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摘 要阐述了职业院实训效果评估系统的设计过程。介绍了在项目反映理论框架下实训任务模型的建立和问题的转换和实现具体过程。总结了系统主要模块的实现情况和具体功能。
关键词实训分析；客户端/服务器；课程改革
中图分类号G4文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)012-0173-02
1需求分析
对现存系统做了细致、全面、充分的调查研究之后，确定职业院校实训成绩分析系统在运行环境、技术以及经济上是可行的，下面分析实训成绩评估系统的具体需求，以对系统做出总体模块和流程设计。系统的面向对象是职业院校实践指导教师和教学管理人员，为他们提供实训成绩的统计数据和分析结果、供其掌握实训效果、为以后整改体统数据支持。它主要完成：实训成绩录入、分析参数设定、常规测量统计、实训技能值分析、成绩有效性判定、过往信息查询、等任务。实训成绩评估主要应达到如下设计要求：
1）能够适应各种不同种类的实训任务。目前大多数的职业院校都是综合性的职业院校，通常拥有计算机、机械、服装、旅游、人文等十几个性质完全不同的学科和专业，下辖的实训任务差别很大。如：酒店管理和计算机组装这两个方向的实训任务将就完全不同，酒店管理主要由老师来判断学生的服务、礼仪细节是否到位来评分。而计算机组装实训则是由老师根据任务完成的客观结果来给分。要求本系统能够由实训指导老师自行设定实训分析参数。如子任务合格分数线、子任务难度值等。
2）分析系统能够预测学生的技能值。技能水平高低是高职院校学生的能力体现，通过输入有限的具有代表性的子任务完成结果、分析系统可以科学的预测学生的能力值。并且在子任务不变时、不同班级，甚至不同年级的学生均可对其能力值进行预测、输出结果可以做横向比较。
3）可以提醒老师对成绩异常生进行判断。实训存在作弊情况在所难免，能够发现实际技能水平和最终实训成绩差异太大的学生，并提醒老师对此进行核实。
2系统的总体设计
1）系统总要框架。实训成绩评估系统总体架构如图1所示，职院实训效果分析系统具有内容繁杂、涉及范围广泛、服务对象复杂的特点，如果采用单一的C/S模式，系统的安全性可以得到加强，但是系统的使用范围基本上就被局限在校内；但如果采用单一的B/S模式，可以扩大系统的使用范围，但是又很难确保安全性。为了兼顾系统的安全性，又可以在较大的范围内使用，所以系统在安全性高、交互性强、数据处理量大的局域网范围内使用C/S模式，而在安全性和交互性不高的广域网范围内使用B/S模式，就可以充分发挥两种结构模式各自的优势。
图1系统总体架构图
2）系统的主要功能模块。指导教师在输入待分析的数据后往往需要立即得出分析结果，只有符合登录要求的老师才可以进入分析系统。考虑到对响应速度、安全、可靠性的高要求，而C/S 模式中客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，完全符合上述需要，此外操作界面简洁、形式灵活，可以根据后续需求对功能模块进行更新和升级。成绩分析模块是系统的主要模块，该模块所涉及的业务流程和算法比较繁杂，而C/S结构的管理信息系统所具有较强的事务处理能力完全能够胜任这方面的任务。
综上所述：在C/S架构部分包括六个模块，分别是:①实训任务信息：创建并填写实训任务的相关信息。②成绩信息：录入学生的成绩信息。③分析实训任务：对要分析的实训任务，系统将进行数据分析并生成相关的数据结果和柱状图。④字典管理：在填写实训任务信息时有一项实训任务信息需要在下拉菜单中选择相关内容，而相关的内容就存处在字典中。⑤数据导入：用户可将事先准备好的实训任务信息、学生成绩信息的文本数据信息导入本系统中进行分析。⑥系统管理：进行环境设置、数据恢复、用户名和密码等操作。
