一种实验教学成绩评定系统和方法

摘要

本发明是一种实验教学成绩评定系统和方法，属于教学管理与评定领域，特别是一种使用玻璃仪器作为实验仪器的学生实验教学成绩评定系统和方法。本发明针对现有的实验教学成绩评定方法的弊端，提供一种包括出勤统计模块、监控模块、仪器管理模块、实验数据图像识别模块、实验数据输入接口模块、实验测试样品模块、实验数据处理分析模块、实验知识计算机笔试模块、学生界面模块、教师界面模块、中央处理模块等模块的实验教学成绩评定系统和方法，将以往的对学生粗放式的观察评价转变为基于学生本人定量数据的精确评定，明显提高了学生评价的准确性，有效降低了实验指导教师的劳动强度。

说明书

 

技术领域

本发明是一种实验教学成绩评定系统和方法，属于教学管理与评定领域，特别是一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法。

背景技术

科学需要理论与实际的并重，在理论学习的同时需要进行相关实验。随着教学改革的不断深化, 实验课程在教学中的地位不断提高。实验教学在培养学生的创新意识、动手能力、分析问题和解决问题能力等方面有着不可替代的作用。

实验课程中学生成绩的评定既是对学生实验知识和技能水平的正确评定, 也是对实验教学效果的客观反映,已成为教师了解教学效果、改进教学方法的重要手段。

一般来讲，实验课程中学生成绩的评定可以由出勤情况、操作评定、原始数据真实性认定、实验报告评定等几部分成绩构成。

出勤情况可以由多种方式确定，例如学生在出勤表上签字、教师按照学生名单进行点名、使用带有学生信息的识别卡打卡、使用指纹器鉴别身份等。出勤情况是其他成绩评定的基础，通过考勤可以发现旷课、迟到、早退、顶替等违纪情况，保证学生自始至终地完成整个实验。但是，学生在出勤表上签字时的代签现象、教师按照学生名单进行点名时的冒名顶替代答到现象、使用带有学生信息的识别卡打卡时的冒名顶替代打卡现象等都会影响正常的出勤情况的统计。

操作评定主要由教师在实验过程中巡视，观察学生操作情况，进而评定该部分成绩。教师主要根据学生实验操作的正确性、规范性、熟练性，实验流程的准确把握，实验后清洁、整理等方面进行评定。操作评定由实验指导老师主观评定，需要实验指导教师不间断的巡视观察，才能发现学生在操作中的各种问题，如果实验指导教师不能经常地进行巡视、及时地发现问题，就不能全面、准确地评定学生实验成绩。

学生在实验中会获得各种原始数据，将这些数据处理后会获得实验结果。出于各种目的，学生会抄袭或者编造原始数据。一种是因为实验结果是最终评定学生成绩的一个重要组成，有些学生为了取得更好的成绩，会将真实的原始数据修改为能够获得更高成绩的数据。这种对真实数据的修改，可能发生在学生刚获得原始数据后，也可能发生在实验报告撰写过程中。目前实验指导教师对于这种情况都是采用在原始数据上面签字的形式来保证学生在实验报告撰写过程中无法修改数据，但是无法避免学生在刚刚获得原始数据后就修改数据。还有一种是有些学生会利用实验指导教师巡视的空白，不做实验就抄袭或者编造数据。对于抄袭数据的情况，实验指导教师主要通过记忆来识别抄袭，但是客观地讲，抄袭的发现率很低。此外，林劼、伍征帆在《防实验报告抄袭的实验平台建设与教学改革》中提到了基于计算机的针对实验报告抄袭的鉴别系统，将整个实验报告提交给计算机进行相似度比对，但是未明确提及原始数据的比对情况。对于编造数据，实验指导教师只能从明显不符合实验结果的个别数据出发来判断、鉴别是否属于编造数据的情况，对于编造的符合实验规律的数据根本没有办法鉴别。从上面的分析可以看出，现有的措施很难保证原始数据的真实性，因此原始数据真实性认定是整个学生实验课程成绩评定的明显短板。

现在对于实验数据的准确度和精密度、实验数据处理过程的正确性的评价有两种方式：一种是实验指导教师基于多年批阅实验报告的经验，在批阅实验报告发觉疑点时计算并将其和学生计算结果比较；另外一种是将数据输入计算机，将数据按照正确处理方法处理后和学生计算结果比较。

实验报告的评定还包括对实验报告整体的完整性、实验结论正确性等的评定。

虽然实验成绩的评定应包含上述的这些内容，但是由于实验指导教师工作量较大，操作评定、原始数据真实性认定等方面很难客观、全面、详实记录，导致现有的实验成绩主要由出勤、实验报告两部分决定，不能全面地反映学生的实验水平。

此外，现行的实验成绩评定多以实验教师个人评定成绩占主要部分，教师评定时个人主观性较强，导致实验成绩的主观性较强，缺乏相应的客观评定，无法反映学生实验的真实情况。

另一方面，由于实验用的低值易耗仪器数量多、易丢失、破损快、价格低，无法实现信息化管理。当实验室内有多名操作人员同时开展工作时会出现实验仪器混用的情况，导致实验仪器丢失、破损的责任难以区分，这种情况在学生实验过程中尤为突出。学生实验室每年流动性地接纳学生进行实验，每个实验室经常循环接纳多个班学生进行实验，实验台上实验仪器也由各班共同使用。但由于学生所进行的大多是基本操作训练，实验操作不够娴熟，导致实验仪器混用、丢失、破损的情况很频繁。为了不影响实验进行，需及时对丢失、破损的实验仪器进行补充，并由责任人进行赔偿，但是因为同种规格实验仪器有多个，确认仪器的混用、丢失、破损的责任人很困难。

