劉建航 李世寶 羅琳

摘 ? 要：隨著通信技術(shù)和電子設(shè)備的發(fā)展，在線考試已經(jīng)成為一種新型的考試模式。該模式成本低、閱卷效率和準(zhǔn)確度高，并且能夠?qū)荚嚱Y(jié)果進(jìn)行快速、精準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)和分析，使得教師能夠迅速了解學(xué)生對各個知識點(diǎn)的掌握情況。然而，在線考試難以監(jiān)管、公平性無法保證等問題一直制約著其廣泛應(yīng)用。文章提出構(gòu)建一個防作弊電子考試平臺，在保證考試公平性的前提下，全面實(shí)現(xiàn)基于電子考試平臺的教、學(xué)、考一體化，將考試滲透到平時測驗(yàn)中，降低門檻，減輕教師評判考試結(jié)果的壓力，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、考全過程跟蹤和反饋。

關(guān)鍵詞：防作弊;電子考試平臺;教學(xué)考一體化;在線考試

中圖分類號：G424.74;TP393.09 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號：1673-8454（2022）03-0124-05

考試作為衡量學(xué)生掌握知識程度和反饋教師教學(xué)效果的手段，在教學(xué)體系中起著非常重要的作用。傳統(tǒng)的紙質(zhì)考試不僅消耗了大量的紙質(zhì)資源，在閱卷效率、準(zhǔn)確度以及考試數(shù)據(jù)的分析和存檔方面都存在著弊端。近些年，通過電子設(shè)備進(jìn)行在線考試逐漸興起[1]。通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行電子試卷輔助閱卷[2]，不僅節(jié)約成本，大幅提高了閱卷效率和準(zhǔn)確度，而且對考試結(jié)果快速、精準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)和分析也使得教師能夠迅速了解學(xué)生對各個知識點(diǎn)的掌握情況。另外，電子試卷存檔、查詢等方面的優(yōu)勢明顯高于傳統(tǒng)考試。

一、電子考試存在的問題

目前，現(xiàn)有的電子考試主要包括：在計(jì)算機(jī)機(jī)房，由監(jiān)考教師監(jiān)督下進(jìn)行的考試;通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)施的遠(yuǎn)程在線考試。而這兩種電子考試方式在實(shí)施方面還存在一些問題。

（一）學(xué)校機(jī)房資源有限，難以承擔(dān)頻繁電子考試

目前的電子考試都安排在學(xué)校機(jī)房，使用已經(jīng)安裝好的系統(tǒng)進(jìn)行考試。然而，學(xué)校機(jī)房數(shù)量有限，還要承擔(dān)正常的教學(xué)任務(wù)，無法滿足大規(guī)模在線考試的需求。要實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、考一體化建設(shè)，平時測驗(yàn)也使用電子考試的方式，僅靠使用學(xué)校機(jī)房資源難以支撐。

（二）使用學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)在線網(wǎng)絡(luò)考試，過程難以監(jiān)管，公平性無法保障

使用學(xué)生自己的計(jì)算機(jī)進(jìn)行考試可以解決學(xué)校機(jī)房資源有限的問題。由于當(dāng)前疫情的影響，很多課程都是利用學(xué)生計(jì)算機(jī)，通過遠(yuǎn)程在線的方式進(jìn)行考試[3]。這種方式幾乎無法監(jiān)管，學(xué)生作弊手段多，如通過已經(jīng)安裝好的通信軟件進(jìn)行答案互傳以及代考、替考等，對考試產(chǎn)生極大的不公平性[4]。

（三）現(xiàn)有的電子考試系統(tǒng)與課程結(jié)合不夠緊密

使用電子考試平臺進(jìn)行課程中間的測試基本缺乏保證考試公平性的手段，存在相互抄襲現(xiàn)象。因此，現(xiàn)有考試系統(tǒng)大多只局限于課程期末考試環(huán)節(jié)，無法實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、考全過程跟蹤和反饋。

（四）現(xiàn)有電子考試平臺與專業(yè)認(rèn)證結(jié)合不足，缺少對OBE理念的支持

專業(yè)認(rèn)證各個指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度很大程度來源于學(xué)生考試各個試題的完成情況，現(xiàn)有的電子考試平臺缺乏各個指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的統(tǒng)計(jì)和分析。

