卷賦分、成績(jī)校驗(yàn)、成績(jī)統(tǒng)計(jì)、成績(jī)復(fù)核等。為了科學(xué)、高效地開展理化實(shí)驗(yàn)考場(chǎng)管理，必須打破傳統(tǒng)管理模式，充分考慮理化實(shí)驗(yàn)操作考試特點(diǎn)，并結(jié)合區(qū)域理化實(shí)驗(yàn)室和信息化環(huán)境建設(shè)基礎(chǔ)，開展統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施的信息管理系統(tǒng)建設(shè)，進(jìn)而為理化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)提供一定的應(yīng)試條件。

4信息管理系統(tǒng)建設(shè)分析

4.1項(xiàng)目概況

某地應(yīng)教育部關(guān)于初中理化實(shí)驗(yàn)操作考試相關(guān)要求的通知，結(jié)合當(dāng)前區(qū)域范圍理化實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀，對(duì)區(qū)、考點(diǎn)機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)、終端、軟件等進(jìn)行信息化配套建設(shè)，主要包括區(qū)級(jí)管理平臺(tái)、區(qū)級(jí)智能賦分系統(tǒng)、考點(diǎn)考務(wù)及教學(xué)管理系統(tǒng)等設(shè)計(jì)，以及考點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)設(shè)備、綜合布線等配套設(shè)施設(shè)備建設(shè)等。

4.2系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

該系統(tǒng)建設(shè)結(jié)合理化實(shí)驗(yàn)考試特點(diǎn)，并注意強(qiáng)化流程管理，以保證考試管理的規(guī)范和考試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。以各區(qū)實(shí)際情況為依據(jù)進(jìn)行設(shè)點(diǎn)布局，區(qū)級(jí)評(píng)卷場(chǎng)地在一個(gè)或數(shù)個(gè)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置，計(jì)算機(jī)配備應(yīng)充足，并連通區(qū)實(shí)驗(yàn)考試專網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)，配備評(píng)卷及視頻存儲(chǔ)備份服務(wù)器。評(píng)卷場(chǎng)地的計(jì)算機(jī)供評(píng)卷教師使用人工視頻評(píng)卷子系統(tǒng)，對(duì)集中存放在區(qū)級(jí)的考生作答視頻進(jìn)行調(diào)用及播放，并打分。其次，評(píng)卷及視頻存儲(chǔ)備份服務(wù)器供評(píng)卷場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)評(píng)卷應(yīng)急使用，綜合考慮計(jì)算機(jī)用戶數(shù)、視頻數(shù)據(jù)大小、并發(fā)量及網(wǎng)絡(luò)性能等相關(guān)配置，以滿足各區(qū)評(píng)卷實(shí)際需要。本次所設(shè)置的抽簽子系統(tǒng)、考試管理子系統(tǒng)、人工視頻評(píng)卷子系統(tǒng)等應(yīng)符合相關(guān)安全規(guī)定，抽簽子系統(tǒng)不僅要按照規(guī)則對(duì)考題、座位號(hào)、考生等進(jìn)行配對(duì)設(shè)置，還應(yīng)確保與考生管理子系統(tǒng)無縫銜接：考試管理子系統(tǒng)應(yīng)在理化實(shí)驗(yàn)操作考試時(shí)采用考試管理模式，實(shí)現(xiàn)與各考位的攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)，以監(jiān)控考試狀態(tài)，并具有實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能；人工視頻評(píng)卷子系統(tǒng)包括人工視頻評(píng)卷、成績(jī)上報(bào)、成績(jī)復(fù)核等功能，通過結(jié)合理化實(shí)驗(yàn)操作考試考場(chǎng)實(shí)際情況，為考試評(píng)卷成績(jī)提供公平客觀的機(jī)制。