现行的常见管理方法是：1、学生单独使用一套实验仪器，在进入实验室时清点确认接收了全套仪器，当全部实验完成后，再将所有仪器交回实验室，如果有丢失、破损则根据实验室规则进行处理。2、多名学生轮流共用一套实验仪器，每个学生在实验前清点确认接收了全套仪器，当有仪器缺失、破损的情况要及时报告教师，进行登记并补充，实验后再次清点全套仪器，当有仪器丢失、破损的情况要及时报告教师，进行登记并补充，此后每次实验都要重复上述工作。

这些管理方法在实际运行中也存在问题，例如学生做完实验后清点实验仪器不仔细，有破损丢失也没有发现；学生做完实验后清点实验仪器时确实没有破损丢失，但是该学生离开实验室后被别的同学拿走或者损坏等。这两种情况都会造成下一个班同学清点时发现实验仪器减少或损坏，但是前一个班同学会认为自己实验结束时清点得很清楚，认为赔偿不合理。此种情况的解决办法是指导教师在每个学生实验结束后亲自清点确认每套实验仪器的完整，这极大地增加了教师和学生的工作量。这些方法都是人工操作管理，存在操作繁琐、教师劳动强度大、管理效率低、赔偿的滞后性严重等缺陷。

现在也有多种涉及实验室管理、学生实验水平评估的计算机系统。例如：

201210161009.1号中国发明专利申请公开了一种实验室综合管理系统，包括计算机和实验室综合管理软件，所述的实验室综合管理软件安装在计算机中，所述的实验室综合管理软件包括门户网站建设模块、实验室信息管理模块、基本数据设置模块、实验室仪器设备管理模块、实验室物资耗材管理模块和实验室监控模块，但是该申请并没有提及这些模块是如何具体运作的。

201010237740.9号中国发明专利申请提供了一种针对电路类虚拟实验的远程自动批改方法，对输入的标准答案实验脚本进行解析，得到仪器设备评分点的集合以及电路连接评分点的集合；从评分点集合中选择需要的评分点，设置每一条评分点对应的分值，设置完成后，该条评分点就是一条评分规则，多条评分规则形成评分规则库；将待批改的虚拟实验脚本解析成仪器设备对象和仪器端口对象，并将所述仪器设备对象和仪器端口对象转换为事实数据；判断所述事实数据是否与评分规则库中的评分规则匹配，在匹配的过程中，记录下每条评分规则的匹配结果；累加匹配成功的评分规则的分值，得到实验批改的总分，将匹配结果和分值输出，作为批改后的成绩单。该申请适用于电路类虚拟实验。

201010288585.3号中国发明专利申请涉及一种基于无线掌上电脑和数据库的实验评估系统及其方法，其特征在于，该系统包括后台服务器，无线路由器，刷卡子系统，由局域网PC 机、多台校园网PC机和无线掌上电脑组成的客户机；其中，后台服务器、局域网PC机以及刷卡PC机、无线路由器连接到实验中心局域网；IC卡读写器通过USB接口连接到刷卡PC机；校园网PC机与校园网相连；实验中心局域网与校园网相连。该方法包括：学生刷卡、WWW 服务器登录、学生信息查询、学生及实验项目选择、评估标准信息查询、实验评估各步骤。

本发明针对以上问题提出了一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法。所述的学生实验教学成绩评定系统和方法利用身份识别技术将实验过程中的各个环节交由学生自助式完成，将以往对学生粗放式的观察评价转变为基于学生本人定量数据的精确评定，明显提高了学生评价的准确性，有效降低了实验教师的劳动强度。

发明内容

1. 一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

该系统包括出勤统计模块、包含有视频监控子模块和移动监控子模块的监控模块、仪器管理模块、实验数据图像识别模块、实验数据输入接口模块、实验测试样品模块、实验数据处理分析模块、实验知识计算机考试模块、学生界面模块、教师界面模块、中央处理模块等模块；

出勤统计模块将学生实验的出勤情况提供给中央处理模块；

实验指导教师将通过视频监控子模块发现的学生实验的情况提供给中央处理模块；

实验指导教师通过移动监控子模块将在巡视中发现的学生的相关情况提供给中央处理模块；

仪器管理模块将学生的实验仪器使用、遗失、损坏、赔偿等情况提供给中央处理模块；

实验数据图像识别模块将学生实验原始数据以图像识别的方式识别出来并提供给实验数据处理分析模块、中央处理模块；

实验数据输入接口模块接收实验仪器数据通讯接口传输出的学生实验数据并将其提供给实验数据处理分析模块、中央处理模块；

实验测试样品模块管理测试样品及其信息，记录测试样品分配情况，并将学生分配到的测试样品情况提供给实验数据处理分析模块、中央处理模块；

实验数据处理分析模块将以图像识别的方式识别出来的学生实验原始数据、实验仪器数据输出接口传送来的学生实验数据、实验测试样品模块提供的测试样品情况、学生自行读取的实验数据和计算的结果进行分析处理后，将学生实验数据的相关情况提供给中央处理模块；

实验知识计算机考试模块通过计算机考试系统对学生进行实验知识考试，并将考试情况提供给中央处理模块；

实验指导教师批改的实验报告成绩由教师通过教师界面模块提供给中央处理模块；

学生通过学生界面模块输入学生自行读取的实验数据和处理获得的实验结果，还可以查看到自己的实验成绩、扣分情况、实验仪器赔偿等实验相关信息；学生通过学生界面模块参加实验知识计算机笔试；

班长、实验仪器领用员等班级管理人员还可以查看、管理本班级的卫生值日情况、实验纪律情况、实验仪器赔偿情况等；

中央处理模块存储有出勤统计模块、监控模块、仪器管理模块、实验数据图像识别模块、实验数据输入接口模块、实验测试样品模块、实验数据处理分析模块、实验知识计算机考试模块、学生界面模块、教师界面模块等各模块正常工作所需的实验相关信息，并向各模块提供所需信息；

中央处理模块将接收到的实验学生的出勤情况、通过视频监控子模块发现的学生实验的情况、利用移动监控子模块将在巡视中发现的学生的相关情况、学生的实验仪器相关情况、学生实验数据整体情况、学生实验知识的考试的情况、实验指导教师批改的实验报告成绩按照事先制定的判别标准转化成相应的出勤成绩、视频成绩、巡视成绩、仪器成绩、数据成绩、考试成绩、报告成绩；

