通信工程智慧教學評價系統(tǒng)研究

【摘 要】本文針對傳統(tǒng)通信工程教學評價中評價方式不合理、評價內(nèi)容不全面、評價標準不客觀等問題，提出將PDCA理念融入通信工程教學中，構(gòu)建系統(tǒng)評價、評學與評教一體化智慧評價機制，將人工智能技術(shù)與智慧教室軟硬件相結(jié)合，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的通信工程智慧教學評價系統(tǒng)，發(fā)揮系統(tǒng)學習行為數(shù)據(jù)采集、記錄與分析的優(yōu)勢，保證教學評價數(shù)據(jù)來源的客觀性、合理性以及全面性等，認為該評價系統(tǒng)既可以幫助教師調(diào)整教學策略、提高課堂教學質(zhì)量，又可以幫助學生認清自己的學習狀態(tài)、提高課程學習效果。

【關(guān)鍵詞】通信工程 智慧教學 評價系統(tǒng)

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）07-0099-04

隨著5G、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等現(xiàn)代科技的發(fā)展，仍舊依照傳統(tǒng)的通信工程教學目標和教學方式，難以培育出符合當今社會所需的通信工程科技人才。為順應(yīng)信息化教育需要，通信工程智慧教學理念與模式應(yīng)運而生，其通過應(yīng)用各種電子產(chǎn)品實現(xiàn)通信工程專業(yè)智能化教學。教學評價是教育教學的重要組成部分，通信工程的教學改革涵蓋智慧教學評價體系構(gòu)建，它是衡量通信工程教學取得成效的標尺，對改進教學方法以及提升教學水平都有幫助作用。因此，應(yīng)構(gòu)建通信工程智慧教學評價系統(tǒng)，實時采集學生通信工程課程學習的行為數(shù)據(jù)，進而分析學生的學習效果和鑒定教師的教學能力，為提高通信工程的教學質(zhì)量提供改進依據(jù)。筆者探索建立一套健全完善的通信工程教學評價體系，以便在通信工程智慧教學中有效地執(zhí)行各項考核任務(wù)。

一、通信工程教學評價存在的問題

傳統(tǒng)的通信工程教學評價方式重結(jié)果輕過程、重理論輕實踐，且人為主觀評價占據(jù)較多，導致教學質(zhì)量評價時效性差、準確性低，最終的評價結(jié)果因缺乏可靠性和真實性，并不能為學校的教育決策提供很有價值的參考。通信工程教學評價中存在的問題主要表現(xiàn)在以下方面。

第一，評價方式不合理。通信工程是一門實踐性較強的專業(yè)學科，單純依靠泰勒模式以靜態(tài)方式進行教學評價，只看重結(jié)果而忽視了學習者的動態(tài)學習過程，無法達到全面評價學生的整體學習表現(xiàn)的目的。

第二，評價內(nèi)容不全面。現(xiàn)有的通信工程教學評價內(nèi)容以課堂教學為主，并未將線上學習納入其中，評價數(shù)據(jù)來源單一，教師往往根據(jù)對學生的課堂印象給分，學生會臨時“抓重點”突擊復習，達不到教學評價的真實意圖。

第三，評價標準不客觀。通信工程教學活動圍繞學生開展，其教學評價是對學生學習情況的綜合反映，但具體的評價標準卻由教師制訂、實施、主導，既制訂規(guī)則又做評分員，造成評價結(jié)果不理想，無法檢測出學生目前的學習狀態(tài)和水平。

