2021年第1期（总第144期）里F南聖业学院曹世Feb.2021No.1（Serial No.144）
刘雪娜侯宝明巫庆辉
（渤海大学，辽宁锦州121013）
在教师端，允许教师自动或手动评判实验报告，最后系统根据设定好的评价标准自动算出实验成绩。系统中设计的防抄袭功能，确保实验数据真实可靠。该系统的研发使得实验课的教学效果得到了较大的提升。
关键词：电子实验报告；实验成绩；虚拟仿真；防抄袭
中图分类号：TP302.1文献标志码：C文章编号：1673-4270（2021）01-0122-03
—、弓I言
随着社会对应用型人才需求的增加，在高校开展素质教育的过程中，实验教学的地位日益突出。传统实验容易受到空间、资金、安全性无法实现等方面因素限制不能有效开展，虚拟仿真实验的出现，很好地解决了这些问题，它具有占用空间小、成本低、安全、高效等特点。近年来，越来越多的高校开设了虚拟仿真实验课程，然而实验成绩评定基本上还是传统的以学生上交的纸质实验报告为主的方法。报告中虽然记录了实验结果，但由于实验过程没有自动数字化并被保存下来，教师无法判定学生上交报告的可靠性，同时，也掌握不了学生的实验能力和水平的高低。由此给定的实验成绩往往是不准确的，不能作为评价教学效果的可靠依据。
在虚拟仿真实验过程中会产生各种类型的数据，其中一些数据是实验自身产生的，用于学生进行数据记录、整理分析、绘制曲线、书写实验报告；还有些数据能够反映出实验者的实验态度、能力、专业基础知识掌握程度等情况，这些信息在传统实验中是很难量化并顺利采集到的，但在虚拟实验中是可行的。这些数据为实验报告的自动生成以及客观、科学合理地评定实验成绩提供了重要支撑。
有多个学者对相关问题做了研究，国内多所高校建立了虚拟仿真实验中心。姜建华⑴、孙界平囱、刘海峰⑶结合各自的实验系统开发了虚拟仿真的实验平台；徐晓玲⑷利用传感器采集数据并使用Lab-View软件对数据进行分析，生成实验报告完成虚拟仿真实验；李林⑸将MOOC和虚拟仿真实验相结合强化实验教学效果；闫莎莎同实现了基于Unity3d的矿业综采虚拟仿真实验系统，该系统能对学生的实验效果进行评价；王森⑴、高志强⑷、熊宏齐⑼从不同角度分析了我国国家级虚拟仿真实验中心建设的情况。余春
华〔问将原有仿真平台虚拟化，提高了实验效果；孙福⑴］、张海军［⑵对实验报告的自动批改和实验成绩的给定做了初步探索；殷复鹏介绍采用模块化的思想建设虚拟仿真实验室。本文对基于虚拟仿真实验的电子实验报告自动生成、自动评判以及实验成绩的科学认定做了详细分析。
二、电子实验报告
（一）电子实验报告的特点
电子实验报告是指含有实际内容的电子版实验报告，以WORD或EXCEL等格式存放实验中出
作者简介：刘雪娜（1976—），女，辽宁盘锦人，渤海大学信息科学与技术学院讲师；
侯宝明（1976—），男，辽宁瓦房店人，渤海大学信息科学与技术学院副教授；
巫庆辉（1974—），男，辽宁葫芦岛人，渤海大学控制科学与工程学院教授，博士。
基金项目：本文系2019年渤海大学教学改革研究项目“'以电机与拖动，为例，构建虚拟仿真实验项目的考核机制”（项目编号:BDJG2019189）；2018年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“虚拟仿真实验项目及开放管理服务平台的建设”（项目编号：辽教函［2018］471号）；2018年渤海大学研究生教育教学改革研究项目“基于虚拟仿真平台的科研训练模式探索与实践”（项目编号：BDJG-18-YB-A-19）的部分研究成果。
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现的数据、绘制的曲线，对实验数据的各种分析、思考题等也都要放在这个实验报告中。相对于纸质实验报告，电子实验报告有诸多优点，比如：记录数据量大，包括一些实时数据；学生处理数据方便，效率高；有更多的时间设计实验流程，理解实验原理，深入研讨思考题；方便任课教师查看、批阅；为一些科学研究类实验项目提供稳态误差、超调量、能耗指标等静态指标与过渡过程上升时间、调节时间等动态指标。由此设计出的虚拟仿真实验平台既可用于本科实验教学，又可用于相关领域科学研究工作。一方面，它能够记录体现学生的实验能力、操作过程、操作准确度等一些非常规数据，而纸质实验报告很难同时记录多个学生的这类信息。另一方面，虚拟仿真实验是在计算机上交互式地进行实验，实验过程中会产生各种类型的实验数据，学生
可以使用这些数据自主设计并创建实验报告。综上所述，在虚拟仿真实验中使用电子实验报告符合客观实际需求。
（二）实验成绩的评定
一般来讲，实验课成绩认定从实验结果正确程度，实验数据完整程度，思考题回答情况，实验报告内容的完整程度，实验操作能力（操作规范程度、实验用时）等方面按照加权求和的方式给出。在虚拟仿真实验中通过实时运行的评测软件能够采集到这些信息，进而客观地对每个学生的实验情况进行认定。在
传统实验中，对于纸质的实验报告，抄袭的认定是比较困难的，而基于虚拟仿真实验的电子实验报告，里面记录的每个学生实验的实验数据和检测数据都是加密传输到教师端服务器上，服务器能唯一确定是哪个学生提交上来的实验报告，很好地解决了这个问题。