将学生的出勤成绩、视频成绩、巡视成绩、仪器成绩、数据成绩、考试成绩、报告成绩按照规定的方法和权重相加以获得学生的最终实验成绩。

2.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的中央处理模块存储有

实验室名称、实验室类型、实验室所在位置、实验室负责教师等实验室信息，

教师姓名、职务等教师信息，

设备名称、编号、型号、规格、用途、价格、购置日期、生产厂家、所属实验室及负责教师等实验设备信息，

实验仪器名称、仪器条形码编号、型号、规格、价格、生产厂家等实验仪器信息，

客观题考试题库信息等数据，

实验学生姓名、学号、院系、专业等学生信息，

实验课程名称、实验项目、实验所在实验室名称、实验时间、实验学生名单、实验指导教师、学生所处实验操作台位置等实验教学信息，

测试样品信息，

学生成绩信息；

所述的中央处理模块存储并负责将这些数据分发给需要相应信息的出勤统计模块、监控模块、仪器管理模块、实验数据图像识别模块、实验数据输入接口模块、实验测试样品模块、实验数据处理分析模块、实验知识计算机考试模块、学生界面模块、教师界面模块等模块。

中央处理模块是整个实验教学成绩评定系统的核心部分，以计算机为载体，教师进行调控。中央处理模块需要存储信息，需要在实验之前将信息输入到中央处理模块中。中央处理模块除了存储输入的信息，还可以进行信息的处理。教师可以通过后台管理软件实现对中央处理模块中储存的上述信息进行添加、删除等。

3.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的自动识别技术包括条形码技术、二维码技术、磁条技术、IC卡技术、射频技术、生物特征识别等技术；

在实验教学中，每个实验学生、每件实验仪器、每份实验测试样品均被赋予基于自动识别技术的特征组合码，通过特征组合码信息读取装置读取特征组合码来识别每个实验学生、每件实验仪器、每份实验测试样品，实验学生还可以利用生物特征进行识别；

所述的特征组合码可以使用条形码、二维码、磁条、IC卡、射频芯片等作为载体，

相应地，所述的特征组合码信息读取装置是条形码扫描仪、二维码扫描仪、磁条读写器、IC卡读写器、射频标签读写器等；

更具体地，

所述的实验学生可以使用条形码技术、二维码技术、磁条技术、IC卡技术、射频技术、生物特征识别等自动识别技术中的任何一种来进行身份识别；

所述的实验仪器采用条形码技术进行识别；

所述的实验测试样品使用条形码技术、二维码技术、磁条技术、IC卡技术、射频技术等自动识别技术中的任何一种进行识别。

4.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的出勤统计模块利用指纹识别技术、面部识别技术、虹膜识别技术、视网膜识别技术、角膜识别技术、声音识别技术中的一种或者几种的结合来识别学生的身份；

所述的出勤统计模块首先录入每名实验学生的特征识别信息，比如指纹、面部、虹膜、视网膜、角膜、声音等，并将这些特征识别信息和学生身份建立唯一性关联；

学生在实验开始、结束时需要在出勤统计模块上输入特征识别信息，所述的出勤统计模块将学生实验时输入特征识别信息的时间和实验要求的时间进行比对以确认学生的迟到、早退、缺勤情况，并将识别的结果提供给中央处理模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是： 

所述的监控模块包括视频监控子模块和移动监控子模块；

所述的视频监控子模块包含安装在实验室内的音频、视频采集装置和音频输出装置，安装在监控室的视频显示装置和音频输入、输出装置以及相应的软件；

实验指导教师在视频显示装置上观察学生实验操作的情况，实验指导教师通过用于观察实验室整体情况的视频采集装置观察学生是否存在违反实验室规定的情况，通过安装在实验台、实验台延长线上的视频采集装置观察学生操作是否正确，通过安装在公共仪器操作区域、公共试剂取用区域的可以监控到学生操作的位置的视频采集装置观察学生公共仪器使用与公共试剂的取用操作是否正确；

实验指导教师将发现的学生实验中出现的问题通过实验室内的音频输出装置向学生指出，并将学生实验中出现的问题提供给中央处理模块；

教师通过对学生实验过程进行视频监控，及时地指正学生操作的不当之处，同时便于进行操作评定成绩的评定。另外，通过视频监控，可以使学生更加仔细地进行实验，如果有实验仪器的损坏，也可以及时追查到责任人。该操作评定的完成需要固定每个学生实验位置，由班级统一填写学生实验操作位置信息，教师进行统计并输入到中央处理模块进行记录。实验室需要安装摄像头等视频采集装置，并将其连接到中央处理模块。

视频采集装置有两类，一类是用于观察实验室整体情况的，主要是用于观察学生是否存在打闹等违反实验室规定的情况，另一类是安装在能够观察到学生操作的位置，主要是用于观察学生操作的正确情况，这类摄像头一种是安装在每排实验台延长线上用于监控该排学生操作，还有一种是安装在公共仪器操作区域、试剂取用区域用于监控学生在公共区域的操作。

视频监控子模块能将摄像头拍摄到的视频存储一定时间，并具有回放等查询功能、截取图像等证据固定功能。

所述的移动监控子模块安装在智能手机内，储存有实验室名称、实验课程名称、实验项目、实验时间、分专业班级存放的实验学生姓名及学号、实验指导教师等信息，移动监控子模块内设置有学生操作错误类型、违反实验室规定类型等选项；

实验指导教师在学生实验过程中巡视发现学生操作错误或违反实验室规定的现象后，在移动监控子模块内首先确认学生姓名及学号，然后点选该学生的学生操作错误类型、违反实验室规定类型中的相应选项予以标识，移动监控子模块再将该学生的学生操作错误类型、违反实验室规定类型中的标识情况通过无线方式提供给中央处理模块；

