基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜姍 曹莉

摘要：引入學(xué)習(xí)分析技術(shù)，提出一種在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件由采集傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器構(gòu)成，在硬件設(shè)備的支撐下，分析在線教學(xué)行為、預(yù)測(cè)在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)果，輸出結(jié)果完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。同時(shí)，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可滿足在線教育效果評(píng)價(jià)需求。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)分析技術(shù);在線教學(xué);效果評(píng)價(jià);硬件設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G434? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0112-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

當(dāng)下教育市場(chǎng)提出的高校擴(kuò)招政策的主導(dǎo)下，在校學(xué)習(xí)的學(xué)生人數(shù)逐年遞增?？紤]到線下課堂教學(xué)工作的實(shí)施不僅受到教學(xué)場(chǎng)地與教學(xué)時(shí)間的限制，同時(shí)也受到教學(xué)方法與教育手段的影響，為此提出了在線教育方法，借鑒大型教學(xué)平臺(tái)，將互聯(lián)網(wǎng)作為依托，對(duì)學(xué)生展開全方位的教學(xué)指導(dǎo)。盡管此種教學(xué)模式具備較高的可行性，但由于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的開放性過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致面向?qū)W生的教學(xué)質(zhì)量使教師堪憂[1]。為了提高課程教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教學(xué)成果的轉(zhuǎn)化，高校提出了評(píng)教的方式，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)中對(duì)自身學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)、對(duì)教師教學(xué)方法與行為規(guī)范進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過(guò)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，此種方式是目前教育市場(chǎng)使用教學(xué)廣泛的評(píng)價(jià)方法。但隨著在線教學(xué)模式應(yīng)用的普及，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法中存在的問(wèn)題日漸凸顯，并且受到網(wǎng)絡(luò)中多種信息的影響，評(píng)價(jià)的結(jié)果極易受到外界相關(guān)因素或主觀行為的干擾，從而導(dǎo)致評(píng)價(jià)的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在顯著差異?；诖?，本文將引入學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)過(guò)程等展開全面的分析，并以此作為依據(jù)，從軟件與硬件兩個(gè)方面，提出一種針對(duì)在線教學(xué)的效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)，深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，推進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的有效轉(zhuǎn)化。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)用參數(shù)采集傳感器選型

為實(shí)現(xiàn)基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，首先對(duì)系統(tǒng)硬件中的教學(xué)參數(shù)采集傳感器型號(hào)進(jìn)行選擇，由于系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)有大量學(xué)生在線同時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，因此會(huì)產(chǎn)生海量的教學(xué)參數(shù)，均需要通過(guò)系統(tǒng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行采集[2]。因此，本文在系統(tǒng)當(dāng)中引入型號(hào)為PNT-482-125-Z025的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)采集傳感器。

PNT-482-125-Z025型號(hào)教學(xué)用參數(shù)采集傳感器的硬件整體是由一個(gè)傳感器主體和一個(gè)支架以及探頭構(gòu)成。該教學(xué)用傳感器可應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，完成對(duì)機(jī)械加工專業(yè)零件測(cè)量、食品加工專業(yè)、物流專業(yè)、3C專業(yè)等多種不同教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行對(duì)各類教學(xué)參數(shù)的采集。將PNT-482-125-Z025型號(hào)教學(xué)用傳感器應(yīng)用到本文系統(tǒng)當(dāng)中，具備速度快、精度高、非接觸、易安裝的優(yōu)勢(shì)，二維系統(tǒng)后續(xù)對(duì)教學(xué)效果評(píng)價(jià)提供高精度的數(shù)據(jù)支撐。

為方便后續(xù)對(duì)各項(xiàng)教學(xué)參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，在PNT-482-125-Z025型號(hào)教學(xué)用傳感器當(dāng)中引入統(tǒng)一生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集芯片，該芯片型號(hào)為AD580CSUZ-8200，該數(shù)據(jù)采集芯片封裝為48-TQFP;模擬電源電壓為2.2V～4.8V;工作電源電壓為4.5V～5.5V，與其他相同功能芯片相比，該型號(hào)芯片在傳感器中應(yīng)用，能夠有效提高數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換效率，將傳感器采集到的教學(xué)參數(shù)內(nèi)容格式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中服務(wù)器能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，以此為系統(tǒng)評(píng)價(jià)提供充足的時(shí)間條件[3]。同時(shí)，將AD580CSUZ-8200型號(hào)數(shù)據(jù)采集芯片引入到本文設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)當(dāng)中，能夠有效降低系統(tǒng)的能耗輸出，從而減小系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器選型

