基于數(shù)智技術(shù)的教育教學(xué)評(píng)價(jià)研究

王理想 石琳 廖永紅

（1.廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息化建設(shè)中心 廣東省廣州市 510000 2.先烈東小學(xué) 廣東省廣州市 510000）

教育質(zhì)量是高校教育改革持續(xù)的主題，隨著2020年兩會(huì)確定擴(kuò)招200萬(wàn)高職生及教育部關(guān)于本科層次職業(yè)教育的意見(jiàn)，高等教育整體結(jié)構(gòu)將迎來(lái)一次大的變革，高等教育規(guī)模、數(shù)量、層次都將得到大幅提升，同時(shí)教育質(zhì)量的提升顯得更加重要。

教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》明確了下一階段教育信息化建設(shè)的目標(biāo)與任務(wù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)思維，利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)提升院校教學(xué)質(zhì)量、管理能力已成為教育改革發(fā)展的新時(shí)代主題。國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出了智能教育應(yīng)利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系，開(kāi)發(fā)立體綜合教學(xué)場(chǎng)、基于大數(shù)據(jù)智能的在線學(xué)習(xí)教育平臺(tái)，開(kāi)發(fā)智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)[1][2][3]，均是提升教育質(zhì)量的途徑，并為教育質(zhì)量評(píng)價(jià)、教學(xué)改革等提供重要支撐。

1 數(shù)字化平臺(tái)基本框架

教育數(shù)字化平臺(tái)主要包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理，通過(guò)Token、ETL、API、DB等接口提供數(shù)據(jù)服務(wù)。其中教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)采集的難點(diǎn)，通過(guò)人工智能平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，利用語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、語(yǔ)義分析等人工智能技術(shù)對(duì)教學(xué)過(guò)程（線上/線下、語(yǔ)音、視頻、交互、PPT、作業(yè)、簽到）數(shù)字化，并作為教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)中臺(tái)，為教育質(zhì)量評(píng)價(jià)、教學(xué)改革等提供重要數(shù)據(jù)支撐，為課堂思政隱患、人臉簽到提供實(shí)時(shí)反饋的技術(shù)能力。

1.1 教育數(shù)據(jù)采集平臺(tái)

圖1：教學(xué)數(shù)據(jù)采集

圖2：教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型應(yīng)用

基于Hadoop體系組件搭建數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，采集全量數(shù)據(jù)，利用Hadoop生態(tài)組件Mahout、MapReduce、Spark等數(shù)據(jù)挖掘工具及數(shù)據(jù)模型構(gòu)建校園用戶、行為畫像庫(kù)，提供教育大數(shù)據(jù)分析，開(kāi)發(fā)課堂學(xué)生活躍度分析、思政隱患實(shí)時(shí)排查、教學(xué)過(guò)程質(zhì)量評(píng)價(jià)、教學(xué)結(jié)果評(píng)價(jià)、社會(huì)需求契合度評(píng)價(jià)等。教學(xué)數(shù)據(jù)采集如圖1所示。

數(shù)據(jù)平臺(tái)采集五類數(shù)據(jù)：

（1）教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)：教學(xué)語(yǔ)音、無(wú)感簽到、瞌睡人數(shù)、玩手機(jī)人數(shù)、師生交互次數(shù)、課程關(guān)鍵字、臟話次數(shù)、反動(dòng)言論內(nèi)容及次數(shù)；

（2）教學(xué)結(jié)果數(shù)據(jù)：成績(jī)、圖書借閱、教學(xué)金、競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、區(qū)域時(shí)間；

（3）社會(huì)需求契合度：社會(huì)招聘網(wǎng)站專業(yè)需求、專業(yè)薪資、專業(yè)崗位數(shù)量；

（4）學(xué)生網(wǎng)絡(luò)行為數(shù)據(jù)：上網(wǎng)位置、時(shí)間、內(nèi)容、行為；

（5）智慧校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)：個(gè)人信息、一卡通等；

（6）業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

教學(xué)數(shù)據(jù)：利用人工智能技術(shù)對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行行為識(shí)別與分析、課堂交互行為識(shí)別與分析、課堂活躍度分析、課堂專注度分析、課堂內(nèi)容分析、課堂考勤分析，綜合形成課堂教學(xué)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)：利用網(wǎng)絡(luò)日志采集平臺(tái)，通過(guò)SNMP、syslog、telnet、ftp等協(xié)議采集設(shè)備日志，并獲取AAA認(rèn)證計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，上網(wǎng)行為審計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析出用戶接入的網(wǎng)絡(luò)位置、時(shí)間、內(nèi)容、行為等。

社會(huì)數(shù)據(jù)：抓取互聯(lián)網(wǎng)上招聘網(wǎng)站的招聘數(shù)據(jù)，崗位需求等數(shù)據(jù)，用于專業(yè)分析、教學(xué)改革分析。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)：通過(guò)智慧校園數(shù)據(jù)中臺(tái)獲取業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括個(gè)人基本信息、校園一卡通消費(fèi)信息、校園出入信息等。

基于教育數(shù)字化平臺(tái)構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)畫像、班級(jí)學(xué)習(xí)畫像、專業(yè)學(xué)習(xí)畫像等，設(shè)計(jì)教育質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型，利用模型，并基于平臺(tái)各類數(shù)據(jù)客觀、真實(shí)、在線實(shí)時(shí)反映教師教學(xué)質(zhì)量。