实验指导教师在实验室卫生打扫结束后巡视卫生情况，对未达到卫生清洁要求的值日生进行扣分并将相关信息提供给中央处理模块。

所述的违反实验室规定，包括但是不限于实验室安全管理规定、实验室卫生管理规定等规定。

6.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的仪器管理模块负责统计学生的实验仪器使用、遗失、损坏、赔偿等情况并将其提供给中央处理模块；

所述的仪器管理模块的硬件包括条形码扫描仪和带有条形码的实验仪器，每件实验仪器上的条形码都不相同；

在整个实验课程开始之前，学生在确认自己负责的实验仪器完好后，将自己负责的实验仪器上的条形码扫描进数据库中，形成实验仪器信息数据库中该学生负责的实验仪器信息，学生在每次实验前扫描自己负责的实验仪器的条形码并和数据库中的信息进行比对，确认实验仪器完好程度；

如果学生在实验开始时检查发现实验仪器有破损，将破损仪器的条形码信息扫描后提供给中央处理模块，将破损仪器送至破损仪器保存处存放；由实验仪器领用员打开新仪器的存放处，学生领取同类型新仪器并进行新仪器条形码扫描登记，更新学生仪器信息数据库，然后实验仪器领用员按照实验安排和视频监控等证据确认造成该仪器破损的学生，并在学生界面模块中通知造成该仪器破损的学生赔偿；

若学生在实验开始时检查发现有不属于自己负责的实验仪器出现在了自己负责实验仪器的存放位置，则通过实验仪器上的条形码确认该实验仪器的负责学生，并将错放的实验仪器归还给该学生；

若学生在实验开始时检查发现自己负责的实验仪器和信息库中自己负责的实验仪器相比有缺失，则等待其他同学扫描实验仪器条形码时是否发现缺失的实验仪器，若发现缺失的实验仪器则索取，若没有发现缺失的实验仪器，则将缺失仪器的条形码信息提供给中央处理模块；由实验仪器领用员打开新仪器的存放处，学生领取同类型新仪器并进行新仪器条形码扫描登记，更新学生仪器信息数据库，然后实验仪器领用员按照实验安排等实验信息和视频监控等证据确认造成该仪器缺失的学生，并在学生界面模块中通知造成该仪器缺失的学生赔偿；

若学生在实验过程中造成实验仪器破损，则将破损仪器的条形码信息扫描后提供给中央处理模块，将破损仪器送至破损仪器保存处存放，由实验仪器领用员打开新仪器的存放处，学生领取同类型新仪器并进行新仪器条形码扫描登记，更新学生仪器信息数据库，然后实验仪器领用员确认造成该仪器破损的学生，并在学生界面模块中通知造成该仪器破损的学生赔偿；

若学生在损坏实验仪器的同时也损坏了条形码，则人工录入破损仪器相关信息，将破损仪器的信息提供给中央处理模块，将破损仪器送至破损仪器保存处存放；由实验仪器领用员打开新仪器的存放处，学生领取同类型新仪器并进行新仪器条形码扫描登记，更新学生仪器信息数据库，然后实验仪器领用员确认造成该仪器破损的学生，并在学生界面模块中通知造成该仪器破损的学生赔偿；

学生在实验结束后将自己负责的实验仪器放置于正常存放位置，再次进行条形码扫描，确认自己负责的实验仪器没有缺失和错放；

仪器管理模块自动统计出每位学生因为实验仪器破损需要赔偿的金额并将其发送到中央处理模块，中央处理模块将每位学生因为实验仪器破损需要赔偿的金额信息发送到该学生的学生界面模块，并抄送给该学生所在班级的实验仪器领用员，该班级的实验仪器领用员将整个实验班级的实验仪器破损赔偿收缴汇总后交给实验指导教师。

如果实验仪器破损情况是学生自己发现并主动赔偿，赔偿比例可以酌情减低；如果是下一次实验的同学发现实验仪器破坏，破坏实验仪器的同学赔偿比例高。

7.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的实验数据图像识别模块包括图像采集装置、图像传输装置、图像识别软件；

学生在读取实验原始数据后，使用图像采集装置拍摄实验原始数据的图像，使用图像传输装置将数据传送至图像识别软件，图像识别软件将图像中实验原始数据通过图像识别的方法读取并提供给实验数据处理分析模块、中央处理模块；

通过图像识别的办法读取出来的实验原始数据与学生的实验数据进行比对、分析，可以检验学生实验原始数据是否真实，可以防止学生对原始数据进行修改或者抄袭他人数据。

所述的实验数据输入接口模块接收实验仪器数据通讯接口传输出的学生实验数据，并将其提供给实验数据处理分析模块、中央处理模块。例如电子天平基本都配备了RS232数据通讯接口，学生的实验数据可以直接从电子天平传输出来，实验数据输入接口模块接收电子天平数据通讯接口传输出的学生称量数据并将其提供给中央处理模块。

8.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的实验测试样品模块包含测试样品、测试样品信息数据库等部分，

每个实验有2-15种所测定量特性存在显著性差异的测试样品，

每个测试样品做成适于每个学生或者实验组使用的独立包装的测试样品，并在测试样品或者测试样品的包装上贴有储存了特征组合码信息的载体，将每个测试样品的定量特性数值和对应的特征组合码信息录入测试样品信息数据库并建立关联；

学生在实验前领取测试样品， 用特征组合码信息读取装置扫描自己领取的测试样品上的储存了特征组合码信息的载体，特征组合码信息读取装置将扫描到的测试样品的特征组合码信息发送给实验测试样品模块；

实验测试样品模块接收到该学生发送的测试样品的特征组合码信息后，在测试样品信息数据库中查找到该特征组合码信息所对应的所测特性的情况，建立该学生及其所领取测试样品的所测定量特性标准值的关联，再将这些情况发送到实验数据处理分析模块、中央处理模块。