在B/S架构部分我们主要以查询为主，主要功能模块为：①教师课程安排查询：进入系统主页面，点击课程安排菜单进入课程安排页面。②教师授课班级成绩查询日程安排查询：该模块主要功能是查询教务处在期末期间内发布的重要通知及事项安排。③任课情况查询：教师登录后可查询自己所承担各教学班的课程名称、专业、年级以及成绩及分析结果。④成绩及分析结果查询：通过对任课情况查询模块的选择操作进行查询。
C/S部分业务流程分析
C/S业务流程是：①首先是任课教师登录成绩分析系统进入系统主界面，菜单栏有实训任务信息、成绩信息、分析实训任务、字典管理、数据维护、用户管理、退出系统七个选项。②点击进入实训任务信息，填写实训任务基本信息后进行保存、退出。③进入成绩信息，录入学生成绩，保存后退出。④进入分析实训任务界面后点击分析实训任务按钮，系统对刚刚输入的实训任务数据进行分析、保存和打印。
B/S部分業务流程分析
B/S部分业务流程主要包括：①任课教师登录成绩分析系统：输入教工号和密码登录。②任课情况查询：点击任课情况查询菜单，系统将会列出任课教师近几学期所有任课情况信息。③任课成绩查询：教师需要对任课班级成绩进行查询只需在任课情况查询页面点击相应班级的查看成绩按钮，系统会自动将该教学班成绩从数据库调出。④任课班级成绩分析查询：将任课班级成绩调出后，教师可点击成绩分析查看按钮，系统会将该教学班的成绩分析结果从数据库调出。⑤日程安排查询：进入系统主页面，点击日程安排菜单进入日程安排页面。⑥使用指南：主要负责对用户提供使用帮助。⑦修改密码：进入系统主页面，点击修改密码菜单进入修改密码页面。⑧修改个人简介：进入系统主页面，点击修改个人简介菜单进入修改个人简介页面。
3）数据库设计。在设计数据库时考虑到了尽可能地减少数据的冗余，使重复的数据保持在最小范围，这样将减少不必要的存储空间占用，降低产生混乱影响的风险，还能提高计算机的运行效率。作为实训任务分析系统，必须能解决录入信息的问题。所需录入的表有：实训任务信息表、学生成绩表、数据字典表。此外，还需要实训任务名称表、成绩表、学生信息表、成绩记录方式表、实训任务信息表、院系属性表、教师表和课程表、任课类别表等。
数据库逻辑设计
本系统的联系的实体有：实训指导教师信息实体、实训任务信息实体、学生实训成绩成绩实体等。实体间的关系可以是一对一，也可以是多对一等等。如本系统中，课程实体和教师实体之间是多对多的授课关系，因为一门课程可以由多位教师教授，几位教师也可以教授多门课程，在系统实体E.R图中使用N和M表示多对多关系。学生和成绩之间的关系是一对多，因为一个学生可以获得多门课程的成绩，使用1和N表示。系统的实体E-R图如图2所示。
图2系统的实体E-R图
数据库详细设计
根据教务处以及系统模块的需求，归纳出数据库中应主要包括以下几个表：①成绩表：（学号、课程号、成绩、实训任务日期、行政班号、教师号、绩点、成绩记录方式代号）。②课程表：（课程号、学年、学期、教师号、开课院系、课程名）。③教师表： （教师号、身份证号、姓名、专业代号、登录密码）。④数据字典表：（序号、任务类型）。⑤实训任务名称表：（实训任务名称、总分）。⑥实训任务信息表：（学科名、实训任务院系、实训任务总分、动手实操题总分、记住理论知识总分、考生人数、子任务总数、班级名称、教师姓名、实训时间、学时、学分、实训任务类型、课程号）。⑦学生信息表：（姓名、身份证号、籍贯、出生日期、专业代号、学号）。⑧成绩方式记录表： （成绩记录方式、方式代码）。
3实训任务成绩分析模块的实现
实训成绩分析模快是本系统的主要模块，它负责完成实训成绩的分析，包括输出每个学生的能力值和其他的一些成绩常规分析参数。下面将阐述此模块的实现过程，并重点说明说明分析部分的实现方法。
登录进入实训分析模快后的的第一个界面是分析参数设定界面，在这个界面中用户需输入实训任务所包含的各个子任务的合格分数线、难度值、能力值估算精度范围三个参数。确认之后系统根据已获得的子任务或历次实验完成情况对参加实训生能力水平值进行预测评估的实现主要包括：问题的转化、模型的建立、算法的实现。具体实现步骤如下：
