2024年4月18日发(作者：)

2021

年第

1

期

（

总第

144

期

）

里

F

南聖业学院曹世

Feb.2021

No.1

（

Serial

No.144

）

〔

Journal

of

Jinan

Vocational

College

虚拟仿真实验下电子实验报告生成与成绩评判研究

刘雪娜侯宝明巫庆辉

（

渤海大学

，

辽宁锦州

121013

）

摘要

：

为实现实验成绩评定智能化

，

确保实验内容真实可信,探索在虚拟仿真实验平台中搭建实验报告

自动生成系统

。

生成的电子实验报告记录学生的实验操作数据

，

为禁止学生删改,将其加密传输到教师平台

。

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

学合理地评定实验成绩提供了重要支撑

。

随着社会对应用型人才需求的增加

，

在高校开

有多个学者对相关问题做了研究

，

国内多所高

展素质教育的过程中

，

实验教学的地位日益突出

。

校建立了虚拟仿真实验中心

。

姜建华⑴

、

孙界平囱

、

传统实验容易受到空间

、

资金

、

安全性无法实现等方

刘海峰⑶结合各自的实验系统开发了虚拟仿真的实

面因素限制不能有效开展,虚拟仿真实验的出现

，

很

验平台;徐晓玲⑷利用传感器采集数据并使用

Lab-

好地解决了这些问题

，

它具有占用空间小

、

成本低

、

View

软件对数据进行分析

，

生成实验报告完成虚拟

安全

、

高效等特点

。

近年来

，

越来越多的高校开设了

仿真实验;李林⑸将

MOOC

和虚拟仿真实验相结合

虚拟仿真实验课程

，

然而实验成绩评定基本上还是

强化实验教学效果;闫莎莎同实现了基于

Unity3d

的

传统的以学生上交的纸质实验报告为主的方法

。报

矿业综采虚拟仿真实验系统

，

该系统能对学生的实

告中虽然记录了实验结果

，

但由于实验过程没有自

验效果进行评价;王森⑴

、

高志强⑷

、

熊宏齐⑼从不

动数字化并被保存下来

，

教师无法判定学生上交报

同角度分析了我国国家级虚拟仿真实验中心建设的

告的可靠性

，

同时

，

也掌握不了学生的实验能力和水

情况

。

余春华

〔

问将原有仿真平台虚拟化

，

提高了实

平的高低

。

由此给定的实验成绩往往是不准确的,

验效果

；孙福⑴

］、

张海军

［⑵对实验报告的自动批改

不能作为评价教学效果的可靠依据

。

和实验成绩的给定做了初步探索;殷复鹏介绍采

在虚拟仿真实验过程中会产生各种类型的数

用模块化的思想建设虚拟仿真实验室

。

本文对基于

据

，

其中一些数据是实验自身产生的

，

用于学生进行

虚拟仿真实验的电子实验报告自动生成

、

自动评判

数据记录

、

整理分析

、

绘制曲线

、

书写实验报告;还有

以及实验成绩的科学认定做了详细分析

。

些数据能够反映出实验者的实验态度

、

能力

、

专业基

二

、

电子实验报告

础知识掌握程度等情况

，

这些信息在传统实验中是

（

一

）

电子实验报告的特点

很难量化并顺利采集到的

，

但在虚拟实验中是可行

电子实验报告是指含有实际内容的电子版实

的

。

这些数据为实验报告的自动生成以及客观

、

科

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

。

•

122

•

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

•

123

•

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

•

124

•

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)