所述的所测特性，是实验中要求测量、测定的测试样品的某种可以定量的性质，例如化学性质，分析化学实验中《有机酸摩尔质量的测定》提供两种不同摩尔质量的有机酸，分别为草酸和柠檬酸；再例如物理化学实验中的《凝固点降低法测分子量》提供两种不同分子量的待测物质，萘和蒽；此外，也可以是声学、光学、热学、磁学、电学等物理性质，这些举例只是提供一些帮助理解的示例，并不用于限制所述的所测特性的范围。

所述的测试样品可以自制也可以外购，不管来源如何，同一实验室内不同测试样品的所测特性应该有显著性差异，例如《混合碱中碳酸钠和氢氧化钠含量的测定》实验提供的测试样品中氢氧化钠和碳酸钠混合碱试样中的氢氧化钠和碳酸钠所占质量分数有差距，这样的测试样品随机分发给学生之后，学生无法确定自己拿到的测试样品属于哪一种测试样品，无法知道测试样品的可能含量，因此不能从其他学生那里抄袭数据，也不能自行编造数据，只有自己认真测定，这样的做法提高了教学质量和效果。以前也有这样提供测试样品的实验室，但是将其与自动识别技术结合的做法尚无报道。

9.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的实验数据处理分析模块接收以图像识别的方式识别出来的学生实验原始数据、实验仪器数据输出接口传送来的学生实验数据、实验测试样品模块提供的测试样品情况、学生自行读取的实验数据和计算的结果；

所述的实验数据处理分析模块将接收的以图像识别的方式识别出来的学生实验原始数据、实验仪器数据输出接口传送来的学生实验数据和学生自行读取的实验数据进行比对，评定出学生读取原始数据的准确情况；

所述的实验数据处理分析模块将接收的实验测试样品模块提供的测试样品情况和学生的计算结果进行比对，评定出学生测试结果的准确情况；

所述的实验数据处理分析模块将学生读取原始数据的准确情况和学生测试结果的准确情况综合后形成学生实验数据整体情况并将其提供给中央处理模块；

所述的实验数据处理分析模块按照实验教材的数据处理分析要求对以图像识别的方式识别出来的学生实验原始数据、实验仪器数据输出接口传送来的学生实验数据、学生自行读取得到的实验数据进行准确度或/和精密度分析，准确度或/和精密度分析的结果提供给中央处理模块。

实验数据处理分析需要根据不同实验的实验原理及所需的实验结果进行分析，可以利用数据处理软件如Excel表格或者自行编写的程序等，形成一个“数据处理器”，对学生实验数据进行处理。

10.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的实验教学成绩评定系统和方法，其特征是：

所述的实验知识计算机考试模块对学生通过计算机考试系统进行实验知识考试并将考试情况提供给中央处理模块；

所述的实验知识计算机考试模块包含有该实验室提供的由选择题、判断题组成的每门实验课程的客观题考试题库；

学生通过学生界面模块进入实验知识计算机考试模块，实验知识计算机考试模块从该学生实验课程客观题考试题库中随机抽取试题形成试卷提供给测试学生，测试学生进行试卷回答，实验知识计算机考试模块接收测试学生的答案并将其和标准答案比对，将测试学生的答题情况提供给中央处理模块。

实验知识计算机考试模块可以测试出学生对实验知识的整体掌握情况。

实验报告成绩由教师审阅。教师可根据学生的预习情况，书写规范程度、认真程度等要求，并结合教师的教学经验，给予学生公平合理的实验报告成绩，并将成绩录入到中央处理模块中。

本发明提供的实验教学成绩评定方法与系统考虑了实验成绩评定的各种情况，将许多人力无法监控或者不能全面监控的情况改为使用计算机进行监控，显著提高了评定的准确性、客观性，改善了成绩评判主观性过强的弊病。

本发明提供的实验教学成绩评定方法与系统极大地提高了学生实验的认真程度、投入程度，督促学生负责地完成实验，提高学生的实验能力和水平。

本发明提供的实验教学成绩评定方法与系统极大地降低了实验指导教师的劳动强度，提高了实验指导教师的工作效率。

具体实施方式

本发明申请以一个分析化学实验室为例提供一种具体实施方式。

该化学实验室在每年九月份开始的秋季学期为医学院的七年制临床、五年制临床、口腔、检验、预防、护理等专业的22个班级约700名的学生提供《基础化学实验》课程和化工学院化学专业3个班级约90名学生《理科分析化学实验》实验课程；在每年三月份开始的春季学期为化工学院的材料、复合材料、轻化工程、应用化学、化学工程等五个专业15个班级约450名的学生提供《工科分析化学实验》实验课程，医学院的药学专业约30名的学生提供《医药类分析化学实验》课程。该实验室有学生实验用房间3间（每间可以容纳30人进行实验）、天平室2间、库房1间、实验准备室1间。

该化学实验室的学生实验课程成绩评定系统由出勤统计模块、监控模块、仪器管理模块、实验数据图像识别模块、实验数据输入接口模块、实验测试样品模块、实验数据处理分析模块、实验知识计算机考试模块、学生界面模块、教师界面模块、中央处理模块等模块组成。

中央处理模块具有和上述各模块的交互接口，能够从上述各模块获得信息，也能将中央处理模块内存储的信息发送给各模块。

该化学实验室的学生实验课程成绩评定系统内储存有该化学实验室的实验室名称、实验室类型（即基础化学实验室）、3个实验室的房间号、实验室负责教师等实验室信息，实验室负责教师姓名、职务等教师信息，设备名称、设备编号、型号、规格、设备用途、价格、购置日期、生产厂家、设备所属实验室及负责教师等实验设备信息，实验仪器名称、仪器条形码编号、型号、规格、价格、生产厂家等实验仪器信息，客观题考试题库信息等数据。