1）问题的转化。对于有N个学生参加有m个子任务的实训，第α个被试能力记为θα，中1≤α≤N；第J个子任务（又称为项目）的难度、区分度、猜测度分别记为aj，bj，cj，1≤j≤m。为了实现方便，我们限定所有任务均为0，1记分制。用一个取值为0，1的变量uαj来表示学生α对第j任务的完成为：
（1）
则据有能力值θα的被试对这m个子任务的完成模式是一个m维的向量，记为uα；且
uα=（uα1，uα1，uα1，……uαm），1≤α≤N （2）
全体被试的任务完成模式为矩阵U，U=（uαj）N×m，即矩阵U具有N行m列，其第α行第j列的元素为uαj。矩阵U中的α表示全体被试中的第α个被试，j表示被试的第j个任务。（3）式所定义的uαj依据被试项目的变化而变化，它是一个取值为0，1的随机变量。我们用P（uαj=1|θ=θα）（简记为Pαj）表示能力为θα以的被试完成第几个任务的概率。用Qαj=1-Pαj表示能力为θα以的被试不能完成第j个任务的概率。于是，我们可以用
PαjuαjQαj1-uαj中uαj=0，1（3）
表示该被试在该项目上的分布函数.这是因为当uαj=l时。（3）式表示的是Pαj当uαj=0时，（3）式表示的是Qαj我们假定：①各个被试的实训环境是相互独立的；②同一被试对各个项目的反应是相互独立的；则反应矩阵U=[uαj]的似然函数为：
L（θ1，…，θN；a1，b1，c1，…，am，bm，cm|u11，…，uNm）（4）
这里将公式简计为：
（5）
2）模型的建立。在IRT框架下，Pαj，可以取不同的形式，它们统统称为项目特征曲线（Icc），这里我们使用的是ICC三参数logistic模型（3PLM），他可以帮助我们看出学生的能力值和成绩有效性。
Pαj=cj+（1-cj）/{1+exp[-Daj（θα-bi）]}（6）
式中D=1.7。若cj=0，则（6）化为双参数logistic模型（2PLM）；若cj=0；且aj=1，则（6）化为单参数logistic模型（1PLM）。将（6）式代人似然函数（5）。现在可以确定似然函数中含有N+3m个未知参数；即N个被试能力参数和3m个项目性能参数。当然，这些参数实质上是两类不同的参数。我们可以将N个被试看成是从被试总体中抽取的一个容量为N的子样。
3）算法的实现。由于N+3m个参数都未知，所以必须对它们做出估计。 实训分析系统采用的方法是极大似然估计方法。实现过程是：对于一名优等生和一名普通生参加一个有三个子任务的实训任务。采用0，l记分方式，即完成一个子任务给1分，否则为0分，这两个学生均未标记身份，而两个任务的评分向量（或称之为反应模式或反应向量）分列为。x=（0，l，1）和y=（0，0，1）。此时判断x和y的归属成为急需解决的问题。由于x向量表示2个任务完成，1个任务未完成.y向量表示2个任务未完成l个任务完成，为简化问题起见，假设项目问题固定且项目参数已知，而能力θ是影响得分的唯一因素。用L（x；θ）表示得分向量x与能力θ之间的关系。现在已知x，如何估计θ？如果L（x；θ）表示能力为θ的被试其得分向量为x的可能性，那当然应该选择θ，使这种可能性越大越合理。即若θ在一个集合Θ中变化.可以选θ，最大可能性的θ称为θ的似然估计。这种将似然函数取极大值的自变量取值就作为待估参数估计值的估计办法。就是极大似然估计方法。
至此，分析结束。如果选择重新分析，将返回分析参数设定界面，重新展开分析。如果選择退出，分析结果将写入实训任务数据库，并退出分析模块。
参考文献
[1]张厚粲,漆书青.现代教育与心理测量学原理[M].高等教育出版.1998,11.
[2]李文.基于C/S模式的辅助教学系统的研究和实现[D].硕士学位论文南京大学,2007,6:33-47.
[3]安中,吴洪波.管理信息系统[M].北京:中国铁道出版社,1998.
[4]Hulin C L,Drasgow F,Parsons C X.项目反映理论—在心理测量中的应用[M].华东师大教育研究中心译.湖北教育出版社.1997.
[5] Frank B．Baker Item Response Theory：Parameter Estimation Techniques．Marcel Dekker，Inc．1992.