教、學(xué)、考一體化已經(jīng)成為當(dāng)前教育改革的新趨勢，以考促學(xué)、以考促教可以有效跟蹤學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，通過及時反饋提高教師的教學(xué)水平。如果不能保證考試的公平性和考試結(jié)果的真實(shí)性，考試就失去了意義，也將阻礙教、學(xué)、考的一體化建設(shè)[5][6]。因此，設(shè)計(jì)一種具有多方面防作弊功能，并且能夠結(jié)合OBE理念，對考試結(jié)果進(jìn)行全方位統(tǒng)計(jì)分析的考試模式勢在必行，也是推動電子考試大規(guī)模使用的前提[7]。

二、一體化平臺整體解決方案

公平的考試環(huán)境、真實(shí)可信的考試結(jié)果是實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、考一體化建設(shè)的前提[8]。因此，首要工作是在現(xiàn)有考試平臺的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升防作弊功能，利用人工智能等手段降低測試門檻、保證測試公平性、提高教師對測試結(jié)果的評判效率，將考核滲透到平時測驗(yàn)中，真正實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、考一體化。圖1是基于防作弊電子考試的教、學(xué)、考一體化平臺整體解決方案。

該系統(tǒng)能夠通過人臉監(jiān)控、屏幕監(jiān)控、進(jìn)程監(jiān)控綜合評判學(xué)生的考試行為，再通過彈窗警示學(xué)生的違規(guī)行為，從而打消學(xué)生作弊的想法。同時，該系統(tǒng)通過人工智能、人臉識別、大數(shù)據(jù)分析等手段實(shí)現(xiàn)考試過程的智能監(jiān)考、考試后試卷的代碼查重等功能。

該系統(tǒng)還可以綜合分析考試數(shù)據(jù)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)等手段學(xué)習(xí)答題情況與授課情況的內(nèi)部聯(lián)系，再反饋給教師，從而指導(dǎo)教師的授課重點(diǎn)。另外，該系統(tǒng)結(jié)合OBE理念，進(jìn)一步研究考試數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)功能，為專業(yè)認(rèn)證等工作提供數(shù)據(jù)支撐。

本文以《程序設(shè)計(jì)（Java）》和《移動終端開發(fā)》兩門課程為例，實(shí)現(xiàn)防作弊電子考試平臺的應(yīng)用，并對考試體系進(jìn)行改革，將各個重點(diǎn)章節(jié)的測試分?jǐn)?shù)納入到課程總分中，加大平時分的比例。該平臺能夠促使教師更加注重過程化教學(xué)，從而激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

三、防作弊電子考試平臺的功能

目前，大學(xué)生的筆記本電腦持有率達(dá)到97.5%。為了解決在線考試地點(diǎn)受限于計(jì)算機(jī)機(jī)房的問題，可以利用學(xué)生筆記本電腦進(jìn)行在線考試。而為保證考試的公平性和考試結(jié)果的可信性，防作弊系統(tǒng)的研制尤為重要，具體解決以下幾個方面問題：

（一）身份認(rèn)證

考試前，系統(tǒng)可以通過筆記本電腦的攝像頭采集學(xué)生信息，再通過“人臉識別”確認(rèn)學(xué)生身份，防止替考、代考情況的發(fā)生。

（二）考試行為識別

通過不定期采集屏幕信息實(shí)現(xiàn)對學(xué)生答題情況的監(jiān)管。主要功能包括：①系統(tǒng)后臺能夠自動進(jìn)行信息比對，實(shí)現(xiàn)對作弊行為的監(jiān)管;②系統(tǒng)能夠提升考試平臺的監(jiān)管能力，對學(xué)生的粘貼復(fù)制等行為進(jìn)行記錄;③系統(tǒng)可以靈活配置教師權(quán)限;④系統(tǒng)具有代碼查重功能，對學(xué)生提交的測試作業(yè)進(jìn)行大規(guī)模查重比對，靈活設(shè)置重復(fù)率門限值。

（三）進(jìn)程監(jiān)控

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了考試進(jìn)程監(jiān)控，可將考試過程中需要的軟件（如Codeblock、NetBeans等）列入白名單，其他進(jìn)程被視為非法進(jìn)程，實(shí)時被監(jiān)控系統(tǒng)刪除。下一步將實(shí)現(xiàn)軟件的可配置，由教師自行設(shè)置考試可用的軟件，同時開發(fā)監(jiān)控軟件。

（四）屏幕監(jiān)控

考生在考場內(nèi)接入網(wǎng)絡(luò)，其IP地址是可以確定的?？忌卿浐?，IP地址和學(xué)生賬戶在云端進(jìn)行了綁定，因此，教師可以通過計(jì)算機(jī)接入考生的答題界面，隨時查看考生的考試屏幕，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“無打擾”監(jiān)考。