二、一體化智慧評價機制

根據(jù)通信工程專業(yè)課程教學需要，采用PDCA循環(huán)模式，包括計劃（Plan）、執(zhí)行（Do）、檢查（Check）、處理（Action）四個階段，將PDCA理念運用于通信工程教學評價中，實現(xiàn)學生理論能力與操作能力一體化考核?；赑DCA的通信工程專業(yè)課程教學質(zhì)量一體化智慧評價機制是一種發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的動態(tài)循環(huán)反復持續(xù)進行的教學評價手段。首先是制訂評價標準，課程評價方式使用整個學習過程的動態(tài)評價;課程評價內(nèi)容分為線下教學評價和線上教學評價，包括考勤、提問、討論、作業(yè)、習題、考試、實驗等;課程評價標準的確定發(fā)布，寫入課程教學大綱將其規(guī)范化。其次是開展質(zhì)量評價，參與教學評價的師生要嚴格按照第一階段的評價標準執(zhí)行，學生評教是學生對教師課程教學的評價;學生評學是學生相互之間的課程學習評價;教師評學是教師對學生學習掌握程度的評價。再次是檢查評價結(jié)果，這是對第二階段的教學評價工作實行全面檢測，查找“評教”“評學”中教師與學生各自存在的問題，分析普遍問題和個別問題產(chǎn)生的原因，如果是前因教師應(yīng)該認真反思教學中的不足，如果是后因教師應(yīng)為這些學生給出適當性的學習建議。最后進行處理與改進，將教學評價結(jié)果反饋給教師和學生，為第三階段的存在問題提出解決對策，教師針對教學欠缺之處調(diào)整教學方式方法，針對學生學習薄弱環(huán)節(jié)多加輔導及增加練習等。

三、智慧教學評價系統(tǒng)構(gòu)建

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

鑒于人腦電波與意識狀態(tài)之間具有某種關(guān)聯(lián)，利用腦電波反饋原理去獲取學習者的學習狀態(tài)，使用可穿戴腦波電子儀器檢測和采集腦波信號，運用智能算法處理和提取腦電信號，輸出表示學習注意力程度高低的系列數(shù)據(jù)，從而判斷學生的課程學習狀態(tài)與學習效果。通信工程智慧教學評價系統(tǒng)以腦電波技術(shù)、人機交互技術(shù)、人工智能技術(shù)等為核心;以微服務(wù)架構(gòu)、云計算服務(wù)平臺、大數(shù)據(jù)存儲平臺為基礎(chǔ)架構(gòu);腦波儀、智能設(shè)備、智能教輔等硬件設(shè)備為基礎(chǔ)支撐。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

通信工程智慧教學評價系統(tǒng)的功能，包括科學測評學生專注力，將評價系統(tǒng)與教具應(yīng)用相結(jié)合，采集分析學生控制教具情景的專注力數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計各階段學生注意力的發(fā)展態(tài)勢;實時監(jiān)測學生專注力，在教學全過程對學生學習專注力進行監(jiān)測，將評價結(jié)果數(shù)據(jù)信息發(fā)送到教師端和學生端，教師可以實時查看每一名學生的專注力變化情況，學生也可以清楚地認識到自身學習所處狀態(tài);強化訓練學生專注力，對學生展開通信工程專業(yè)學科知識和實驗項目掌握評測，檢測每一名學生的課程學習狀況，為其智能推送體現(xiàn)個性化、差異化的學習內(nèi)容;收集班級全體學生的學習專注力數(shù)據(jù)，通過綜合分析可以得知該班級通信工程課程學習的整體情況，從側(cè)面反映了教師教學的水平和質(zhì)量，為通信工程教學改革提供了新思路。

（二）物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境搭建

從智能技術(shù)和空間設(shè)計這兩方面入手，建設(shè)應(yīng)用于通信工程課程教學的智慧教室，智能技術(shù)部署上，集資源共享、智能管控、學習分析、智慧教學、教學評價等功能為一體，可滿足學生、教師、學校不同對象的教學與管理需要;教室空間布置上，充分利用室內(nèi)有限空間合理布局教學設(shè)備，配備三路可控燈光、嵌入式軌道插座、可折疊移動桌椅以及多媒體設(shè)備講臺等基礎(chǔ)設(shè)施。智慧教室的建設(shè)使通信工程課程教學沉浸在自動智能感知的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境里，能夠?qū)崟r采集學生學習所處狀態(tài)的腦電波信號，進一步分析處理收集到的數(shù)據(jù)，得到表現(xiàn)學生專注力的相關(guān)指標數(shù)據(jù)，課程教學與教學評價同時進行得出的評價結(jié)果具有較高可靠性。見圖2。

