高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)智能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸大偉，李偉華，左寅龍，王孝峰

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū) 遼寧遼陽(yáng) 111003）

高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)智能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸大偉，李偉華，左寅龍，王孝峰

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū) 遼寧遼陽(yáng) 111003）

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了“高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)智能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”）。該系統(tǒng)使用自動(dòng)化、智能化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用于幫助教師檢測(cè)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)狀態(tài)并及時(shí)予以反饋提供一定處理意見(jiàn)或評(píng)價(jià)參考的智能化網(wǎng)絡(luò)體系，成功的解決了總體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和教學(xué)過(guò)程——效果的關(guān)系模型，緩解了繁重的教學(xué)任務(wù)和亟待提升的教學(xué)質(zhì)量之間的突出矛盾。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；智能控制；監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

1 “智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)

普通高等院?；A(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是培養(yǎng)學(xué)生基本科學(xué)思想和實(shí)踐技能的場(chǎng)所和應(yīng)用技術(shù)型人才的重要基地，擔(dān)負(fù)著整個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生甚至全校學(xué)生的教學(xué)任務(wù)，教師、教學(xué)場(chǎng)地、儀器設(shè)備等負(fù)荷經(jīng)常處于高頻、全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。雖然各高校增加了相應(yīng)的場(chǎng)地建設(shè)和資金、設(shè)備投入，加強(qiáng)了師資力量建設(shè)。但是在研究如何保障如此大規(guī)模學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室面臨極大挑戰(zhàn)?！爸悄芙虒W(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)力圖改善基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室在完成學(xué)校教學(xué)任務(wù)和提高教學(xué)質(zhì)量之間艱難選擇平衡點(diǎn)的困境。

2 “智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案

2.1 采用的硬件、軟件條件

中心控制單元類(lèi)似于數(shù)據(jù)采集模塊，由于該單元面對(duì)的是大量過(guò)程監(jiān)測(cè)單元，對(duì)數(shù)據(jù)流的數(shù)量和傳輸速度都有較高要求，因此采用意法電氣公司的高速32位控制芯片STM32F103C8T[1]。終端數(shù)據(jù)處理模塊MCU采用宏晶科技公司的STC12C5A60S2芯片?？紤]到需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)具有間歇、低速的特點(diǎn)，該芯片完全可以勝任[2]。

無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用主頻2.4GHz的wifi協(xié)議芯片ESP8266。在充分對(duì)比藍(lán)牙和 wifi協(xié)議后，項(xiàng)目組選擇了可以支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膚ifi功能模塊。

利用labview可視化開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)“智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)” 系統(tǒng)控制臺(tái)軟件。labview是功能強(qiáng)大且靈活的軟件，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣[3]。

2.2 總體框架

該系統(tǒng)包括：中心控制單元、過(guò)程監(jiān)測(cè)單元（學(xué)生）、效果監(jiān)測(cè)單元（教師）。其中過(guò)程監(jiān)測(cè)單元面向?qū)W生，負(fù)責(zé)收集、處理、發(fā)送教學(xué)過(guò)程中的學(xué)生狀態(tài)信息到中心控制單元，同時(shí)也負(fù)責(zé)接收從中心控制單元反饋的信息。效果監(jiān)測(cè)單元面向教師，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示學(xué)生實(shí)驗(yàn)狀態(tài)信息、設(shè)置教學(xué)過(guò)程參數(shù)、提示學(xué)生狀態(tài)異常信息并進(jìn)行必要反饋。具體結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1。

圖1 “教學(xué)智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)”總體框架示意圖

面向?qū)W生的過(guò)程監(jiān)測(cè)終端由MCU數(shù)據(jù)處理模塊、過(guò)程變量監(jiān)測(cè)模塊、學(xué)生數(shù)據(jù)終端模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊構(gòu)成。MCU數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息按照給定程序進(jìn)行判斷和處理，過(guò)程變量監(jiān)測(cè)采集模塊負(fù)責(zé)搜集學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)教學(xué)過(guò)程有影響的變量信息并傳入MCU數(shù)據(jù)處理模塊，學(xué)生數(shù)據(jù)終端模塊可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提交、顯示修改提交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、接受執(zhí)行系統(tǒng)反饋信息等。具體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 “過(guò)程監(jiān)測(cè)單元”框架示意圖

面向教師的效果監(jiān)測(cè)單元即為計(jì)算機(jī)顯示控制臺(tái)，使用美國(guó)NI公司的圖形化設(shè)計(jì)軟件labview開(kāi)發(fā)，主顯示界面元素包括學(xué)生實(shí)時(shí)狀態(tài)、學(xué)生歷史狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目參數(shù)設(shè)定等。

3 “智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”檢測(cè)結(jié)果及結(jié)論

“智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”首先在校區(qū)物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了試用?！爸悄芙虒W(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”能夠依附于教師實(shí)地實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的用于幫助教師檢測(cè)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)狀態(tài)并及時(shí)予以反饋提供一定處理意見(jiàn)或評(píng)價(jià)參考的智能化網(wǎng)絡(luò)體系，節(jié)省了教師不必要精力耗費(fèi)，幫助教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)問(wèn)題，為學(xué)生提供更加有針對(duì)性的教學(xué)服務(wù)，可以在很大程度上解決繁重的教學(xué)任務(wù)和亟待提升的教學(xué)質(zhì)量之間的突出矛盾。結(jié)果表明該智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠較客觀評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)真程度和幫助老師指導(dǎo)學(xué)生。

目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與“智能教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”相類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。關(guān)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，有一些數(shù)學(xué)模型可以借鑒，但基于本系統(tǒng)的獨(dú)特性，還有很多工作要做。

[1]劉火良，楊森. STM32庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]豈興明，圖京京，朱洪岐. Labview入門(mén)與實(shí)戰(zhàn)開(kāi)發(fā)100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

TP311

A

10.3969/j.issn.1673-0968.2016.11.015

陸大偉（1978-），男，遼寧省遼陽(yáng)市，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū)基礎(chǔ)部物理教研室，講師，主要從事普通物理及

實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。

李偉華，男，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū)化工過(guò)程自動(dòng)化學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)1402班。

左寅龍，男，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū)化工過(guò)程自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化1402班。

王孝峰，男，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū)化工過(guò)程自動(dòng)化學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化1401班。