（五）智能監(jiān)考

平臺實(shí)現(xiàn)屏幕的定期截屏和攝像頭人臉的雙向數(shù)據(jù)采集。利用人工智能手段對學(xué)生考試行為進(jìn)行分析，智能評估考生的考試狀態(tài)，對異?，F(xiàn)象，如眼睛或面部偏離屏幕，及時反饋給教師和考生本人，并且在云平臺進(jìn)行記錄，從而實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)考功能。

（六）代碼查重

平臺研制了代碼查重功能，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等手段實(shí)現(xiàn)對考生提交的測試作業(yè)進(jìn)行大規(guī)模查重比對，盡可能杜絕代碼復(fù)制現(xiàn)象的發(fā)生。在對《程序設(shè)計(jì)（Java）》課程課后作業(yè)進(jìn)行的測試中，查出代碼復(fù)制6例，查重比例較高。查重功能大幅減少了通過人工進(jìn)行代碼比對的時間，提高了工作效率。

（七）數(shù)據(jù)分析

平臺研制了考試數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)功能。該功能結(jié)合OBE理念，對各個題目的完成情況和對應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行比對，量化達(dá)成度值，形成能力矩陣，為專業(yè)認(rèn)證等相關(guān)工作提供真實(shí)、有效的數(shù)據(jù)，也為教師的教學(xué)情況提供真實(shí)反饋信息。

四、教、學(xué)、考一體化建設(shè)實(shí)踐

考試的最終目標(biāo)是通過考試結(jié)果反饋教師的授課情況和學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況，推動教師改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量[9]。而電子考試將學(xué)生答題情況進(jìn)行數(shù)字化存檔，方便通過大數(shù)據(jù)分析手段對結(jié)果進(jìn)行橫向和縱向比較，從而全面推動教、學(xué)、考的一體化建設(shè)。在防作弊電子考試平臺的輔助下，本文對程序設(shè)計(jì)類和課程設(shè)計(jì)類課程進(jìn)行了教學(xué)改革。

（一）程序設(shè)計(jì)類

有了防作弊考試平臺的支撐，在進(jìn)行課程的教、學(xué)、考一體化建設(shè)時，可以將考試環(huán)境滲透到平時測驗(yàn)中。表1是《程序設(shè)計(jì)（Java）》課程的考試改革方案。

經(jīng)過前期的數(shù)據(jù)分析，預(yù)計(jì)通過三種措施可將平時測驗(yàn)的作弊率降低到1%以下，使得考試結(jié)果更加真實(shí)有效。①對每個重點(diǎn)章節(jié)設(shè)置五道考題進(jìn)行測試，從而及時反饋學(xué)生的掌握情況。②重點(diǎn)章節(jié)的平時測試通過網(wǎng)絡(luò)在線形式進(jìn)行，設(shè)定完成時間，設(shè)置提交獎勵規(guī)則，根據(jù)學(xué)生完成的時間順序設(shè)計(jì)獎勵分?jǐn)?shù)，激勵學(xué)生早提交，減少傳答案的概率。③測試中間由系統(tǒng)完成智能監(jiān)控，對違規(guī)現(xiàn)象進(jìn)行通報(bào)和懲罰，最后對提交的代碼進(jìn)行查重。因此，可以增加平時測驗(yàn)占總分的比例，以《程序設(shè)計(jì)（Java）》為例，課程平時測驗(yàn)占總分的比例可提高到40%，軟件設(shè)計(jì)方面的大作業(yè)占比15%。還可以通過代碼查重功能對學(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行查重檢測。根據(jù)前期測驗(yàn)，代碼查重功能的檢查率可以達(dá)到90%以上。期末測試在機(jī)房有監(jiān)考教師的環(huán)境下進(jìn)行，占總分的45%。防作弊電子考試平臺的推行，使學(xué)生的得分分配更加合理，有利于實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、考的一體化。

（二）課程設(shè)計(jì)類

此類課程主要以完成多個小任務(wù)為主，學(xué)生較多，每個小任務(wù)很難通過人工檢查代碼的方式避免抄襲現(xiàn)象，所以抄襲的情況較多。防作弊考試平臺可以通過計(jì)算機(jī)對代碼進(jìn)行查重檢測，既節(jié)約效率，又節(jié)省時間，教師只需關(guān)注具體實(shí)現(xiàn)的功能即可，因此也可以作為評分依據(jù)。表2是《移動終端開發(fā)》課程考試改革方案。該方案對每個重點(diǎn)知識點(diǎn)設(shè)計(jì)了小任務(wù)，讓學(xué)生獨(dú)立完成，以了解和考察學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況。學(xué)生完成小任務(wù)后，將代碼提交到電子考試平臺，由考試平臺實(shí)現(xiàn)代碼查重功能。