通信工程智慧教室是利用物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境對學生的學習過程進行自動感知和評價，從情感感知、及時互動、資源獲取、內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理五個維度去認識智慧教室各個組成部分，情感感知維度包括物聯(lián)感知系統(tǒng)和AI分析兩部分內(nèi)容，利用照度、溫濕度、腦波儀、人體感應(yīng)等傳感器來控制教室空調(diào)、照明設(shè)備以及采集學生腦電波信號;及時獲取維度有互聯(lián)交互大屏、互動教學系統(tǒng)和無線投屏，了解學生掌握課堂知識程度，鼓勵學生積極探討學科領(lǐng)域知識;資源獲取維度有教具評測系統(tǒng)、記憶白板、無線AP和與云桌面系統(tǒng)，采用勞逸結(jié)合的方式激發(fā)學生的學習興趣，根據(jù)課程需要調(diào)用教學資源為學生推送學習內(nèi)容;內(nèi)容呈現(xiàn)維度有電子班牌系統(tǒng)、多屏演示系統(tǒng)和擴音系統(tǒng)，提供多種信息服務(wù)功能和實現(xiàn)多媒體教學功能;環(huán)境管理維度有智能中控系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)和師生靈動桌椅，通過可觸面板觸發(fā)教室相關(guān)設(shè)備設(shè)施實現(xiàn)智能化管控。

（三）評價體系構(gòu)建

通信工程智慧教學評價的出發(fā)點是尋求教與學全方位的智慧發(fā)展，在信息技術(shù)的應(yīng)用與支撐下，通信工程智慧教學重在培養(yǎng)學生的自主性學習能力，轉(zhuǎn)被動地接受知識為主動地構(gòu)建知識，教師在其中充當輔助教學的角色，由先前的知識傳輸者、運送者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的引導者、促進者，教學質(zhì)量評價的最終目的是將學生培養(yǎng)成有智慧的人。通信工程智慧教學質(zhì)量評價是一項以具有靈活性、科學能動性的評價指標體系為基準而開展的有序活動，首先要確定教學評價指標要素，從知識層面、過程層面、情感層面對通信工程課程教學質(zhì)量進行分析：知識層面分為知識獲取、知識保持和知識遷移三個方面，它是學生通過學習、實踐或探索所獲得的成果;過程層面分為學習準備、學習參與和自我反思三個方面，它是學生在智慧環(huán)境支持下，通過通信工程教學活動獲取知識和技能的過程;情感層面分為學習態(tài)度、學習意志和學習意愿三個方面，它是學生自然而然呈現(xiàn)出來的學習態(tài)度、興趣和價值觀等。其次要對評價指標權(quán)重進行計算，采用AHP層次分析法和專家咨詢法建立層級結(jié)構(gòu)模型和構(gòu)建判斷矩陣，進行一致性分析確定評價指標體系及計算各指標項權(quán)重值。基于知識層面、過程層面、情感層面三個維度建立通信工程智慧教學評價指標體系，如表1所示。

（四）評價流程

人機交互下的通信工程智慧教學評價系統(tǒng)流程，課中要求學生佩戴腦波監(jiān)測儀，實時掃描監(jiān)測學生腦皮層的精神活動，儀器內(nèi)嵌芯片用于腦電波數(shù)據(jù)的分析處理，完成腦波信號向視聽信號的轉(zhuǎn)化，最終實現(xiàn)腦波的讀取及量化。將腦波儀跟蹤監(jiān)測學生學習過程收集到的數(shù)據(jù)上傳存儲于云端，經(jīng)過人工智能算法運算得出學習者的專注度數(shù)值，這些數(shù)值反映了學生的學習狀態(tài)，從中可以知道學生在課程學習中哪些方面能力欠缺，從學生實際情況出發(fā)為其推送有關(guān)學習內(nèi)容，通過智能教學評價促進學生有效學習。見圖3。

教師端可供教師在系統(tǒng)上查看學生的學習狀況，根據(jù)課程教學實際需要調(diào)整教學策略，實施精準教學提高教學效率。系統(tǒng)配備訓練強化專注力的輔助教具，讓學生在體驗中感受專注力改變引發(fā)的物體動作變化：專注度越高被控制的教具運動速度越快。借助這些教輔工具，學生可提升自己的學習效率。通信工程智慧教學評價系統(tǒng)利用腦電波反饋原理，智能化開展教學評價活動，與傳統(tǒng)依靠人物力的評價方式相比較，評價速度快、效率高且客觀可信，因為教學評價歷史記錄可供查詢，能幫助教師發(fā)現(xiàn)教學問題進而調(diào)整教學策略，并從每一名學生的學習專注度和學習成績出發(fā)實施精準化教學。

