鄒節(jié)新， 張李鄢洋， 沈海默， 朱春潮， 石林波， 張 萌， 高 典， 張小燕

(1. 南昌大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院， 南昌 330006； 2. 中國疾病預(yù)防控制中心寄生蟲病預(yù)防控制所 國家熱帶病研究中心， 上海 200025 )

寄生蟲學(xué)主要研究寄生蟲的形態(tài)、生活史、致病、診斷、流行和防治等，具有很強(qiáng)的實踐性。實驗教學(xué)是課程教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)。近年來，隨著醫(yī)學(xué)教育改革深化，出現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、虛擬仿真實驗等新的教學(xué)模式[1-2]，改變了傳統(tǒng)的單一授課教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識[3]。

雖然實驗教學(xué)在教學(xué)方式和內(nèi)容上不斷更新[4-5]，但是實驗課程考試還是一直沿用傳統(tǒng)的方法，已經(jīng)無法適應(yīng)新的多樣化發(fā)展形勢。這種傳統(tǒng)的實驗考試主要考查學(xué)生使用顯微鏡觀察玻片標(biāo)本及大體標(biāo)本，存在一定局限性，如需要對標(biāo)本進(jìn)行長期的維護(hù)和保養(yǎng)；少見罕見寄生蟲的標(biāo)本短缺；擺放的大體標(biāo)本和玻片標(biāo)本的數(shù)量受實驗室面積限制；多次分組考試后，容易猜測考試內(nèi)容，出現(xiàn)考試時間越晚的學(xué)生成績越好的情況，實驗考試公平性不均一，不能真實地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。2019年10月，教育部發(fā)布了《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》,圍繞觀念理念轉(zhuǎn)變、課程目標(biāo)導(dǎo)向、提升教師能力、改革教學(xué)方法、科學(xué)評價學(xué)生學(xué)習(xí)等8個方面提出了改革要求。為適應(yīng)國家一流課程建設(shè)的要求，寄生蟲學(xué)實驗教學(xué)考試改革勢在必行。

本研究依托中國科技部基礎(chǔ)平臺項目“國家科技資源共享服務(wù)平臺”的“國家寄生蟲資源庫”大數(shù)據(jù)平臺[6](www.tdrc.org.cn)，在互聯(lián)網(wǎng)上建立一種在線考試系統(tǒng)并實踐應(yīng)用于寄生蟲學(xué)實驗教學(xué)。

1 考試系統(tǒng)整體設(shè)計

一套完整的形態(tài)學(xué)考試系統(tǒng)需具備用戶管理、圖片錄入、試題編輯、組卷、在線考試和閱卷成績查詢等基本功能。本研究在“國家寄生蟲資源庫”大數(shù)據(jù)圖片庫基礎(chǔ)上獲取原圖，經(jīng)人工篩選后，加入題庫，另外建立一個用于考試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，并確保兩個數(shù)據(jù)庫之間不會互相干擾。題目以讀圖填空題為主，而且系統(tǒng)內(nèi)建立了機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)制，在積累一定量數(shù)據(jù)后可實現(xiàn)對主觀答題的自動批改。

“寄生蟲形態(tài)學(xué)在線考試系統(tǒng)”是以B/S架構(gòu)搭建[7]，Ruoyi作為基礎(chǔ)框架進(jìn)行開發(fā)的“表示層”“業(yè)務(wù)層”和“持久層”三層結(jié)構(gòu)模式的web項目。前端“表示層”是通過HTML標(biāo)簽、VUE框架和Element工具構(gòu)建用戶可視化的瀏覽器頁面，以Ajax異步進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。后端“業(yè)務(wù)層”是以Apache Shiro安全框架為用戶提供信息安全保護(hù)，以JAVA語言和SpringBoot框架進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯功能的開發(fā)。數(shù)據(jù)層面的“持久層”是使用MyBatis框架與SQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。分層明確的架構(gòu)模式可以更高效的處理問題，在瀏覽器上即可快速完成課程的學(xué)習(xí)和練習(xí)，試卷的出題與批閱，學(xué)生的考試以及提交試卷，一定程度上節(jié)約了教師與學(xué)生的時間成本。