学生实验课程成绩评定系统储存有已经完成实验的学生的成绩信息。

实验仪器上有唯一编号的条形码，也就是说每件实验仪器上都有一个和别的仪器编码不同的条形码编码，实验仪器上的条形码都被扫描进仪器信息数据库内，这样即使是同样规格的同种实验仪器，也可以通过条形码的区别准确辨别出是哪一件实验仪器。玻璃仪器的条形码具有耐酸碱、耐有机溶剂、耐高温灼烧的特性。

每学期实验安排确定后，实验学生姓名、学号、院系、专业等学生信息，实验项目、实验所在实验室名称、实验时间、实验学生名单、实验学生所处实验操作台位置、实验指导教师等实验教学信息也被输入学生实验课程成绩评定系统。

学生实验课程成绩评定系统的中央处理模块会将实验学生姓名、学号、院系、专业等学生信息以及实验时间、实验学生名单等实验教学信息发送到出勤统计模块；将实验学生姓名、学号、院系、专业等学生信息以及实验课程名称、实验项目、实验所在实验室名称、实验时间、实验学生名单、学生所处实验操作台位置、实验指导教师等实验教学信息发送到视频监控子模块、移动监控子模块；将实验仪器名称、仪器条形码编号、型号、规格、价格、生产厂家等实验仪器信息以及实验学生姓名、学号、院系、专业等学生信息以及实验课程名称、实验项目、实验所在实验室名称、实验时间、实验学生名单、学生所处实验操作台位置、实验指导教师等实验教学信息发送到仪器管理模块。

学生在实验开始前需要录入出勤统计模块所需的特征识别信息。该实验室学生实验课程成绩评定系统的出勤统计模块使用指纹识别技术来识别学生身份，出勤统计模块的指纹扫描仪首先接收来自中央处理模块的实验学生姓名、学号、院系、专业等学生信息以及实验时间、实验学生名单等实验教学信息，学生首先在指纹扫描仪中查找出自己的姓名、学号、院系、专业，然后按照扫描仪的指示录入指纹直至指纹扫描仪提示录入成功。

在整个实验课程开始之前，学生需先确认自己负责的实验仪器完好，然后将自己负责的实验仪器上的条形码扫描进数据库中，仪器信息数据库将该学生和该学生负责的实验仪器进行关联，形成仪器信息数据库中该学生负责的实验仪器信息。

学生通过学生界面模块进入实验知识计算机考试模块，实验知识计算机考试模块从由选择题、判断题组成的客观题考试题库中随机抽取试题形成试卷提供给测试学生，客观题考试题库有选择题和判断题，从中随机抽取50道试题形成试卷提供给测试学生，测试学生回答试卷，实验知识计算机考试模块接收测试学生的答案并将其和标准答案比对，将测试学生的答题情况提供给中央处理模块，答题合格的学生才具有进行化学实验的资格。

至此，整个实验课程开始之前必须的准备工作完成。

测试样品的准备，这项工作可以在整个实验课程开始之前完成，也可以在使用所述的测试样品的实验开始之前完成。

每份测试样品上贴上唯一编号的基于自动识别技术的具有唯一性识别码信息的标签，至少有两种所测特性不同的测试样品，从准备测试样品的复杂程度上考虑，不同所测特性的样品不超过15种。

将每份测试样品的唯一性识别码信息的标签和该份测试样品的所测特性的信息输入到学生实验课程成绩评定系统的测试样品信息数据库内。

以《混合碱中氢氧化钠和碳酸钠含量测定》实验所需的测试样品为例来说明如何准备测试样品：首先配制两种不同氢氧化钠和碳酸钠含量的混合碱试样，其中一种氢氧化钠和碳酸钠分别称取分别称取140克、160克，混合均匀，制得测试样品1；另一种氢氧化钠和碳酸钠分别称取190克、110克，混合均匀，制得测试样品2。实验教师进行测定，样品1中结果为氢氧化钠含量46.84%和碳酸钠含量53.16%，样品2中结果为氢氧化钠含量63.41%和碳酸钠含量36.59%，上述测定结果作为测试样品标准值输入到测试样品信息数据库内。将样品1分装成每袋1克的小包，随机贴上编号不同的具有唯一性识别码信息的标签，将具有唯一性识别码信息的标签扫描到测试样品信息数据库内，将该袋的氢氧化钠含量和碳酸钠含量也输入测试样品信息数据库内，将样品2也同样处理，然后将样品1、2的所有小包混合在一起，储存备用。

其他实验所需的测试样品也按照类似的办法准备好，相应的所测特性信息和具有唯一性识别码信息的标签也全部输入测试样品信息数据库内。

在每次实验开始之前，学生需要做的工作有：出勤统计模块上录入指纹，领取样品，清点实验仪器。

学生首先在指纹扫描仪上录入指纹。所述的出勤统计模块将学生实验时输入特征识别信息的时间和实验要求的时间进行比对以确认学生的迟到情况，并将识别的结果提供给中央处理模块。

此后学生领取随机分配的测试样品，用条形码扫描仪扫描自己领取的测试样品上具有唯一性识别码信息的标签，条形码扫描仪将扫描到的测试样品的识别码信息发送给实验测试样品模块。

所述的实验测试样品模块接收到该学生发送的测试样品的识别码信息后，到所述的测试样品信息数据库中查找到该识别码所对应的所测特性的情况，再将该学生及其所领取的样品的所测特性的情况发送到实验数据处理分析模块、中央处理模块。

然后学生进行检查实验仪器，如果此时检查发现实验仪器有破损，将破损仪器的条形码信息扫描后提供给中央处理模块，并将破损仪器送至破损仪器保存处存放；由实验仪器领用员打开新仪器的存放处，学生领取同类型新仪器并进行新仪器条形码扫描登记，更新学生仪器信息数据库，然后实验仪器领用员按照实验安排和视频监控等证据确认造成该仪器破损的学生，并在学生界面模块中通知造成该仪器破损的学生赔偿；

若实验开始时检查发现有不属于自己负责的实验仪器出现在了自己负责实验仪器的存放位置，则通过实验仪器上的条形码确认负责该实验仪器的学生，并将错放的实验仪器归还给该学生。