四、評價后的數(shù)據(jù)分析

通信工程教學質(zhì)量評價需要應(yīng)用智慧教學環(huán)境中的在線測評工具，對學習者在通信工程學習過程中的學習行為進行跟蹤監(jiān)控，實時監(jiān)測和采集學生學習行為數(shù)據(jù)，并對收集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析。學生學習行為數(shù)據(jù)來源于教學平臺各功能模塊的歷史記錄，包括課件模塊、測驗和作業(yè)模塊、考試模塊、討論模塊等，從這些模塊中可以查看到學生的知識學習情況、測試與作業(yè)完成情況、考試成績、交流探討的問題等。評價指標體系與教學評價結(jié)果的應(yīng)用分析，首先是制作學習評價方式量表，將學習評價分為教師評學、學生評教、學生互評、系統(tǒng)評價四種方式，對這四種方式進行賦分，完全符合5分、符合4分、基本符合3分、基本不符合2分和完全不符合1分，3分及以上表示可以選擇該評價方式進行評價。其次是設(shè)計學習數(shù)據(jù)評價量表，記錄不同學習階段的特定學習數(shù)據(jù)，并對學習行為數(shù)據(jù)進行分析。最后得到教學評價結(jié)果，分為五個等級：90分以上為優(yōu)秀、80～89分為良好、70～79分為中等、60～69分為合格、60分以下為不合格。見表2。

本文構(gòu)建了通信工程智慧教學評價系統(tǒng)及評價指標體系，改變了以結(jié)果論的靜態(tài)傳統(tǒng)教學質(zhì)量評價模式，從多角度選取多種評價方式，注重結(jié)果與過程、靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合對教學評價進行改進，教學評價最終目標是改進教學過程，提高教師通信工程教學的質(zhì)量，同時提升學生的學習效果。依托評價指標體系去評價學生在智慧教學環(huán)境中的學習行為，能夠比較準確地反映學生學習風格、學習水平和認知結(jié)構(gòu)等，讓學生積極主動學習，從而提高學習效率。本研究為保障通信工程專業(yè)課程進行信息化教學改革，提供全新的評價方式完成課程教學質(zhì)量評價，提升工程學科人才培養(yǎng)質(zhì)量做出了有益的嘗試，今后將繼續(xù)開展通信工程課程的教學質(zhì)量評價體系研究，在實際應(yīng)用中結(jié)合教學要求，對評價體系中的各項評價指標進行動態(tài)調(diào)整，并重新設(shè)置評價指標權(quán)重。

【參考文獻】

[1]鄧岳川，李鵬，王延霞，等.SPOC背景下的“衛(wèi)星導航定位”課程教學質(zhì)量評價體系研究[J].測繪工程，2020（3）.

[2]孫飛鵬，湯京淑.高校智慧教室的建設(shè)與評價——以北京語言大學為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019（12）.

[3]胡智華，孔祥增.基于腦電波反饋原理的教學評價系統(tǒng)設(shè)計研究[J].教育評論，2019（12）.

[4]龐敬文，張宇航，唐燁偉，等.深度學習視角下智慧課堂評價指標的設(shè)計研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017（2）.

[5]朱軒，崔曉慧.智慧教學環(huán)境下精準教學評價指標體系的構(gòu)建研究[J].江蘇高職教育，2019（1）.

[6]韓后，王冬青.促進有效學習的評價反饋系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（2）.

注：廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目“通信工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智慧教學平臺關(guān)鍵技術(shù)研究”（2020KY35008）;廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院校級科研項目“物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下通信工程專業(yè)一體化智慧教學模式研究與實踐”（2019B005）

【作者簡介】劉煥毅（1980— ），男，廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院工程師，研究方向為通信工程、智能教學系統(tǒng)。

（責編 王 一）