化学实验安全论文第八篇：在线化学实验安全知识考试评价系统开发
摘要：设计了一款在线化学实验安全考试系统, 系统包括在线考试、数据分析等模块。利用此系统可以完成化学实验安全培训和考核。利用数据学习算法对学生考试结果进行了数据分析, 评价了学生对安全知识的掌握情况, 保证了实验课程的安全进行, 能为实验教学提供有效帮助。
关键词：化学实验安全; 在线考试; 数据分析;
Design and Application of On-Line Chemistry Experiment Safety Examination System
WANG Yuan-Bao HAO Yan LI Qing YANG Xiao-Li ZHANG Xi-Jun
National Demonstration Center for Experimental Chemistry Education, Henan Normal University
Abstract：Design an on-line chemical experiment safety examination system, including online examination, data analysis and other modules.This system can be used to accomplish the safety training and examination of chemical experiments.The Data learning algorithm is used to analyze the students' test results, to evaluate the students' mastery of safety knowledge, to ensure the safety of the experimental courses, and to provide effective help for the experiment teaching.
通过化学实验安全考试是化学类专业学生进行本科实验课程学习的先决条件。传统的实验安全培训采用课堂教学和纸制试卷考核等形式进行, 此类方式受到时间与空间的限制, 纸制试题通常只有一套试题, 考核结果难以全面反应学生对安全知识的掌握情况。为改变这一现状, 设计了一种在线化学实验安全考试评价系统以对学生安全知识的掌握情况进行评判。系统采用B/S架构设计, 以MySql作为存储数据库, 通过在线考试的形式采集学生对安全知识的掌握情况, 通过数据分析算法对学生的考试结果进行分析, 为实验教师的授课提供数据支持。
1 化学实验安全
化学类专业实验课程种类多, 分无机化学、有机化学、物理化学、分析化学等多个方向, 涉及各种化学药品、试剂、仪器, 实验操作步骤、实验安全要点和注意事项等也各不相同, 还涉及强酸、强碱、有毒有害气体、易燃易爆品等。实验过程中要时刻注意安全, 按照正确的操作步骤进行实验, 才能保证实验教学的顺利进行。因此本科生进入实验室之前必须进行实验安全培训, 达到考核要求, 具备一定的实验安全知识才能允许进入实验室进行操作。
2 在线化学实验考试系统
随着信息技术的发展, 网络在线考试系统已经得到了广泛的应用, 一些传统的考试形式渐渐被在线考试替代[1]。通过网络在线资源进行化学实验安全知识学习以及考核, 能够达到更好的安全培训的目的。
2.1 技术平台介绍
本文设计的在线考试系统基于.NET框架进行开发, 采用VS2013软件平台进行后台数据处理, 数据采用MySql关系型数据库进行存储, 通过IIS信息服务系统进行发布。.NET框架 (.NET Framework) 是由微软开发, 本文设计的在线考试系统利用的是面向Web的网络应用程序模板[2]。MySQL是一种关系数据库管理系统, MySQL所使用的SQL语言是用于访问数据库的最常用标准化语言[3]。IIS (Internet Information Server, 互联网信息服务) 是一种Web服务组件, 本文将采用IIS作为Web服务器进行网站的发布工作[4]。
2.2 系统组成
系统主要包括以下几个模块。
登陆模块:验证用户登陆身份;
用户管理:新建用户, 分配用户权限;
知识学习:提供系统的实验安全知识资源;
在线考试:规定时间内开放在线考试, 生成随机试题, 进行在线考试;
数据分析:通过数据学习算法, 对考试结果进行分析与评价。
图1为考试系统前台界面。
2.3 数据库设计
本系统中的数据表主要包括学生表 (student) 、答案表 (ans) 、试题表 (exam) 3个表格。
用户表包括学号、姓名、性别、专业等字段, 存储学生的个人信息, 验证学生登陆。
Fig.1 Foreground design图1前台界面 下载原图