2 系統(tǒng)模塊及配置環(huán)境

系統(tǒng)具有管理員功能模塊、教師功能模塊、學(xué)生功能模塊共3個模塊(圖1)。

圖1 在線考試系統(tǒng)模塊構(gòu)成示意圖Figure 1 Schematic diagram of module composition of online examination system

2.1 管理員功能模塊

擁有最高權(quán)限，具有系統(tǒng)維護(hù)更新，管理用戶信息，設(shè)置用戶權(quán)限等功能。

2.2 學(xué)生功能模塊

可完成學(xué)生個人信息及賬號密碼設(shè)置、在線課程學(xué)習(xí)、參加在線以及考試成績查詢等功能。學(xué)生在學(xué)生用戶端在線登錄，選擇考試后，需要在每題規(guī)定時間內(nèi)閱讀題干、觀察題目圖片，并將答案填寫在相應(yīng)位置上。系統(tǒng)可倒計時同步顯示考試總剩余時間及當(dāng)前題目剩余時間，剩余時間結(jié)束，考試系統(tǒng)將自動跳轉(zhuǎn)至下一題。

2.3 教師功能模塊

具有學(xué)生管理、班級管理、課程管理、圖片導(dǎo)入、試題編輯、編寫題目、設(shè)置考試、試卷評析與成績查詢等管理功能。系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)定答案以及積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動閱卷，并可以分析學(xué)生答題情況如錯誤題目知識點分布等。

3 考試系統(tǒng)試題庫的構(gòu)建

為與寄生蟲學(xué)實驗教學(xué)匹配，試題類型包括寄生蟲蟲種辨識題、蟲期辨識題、特殊結(jié)構(gòu)辨識題3類。寄生蟲辨識題主要考核考生整體辨識寄生蟲類別能力，要求考生能夠通過寄生蟲的形態(tài)特點，辨認(rèn)并正確寫出寄生蟲的名稱。蟲期辨識題則是在寄生蟲辨識題的基礎(chǔ)上，針對寄生蟲在生活史的不同階段形態(tài)變化較大的特點，考核學(xué)生對寄生蟲蟲期的理解與辨別，熟記各種寄生蟲生活史各階段的形態(tài)。寄生蟲特殊結(jié)構(gòu)辨識題是針對寄生蟲某一特殊結(jié)構(gòu)設(shè)問，要求考生能夠正確分辨這些特殊結(jié)構(gòu)，并能以此為依據(jù)判斷寄生蟲種類與蟲期，例如帶絳蟲的頭節(jié)結(jié)構(gòu)。試題主要為讀圖填空題，每題至少設(shè)置2個得分點，即寄生蟲蟲種+蟲期，或寄生蟲蟲種+寄生蟲特殊結(jié)構(gòu)，可提高考試的效度和區(qū)分度，也有利于后期實現(xiàn)人工智能自動批改。

3.1 圖片來源

本系統(tǒng)已獲得中國疾病預(yù)防控制中心寄生蟲病預(yù)防控制所授權(quán)，可以使用國家寄生蟲資源庫大數(shù)據(jù)平臺收錄的標(biāo)本。國家寄生蟲資源庫是國家科技資源共享服務(wù)平臺的一級子平臺，參與單位包括中國疾病預(yù)防控制中心寄生蟲病預(yù)防控制所、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)、廈門大學(xué)、南昌大學(xué)等14家國內(nèi)重要寄生蟲學(xué)教學(xué)和科研院所，已經(jīng)完成收錄1 200種/125 000件寄生蟲資源及數(shù)據(jù)，目前該數(shù)據(jù)庫資源仍在持續(xù)更新中(圖2)。