若学生在实验开始时检查发现自己负责的实验仪器和信息库中自己负责的实验仪器相比有缺失，则等待其他同学进行实验仪器条形码扫描时是否发现缺失的实验仪器，若发现缺失的实验仪器则索取，若没有发现缺失的实验仪器，则将缺失仪器的条形码信息提供给中央处理模块；由实验仪器领用员打开新仪器存放处，学生领取同类型新仪器并进行新仪器条形码扫描登记，更新学生仪器信息数据库，然后实验仪器领用员按照实验安排等实验信息和视频监控等证据确认造成该仪器缺失的学生，并在学生界面模块中通知造成该仪器缺失的学生赔偿；

每次实验前的准备工作完成后，学生开始实验。

实验过程中指导教师利用视频监控子模块、移动监控子模块对学生的操作、纪律、卫生等情况进行监督、检查、评定、记录。

所述的视频监控子模块包含有安装在实验室内的音频、视频采集装置和音频输出装置，安装在监控室的视频显示装置和音频输入、输出装置以及相应的软件。

实验指导教师在监控室内的视频显示装置上观察学生实验操作的情况，及时地指正学生操作的不当之处；实验指导教师通过用于观察实验室整体情况的视频采集装置观察学生是否存在违反实验室规定的情况，通过安装在实验台、实验台延长线相交的房间墙壁或顶棚上视频采集装置观察学生操作是否正确，通过安装在公共仪器操作区域、公共试剂取用区域的可以监控到学生操作的位置的视频采集装置观察学生操作是否正确；实验指导教师将发现的学生实验中出现的问题通过实验室内的音频输出装置及时阻止和纠正学生错误操作，当学生在实验过程中有不当之处，如实验操作错误，实验仪器使用错误等，教师可进行截屏处理，储存照片备用，然后在中央处理模块中查询该位置的学生信息，并将学生实验中出现的问题提供给中央处理模块，进行实验操作评定记录。另外，通过视频监控，可以使学生更加仔细地进行实验。

视频监控的完成需要固定每个学生所处实验操作台位置，由班级统一填写学生实验操作位置信息，教师进行统计并输入到中央处理模块进行记录。

如果有实验仪器的损坏，也可以及时追查到责任人。因为可以记录每一次实验的操作视频，方便确认公共实验仪器的损失情况，如果学生损坏公共实验仪器但不承认，可以调用监控录像为证据。

视频采集装置有两类，一类是用于观察实验室整体情况的，主要是用于观察学生是否存在打闹等违反实验室规定的情况；另一类是安装在能够观察到学生操作的位置，主要是用于观察学生操作的正确情况，这类摄像头一种是安装在实验台上、实验台延长线相交的房间墙壁或顶棚上用于监控该排学生操作，还有一种是安装在公共仪器操作区域、试剂取用区域用于监控学生在公共区域的操作。

该化学实验室的天平室有两排天平，在每排天平的两侧延长线相交的房间墙壁或顶棚的上方各布置有摄像头，用于观察学生的天平操作，同时布置能够尽可能观察到天平室全貌的摄像头。

学生实验用房间内布置有六列实验台，每列实验台有五个实验操作位置，可以安排五名学生实验，在每列实验台的两侧延长线相交的房间墙壁或顶棚上各布置有摄像头，用于观察学生的实验操作，学生实验用房间内有用于固体试剂称量的托盘天平区域，该处也布置有摄像头1个，用于观察学生的天平称量操作，学生实验用房间内有用于液体试剂量取的通风橱，橱内布置有摄像头，用于观察学生的液体试剂量取操作，学生实验用房间内还有一列边台，上面有气流干燥器等设备，在该台的两侧延长线相交的房间墙壁或顶棚上布置有摄像头，用于观察学生的相关实验操作，学生实验用房间内还有直线排列的三个水槽，具有上下水，用于清洗实验仪器等，在水槽的两侧延长线相交的房间墙壁或顶棚上布置有摄像头，用于观察学生的实验仪器清洗等操作。

视频监控子模块能将摄像头拍摄到的视频存储一定时间，并具有回放等查询功能、截取图像等证据固定功能。

所述的移动监控子模块安装在智能手机内，储存有实验室名称、实验课程名称、实验项目、实验时间、分专业班级存放的实验学生姓名及学号、实验指导教师等信息，移动监控子模块内设置有学生操作错误类型、违反实验室规定类型的选项。

实验指导教师在实验室巡视时随身携带安装有移动监控子模块的智能手机，发现学生操作错误、违反实验室规定的现象后，在移动监控子模块内首先确认学生姓名及学号，然后点选该学生的学生操作错误类型、违反实验室规定类型中的相应选项予以标识，移动监控子模块再将该学生的学生操作错误类型、违反实验室规定类型中的标识情况通过无线方式提供给中央处理模块。

实验指导教师也可以用移动监控子模块将学生操作不当之处拍照，照片传送至中央处理器中留作证据。然后，教师上前提醒并帮助学生改正实验不当之处，最后再确认学生姓名及学号，然后点选该学生的学生操作错误类型、违反实验室规定类型中的相应选项予以标识，移动监控子模块再将该学生的学生操作错误类型、违反实验室规定类型中的标识情况通过无线方式提供给中央处理模块。

学生在读取实验原始数据后，使用图像采集装置拍摄实验原始数据的图像，使用图像传输装置将数据传送至图像识别软件、图像识别软件将图像中实验原始数据通过图像识别的办法读取出来并提供给实验数据处理分析模块、中央处理模块。

例如滴定结束后将滴定液面拍摄下来，发送到图像识别软件来识别刻度线所处位置，读出滴定体积。

通过图像识别的办法读取出来的实验原始数据与学生的实验数据进行比对、分析，可以检验学生实验原始数据是否真实，可以防止学生对原始数据进行修改或者抄袭他人数据。

学生使用带有数据通讯接口能够将测定数据传入计算机的仪器时，所述的实验数据输入接口模块接收实验仪器数据通讯接口传输出的学生实验数据并将其提供给实验数据处理分析模块、中央处理模块，例如电子天平基本都配备了RS232数据通讯接口，学生称量物质后，称量质量的实验数据可以直接从电子天平传输出来，实验数据输入接口模块接收电子天平数据通讯接口传输出的学生称量数据，并将该学生的称量数据其提供给中央处理模块。

