通信工程專業智慧教學資源庫構建探討

【摘 要】本文論述以云智慧技術為基礎構建通信工程專業智慧教學資源庫，從基礎設施層、展示層、應用層、數據資源層搭建教學資源庫的架構，闡述通信工程教學資源的采集和分類，分析基于數據挖掘的教學資源應用統計，并以云智慧教學資源庫在教學中的“輔教”和“助學”應用為例進行實證研究。

【關鍵詞】通信工程專業 智慧教學 教學資源庫 構建

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）31-0190-03

通信工程專業旨在培養通信工程建設、維護的通信設備安裝配置、通信工程施工和通信設計等相關崗位的專業技能人才。在現代通信技術快速發展的大背景下，通信建設工程案例、通信設備配置腳本、故障處理經驗分享等就顯得尤為重要。在傳統課程教學中，教師的教學案例有限，除了從教材和參考資料中獲取案例，以及部分“雙師型”教師具備一定的通信工程項目經驗外，很大一部分教師無法獲取更多的教學資料，尤其是真實的工程案例和經驗。受此影響，學生只能局限于書本的理論知識，對通信工程實踐領域知識的掌握不足。教學資源庫能夠利用網絡的優勢，整合通信行業和通信專業的最新技術資源與工程案例資源，有效提高教學質量。因此，以通信工程教學為主要目標的教學資源庫建設迫在眉睫。本文探討以云智慧技術為基礎的通信工程專業智慧教學資源庫建設。

一、教學資源庫架構

采用“共建共享”模式建設云智慧教學資源庫，將各校擁有的資源集中起來實行統一規劃與管理，消除校際間的數據壁壘，防止資源重復建設造成資源浪費。考慮到教學資源庫中資源數據量大且雜，在對數據進行高難度整合以及高精度計算時，需要提供規模巨大的儲存空間，而云智慧技術具有管理教學資源優勢，在教學資源共享中具有示范作用。基于云智慧技術完成教學資源庫構建方案的設計，如圖1教學資源庫平臺總體架構圖。

基礎設施層包括網絡設備、操作系統、門戶服務器、FTP服務器、MySQL服務器、Hadoop集群服務器等，云存儲、虛擬化功能為平臺開展遠程教學奠定基礎。

展示層即人機交互層，是用戶訪問教學資源庫的入口，為用戶定制個性化門戶，增強用戶對資源管理平臺的體驗感。

應用層包括基礎應用和業務應用，對各業務應用采用模塊化、集中式的管理與應用，方便平臺功能擴充快速集成更多的服務資源。

數據資源層包含各類優質教學資源，解決因資源數據類型不同和資源用戶個體差異的統一管理和相互關聯問題。數據資源包括內容有通信設備技術文檔、通信項目施工照片、監理日志資料、通信行業規章制度、專業技術培訓文檔、監理項目案例、實訓基地的照片等，按照課件庫、習題庫、案例庫、媒體素材庫進行分類存放。

智慧教學平臺還包括一些標準規范、管理機制和安全規則，保證教學資源系統的可兼容性、安全與可維護性、一致與可擴展性。

二、資源數據智能采集與分類

（一）資源采集

教學資源的采集與分類是資源庫類別設置的關鍵所在。通信工程課程教學資源包括通信知識點微教學單元課件、通信設備產品文檔及介紹、通信行業規范標準、通信技術文獻資料、專業技術培訓講座、故障處理案例、通信工程建設資料和校外實訓基地的圖片等，這些資源大多都可以從通信行業項目建設的實際案例中提取采集。針對教學資源庫中資源更新慢、不及時，以及資源種類單一、資源邏輯劃分不清晰等問題，由教學資源庫平臺智能獲取網絡上的資源并自動分類，整個教學資源的采集與分類過程分為三個步驟：首先，利用資源動態采集模塊完成Web云端資源實時抓取;其次，將采集輸出到資源文件分類模塊的數據文件進行文檔自動歸類;最后，資源評價反饋模塊會將用戶對資源的評價結果反饋給文件分類模塊，從而提高教學資源的分類精準度。具體見圖2。