答案表只有一个字段, 即答案序列字段。以如下字符串的形式存储, “A-B-A-----A”。字母代表试题答案, 字母的位置代表题库中试题序号。
试题表包括学号、试题序列、试题答案序列、学生考试答案、考试开始时间、考试结束时间、考试成绩等字段。
学号:存储学生身份信息。
试题序列:存储随机生成的试题序列, 以如下形式存储“1-3-25----14”, 序列为m个不重复正整数序列, m为一套试题题目个数, m=50。
试题答案序列:存储正确的试题答案序列, 形式如下“A-B-A-----A”, 长度为m。
学生答案序列:存储学生的考试答案序列, 形式如下“A-B-A-----A”, 长度为m。
考试成绩字段记录最终的考试成绩。
2.4 在线考试模块
在线考试模块是本系统的核心模块, 其设计实现如下:
安全试题的每道题目都以JPG图片的形式存储到服务器上, 形成试题库。每张图片按照顺序进行命名如1.jpg, 试题库答案以字符串形式存储到数据库表中, 当开始考试时, 系统自动调用生成随机试题算法, 加载试题。
生成随机试题算法实现如下:
试题库总数n, 试题题目个数m, m=50。首先生成1到n的正整数存放到整数序列中, 利用Random函数随机交换序列中正整数的位置, 经过多次交换后得到一个长度为n的随机不重复的正整数序列, 然后从序列中随机抽取m个数作为试题序列, 将试题序列如“1-3-25----14”插入到试题表中的“试题序列”字段中, 则一套随机测试试题生成。
3 数据分析
实验安全考试为达标考试, 学生必须考核通过才能允许进入实验室进行实验课的学习, 学生可进行多次在线考试, 以最好的成绩判断是否考试合格。每位学生在规定时间内, 可以经过多次考试达到考核要求。因此可以从这些考试数据中进行分析, 判断学生对安全知识的掌握程度, 哪些知识点容易出错, 实验教师根据考试结果针对性地为学生讲授。
3.1 数据处理
(1) 数据整理:考试数据包括考试试题、答案、成绩, 存储在数据库表格中, 需要经过处理后才能在统计分析中使用, 处理过程包括字符串拆分、频数统计等。
(2) 去噪:数据处理是进行数据分析的前提, 需要去除无效数据。比如一些分数过低的成绩, 这样可以提高数据分析的准确性和效率。
3.2 考试次数分析
以2017年度河南师范大学化学院安全考试为例, 共计考试人数421人, 经过去噪后的有效分析数据为410人, 其中平均考试次数11.4次, 最多经过42次考试通过, 其中80%的学生经过17次考试达到合格要求。图2为考试次数分布图, 可以看出, 考试次数分布呈正态分布形态, 说明考试题目难易程度适中, 学生通过多次考试, 达到了掌握安全知识的效果。本次考试较好地达到了训练学生掌握安全知识的目的。
Fig.2 Distribution of test frequency图2考试次数分布 下载原图
3.3 出错试题分析
根据考试情况, 计算题目的出错率。考试试题有题库中随机生成, 题目出错率为题目出错的次数与题目出现的总次数的比值。经过计算发现其中有25道题出错率达到了30%以上, 其中有2道题出错率达到90%。如58题:
有机实验室发生下列火灾时, 以下处理正确的是? (正确选项D)
A小器皿内着火:马上用砂袋、玻璃板、石棉板、金属板等覆盖, 可使其立即熄灭。
B衣服着火:不要惊慌的到处乱跑, 可就地滚动, 压灭火焰, 同时用水冲淋, 使火彻底熄灭。
C电器着火:应立即切断电源, 然后用灭火器灭火, 灭火的时候从四周向中心扑灭。
D以上均正确。
其中, 选择A、B、C、D的比例分别为52%、36%、2%、10%。从出错分布比例可以看出, 学生对有机实验室电器着火的相关知识点掌握不够, 因此需要进一步进行强调。
通过错题分析, 可快速找到容易出错的安全知识要点, 为教师实验教学提供数据支持。图3为出错概率分布图。
Fig.3 Distribution of error probability图3出错概率分布 下载原图
4 结论
本文设计的在线安全考试系统经过实际应用取得了较好的效果。本系统以学生的考试数据为驱动, 以数据学习算法为手段, 通过对考试次数以及试题出错概率进行分析, 评价试题难度是否合理, 并且能够找出安全知识盲点, 为实验教师的授课提供数据支持。既达到了实验安全培训考核的目的, 又能够为实验教学提供有效帮助。
参考文献
[1]郝燕, 王元宝, 杨小丽, 等.化学教育 (中英文) , 2017, 38 (24) :70-73
[2]Andrew T.C#与.NET 4高级程序设计.5版.朱晔, 肖逵, 姚琪琳, 等译.北京:人民邮电出版社, 2011
[3]唐汉明, 翟振兴, 关宝军, 等.深入浅出MySQL:数据库开发、优化与管理维护.2版.北京:人民邮电出版社, 2014
[4]丁士锋.网页制作与网站建设实战大全.北京:清华大学出版社, 2013