学生完成实验后，需要清洗实验仪器、将自己负责的实验仪器放置于正常存放位置，再次进行条形码扫描，确认自己负责的实验仪器没有缺失和错放。

学生在实验结束后需要打扫卫生、清洁个人实验所用的实验台面。指导教师要在学生的原始实验数据上签字，学生在教师签字后需要再次到指纹扫描仪进行指纹扫描，确认离开实验室的时间。

值日生要负责公用区域的卫生清洁工作和实验仪器试剂的整理工作，同时需要检查并确认公共仪器是否完好，如果有破损情况需要及时向教师汇报，进行处理，如果通过视频监控系统可以发现责任人，则由责任人赔偿，如果发现不了责任人，则由班级集体赔偿。

当上述工作全部完成后，指导教师携带移动监控子模块对学生的卫生清洁情况进行检查，并根据不同情况进行相应地标识。 

学生通过学生界面模块输入学生自行读取的实验数据和处理获得的结果，实验后，学生需要自主进行数据输入。学生实验后，可以进入数据分析系统的数据输入界面，将相应的原始数据输入到输入界面中，数据会自动储存并传输到中央处理模块。学生通过学生界面模块查看到自己的实验成绩、扣分情况、仪器赔偿等实验相关信息，班长等班级管理人员还可以查看、管理本班级的卫生值日情况、实验纪律情况、仪器赔偿情况等。班级管理人员在课程结束时收集齐班级所有学生的仪器损失的赔偿款后统一交给实验指导教师。

学生实验结束后，需要进行相应的数据处理，形成实验结果，撰写实验报告。在下一次实验时，由课代表集中收齐实验报告交给教师。教师根据学生实验报告的完整性等标准给予学生相应的实验报告分数，实验指导教师批改的实验报告成绩由教师通过教师界面模块提供给中央处理模块。

学生出勤统计每次学生实验前和实验结束后在指纹扫描仪上检测指定手指指纹，并将学生指纹检测信息发送至中央处理模块。中央处理模块接收学生指纹信息，对学生进行身份信息核对。同时，记录学生初始指纹检测的时间。在指纹扫描中，可以通过在线连接中央处理模块进行信息核对。或者进行离线指纹储存，然后通过USB接口数据导出，存入终端中央处理模块中。

实验结束后的指纹识别，则在核对上述信息的同时，需要再次记录指纹检测时间，并将其与初始检测时间进行求差值运算，记录学生进行实验的时间。如果学生两次均没有出勤时间，则视为缺勤；如果学生初始指纹识别时间晚于上课时间，则视为迟到：如果第二次指纹识别时间早于下课时间，则视为早退。

所述的实验数据处理分析模块接收以图像识别的方式识别出来的学生实验原始数据、实验仪器数据输出接口传送来的学生实验数据、实验测试样品模块提供的测试样品情况、学生自行读取的实验数据和计算的结果；

所述的实验数据处理分析模块将接收的以图像识别的方式识别出来的学生实验原始数据、实验仪器数据输出接口传送来的学生实验数据和学生自行读取的实验数据进行比对，评定出学生读取原始数据的准确情况；

所述的实验数据处理分析模块将接收的实验测试样品模块提供的测试样品情况和学生的计算结果进行比对，评定出学生测试结果的准确情况；

所述的实验数据处理分析模块将学生读取原始数据的准确情况和学生测试结果的准确情况综合后形成学生实验数据整体情况并将其提供给中央处理模块。

所述的实验数据处理分析模块按照实验教材的数据处理分析要求，对以图像识别的方式识别出来的学生实验原始数据、实验仪器数据输出接口传送来的学生实验数据、学生自行读取的实验数据进行准确度或/和精密度分析，准确度或/和精密度分析的结果提供给中央处理模块。

中央处理模块将接收到的实验学生的出勤情况、通过视频监控子模块发现的学生实验的情况、利用移动监控子模块将在巡视中发现的学生的相关情况、学生的仪器相关情况、学生实验数据整体情况、学生实验知识的考试的情况、实验指导教师批改的实验报告成绩按照事先制定的判别标准转化成相应的出勤成绩、视频成绩、巡视成绩、仪器成绩、数据成绩、考试成绩、报告成绩。

在该分析化学实验室，每个实验满分100分，学生的出勤成绩、视频成绩、巡视成绩、仪器成绩、数据成绩、报告成绩的权重分别为10分，10分，10分，10分，40分，20分。

迟到、早退扣5分，旷课、迟到十分钟以上的扣10分并需要补做实验，实验操作错误每处扣2分，违反实验室纪律每次扣2分，实验仪器破损、丢失每件扣3分，数据成绩由程序计算给出，介于30-40分之间。

实验操作错误类型有天平、移液管、容量瓶、滴定管、量筒等常见实验仪器使用错误，例如分析天平称量就有检查天平水平、调节天平零点、随时关闭天平门、平推开干燥器、纸条拿出称量瓶、称量瓶置于盘中央、敲击称量瓶上缘、边敲边抬高称量瓶、药品无洒漏过量、称量瓶送回干燥器、天平回零、取样过量回收、纸条入垃圾箱、数据记录无改动等关键操作步骤，违反上述操作要求的均视为实验操作错误，予以扣分。

违反实验纪律类型有实验室内打闹、进食、大声喧哗、随地乱丢垃圾等危害实验室安全、影响实验室卫生的错误行为。

实验指导教师将学生每次实验的实验成绩与考试成绩按一定权重相加获得学生期末实验成绩，并将学生的期末实验成绩提交给学校教务系统，计入学生成绩档案。

以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。