基于操作路径的物理实验考试系统的设计与实现

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大学课程中物理实验是理工类院校提供综合性很强的实验能力培养课程,是学生对科学实验开展基本训练的基础课程和必修课程,同时也是培养大学生科学的严谨的实验操作能力、提升科学实验素养的必不可少的过程。面向大面积学生的实验操作考试,需要大量的实验仪器和具有丰富经验的实验教师进行操作、评判,而现有的仪器和教师资源的不足导致了实验操作考试无法大面积开展。同时,优质实验教学资源缺乏,实验操作关键点评判规范不统一,也无法满足大面积实验考试的需要。   利用计算机虚拟现实技术,开展大学物理实验课程的操作考试可以有效的解决上述难题,实现了理论和实验教学的结合。中国科学技术大学开发并研制的基于计算机虚拟仿真实验的大学物理实验评判系统,通过文献提出的基于XML形式对考题知识点进行描述和组件化的实验仪器得到当前实验状态,实现了物理实验操作步骤的自动评判。但物理实验的完成是通过一系列的实验操作实现,每个操作步骤对应一个实验状态。已有的评判系统是基于单个状态的评判,对学生的全部操作流程进行评判并没有给出具体的评判模型。   在此基础上,本文以实验的操作步骤作为流程的关键点,提出了基于实验操作路径的评判模型。首先,通过参考物理实验原理、实验内容等建立实验原理操作拓扑图;学生实际操作时,仿真实验根据实验关键点记录学生的操作步骤形成操作路径。最后,利用动态规划算法MTL(MaxScore-Topology-Link最高分拓扑路径匹配算法)将学生的实际操作路径和实验原理操作拓扑图进行对比,找到学生操作路径中的一条最优子路径作为该学生的操作水平。该方案可对实验考核中学生的操作流程进行整体性自动评判,更加全面的评判学生实际实验能力,扩展了现有的物理实验评判系统自动评判自由度。
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