人工智能時(shí)代背景下的高等院校智能教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)研究

白鶴

摘? ?要：在人工智能時(shí)代背景下，高等院校的教學(xué)系統(tǒng)面臨著新的發(fā)展機(jī)遇，將智能化手段應(yīng)用于高校的教學(xué)系統(tǒng)中，開發(fā)出符合新時(shí)代發(fā)展要求的智能教學(xué)系統(tǒng)。文章基于項(xiàng)目開發(fā)角度，并結(jié)合遼寧理工學(xué)院辦學(xué)實(shí)際情況，從系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施和系統(tǒng)測(cè)試幾方面闡述教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：高等院校;智能教學(xué)系統(tǒng);開發(fā)研究

自從2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》以來(lái)，國(guó)家開始全面推進(jìn)智能化發(fā)展方略。人工智能技術(shù)在各行各業(yè)全面開花。比如，人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等技術(shù)取得了很大進(jìn)步。特別是在2018年11月22日全球人臉識(shí)別大賽中，中國(guó)依圖科技公司包攬第一名和第三名的成績(jī)，并且前十的隊(duì)伍中有5個(gè)是來(lái)自中國(guó)，表明我國(guó)的人工智能技術(shù)在國(guó)際上處于相對(duì)的領(lǐng)先地位。此技術(shù)背景為教育行業(yè)的智能化改革方案提供了一個(gè)非常有利的契機(jī)。結(jié)合遼寧理工學(xué)院實(shí)際辦學(xué)特點(diǎn)，應(yīng)該搭上智能化發(fā)展的快車，全面推進(jìn)教學(xué)系統(tǒng)的智能化研究，進(jìn)而提高整體教學(xué)水平，向“爭(zhēng)創(chuàng)一流學(xué)校”的目標(biāo)不斷邁進(jìn)[1]。

1? ? 高校智能教學(xué)系統(tǒng)分析

1.1? 可行性分析

通過(guò)高校走訪、聽取專家座談會(huì)等方式研究、分析系統(tǒng)的可行性。一方面，智能系統(tǒng)是大勢(shì)所趨，未來(lái)的教學(xué)系統(tǒng)必然遵循這一發(fā)展規(guī)律;另一方面，目前一些院校在智能教育領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)初見成效[2]。

1.2? 需求分析

通過(guò)對(duì)高校的具體教學(xué)情況了解，從教—學(xué)—練—測(cè)—評(píng)整個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，建立一套智能化教學(xué)系統(tǒng)的解決方案。其中，“教”指的是教師的日常教研與教學(xué)工作，為教師提供系統(tǒng)化智能教學(xué)資源，應(yīng)用智能分析、智能推薦、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，減輕教師備課負(fù)擔(dān)、協(xié)助教師探索教學(xué)模式等。“練”為學(xué)生提供有針對(duì)性的課間與課后練習(xí)鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，數(shù)據(jù)同步、資源互通實(shí)現(xiàn)校園的互動(dòng)實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)氛圍?！皽y(cè)”以作業(yè)和試卷形式檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果;圖像識(shí)別技術(shù)輔助教師批改作業(yè)、閱卷，大大節(jié)省教師時(shí)間和精力?！霸u(píng)”是反饋教學(xué)效果的一種手段;通過(guò)教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)跟蹤，記錄學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡，動(dòng)態(tài)生成評(píng)價(jià)報(bào)告，可有效監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)效果?！皩W(xué)”是學(xué)生學(xué)習(xí)方面所涉及的內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)教學(xué)系統(tǒng)可完成提前預(yù)習(xí)、鞏固練習(xí)、課后復(fù)習(xí)、作業(yè)測(cè)評(píng)等內(nèi)容，應(yīng)用智能推薦、動(dòng)態(tài)跟蹤等技術(shù)，將學(xué)習(xí)貫穿于其他各個(gè)環(huán)節(jié)中。各環(huán)節(jié)關(guān)系如圖1所示。

以往的教學(xué)很難科學(xué)地得出學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)結(jié)果。智能教學(xué)系統(tǒng)的一大優(yōu)勢(shì)就在于其解決了無(wú)法即時(shí)反饋教師教學(xué)效果的問(wèn)題。實(shí)時(shí)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，測(cè)評(píng)環(huán)節(jié)采用智能化推薦的方法，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)的跟蹤、整合與分析得出自適應(yīng)的一套評(píng)價(jià)體系，實(shí)時(shí)生成評(píng)估報(bào)告，評(píng)估出每位學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[3]。

2? ? 高校智能教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)出高校智能化教學(xué)系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2.2? 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.2.1? 硬件系統(tǒng)