圖2 國家寄生蟲資源庫大數(shù)據(jù)平臺Figure 2 The big data platform of national parasitic resource center

選取大數(shù)據(jù)平臺中適合本科生教學(xué)的寄生蟲圖片資源制作試題，構(gòu)建考試系統(tǒng)。教師或管理員都可以通過本考試系統(tǒng)遠(yuǎn)程鏈接到國家寄生蟲資源庫的數(shù)據(jù)庫，以關(guān)鍵詞檢索的方式獲取原圖，篩選符合要求的寄生蟲圖片導(dǎo)入本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)將自動生成一道已經(jīng)包含圖片的預(yù)設(shè)題目，便于后續(xù)進(jìn)一步編輯。

3.2 圖片編輯

該功能為本系統(tǒng)的獨有技術(shù)創(chuàng)新，系統(tǒng)具備在線圖片編輯功能(圖3)，基于瀏覽器在線應(yīng)用，可以在原圖基礎(chǔ)上進(jìn)行放大、縮小、剪切、加指示標(biāo)識等。在保證寄生蟲原始比例的情況下，統(tǒng)一寄生蟲圖片大小，同時在圖片上插入箭頭等標(biāo)識符號，幫助考生在考試過程中快速定位，經(jīng)編輯后的圖片保存后生成題目，進(jìn)入試題庫，對數(shù)據(jù)的云編輯功能，簡化了教師處理圖片數(shù)據(jù)的流程。

圖3 圖片編輯示意圖Figure 3 Schematic diagram of picture editing

3.3 圖片、試題、試卷等數(shù)據(jù)庫管理

圖片導(dǎo)入后，會在考試系統(tǒng)的圖片數(shù)據(jù)庫中形成備份，生成一個圖片數(shù)據(jù)庫(圖4)，導(dǎo)入的同時按照“寄生蟲蟲種+蟲期”或“寄生蟲蟲種+結(jié)構(gòu)”的格式進(jìn)行統(tǒng)一命名，圖片默認(rèn)按導(dǎo)入時間排列，但可以按照寄生蟲蟲種種名進(jìn)行檢索。導(dǎo)入的圖片經(jīng)過編輯后，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置難易度和標(biāo)準(zhǔn)答案可生成試題，每個試題均需要設(shè)定對應(yīng)寄生蟲蟲種的關(guān)鍵詞，所有的試題在完成編輯后儲存于試題庫中，并根據(jù)蟲種關(guān)鍵詞與對應(yīng)章節(jié)進(jìn)行綁定，從而形成系統(tǒng)內(nèi)不同章節(jié)的試題庫，可實現(xiàn)每一章節(jié)課后訓(xùn)練可以自動更新題目。所有試題默認(rèn)按照編輯時間進(jìn)行排列，但可以根據(jù)關(guān)鍵詞、難度、章節(jié)等進(jìn)行快速檢索，同時，每一道題目都具有唯一編號，方便對題目進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。

圖4 寄生蟲學(xué)實驗考試系統(tǒng)圖片數(shù)據(jù)庫Figure 4 Picture database of parasitology experimental examinationsystem

在完成編輯試題庫的基礎(chǔ)上，進(jìn)行組卷，生成試卷。教師可通過自主檢索試題庫，根據(jù)每次考試的目的及要求，挑選題目后手動生成試卷，所有生成的試卷都會自動保存，多套試卷形成試卷庫。也可以通過設(shè)定難度、知識點范圍等進(jìn)行系統(tǒng)自動組卷，或?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)已存在的試卷進(jìn)行修改生成一套新的試卷，所有已經(jīng)使用過后的試卷均不會銷毀，可留存作為以后組卷的參考或?qū)W習(xí)練習(xí)題使用。在系統(tǒng)被應(yīng)用后，試卷庫將逐步積累一定數(shù)量的試卷，教師可在每一次考試前自主組卷，也可從試卷庫中挑選一套試卷，通過發(fā)布試卷的方式組織學(xué)生進(jìn)行考試。