為保證本文提出的基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)最終得出的評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要在系統(tǒng)當(dāng)中保留海量的教學(xué)內(nèi)容數(shù)據(jù)，以此為評(píng)價(jià)提供依據(jù)[4]。因此，為滿足上述需要，本文針對(duì)系統(tǒng)硬件中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行選擇。選用戴爾Poweredge R48200 2U雙路服務(wù)器應(yīng)用到本文系統(tǒng)當(dāng)中，該型號(hào)服務(wù)器具有8個(gè)盤位，每個(gè)盤位的規(guī)格為3.0;CPU型號(hào)為E8-2354V4;共包含48根32G2400T內(nèi)存;硬盤大小為550GB，共三塊;電源大小為750W雙電模式。該型號(hào)服務(wù)器當(dāng)中包含了ECC內(nèi)存糾錯(cuò)功能，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過(guò)程中發(fā)生存儲(chǔ)錯(cuò)誤能夠進(jìn)行及時(shí)的自動(dòng)糾錯(cuò)，從而避免發(fā)生系統(tǒng)顯示器藍(lán)屏現(xiàn)象，避免教學(xué)內(nèi)容數(shù)據(jù)的丟失[5]。同時(shí)，該型號(hào)服務(wù)器當(dāng)中還含有RAID陣列控制裝置，能夠有效提升服務(wù)器磁盤的IO性能，進(jìn)一步降低系統(tǒng)的負(fù)載，從而保障存儲(chǔ)磁盤的風(fēng)險(xiǎn)和故障降低。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)分析在線教學(xué)行為

為了提高在線教學(xué)的質(zhì)量，本文引入學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估。在此過(guò)程中，明確系統(tǒng)面向的實(shí)體對(duì)象，主要包括在校學(xué)生、授課教師、系統(tǒng)管理員，本文以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為主要研究對(duì)象，使用學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為進(jìn)行抓取，并對(duì)在線教學(xué)平臺(tái)中影響學(xué)生學(xué)習(xí)行為的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)出[6]。在此過(guò)程中，先對(duì)學(xué)生使用的終端學(xué)習(xí)硬件進(jìn)行信息的全自動(dòng)檢索，追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。在此基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生發(fā)生的不同學(xué)習(xí)行為進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)學(xué)習(xí)的行為，提出內(nèi)/外生潛變量指標(biāo)。

對(duì)在線教學(xué)行為展開分析，在此基礎(chǔ)上，按照不同學(xué)生學(xué)習(xí)行為的規(guī)范性，及時(shí)對(duì)在線學(xué)習(xí)行為描述進(jìn)行調(diào)整[7]。此過(guò)程應(yīng)根據(jù)教學(xué)的過(guò)程制定，不僅要遵循公平性原則，同時(shí)也要將追蹤的學(xué)生反饋數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。從而起到規(guī)避在線教學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、教學(xué)模式自變量影響因素多的作用。

2.2 預(yù)測(cè)在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合上述提出的在線教學(xué)行為分析，下述將根據(jù)不同教學(xué)行為可能產(chǎn)生的教學(xué)效果，對(duì)在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。

采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)在線教學(xué)中相關(guān)學(xué)習(xí)行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，引進(jìn)SPSS19.0軟件，借鑒大型結(jié)果預(yù)測(cè)矩陣，獲取教學(xué)行為中涉及的隨機(jī)變量，構(gòu)建在線教學(xué)中不同教學(xué)行為可能出現(xiàn)的協(xié)方差矩陣，并以此為依據(jù)，輸出教學(xué)工具、教師教學(xué)態(tài)度、在線教學(xué)內(nèi)容等要素在評(píng)價(jià)過(guò)程中的因果關(guān)系。協(xié)方差預(yù)測(cè)矩陣的建立過(guò)程可用如下公式表示。