（1）教學(xué)設(shè)備。教學(xué)的教具采用傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備與新型教學(xué)設(shè)備相結(jié)合的方式，PPT結(jié)合黑板、激光筆，取代教鞭、移動(dòng)設(shè)備與計(jì)算機(jī)結(jié)合等。

（2）學(xué)習(xí)終端。學(xué)生學(xué)具的使用方式包含了固定電腦設(shè)備與移動(dòng)終端相結(jié)合以及多種終端形式并用。終端設(shè)備可以使用筆記本電腦、Pad、手機(jī)、電子手表、電子手環(huán)等。

（3）智能工具。指具有智能功能的工具設(shè)備，主要有語(yǔ)音設(shè)別工具、圖像識(shí)別工具等。

2.2.2? 智能軟件系統(tǒng)

（1）教學(xué)模塊。為教師實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源查詢、下載、上傳、發(fā)布教學(xué)任務(wù)等功能。關(guān)鍵點(diǎn)在于增設(shè)智能接口，為教師提供教學(xué)資源的智能化推薦功能。

（2）學(xué)習(xí)模塊。為學(xué)生提供教學(xué)視頻回看、查看課程課件、學(xué)習(xí)資料等功能。該模塊采用互聯(lián)的方式。

（3）練習(xí)模塊。為學(xué)生提供與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的練習(xí)資料，通過(guò)移動(dòng)終端的利用促進(jìn)練習(xí)模塊的學(xué)習(xí)效果。

（4）測(cè)試模塊。通過(guò)作業(yè)及試題的方式檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。智能化地為學(xué)生推薦合理的檢測(cè)內(nèi)容。

（5）評(píng)價(jià)模塊。對(duì)以上各模塊的操作進(jìn)行跟蹤、整合、分析，得出學(xué)生的評(píng)價(jià)結(jié)果。該模塊體現(xiàn)出智能化思想，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡給出相應(yīng)學(xué)習(xí)建議。

3? ? 高校智能教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于Python編寫B(tài)/S模式的教學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)SQL Server，Redis數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)具有跟蹤、統(tǒng)計(jì)、分析功能的數(shù)據(jù)技術(shù)。結(jié)合Django Web框架技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速開發(fā)，并提供語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等智能系統(tǒng)兼容接口[4]。

硬件環(huán)境：PC機(jī)、多核CPU，GPU。

軟件環(huán)境：Python，Microsoft SQL Server2008，Django。

在傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，擴(kuò)展出人臉識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別接口，如圖3所示。

目前，Python是開發(fā)智能應(yīng)用領(lǐng)域較為流行的開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)主體部分采用自主研發(fā)方式，另外為系統(tǒng)預(yù)置語(yǔ)音識(shí)別與圖像識(shí)別部分接口，為系統(tǒng)留出可擴(kuò)展空間。系統(tǒng)實(shí)施難點(diǎn)在于智能處理部分，需要結(jié)合現(xiàn)有資源條件，再與外部公司合作開發(fā)的模式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。

4? ? 高校智能教學(xué)系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)投入使用后，在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行功能測(cè)試、系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試、安全性測(cè)試等。

智能教學(xué)系統(tǒng)為教師提供海量教學(xué)資源。不僅提高教師備課工作效率，還提升課堂授課效果。學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)提升學(xué)習(xí)效率，科學(xué)分配學(xué)習(xí)時(shí)間，智能推薦學(xué)習(xí)內(nèi)容，極大提升學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。練、測(cè)、評(píng)模塊為教師跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡提供依據(jù)，匯總分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，不僅為教師提供學(xué)生評(píng)價(jià)結(jié)果，還可幫助教師改進(jìn)教學(xué)方法。系統(tǒng)符合目前教學(xué)系統(tǒng)的自適應(yīng)應(yīng)用理念，具有時(shí)代性與前瞻性的優(yōu)勢(shì)。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]王珊，王會(huì)舉，譚雄派，等.架構(gòu)大數(shù)據(jù)：挑戰(zhàn)、現(xiàn)狀與展望[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2011（10）：88.

[3]顧晟.面向知識(shí)管理的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建研究[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（1）：184-185.

[4]吳贊，馮珊，唐超.智能教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展與前瞻[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002（6）：6-7.

Research on the development of intelligent teaching system in colleges and universities

Bai He

（Liaoning Institute of Science and Engineering， Jinzhou 121000， China）

Abstract：Under the background of artificial intelligence era， the teaching system of colleges and universities is faced with new development opportunity， the intelligent means is applied to the teaching system of colleges and universities， and the intelligent teaching system which meets the development requirements of the new era is developed. This paper based on the project development， and combined with the actual situation of Liaoning Institute of Science and Engineering， the development process of the teaching system is expounded from the aspects of system analysis， system design， system implementation and system test.

Key words：institutions of higher learning;intelligent teaching system;development research