作者简介
孙琳，助教，武汉软件工程职业学院软件技术系教师。
关键词实训分析；客户端/服务器；课程改革
中图分类号G4文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)012-0173-02
1需求分析
对现存系统做了细致、全面、充分的调查研究之后，确定职业院校实训成绩分析系统在运行环境、技术以及经济上是可行的，下面分析实训成绩评估系统的具体需求，以对系统做出总体模块和流程设计。系统的面向对象是职业院校实践指导教师和教学管理人员，为他们提供实训成绩的统计数据和分析结果、供其掌握实训效果、为以后整改体统数据支持。它主要完成：实训成绩录入、分析参数设定、常规测量统计、实训技能值分析、成绩有效性判定、过往信息查询、等任务。实训成绩评估主要应达到如下设计要求：
1）能够适应各种不同种类的实训任务。目前大多数的职业院校都是综合性的职业院校，通常拥有计算机、机械、服装、旅游、人文等十几个性质完全不同的学科和专业，下辖的实训任务差别很大。如：酒店管理和计算机组装这两个方向的实训任务将就完全不同，酒店管理主要由老师来判断学生的服务、礼仪细节是否到位来评分。而计算机组装实训则是由老师根据任务完成的客观结果来给分。要求本系统能够由实训指导老师自行设定实训分析参数。如子任务合格分数线、子任务难度值等。
2）分析系统能够预测学生的技能值。技能水平高低是高职院校学生的能力体现，通过输入有限的具有代表性的子任务完成结果、分析系统可以科学的预测学生的能力值。并且在子任务不变时、不同班级，甚至不同年级的学生均可对其能力值进行预测、输出结果可以做横向比较。
3）可以提醒老师对成绩异常生进行判断。实训存在作弊情况在所难免，能够发现实际技能水平和最终实训成绩差异太大的学生，并提醒老师对此进行核实。
2系统的总体设计
1）系统总要框架。实训成绩评估系统总体架构如图1所示，职院实训效果分析系统具有内容繁杂、涉及范围广泛、服务对象复杂的特点，如果采用单一的C/S模式，系统的安全性可以得到加强，但是系统的使用范围基本上就被局限在校内；但如果采用单一的B/S模式，可以扩大系统的使用范围，但是又很难确保安全性。为了兼顾系统的安全性，又可以在较大的范围内使用，所以系统在安全性高、交互性强、数据处理量大的局域网范围内使用C/S模式，而在安全性和交互性不高的广域网范围内使用B/S模式，就可以充分发挥两种结构模式各自的优势。
图1系统总体架构图
2）系统的主要功能模块。指导教师在输入待分析的数据后往往需要立即得出分析结果，只有符合登录要求的老师才可以进入分析系统。考虑到对响应速度、安全、可靠性的高要求，而C/S 模式中客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，完全符合上述需要，此外操作界面简洁、形式灵活，可以根据后续需求对功能模块进行更新和升级。成绩分析模块是系统的主要模块，该模块所涉及的业务流程和算法比较繁杂，而C/S结构的管理信息系统所具有较强的事务处理能力完全能够胜任这方面的任务。
综上所述：在C/S架构部分包括六个模块，分别是:①实训任务信息：创建并填写实训任务的相关信息。②成绩信息：录入学生的成绩信息。③分析实训任务：对要分析的实训任务，系统将进行数据分析并生成相关的数据结果和柱状图。④字典管理：在填写实训任务信息时有一项实训任务信息需要在下拉菜单中选择相关内容，而相关的内容就存处在字典中。⑤数据导入：用户可将事先准备好的实训任务信息、学生成绩信息的文本数据信息导入本系统中进行分析。⑥系统管理：进行环境设置、数据恢复、用户名和密码等操作。
在B/S架构部分我们主要以查询为主，主要功能模块为：①教师课程安排查询：进入系统主页面，点击课程安排菜单进入课程安排页面。②教师授课班级成绩查询日程安排查询：该模块主要功能是查询教务处在期末期间内发布的重要通知及事项安排。③任课情况查询：教师登录后可查询自己所承担各教学班的课程名称、专业、年级以及成绩及分析结果。④成绩及分析结果查询：通过对任课情况查询模块的选择操作进行查询。