五、運(yùn)行效果

經(jīng)過三年多的探索，中國石油大學(xué)目前已經(jīng)構(gòu)建了大規(guī)模在線考試平臺，實(shí)現(xiàn)了三種考試模式：①純紙質(zhì)模式。公式類、證明類、畫圖類。②機(jī)紙混合模式。客觀題機(jī)考、公式類等。③純機(jī)考模式。程序設(shè)計(jì)類、概論性選修課類、純客觀題試卷。

針對程序設(shè)計(jì)類考試，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了C、C++、Java、Python、Matlab、Verilog、匯編語言的自動判卷功能。其中《C語言程序設(shè)計(jì)》課程已經(jīng)積累了近千道題目庫，可組織3000人同時在線的考試。《程序設(shè)計(jì)（Java）》課程已經(jīng)完全由紙質(zhì)考試轉(zhuǎn)為機(jī)考。

目前該系統(tǒng)已經(jīng)為學(xué)校100多門課程，上百萬人次提供了在線考試。系統(tǒng)能夠通過IP限制確保由本人參加考試，還可以實(shí)時監(jiān)測考試機(jī)的運(yùn)行進(jìn)程，確保學(xué)生在考試過程中僅使用合法軟件。另外，教師可以在客戶端實(shí)時監(jiān)測考生的計(jì)算機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)無打擾監(jiān)考。在線考試場景如圖2所示。

考試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖3所示。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各類考試和各種題型平均分、得分率的統(tǒng)計(jì)和分析，并以圖表的形式反饋給教師，同時提供數(shù)據(jù)下載功能，便于教師了解學(xué)生對各個知識點(diǎn)的掌握情況。已有的統(tǒng)計(jì)分析功能為結(jié)合OBE理念和支撐專業(yè)認(rèn)證等工作提供了基礎(chǔ)。

六、結(jié)語

本文防作弊電子考試平臺通過人臉識別、圖像識別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了考試過程的輔助和監(jiān)管，并實(shí)現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)類課程考試結(jié)果的代碼查重功能，大幅提升了高校電子考試的防作弊能力，保證了考試的公平性和考試結(jié)果的可信性。本文所構(gòu)建的電子考試平臺可以利用學(xué)生的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線考試，解決了學(xué)校機(jī)房資源有限的問題。實(shí)踐證明，本文提出的防作弊電子考試平臺全面實(shí)現(xiàn)了教、學(xué)、考一體化，將大幅提高教師對考試結(jié)果的評判效率。

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作者簡介：

劉建航，中國石油大學(xué)（華東）計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授，郵箱：liujianhang@upc.edu.cn;

李世寶，中國石油大學(xué)（華東） 海洋與空間信息學(xué)院教授;

羅琳，中國石油大學(xué)（華東） 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院研究實(shí)習(xí)員。

Explore A New Mode of Integration of Teaching and Examination Based

on an Anti-Cheating Electronic Examination Platform

Jianhang LIU1， Shibao LI2， Lin LUO1

（1.School of Computer Science and Technology， China University of Petroleum（East China）， Qingdao Shandong 266580;

2.College of Oceanography and Space Informatics， China University of Petroleum（East China）， Qingdao Shandong 266580）

Abstract： With the development of communication technology and electronic equipment， online examination has become a new examination mode at low cost， high marking efficiency， and accuracy. The rapid and accurate statistics and analysis of examination results also enable teachers to quickly understand students’ mastery of all kinds of knowledge points. However， the wide application of this efficient model has been restricted by the difficulties in supervising online examination and ensuring fairness. This paper proposes that build an anti-cheating electronic examination platform， aiming to fully realize the integration of teaching， learning and examination based on the electronic examination platform on the premise of ensuring the fairness of the examination. The platform proposed in this study can further infiltrate the examination into the usual examination， reduce the threshold， reduce the pressure of teachers on evaluation of the results， and realize the tracking and feedback of the whole process of teaching， learning and examination. With this， it can stimulate students’ learning motivation and guide students to change from passive learning to active learning through the test and feedback of all key knowledge points.

Keywords： Anti cheating; Electronic examination platform; Integration of teaching and examination; Online examination

編輯：王曉明 ? 校對：李曉萍