4.3信息化硬件配置

理化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)信息化建設(shè)需要以硬件配置為根基，以軟件系統(tǒng)為脈絡(luò)，以此全面構(gòu)建完善的信息管理系統(tǒng)。本次信息管理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不僅要保證電力供應(yīng)充足，使網(wǎng)上巡查系統(tǒng)錄像能夠不間斷運(yùn)行，還應(yīng)適應(yīng)模塊化機(jī)房，盡可能使用當(dāng)?shù)厥屑?jí)教育城域網(wǎng)，并保證帶寬1 Gbps以上，實(shí)施雙路備份線路。其次，校級(jí)指揮中心和考務(wù)室根據(jù)具體情況，配置相應(yīng)的視頻顯示器、會(huì)議擴(kuò)聲音響；網(wǎng)上巡查系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，監(jiān)控主機(jī)與平臺(tái)在滿足區(qū)域考點(diǎn)視頻巡查需求的同時(shí)必須實(shí)現(xiàn)至少18路8 Mbps碼流的H.264高清信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至上平臺(tái)：視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)確保存儲(chǔ)時(shí)間符合要求，考試期間的錄像能存儲(chǔ)6個(gè)月以上。另外，對(duì)于前端巡查設(shè)備應(yīng)采用高清晰度的攝像機(jī)，可接人NVR存儲(chǔ)設(shè)備或視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)，且所選擇的拾音器拾音范圍合適，音質(zhì)良好。終端一般可采用便攜式可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)操作視頻采集終端，可折疊攝像頭旋臂、角度精準(zhǔn)定位，雙旋轉(zhuǎn)折疊機(jī)構(gòu)內(nèi)部阻尼機(jī)構(gòu)，穩(wěn)固旋轉(zhuǎn)：攝像頭一般配置3～4臺(tái)，主攝像頭旋臂可兩級(jí)旋轉(zhuǎn)各900、副攝像頭旋臂可一級(jí)旋轉(zhuǎn)900：可實(shí)現(xiàn)多視角、全覆蓋AI智能識(shí)別，全程多角度多方位識(shí)別。綜合上述，基于考場(chǎng)前、后端硬件設(shè)備的精細(xì)化選擇與配置，不僅為考場(chǎng)信息管理系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備的搭建奠定基礎(chǔ)，還為各端點(diǎn)數(shù)據(jù)安全傳遞提供保障。

4.4標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)信息管理層級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.4.1信息化架構(gòu)

本次信息化建設(shè)方案系統(tǒng)總體架構(gòu)必須在滿足考試管理體系，達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下構(gòu)建（圖1），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)整體建設(shè)不同層級(jí)，實(shí)行區(qū)平臺(tái)與學(xué)?？键c(diǎn)兩級(jí)子系統(tǒng)，并以區(qū)平臺(tái)作為核心，統(tǒng)籌全區(qū)考試計(jì)劃發(fā)布、考試報(bào)名、監(jiān)考與閱卷教師安排等，以實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)連接，進(jìn)而形成考試管理平臺(tái)、海量視頻存儲(chǔ)和視頻文件傳送調(diào)度管理平臺(tái)集群以及閱卷中心等完整的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。其次，考點(diǎn)作為校級(jí)管理層級(jí)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓黾涌紙?chǎng)內(nèi)的交換機(jī)，以及考場(chǎng)與考點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)核心之間的光纖，并完成考場(chǎng)的綜合布線，以保證前端合理布局[1]。

4.4.2區(qū)級(jí)理化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化考試系統(tǒng)建設(shè)

（1）區(qū)級(jí)管理平臺(tái)必須對(duì)考試管理、試卷管理、教師管理、考生管理、模板管理、座位管理、分組管理等功能要求予以支持。理化實(shí)驗(yàn)操作考試和評(píng)卷管理系統(tǒng)采用主流的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為滿足考務(wù)系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)方便、減少成本，采用B/S體系架構(gòu)，在服務(wù)端部署各級(jí)功能應(yīng)用，并可通過瀏覽器進(jìn)行訪問：服務(wù)器端為確保其穩(wěn)定性與高安全性，基于Linux環(huán)境開發(fā)和部署，不支持跨平臺(tái)開發(fā)和部署；平臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用MySQL，其成本低、速度快、體積小，應(yīng)用廣泛；另外，數(shù)據(jù)互聯(lián)互通及信息共享方面使用企業(yè)服務(wù)總線技術(shù)和Web Service服務(wù)來共同解決聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)協(xié)作問題，每個(gè)服務(wù)模塊運(yùn)行在其獨(dú)立的進(jìn)程中，服務(wù)之間采用輕量級(jí)的通訊機(jī)制相互協(xié)作，以保證體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)交換。