C/S部分业务流程分析
C/S业务流程是：①首先是任课教师登录成绩分析系统进入系统主界面，菜单栏有实训任务信息、成绩信息、分析实训任务、字典管理、数据维护、用户管理、退出系统七个选项。②点击进入实训任务信息，填写实训任务基本信息后进行保存、退出。③进入成绩信息，录入学生成绩，保存后退出。④进入分析实训任务界面后点击分析实训任务按钮，系统对刚刚输入的实训任务数据进行分析、保存和打印。
B/S部分業务流程分析
B/S部分业务流程主要包括：①任课教师登录成绩分析系统：输入教工号和密码登录。②任课情况查询：点击任课情况查询菜单，系统将会列出任课教师近几学期所有任课情况信息。③任课成绩查询：教师需要对任课班级成绩进行查询只需在任课情况查询页面点击相应班级的查看成绩按钮，系统会自动将该教学班成绩从数据库调出。④任课班级成绩分析查询：将任课班级成绩调出后，教师可点击成绩分析查看按钮，系统会将该教学班的成绩分析结果从数据库调出。⑤日程安排查询：进入系统主页面，点击日程安排菜单进入日程安排页面。⑥使用指南：主要负责对用户提供使用帮助。⑦修改密码：进入系统主页面，点击修改密码菜单进入修改密码页面。⑧修改个人简介：进入系统主页面，点击修改个人简介菜单进入修改个人简介页面。
3）数据库设计。在设计数据库时考虑到了尽可能地减少数据的冗余，使重复的数据保持在最小范围，这样将减少不必要的存储空间占用，降低产生混乱影响的风险，还能提高计算机的运行效率。作为实训任务分析系统，必须能解决录入信息的问题。所需录入的表有：实训任务信息表、学生成绩表、数据字典表。此外，还需要实训任务名称表、成绩表、学生信息表、成绩记录方式表、实训任务信息表、院系属性表、教师表和课程表、任课类别表等。
数据库逻辑设计
本系统的联系的实体有：实训指导教师信息实体、实训任务信息实体、学生实训成绩成绩实体等。实体间的关系可以是一对一，也可以是多对一等等。如本系统中，课程实体和教师实体之间是多对多的授课关系，因为一门课程可以由多位教师教授，几位教师也可以教授多门课程，在系统实体E.R图中使用N和M表示多对多关系。学生和成绩之间的关系是一对多，因为一个学生可以获得多门课程的成绩，使用1和N表示。系统的实体E-R图如图2所示。
图2系统的实体E-R图
数据库详细设计
根据教务处以及系统模块的需求，归纳出数据库中应主要包括以下几个表：①成绩表：（学号、课程号、成绩、实训任务日期、行政班号、教师号、绩点、成绩记录方式代号）。②课程表：（课程号、学年、学期、教师号、开课院系、课程名）。③教师表： （教师号、身份证号、姓名、专业代号、登录密码）。④数据字典表：（序号、任务类型）。⑤实训任务名称表：（实训任务名称、总分）。⑥实训任务信息表：（学科名、实训任务院系、实训任务总分、动手实操题总分、记住理论知识总分、考生人数、子任务总数、班级名称、教师姓名、实训时间、学时、学分、实训任务类型、课程号）。⑦学生信息表：（姓名、身份证号、籍贯、出生日期、专业代号、学号）。⑧成绩方式记录表： （成绩记录方式、方式代码）。
3实训任务成绩分析模块的实现
实训成绩分析模快是本系统的主要模块，它负责完成实训成绩的分析，包括输出每个学生的能力值和其他的一些成绩常规分析参数。下面将阐述此模块的实现过程，并重点说明说明分析部分的实现方法。
登录进入实训分析模快后的的第一个界面是分析参数设定界面，在这个界面中用户需输入实训任务所包含的各个子任务的合格分数线、难度值、能力值估算精度范围三个参数。确认之后系统根据已获得的子任务或历次实验完成情况对参加实训生能力水平值进行预测评估的实现主要包括：问题的转化、模型的建立、算法的实现。具体实现步骤如下：
1）问题的转化。对于有N个学生参加有m个子任务的实训，第α个被试能力记为θα，中1≤α≤N；第J个子任务（又称为项目）的难度、区分度、猜测度分别记为aj，bj，cj，1≤j≤m。为了实现方便，我们限定所有任务均为0，1记分制。用一个取值为0，1的变量uαj来表示学生α对第j任务的完成为：