資源動態采集模塊的資源采集流程，由配置文件設置搜索條件，可以是課程、章節、知識點關鍵字，也可是URL其他的采集策略。開始抓取網絡上的資源，將采集到的課程、章節、知識點、關鍵字、其他內容等信息分類記錄，生成采集輸出表，進入資源文件分類模塊，再由該模塊做進一步的處理歸類。

（二）資源分類

資源文件分類模塊主要是對采集到的數據資源進行分類，實現所屬專業課程知識點智能歸類。通信專業的特點是全程、全網、全過程、全環節，因而對通信項目的準備階段、設計階段、實施階段、竣工驗收階段等過程進行分類尤為重要。例如通信工程概預算課程，課程內容既有設計勘測、繪制草圖、繪制CDA圖，又有制表、套用定額和計算工日預算費用等知識點，在寬帶接入技術中數據通信設備分為交換機、路由器等，在設備配置內容上又可分為VLAN配置、路由配置、生成樹配置、ACL配置等不同的內容。因此，要對課程按章、節、知識點進行等級劃分，完成關鍵字分級之后構建初始分類樹，根據相關公式計算關鍵字的頻度度量值和權值，選擇權值最大的邊，從分類樹的根節點沿著葉節點深度搜索，直到不可能進行為止，所經路徑即為各級分類的歸集點，完成現階段文檔的自動化分類與歸集。

資源評價反饋模塊使資源的分類更加智能化，因為文件分類模塊很難做到對文件內容的真正理解，這樣會使文檔在分類與歸集過程中產生誤差，而在這一步驟中加入用戶評價，讓用戶對文檔進行瀏覽并做出簡要評價，如果用戶對資源分類合適度有異議，認為分類不合理，則以第二、第三大的邊重新計算權值，用戶的選擇結果作為一個調整參數，將以反饋因子（調整因子）的形式傳輸給文件分類模塊，參與到最優路徑的搜索行列中，最終實現文檔智能化、自動化歸類，結束教學資源的采集與分類工作。

三、基于數據挖掘的教學資源應用統計分析

教學資源庫以數據資源應用為建設目標，對教學資源應用進行統計分析，記錄資源的使用情況，提高教學資源的利用率，調整和優化教學資源建設，為使用者提供個性化服務，為學校提供科研決策服務，提升教學和科研水平。在通信專業領域，按照行業習慣一般大致分為移動通信專業、數據通信專業、傳輸交換專業、電力配套專業等幾個大類，對應不同專業的崗位設定培養不同專業的人才。在同一個專業線內，根據資源檢索、資源訪問量、資源上傳與下載等統計，了解用戶的資源需求、哪些資源比較受歡迎、資源整體的使用情況等。例如數據通信項目實施，教學資源庫有不同廠家的配置文檔，有中興設備和華為設備的培訓文檔可供選擇，這些統計數據來自教學資源庫云服務提供商的資源訪問日志以及來源于用戶的學習行為產生的用戶日志數據。

教學資源應用數據采集有兩種方式，在教學資源管理平臺采集用戶的學習日志和教學資源庫云服務商提供的資源應用統計報告。用戶對資源訪問途徑有本地IP授權訪問和遠程實名認證訪問，采用旁路鏡像監聽方法，利用校園網出口和校園網內核心交換機將校內外所有用戶與所要訪問的資源進行連接，另一端連接鏡像端口采集器，實現用戶訪問日志精準抓取和獲取用戶日志數據，使用數據抽取、轉化和裝載技術對用戶日志數據進行清洗，去除重復、錯誤和不一致的數據。按照一定的標準規范，由各服務商提供資源應用的統計報告，采用網絡底層數據采集技術，采集接入云智慧教學管理平臺的所有學校用戶數據，統計用戶類型、層次、方向等基本信息，以及某時間段資源訪問量、資源發布、資源下載（被拒）量等數據。