三、电子实验报告的自动生成
本文以渤海大学教师独立开发的基于VS和Unity的虚拟仿真实验平台下“电机与拖动”实验课为例，分析电子实验报告的自动生成与实验成绩的判定策略。
（-）系统功能设计
1.系统流程
如图1所示，学生在实验室的计算机上进行虚拟仿真实验，在进行实验的同时检测程序会自动记录认定实验成绩相关的数据。实验完成后，系统根据实验得到的数据生成WORD版的实验报告，同时生成一份与这个实验报告绑定到一起的评价数据，学生端看不到这个数据，它被加密隐藏了。学
图1系统结构图
生端通过局域网提交这个文件，教师端收到文件之后首先打开实验报告，系统的评判算法会根据收到的
评测数据文件计算出这个学生客观题的得分，并显示在界面上。电子实验报告上的主观题部分需要任课教师直接给出成绩，系统按照加权求和公式计算出这次实验的成绩，最后提交到实验成绩管理系统，学生用户可以登录到实验成绩管理系统査看自己的成绩。如果学生在实验室不能按时完成实验，可以下课后拷贝实验平台，待完成实验后生成实验报告并通过网络提交到指定的云服务器上，教师从后台登录网站批改实验报告，导出实验成绩，并重新导入到成绩管理系统中。
2.在线虚拟仿真实验
除了提供实验室内的局域网虚拟仿真实验之外，平台还提供在线开放式的实验，授权用户可以登录网站进行在线虚拟实验。电子实验报告的生成和实验报告的评测方式与局域网方式相同，不同之处在于教师需要登录网络系统批阅实验报告并给定成绩。
3.实验成绩管理
实验成绩管理是虚拟仿真实验平台的一个独立模块，用户登录系统后，系统自动识别用户类型，学生用户可以查询每次实验成绩和每科的实验总成绩；教师用户可以查看实验报告，评分，写实验报告评语，整理实验成绩等；管理员用户负责系统维护。
（二）电子实验报告的自动生成
学生通过虚拟仿真实验平台进入3D的虚拟仿真实验室，选择一个具体的实验，比如“三相鼠笼式异步电动机特性测定及应用实验”。按照实验指导
成绩查询系统平台2021•123
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书要求进行仿真实验，实验完成之后单击“生成实验报告”按钮，进入实验报告自动生成系统。在这个系统中学生要完成输入个人信息，查看子实验生成的数据和曲线，根据理论公式和实验采集的数据经过计算将结果填入指定表格，回答随机生成的思考题等工作。之后，单击“生成实验报告”按钮，系统将会自动生成WORD版的实验报告，为了防止学生修改仿真实验产生的数据，实验报告文档对学生暂时不可见。单击“查看并上传实验报告”按钮，实验报告连同评测数据一起被上传到教师端，此时实验报告会自动打开。
四、实验成绩的综合判定
“电机与拖动”实验课实验成绩的判定由主观和客观两部分组成，客观部分由实验总用时(10分)、实验器件连线操作能力(10分)、接线习惯和操作规范程度(20分)、完成实验内容的完整程度(20分)组成，每个学生的实验报告客观部分得分由监控程序通过采集相关信息通过计算得到。主观部分由实验报告中数据、图表的规范程度(10分)和思考题(20分)两部分组成，实验主观部分得分由实验教师通过查看实验报告直接认定。
(一)实验报告客观部分成绩的认定
当虚拟仿真实验系统启动后，学生根据实验原理图和实验内容要求进行具体实验，系统同时启动监控程序来采集学生的一些实验操作信息。这些参数信息包括：实验总用时、各个子实验的实验用时、器件连线的混乱程度、完成实验的完整度、操作虚拟实验仪器的规范程度、实验步骤推进的合理程度等。从而真实反映了学生的实验操作能力、实验基础知识掌握程度、实验态度等，为实验成绩的科学认定提供依据。实验设计者为每个实验的每项参数制定了评价标准，当学生提交电子实验报告时，监控程序会按照评价标准为实验报告中的每一项赋予不同分值。
(二)主观部分成绩判定与防抄袭
多年来，工科实验的实验报告抄袭现象一直存在，一方面纸质实验报告提供了便捷，另一方面对抄袭的认定也比较困难，仅凭教师的主观判断，尺度很难把握，导致的结果是实验成绩不准确。在电子实验报告中抄袭比较困难，但为了杜绝主观部分思考题相互抄袭和拷贝别人实验报告提交等作弊行为，系统设计了多重举措。第一，主观部分的思考题采用题库制，随机出题，题库容量较大，题库被加密后放置到实验平台上，每次实验生成的思考题基本都不一样。第二，提交实验报告时计算机信息、用户信息与实验报告自动绑定。第三，在教师评判实验报告之前，系统会将查看的实验报告与之前所有的实验报告进行比对，如果完全一样，则给予提示。客观部分数据理论上不可能一样，主观部分简答题要么题目本身不同，要么回答不能完全一致。第四，学生在提交实验报告后系统会立即删除实验报告和相关的数据文件，防止被拷贝。
五、结论
本文开发了基于虚拟仿真实验平台下的电子实验报告自动生成系统，构建了客观题自动评判+主观题教师评判的综合评判体系，同时设计了多重防抄袭举措，保证了实验成绩的真实性。从系统实际运行情况看，这些措施全面提高了实验课的教学效果和管理效率。
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(责任编辑：孙建霞)
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