（1）
则据有能力值θα的被试对这m个子任务的完成模式是一个m维的向量，记为uα；且
uα=（uα1，uα1，uα1，……uαm），1≤α≤N （2）
全体被试的任务完成模式为矩阵U，U=（uαj）N×m，即矩阵U具有N行m列，其第α行第j列的元素为uαj。矩阵U中的α表示全体被试中的第α个被试，j表示被试的第j个任务。（3）式所定义的uαj依据被试项目的变化而变化，它是一个取值为0，1的随机变量。我们用P（uαj=1|θ=θα）（简记为Pαj）表示能力为θα以的被试完成第几个任务的概率。用Qαj=1-Pαj表示能力为θα以的被试不能完成第j个任务的概率。于是，我们可以用
PαjuαjQαj1-uαj中uαj=0，1（3）
表示该被试在该项目上的分布函数.这是因为当uαj=l时。（3）式表示的是Pαj当uαj=0时，（3）式表示的是Qαj我们假定：①各个被试的实训环境是相互独立的；②同一被试对各个项目的反应是相互独立的；则反应矩阵U=[uαj]的似然函数为：
L（θ1，…，θN；a1，b1，c1，…，am，bm，cm|u11，…，uNm）（4）
这里将公式简计为：
（5）
2）模型的建立。在IRT框架下，Pαj，可以取不同的形式，它们统统称为项目特征曲线（Icc），这里我们使用的是ICC三参数logistic模型（3PLM），他可以帮助我们看出学生的能力值和成绩有效性。
Pαj=cj+（1-cj）/{1+exp[-Daj（θα-bi）]}（6）
式中D=1.7。若cj=0，则（6）化为双参数logistic模型（2PLM）；若cj=0；且aj=1，则（6）化为单参数logistic模型（1PLM）。将（6）式代人似然函数（5）。现在可以确定似然函数中含有N+3m个未知参数；即N个被试能力参数和3m个项目性能参数。当然，这些参数实质上是两类不同的参数。我们可以将N个被试看成是从被试总体中抽取的一个容量为N的子样。
3）算法的实现。由于N+3m个参数都未知，所以必须对它们做出估计。 实训分析系统采用的方法是极大似然估计方法。实现过程是：对于一名优等生和一名普通生参加一个有三个子任务的实训任务。采用0，l记分方式，即完成一个子任务给1分，否则为0分，这两个学生均未标记身份，而两个任务的评分向量（或称之为反应模式或反应向量）分列为。x=（0，l，1）和y=（0，0，1）。此时判断x和y的归属成为急需解决的问题。由于x向量表示2个任务完成，1个任务未完成.y向量表示2个任务未完成l个任务完成，为简化问题起见，假设项目问题固定且项目参数已知，而能力θ是影响得分的唯一因素。用L（x；θ）表示得分向量x与能力θ之间的关系。现在已知x，如何估计θ？如果L（x；θ）表示能力为θ的被试其得分向量为x的可能性，那当然应该选择θ，使这种可能性越大越合理。即若θ在一个集合Θ中变化.可以选θ，最大可能性的θ称为θ的似然估计。这种将似然函数取极大值的自变量取值就作为待估参数估计值的估计办法。就是极大似然估计方法。
至此，分析结束。如果选择重新分析，将返回分析参数设定界面，重新展开分析。如果選择退出，分析结果将写入实训任务数据库，并退出分析模块。
参考文献
[1]张厚粲,漆书青.现代教育与心理测量学原理[M].高等教育出版.1998,11.
[2]李文.基于C/S模式的辅助教学系统的研究和实现[D].硕士学位论文南京大学,2007,6:33-47.
[3]安中,吴洪波.管理信息系统[M].北京:中国铁道出版社,1998.
[4]Hulin C L,Drasgow F,Parsons C X.项目反映理论—在心理测量中的应用[M].华东师大教育研究中心译.湖北教育出版社.1997.
[5] Frank B．Baker Item Response Theory：Parameter Estimation Techniques．Marcel Dekker，Inc．1992.
作者简介
孙琳，助教，武汉软件工程职业学院软件技术系教师。