人工智能時代背景下的高等院校智能教學系統開發研究

白鶴

摘? ?要：在人工智能時代背景下，高等院校的教學系統面臨著新的發展機遇，將智能化手段應用于高校的教學系統中，開發出符合新時代發展要求的智能教學系統。文章基于項目開發角度，并結合遼寧理工學院辦學實際情況，從系統分析、系統設計、系統實施和系統測試幾方面闡述教學系統的開發過程。

關鍵詞：高等院校;智能教學系統;開發研究

自從2017年國務院印發《新一代人工智能發展規劃》以來，國家開始全面推進智能化發展方略。人工智能技術在各行各業全面開花。比如，人臉識別、語音識別、圖像識別等技術取得了很大進步。特別是在2018年11月22日全球人臉識別大賽中，中國依圖科技公司包攬第一名和第三名的成績，并且前十的隊伍中有5個是來自中國，表明我國的人工智能技術在國際上處于相對的領先地位。此技術背景為教育行業的智能化改革方案提供了一個非常有利的契機。結合遼寧理工學院實際辦學特點，應該搭上智能化發展的快車，全面推進教學系統的智能化研究，進而提高整體教學水平，向“爭創一流學校”的目標不斷邁進[1]。

1? ? 高校智能教學系統分析

1.1? 可行性分析

通過高校走訪、聽取專家座談會等方式研究、分析系統的可行性。一方面，智能系統是大勢所趨，未來的教學系統必然遵循這一發展規律;另一方面，目前一些院校在智能教育領域的應用已經初見成效[2]。

1.2? 需求分析

通過對高校的具體教學情況了解，從教—學—練—測—評整個環節出發，建立一套智能化教學系統的解決方案。其中，“教”指的是教師的日常教研與教學工作，為教師提供系統化智能教學資源，應用智能分析、智能推薦、大數據等技術，減輕教師備課負擔、協助教師探索教學模式等。“練”為學生提供有針對性的課間與課后練習鞏固學習內容，數據同步、資源互通實現校園的互動實時學習氛圍。“測”以作業和試卷形式檢測學生學習效果;圖像識別技術輔助教師批改作業、閱卷，大大節省教師時間和精力。“評”是反饋教學效果的一種手段;通過教學系統的實時跟蹤，記錄學生學習軌跡，動態生成評價報告，可有效監控學生學習效果。“學”是學生學習方面所涉及的內容，學生通過教學系統可完成提前預習、鞏固練習、課后復習、作業測評等內容，應用智能推薦、動態跟蹤等技術，將學習貫穿于其他各個環節中。各環節關系如圖1所示。

以往的教學很難科學地得出學生整體學習效果的評價結果。智能教學系統的一大優勢就在于其解決了無法即時反饋教師教學效果的問題。實時跟蹤學生學習動態，測評環節采用智能化推薦的方法，為學生提供個性化的學習內容，系統根據數據的跟蹤、整合與分析得出自適應的一套評價體系，實時生成評估報告，評估出每位學生的學習效果[3]。

2? ? 高校智能教學系統設計

2.1? 總體設計

設計出高校智能化教學系統的總體功能結構，如圖2所示。

2.2? 詳細設計

2.2.1? 硬件系統

（1）教學設備。教學的教具采用傳統教學設備與新型教學設備相結合的方式，PPT結合黑板、激光筆，取代教鞭、移動設備與計算機結合等。

（2）學習終端。學生學具的使用方式包含了固定電腦設備與移動終端相結合以及多種終端形式并用。終端設備可以使用筆記本電腦、Pad、手機、電子手表、電子手環等。

（3）智能工具。指具有智能功能的工具設備，主要有語音設別工具、圖像識別工具等。

2.2.2? 智能軟件系統

（1）教學模塊。為教師實現教學資源查詢、下載、上傳、發布教學任務等功能。關鍵點在于增設智能接口，為教師提供教學資源的智能化推薦功能。

（2）學習模塊。為學生提供教學視頻回看、查看課程課件、學習資料等功能。該模塊采用互聯的方式。

（3）練習模塊。為學生提供與教學內容相關的練習資料，通過移動終端的利用促進練習模塊的學習效果。

（4）測試模塊。通過作業及試題的方式檢驗學生學習效果。智能化地為學生推薦合理的檢測內容。

（5）評價模塊。對以上各模塊的操作進行跟蹤、整合、分析，得出學生的評價結果。該模塊體現出智能化思想，根據學生的學習軌跡給出相應學習建議。

3? ? 高校智能教學系統實現

基于Python編寫B/S模式的教學系統，通過SQL Server，Redis數據庫進行后臺數據連接，實現具有跟蹤、統計、分析功能的數據技術。結合Django Web框架技術實現系統的快速開發，并提供語音識別、圖像識別等智能系統兼容接口[4]。

硬件環境：PC機、多核CPU，GPU。

軟件環境：Python，Microsoft SQL Server2008，Django。

在傳統教學系統基礎上，擴展出人臉識別和語音識別接口，如圖3所示。

目前，Python是開發智能應用領域較為流行的開發環境。系統主體部分采用自主研發方式，另外為系統預置語音識別與圖像識別部分接口，為系統留出可擴展空間。系統實施難點在于智能處理部分，需要結合現有資源條件，再與外部公司合作開發的模式實現系統。

4? ? 高校智能教學系統測試

系統投入使用后，在運行過程中，對系統的各個模塊進行功能測試、系統穩定性測試、安全性測試等。

智能教學系統為教師提供海量教學資源。不僅提高教師備課工作效率，還提升課堂授課效果。學生通過系統提升學習效率，科學分配學習時間，智能推薦學習內容，極大提升學習效率和學習效果。練、測、評模塊為教師跟蹤學生學習軌跡提供依據，匯總分析系統數據，不僅為教師提供學生評價結果，還可幫助教師改進教學方法。系統符合目前教學系統的自適應應用理念，具有時代性與前瞻性的優勢。

[參考文獻]

[1]張雪英，賈海蓉.語音與音頻編碼[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011.

[2]王珊，王會舉，譚雄派，等.架構大數據：挑戰、現狀與展望[J].計算機學報，2011（10）：88.

[3]顧晟.面向知識管理的網絡教學系統構建研究[J].長春理工大學學報，2011（1）：184-185.

[4]吳贊，馮珊，唐超.智能教學系統的發展與前瞻[J].計算機工程與應用，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