3.4 智能閱卷

學(xué)生答題采用主觀方式在指定的答題區(qū)內(nèi)寫下答案。有學(xué)者認(rèn)為深度學(xué)習(xí)在圖像識別方面的應(yīng)用方面技術(shù)優(yōu)勢明顯[8],因此我們擬在積累了大量數(shù)據(jù)之后開發(fā)圖像識別功能作為批改閱卷輔助，考慮到試題全部是簡單填空題，目前本系統(tǒng)使用的智能閱讀卷模式的策略是對每一道試題給出一個正確答案的集合，系統(tǒng)自動比對學(xué)生答案與該集合內(nèi)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)答案，如學(xué)生作答結(jié)果與其中的答案完全一致，則自動判得分，如不一致，則系統(tǒng)讓教師進(jìn)行主觀評閱，如判為得分，則系統(tǒng)將該答案記入正確答案集合，當(dāng)試題被學(xué)生多次做過且達(dá)到一定數(shù)量后，系統(tǒng)可積累教師批改的正確答案數(shù)據(jù)庫，可進(jìn)行AI定義學(xué)習(xí)功能，如再次遇到同樣作答情況，則系統(tǒng)會對學(xué)生的作答自動完成評分。

4 考試系統(tǒng)的應(yīng)用

學(xué)生使用系統(tǒng)進(jìn)行考試需要登錄，進(jìn)入首頁后點擊“我要考試”選項(圖5)，可以直接開始已發(fā)布的考試。在考試中，學(xué)生在答題時應(yīng)將答案填寫在下方答題區(qū)內(nèi)，考試期間題目有自動播放功能，考試中每道題目的右上角倒計時，時間結(jié)束后會自動跳轉(zhuǎn)到下一題。該過程一般每題25秒的倒計時時間，時間的長短教師端可以自行設(shè)置。在全部題目播放完一輪后，學(xué)生可通過右端題號區(qū)選擇自由切換題目，檢查確認(rèn)并修改答案，這一階段每題約有5秒鐘的時間。在總考試時間結(jié)束后，系統(tǒng)會自動提交試卷，同時考生也可以點擊“我要交卷”按鈕提前交卷。

圖5 學(xué)生考試界面Figure 5 Student examination interface

該考試系統(tǒng)分別于2020年、2021年在南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院230名預(yù)防專業(yè)本科生寄生蟲學(xué)實驗教學(xué)中上線試運行。卷面設(shè)置總分100分，20道填空題，6分鐘時間完成。試題按照蠕蟲∶原蟲∶節(jié)肢動物=12∶6∶2的比例設(shè)置。蠕蟲包括線蟲、吸蟲、絳蟲，吸蟲中的日本血吸蟲所占比例較大。原蟲主要考核鞭毛綱、葉足綱、孢子綱，著重考察瘧原蟲各個時期。節(jié)肢動物主要考核蚊、蠅、蚤、虱、蜱、螨。此外，本考試系統(tǒng)還在2021年實際應(yīng)用于2名因疫情隔離不能返校的學(xué)生寄生蟲學(xué)實驗考試。

為了解本考試系統(tǒng)的效果及學(xué)生接受程度，對參與試用的全部230位學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，結(jié)果表明(表1)：95.3%的學(xué)生認(rèn)為將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)運用于考試，考試形式新穎。99.2%的學(xué)生認(rèn)為試題的圖片標(biāo)本非常清晰，染色逼真，克服了傳統(tǒng)考試中由于玻片的制作、保存等原因造成的標(biāo)本模糊，出現(xiàn)色差等現(xiàn)象。由于這些因素也部分地影響了學(xué)生考試的發(fā)揮，因而在線考試比起傳統(tǒng)考試更公平(100%)。