創建教學資源應用數據表，結構化的數據更便于資源數據的挖掘、分析和統計。這些數據表包括用戶身份信息表、用戶訪問資源日志表和資源訪問日志匯總表。其中，用戶身份信息表包含平臺注冊基本信息（姓名、性別、出生年月）、注冊賬號、學歷、學位、職稱、職位、部門等字段信息，這是用戶專屬、唯一認證信息;用戶訪問資源日志表包含瀏覽、檢索（詞、次數、類型）、下載次數、訪問（URL、時間、名稱、次數）等字段信息，它是描述用戶訪問資源的個性化行為，存放清洗后的用戶日志;資源訪問日志匯總表包含IP地址、接入（時間、方式）、資源應用排名等字段信息，它是由服務商宏觀統計信息，存放融合集成后的統計數據。

教學資源應用數據分析與統計有兩種模式，第一種是用戶日志數據統計分析，數據表中各字段經過鍵值設定關聯連接后會產生大規模數據集，采用大數據挖掘和分析方法對海量日志數據進行分析和挖掘，以并行運算技術和云服務處理技術作為數據統計支撐技術，得到“用戶級/內容級”數據形式，主要有不同用戶群平臺學習統計數據;自定義時間段內資源訪問排名、用戶單位時間內訪問資源名稱、各專業課程知識內容訪問次數排名、課文相關知識點下載量、檢索詞類型（按專業、課程、知識點）、檢索次數與命中率等。運用關聯規則算法和聚類算法計算得出資源應用率，發現優質資源和學科知識熱點等，為教學資源庫管理者提供決策依據。第二種是資源訪問日志統計分析，針對服務商從各校采集到的統計數據，可以采用數據融合和分析方法，基于XML元數據技術融合統計文件、統計數據，輸出統計總報表，以服務于資源庫建設的相關機構、部門。來自服務商的教學資源應用統計主要表現在：資源庫的使用效率、單位時間內資源庫被訪問次數、用戶群體資源庫利用率排序以及服務經費排名等。

四、教學資源庫應用實證

云智慧教學資源庫在教學中的“輔教”應用，教師可以利用教學資源庫平臺資源靈活組建課程學習內容，完成課程教學目標;實時跟蹤學生學習軌跡，查看學生學習進度;統計學生在線動態數據，了解學生資源應用情況。通過云智慧教學資源庫“輔教”的組織與實施，實現平臺教師“教”功能。例如路由和交換基礎課程，教師按照教學目標將內容分為交換機、路由器基礎配置、靜態和動態路由配置、ACL配置、生成樹配置、NAT配置、計費認證PPP配置等幾大板塊，將不同廠家的設備一一列出配置腳本與教學章節一一對應。

教學資源庫“輔教”的組織是借助平臺完成專業課程體系構建和課程教學模塊設計。一是根據職業標準、技術標準與規范，以及人才培養目標，開發優質教學資源，組建標準化、結構化、遞進式的專業課程知識體系，注重學生專業課程基礎能力、專業能力、專項能力和拓展能力的培養。例如路由和交換基礎課程，學生按照系統提示的配置腳本結合自己的思路在仿真平臺上完成相應的項目模塊，其仿真環境與現實環境一模一樣。二是根據學生學習行為差異，應該制定個性化課程，教師有針對性的教，學生有目的性的學，教師教學模塊包含課程標準、學習指南、教學設計、考核方案、教學任務、案例、教學課件、習題試題八個模塊;學生學習模塊包含課堂內容、課堂筆記、考核測驗、實訓任務、小組測試、拓展學習、文獻資料、互動論壇八個模塊。例如在進行設備配置實操時，對于配置設備通道，有的學生用動態路由模塊，有的學生用靜態路由模塊，二者都能達到目的。