1.2 教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)調(diào)用人工智能技術(shù)，對(duì)視頻進(jìn)行采集、分析、管理，納管智慧課室、VR實(shí)訓(xùn)室、智能車間等教學(xué)場(chǎng)地，在線實(shí)時(shí)獲取教育數(shù)據(jù)（視頻、音頻、成果），結(jié)合智慧教育模型對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字抽象，構(gòu)建教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)體系，為智慧教育質(zhì)量分析、應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供豐富數(shù)據(jù)支撐。如實(shí)時(shí)獲取智慧課室數(shù)據(jù)（視頻、語(yǔ)音、考勤），在線實(shí)時(shí)觀看智慧課室教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)線下課程線上化，并基于語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、語(yǔ)義分析技術(shù)，結(jié)合教學(xué)模型，對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字抽象（如手勢(shì)、姿態(tài)，交互次數(shù)、專注度、玩手機(jī)、回答問(wèn)題、說(shuō)話分心、授課內(nèi)容、思政隱患）構(gòu)建教育數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)教育過(guò)程數(shù)字化展示。面向教育場(chǎng)景設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的聲學(xué)模型和語(yǔ)言模型。基于CNN-CTC、GRU-CTC、CNN-RNN-CTC聲學(xué)模型和transformer、CBHG語(yǔ)言模型，開(kāi)發(fā)教育語(yǔ)音識(shí)別程序，并結(jié)合實(shí)際課室場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)據(jù)集訓(xùn)練。教學(xué)視頻識(shí)別著重對(duì)師生交互、學(xué)生睡覺(jué)、學(xué)生玩手機(jī)、學(xué)生考勤進(jìn)行識(shí)別，可達(dá)到高識(shí)別準(zhǔn)確度和識(shí)別速度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析。

2 教育評(píng)價(jià)應(yīng)用

2.1 教育質(zhì)量評(píng)價(jià)

教育質(zhì)量可以從多個(gè)方面體現(xiàn)，如教學(xué)水平的高低、教學(xué)結(jié)果的優(yōu)劣、社會(huì)需要契合度等方面。其中教學(xué)水平的高低主要體現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程的質(zhì)量，對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化抽象，構(gòu)建教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)體系；教學(xué)結(jié)果的優(yōu)劣主要體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提升，主要包括課程成績(jī)、圖書借閱、獎(jiǎng)學(xué)金、競(jìng)賽獲獎(jiǎng)等數(shù)據(jù)；社會(huì)需求契合度表現(xiàn)在社會(huì)需要專業(yè)涉及的課程在院校開(kāi)設(shè)專業(yè)的占比；網(wǎng)絡(luò)日志可以體現(xiàn)學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)、游戲、電影視頻等的時(shí)長(zhǎng)，結(jié)合四方面的數(shù)據(jù)構(gòu)建教育質(zhì)量數(shù)字模型，提供客觀的評(píng)價(jià)指標(biāo)，形成標(biāo)準(zhǔn)的教育質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

采用Restful API成熟度模型設(shè)計(jì)教育質(zhì)量評(píng)價(jià)開(kāi)放平臺(tái)API接口，重點(diǎn)考慮接口的兼容性、抽象性、簡(jiǎn)單性及高性能，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)API接口便于師生基于平臺(tái)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)教育智能應(yīng)用，從多方面進(jìn)行教育的評(píng)價(jià)和展示。

2.2 教育質(zhì)量智能評(píng)價(jià)開(kāi)放平臺(tái)

基于人工智能+教育數(shù)據(jù)構(gòu)建教學(xué)質(zhì)量分析模型，開(kāi)發(fā)智能應(yīng)用，如基于教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)可快速發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程出現(xiàn)的思政問(wèn)題，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)快速處理。基于平臺(tái)數(shù)據(jù)可進(jìn)行智能考勤、課堂分析、課堂個(gè)人行為識(shí)別與分析、課堂交互行為識(shí)別與分析、課堂活躍度分析、課堂專注度分析、課堂內(nèi)容分析、課堂考勤分析，綜合形成學(xué)生、教師、學(xué)校三級(jí)課堂教學(xué)智能評(píng)價(jià)體系，對(duì)教學(xué)質(zhì)量，學(xué)習(xí)質(zhì)量，課堂質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，更好的促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升、開(kāi)發(fā)智慧教學(xué)方法；基于平臺(tái)數(shù)據(jù)構(gòu)建學(xué)生、教師、專業(yè)等多維度教學(xué)畫像，形象展示學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量、教師教學(xué)質(zhì)量，便于師生進(jìn)行自我評(píng)估。

教育質(zhì)量智能評(píng)價(jià)平臺(tái)是一個(gè)開(kāi)放平臺(tái)，向師生開(kāi)放數(shù)據(jù)（隱私數(shù)據(jù)模糊化處理），提供標(biāo)準(zhǔn)API接口，師生均可使用平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)建畫像、數(shù)據(jù)分析、智能應(yīng)用開(kāi)發(fā)等方面的研究，充分挖掘數(shù)據(jù)潛能，發(fā)揮平臺(tái)價(jià)值，極大調(diào)動(dòng)全校師生參與智慧校園建設(shè)，為學(xué)校發(fā)展貢獻(xiàn)力量，促進(jìn)高等教育發(fā)展。教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型應(yīng)用如圖2所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

教育質(zhì)量是高校教育改革持續(xù)的主題，通過(guò)構(gòu)建基于數(shù)字技術(shù)的高等教育評(píng)價(jià)模型，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化教育評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建教育質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)，利用人工智能技術(shù)采集教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程數(shù)字化，并集成教學(xué)評(píng)價(jià)、教學(xué)成果、學(xué)生學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)，形成全量的教育數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，構(gòu)建教育質(zhì)量數(shù)字模型，提供各種客觀智能的教育評(píng)價(jià)模型，形成高等教育智能化評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)。