表1 基于國家寄生蟲資源庫大數(shù)據(jù)平臺在線實驗考試效果的問卷調(diào)查Table 1 Questionnaire survey on the effect of online experimentalexamination based on the big data platform of national parasiticresource center

5 討論

寄生蟲學(xué)實驗教學(xué)是以形態(tài)學(xué)為主要考核目標(biāo)的學(xué)科，同時隨著各種寄生蟲實物標(biāo)本逐漸稀缺，會出現(xiàn)考核標(biāo)本不足的問題。特別是近幾年出現(xiàn)的新冠疫情，使得線下考試難以進(jìn)行[9]。本系統(tǒng)以B/S架構(gòu)建立一種在線考試系統(tǒng)并應(yīng)用于寄生蟲學(xué)實驗教學(xué)(https://www.tdrc.org.cn/DbwenMooc/)。該系統(tǒng)已獲得軟件著作權(quán)(登記號：2021SR1508901)，共收錄2 727份不同人體寄生蟲標(biāo)本照片，1 511個涵蓋本專業(yè)的寄生蟲形態(tài)學(xué)試題。目前，標(biāo)本和試題還在持續(xù)更新中。創(chuàng)新實現(xiàn)了寄生蟲學(xué)的在線實驗考試。

雖然一些高校和平臺如超星學(xué)習(xí)通、中國大學(xué)慕課等也在探索在線教學(xué)考試系統(tǒng)，但是大多是針對理論考試，而關(guān)于實驗考試的研究卻很少，尤其未見基于網(wǎng)絡(luò)瀏覽器應(yīng)用的寄生蟲學(xué)實驗考試系統(tǒng)，究其原因主要是缺乏可用于制作題庫且具有知識產(chǎn)權(quán)的大量寄生蟲實物標(biāo)本圖片。本教學(xué)研究與科研工作相結(jié)合，將科研成果轉(zhuǎn)化為促進(jìn)教學(xué)工作的原動力，充分利用國家科技資源共享服務(wù)平臺的一級子平臺國家寄生蟲資源庫大數(shù)據(jù)資源，并對原有的大數(shù)據(jù)資源實現(xiàn)再開發(fā)、再利用，既實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的共享，也解決了高校寄生蟲學(xué)實驗教學(xué)中的痛點。項目成熟后，可向其他院校推廣應(yīng)用。

本研究篩選大數(shù)據(jù)平臺中適合本科生教學(xué)的寄生蟲圖片資源，編輯制作成試題，成功構(gòu)建了寄生蟲學(xué)在線考試系統(tǒng)。目前，系統(tǒng)已經(jīng)能夠順利地完成整個流程。通過對考試形式的改革，將傳統(tǒng)的實物標(biāo)本制作成數(shù)字化標(biāo)本后，便于標(biāo)本長期保存和反復(fù)使用，圖片清晰，不占室內(nèi)空間。但是，數(shù)字化標(biāo)本的持續(xù)更新還需要線下不斷制作新的實物標(biāo)本，而且在線考試存在一些不可預(yù)測的風(fēng)險，如服務(wù)器、計算機(jī)軟件或硬件故障、停電等，導(dǎo)致整個考試中斷或極少數(shù)學(xué)生無有效成績等問題。因此，需要將線下考試和線上考試有機(jī)結(jié)合，取長補(bǔ)短，優(yōu)化實驗教學(xué)考試形式。本系統(tǒng)在后續(xù)版本中將會聚焦在用戶體驗上，進(jìn)一步優(yōu)化交互界面，增添遠(yuǎn)程在線監(jiān)考、直播講題功能，建立一個教師和學(xué)生之間的課外溝通渠道。并且以本系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建適配移動終端的應(yīng)用，方便學(xué)生利用碎片化時間完成學(xué)習(xí)及考試[10]。這將為傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實驗考試模式注入新的活力，并對高素質(zhì)醫(yī)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[11]。