[M=a11，a12，…，a1na21，a22，…，a2n…，…，…，…am1，am2，…，amn]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

公式（1）中：[M]表示為協(xié)方差元素;表示為在線教學(xué)中影響教學(xué)效果評(píng)價(jià)的多維度要素;表示為“列”，也可將其看為內(nèi)生潛變量;表示為“行”，也可將其看為外生潛變量。通過(guò)計(jì)算得出不同評(píng)價(jià)變量中的間接作用，對(duì)于教學(xué)效果成果評(píng)價(jià)過(guò)程中缺失的行為，可直接使用常用變量Alpha代替。

在此基礎(chǔ)上，將在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)過(guò)程中相應(yīng)的關(guān)鍵詞與系統(tǒng)中學(xué)生主體信息進(jìn)行匹配。若系統(tǒng)操作界面顯示“匹配成功”，則按照表1中內(nèi)容對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行說(shuō)明。若系統(tǒng)操作界面顯示“匹配失敗”，則說(shuō)明學(xué)生信息存在錯(cuò)誤，需要進(jìn)行信息重構(gòu)操作，直到完成所有主體對(duì)象的信息匹配。

同時(shí)，根據(jù)在某一評(píng)估元素相似的條件下，按照上述公式（1）對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行模糊預(yù)測(cè)，得出多項(xiàng)預(yù)測(cè)相似結(jié)果，將該結(jié)果作為評(píng)價(jià)結(jié)果輸出，將多組預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，求取預(yù)測(cè)結(jié)果的加權(quán)平均值，將該結(jié)果作為在校教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)果，以此完成本文系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將本文提出的基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境當(dāng)中，并將應(yīng)用效果與傳統(tǒng)教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文提出的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性。選擇2名某高校教師作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別完成相同的在線教學(xué)內(nèi)容，包括教學(xué)方案設(shè)計(jì)、工藝及生產(chǎn)實(shí)踐方面。選擇該高校兩個(gè)年級(jí)相同的編輯，完成相同的測(cè)試卷以及相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)，分別利用本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)教師的在校教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。為方便對(duì)兩種系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，教學(xué)過(guò)程中引入100個(gè)測(cè)試問(wèn)題，分別由兩個(gè)班級(jí)學(xué)生完成作答，通過(guò)驗(yàn)證系統(tǒng)正確評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證其應(yīng)用效果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并利用PNT-482-125-Z025型號(hào)教學(xué)用參數(shù)采集傳感器對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容繪制成如表1所示。

由表1中的對(duì)比結(jié)果可以看出，本文系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行評(píng)價(jià)出的正確人數(shù)與傳統(tǒng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)正確人數(shù)相比，更接近實(shí)際正確回答測(cè)試問(wèn)題的人數(shù)。本文利用測(cè)試問(wèn)題回答正確人數(shù)代表在校教學(xué)效果，因此證明，本文提出的基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)系統(tǒng)在完成實(shí)驗(yàn)后評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際存在較大差異的原因，是由于無(wú)法針對(duì)細(xì)節(jié)錯(cuò)誤問(wèn)題進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷，因此造成了評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際出入較大的問(wèn)題產(chǎn)生。而本文系統(tǒng)當(dāng)中引入了學(xué)習(xí)分析技術(shù)，可以準(zhǔn)確對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)的掌握情況進(jìn)行判斷，從而為系統(tǒng)后續(xù)評(píng)價(jià)提供條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文上述論述得出，學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用到在線教學(xué)效果評(píng)價(jià)系統(tǒng)當(dāng)中，能夠充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)的基本價(jià)值，并通過(guò)深度挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)行為得分暗示，為個(gè)性化教學(xué)訴求提供良好的實(shí)現(xiàn)渠道。通過(guò)本文引入學(xué)習(xí)分析技術(shù)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，除本文上述優(yōu)勢(shì)以外，還可以為學(xué)生推送具備更高適應(yīng)性的學(xué)習(xí)資源，并給予適當(dāng)?shù)姆答伕深A(yù)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和教師的教學(xué)水平提升具有更加積極的促進(jìn)作用。

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【通聯(lián)編輯：張薇】