教學資源庫“輔教”的實施是教師利用教學資源庫平臺完成教學的過程，通過教學素材庫管理功能實現資源的編號與分類、上傳與保存、檢索與瀏覽等，幫助教師組課;通過試題庫管理、試卷庫管理功能實現測試結果統計、分析，了解學生課堂學習情況，以及專業知識應用能力;通過課件庫管理功能實時監控學生的學習狀態，反饋課程教學效果。對教師本身的要求，首先要對本專業領域有一定的研究，宏觀層面上對專業有基本的認識，清楚專業技術標準，能夠掌握應用專業先進技術，與企業技術需求對接實施教學等;其次在課程設計上要充分利用教學資源庫的優質資源，輕松查找教學內容所需資源，重組課程知識結構，為學生提供豐富的課程資源。教學資源庫“輔教”的關鍵點是構建標準化、結構化課程，一個完整的課程體系包含多個課程項目，每個項目下又可以細分為多個任務，在每個任務下面有由許多顆粒化資源組成的單個學習資源個體，每個學習任務既是獨立的單元，也呈現遞進式關聯，這種設計方式使教師教學更清晰，學生學習接受度更高。

云智慧教學資源庫在教學中的“助學”應用，學生可以利用教學資源庫平臺資源自主學習，提高學習能動性;參與課程教學項目、案例學習，提升專業技能;開展實踐創新學習，提高對問題的分析、判斷與解決能力。教學資源庫的建設是面向校內外所有人員集教學、學習于一體的開放共享的教學平臺，通過云智慧教學資源庫“助學”的實施實現平臺學生“學”功能。

教學資源庫“助學”的實施是學生利用教學資源庫平臺完成線上學習、線下學習。線上學習包括課前、課中、課后、拓展學習四個階段，線下學習包括實驗室實操、教學基地實踐。課前推送技術文檔、微課、動畫、視頻、虛擬仿真等知識點/技能點資源，作為下節課的預習內容，基于項目學習方式協助學生完成整個知識鏈上的學習。課中獲取來自平臺發送至電腦終端的學習任務，作為線上教學課堂內容，以小組形式共同探討學習，先由老師提出問題，學生邀請老師一起分析問題，然后由學生解決問題，完成課堂作業進行提交，展現學生的學習成果，并由老師做最后的點評。課后學習階段是在點評的基礎之上進行結果分析，評估學生掌握課堂知識點、技能點的程度，為學生制定專門的課后工作頁、測試題。拓展學習是一個補充答疑、提升技能的階段，學生根據自己的學習情況，從平臺上獲取更多的學習資源。線下學習是貫徹理論與實踐相結合的要求，培養學生的實踐創新能力，根據教學任務需要安排學員上創新實驗課以及去教學基地進行實踐創新。

智慧教學資源庫在通信工程專業教學中的應用實現了“教”與“學”的轉變，重構了通信專業課程知識體系，規范了組織教學，開發了優質的通信工程教學資源，豐富了教學內容，增強了數字化資源體驗，實現教學模式的變革與創新。隨著通信技術的不斷發展進步，教學資源庫也還需要適時進行充實、更新和完善，在建中用、用中建，使教與學不受時空限制，老師與學生能夠隨時隨地進行移動教學和學習，充分發揮教學資源庫平臺的應用價值，提高教師教學水平和學生學習效果，提升教學質量和人才培養質量。

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【基金項目】廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“通信工程專業物聯網智慧教學平臺關鍵技術研究”（2020KY35008）;廣西建設職業技術學院校級科研項目“物聯網環境下通信工程專業一體化智慧教學模式研究與實踐”（2019B005）

【作者簡介】劉煥毅（1980— ），男，廣西建設職業技術學院工程師，研究方向：通信工程、智能教學系統。

（責編 黎 原）