（2）區(qū)級(jí)管理平臺(tái)包括考試管理系統(tǒng)、抽簽管理系統(tǒng)、終端管理系統(tǒng)等模塊，每個(gè)模塊下設(shè)各功能子模塊，如考試管理系統(tǒng)下設(shè)考試準(zhǔn)備、考試進(jìn)度、考試結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)管理等模塊，各系統(tǒng)模塊支持區(qū)級(jí)層面為市級(jí)發(fā)布的該場(chǎng)考試調(diào)度本區(qū)域的各個(gè)資源，即考點(diǎn)考場(chǎng)、考試時(shí)間、成績(jī)查詢、閱卷進(jìn)度等（圖2）。抽簽管理系統(tǒng)主要為考務(wù)平臺(tái)提供考生座位分配機(jī)制，并根據(jù)考場(chǎng)考位規(guī)格配置相應(yīng)的考位，每位考生進(jìn)行一次抽簽即完成物理和化學(xué)四個(gè)實(shí)驗(yàn)的考位組抽取。終端管理系統(tǒng)主要是面向?qū)W生的終端系統(tǒng)，包含考生登錄、考前檢查、考生答題等內(nèi)容，考生登錄支持“考生姓名+準(zhǔn)考證號(hào)”、人臉識(shí)別2種登錄方式，考生通過人臉識(shí)別所設(shè)定規(guī)定動(dòng)作的比對(duì)來識(shí)別考生信息，如人臉識(shí)別失敗會(huì)在頁面顯示相應(yīng)提示信息，考生應(yīng)按照提示動(dòng)作規(guī)范操作，以便順利登錄考試系統(tǒng)。待考試登錄成功，對(duì)考前信息進(jìn)行檢查，根據(jù)實(shí)際情況檢查實(shí)驗(yàn)器材是否正常、缺失，如存在損壞缺失情況，可點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕提示教師進(jìn)行調(diào)配、更換或補(bǔ)缺，器材完整后可點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，待考試開始即可答題。考生答題階段系統(tǒng)設(shè)置了規(guī)定交卷時(shí)間，即考試開始10分鐘內(nèi)不可交卷，10分鐘后可提交答卷：離考試結(jié)束5分鐘頁面右上方會(huì)出現(xiàn)標(biāo)紅提醒，給予考生提示；考試進(jìn)入答題頁面后，所設(shè)置的三路攝像射頻可對(duì)考生考試過程全面錄制[2]。

（3）本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)考場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)全面監(jiān)控，還對(duì)其進(jìn)行區(qū)級(jí)智能賦分，通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)三路高清攝像頭，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)發(fā)送給算法服務(wù)器，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)操作視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判定打分，并將打分?jǐn)?shù)據(jù)返回學(xué)生實(shí)驗(yàn)臺(tái)，學(xué)生在收到成績(jī)后結(jié)束考試。同時(shí)，算法服務(wù)器將實(shí)驗(yàn)考試相關(guān)數(shù)據(jù)即打分結(jié)果傳送至校級(jí)服務(wù)器后，在區(qū)級(jí)服務(wù)器做備份，從而實(shí)現(xiàn)成績(jī)有據(jù)可查（圖3）。智能賦分的主要技術(shù)在于結(jié)合機(jī)器視覺與圖像運(yùn)行深度學(xué)習(xí)算法，進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、邏輯判斷，通過采用優(yōu)化過的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對(duì)不同實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行識(shí)別和分類，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)操作異常行為進(jìn)行識(shí)別和判斷，并采用AI引擎代替教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程進(jìn)行評(píng)分，不僅能夠提升考試評(píng)分效率，還可保證公平公正，相較于傳統(tǒng)教師對(duì)學(xué)生錄像實(shí)驗(yàn)過程評(píng)分，其具有更高的評(píng)價(jià)效能。

5結(jié)束語

在理化實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化考場(chǎng)信息管理系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)以滿足考試過程有序、考試操作簡(jiǎn)便、實(shí)驗(yàn)全程記錄、評(píng)分客觀公正、成績(jī)自動(dòng)匯總等為目標(biāo)，同時(shí)應(yīng)具有可擴(kuò)展性，兼顧初中物理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，根據(jù)系統(tǒng)功能需求，通過對(duì)區(qū)、考點(diǎn)的機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)、終端、軟件等進(jìn)行信息化配套建設(shè)，才能實(shí)現(xiàn)多級(jí)架構(gòu)互聯(lián)、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)巡查、視頻錄像多級(jí)備份存儲(chǔ)的功能，進(jìn)而從整體上提升教育系統(tǒng)數(shù)字化水平。