通信工程智慧教學評價系統研究

【摘 要】本文針對傳統通信工程教學評價中評價方式不合理、評價內容不全面、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，構建系統評價、評學與評教一體化智慧評價機制，將人工智能技術與智慧教室軟硬件相結合，構建物聯網環境下的通信工程智慧教學評價系統，發揮系統學習行為數據采集、記錄與分析的優勢，保證教學評價數據來源的客觀性、合理性以及全面性等，認為該評價系統既可以幫助教師調整教學策略、提高課堂教學質量，又可以幫助學生認清自己的學習狀態、提高課程學習效果。

【關鍵詞】通信工程 智慧教學 評價系統

【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、大數據、物聯網和人工智能等現代科技的發展，仍舊依照傳統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。為順應信息化教育需要，通信工程智慧教學理念與模式應運而生，其通過應用各種電子產品實現通信工程專業智能化教學。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，應構建通信工程智慧教學評價系統，實時采集學生通信工程課程學習的行為數據，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量提供改進依據。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行各項考核任務。

一、通信工程教學評價存在的問題

傳統的通信工程教學評價方式重結果輕過程、重理論輕實踐，且人為主觀評價占據較多，導致教學質量評價時效性差、準確性低，最終的評價結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學科，單純依靠泰勒模式以靜態方式進行教學評價，只看重結果而忽視了學習者的動態學習過程，無法達到全面評價學生的整體學習表現的目的。

第二，評價內容不全面。現有的通信工程教學評價內容以課堂教學為主，并未將線上學習納入其中，評價數據來源單一，教師往往根據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，既制訂規則又做評分員，造成評價結果不理想，無法檢測出學生目前的學習狀態和水平。

二、一體化智慧評價機制

根據通信工程專業課程教學需要，采用PDCA循環模式，包括計劃（Plan）、執行（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，實現學生理論能力與操作能力一體化考核。基于PDCA的通信工程專業課程教學質量一體化智慧評價機制是一種發現、分析、解決問題的動態循環反復持續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評價;課程評價內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、習題、考試、實驗等;課程評價標準的確定發布，寫入課程教學大綱將其規范化。其次是開展質量評價，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生的原因，如果是前因教師應該認真反思教學中的不足，如果是后因教師應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整教學方式方法，針對學生學習薄弱環節多加輔導及增加練習等。

三、智慧教學評價系統構建

（一）系統架構

鑒于人腦電波與意識狀態之間具有某種關聯，利用腦電波反饋原理去獲取學習者的學習狀態，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據，從而判斷學生的課程學習狀態與學習效果。通信工程智慧教學評價系統以腦電波技術、人機交互技術、人工智能技術等為核心;以微服務架構、云計算服務平臺、大數據存儲平臺為基礎架構;腦波儀、智能設備、智能教輔等硬件設備為基礎支撐。其系統架構如圖1所示。

通信工程智慧教學評價系統的功能，包括科學測評學生專注力，將評價系統與教具應用相結合，采集分析學生控制教具情景的專注力數據，并統計各階段學生注意力的發展態勢;實時監測學生專注力，在教學全過程對學生學習專注力進行監測，將評價結果數據信息發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;強化訓練學生專注力，對學生展開通信工程專業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，為其智能推送體現個性化、差異化的學習內容;收集班級全體學生的學習專注力數據，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，從側面反映了教師教學的水平和質量，為通信工程教學改革提供了新思路。

（二）物聯網環境搭建

從智能技術和空間設計這兩方面入手，建設應用于通信工程課程教學的智慧教室，智能技術部署上，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，充分利用室內有限空間合理布局教學設備，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備講臺等基礎設施。智慧教室的建設使通信工程課程教學沉浸在自動智能感知的物聯網環境里，能夠實時采集學生學習所處狀態的腦電波信號，進一步分析處理收集到的數據，得到表現學生專注力的相關指標數據，課程教學與教學評價同時進行得出的評價結果具有較高可靠性。見圖2。

通信工程智慧教室是利用物聯網環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、內容呈現、環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感知系統和AI分析兩部分內容，利用照度、溫濕度、腦波儀、人體感應等傳感器來控制教室空調、照明設備以及采集學生腦電波信號;及時獲取維度有互聯交互大屏、互動教學系統和無線投屏，了解學生掌握課堂知識程度，鼓勵學生積極探討學科領域知識;資源獲取維度有教具評測系統、記憶白板、無線AP和與云桌面系統，采用勞逸結合的方式激發學生的學習興趣，根據課程需要調用教學資源為學生推送學習內容;內容呈現維度有電子班牌系統、多屏演示系統和擴音系統，提供多種信息服務功能和實現多媒體教學功能;環境管理維度有智能中控系統、智能門禁系統和師生靈動桌椅，通過可觸面板觸發教室相關設備設施實現智能化管控。

（三）評價體系構建

通信工程智慧教學評價的出發點是尋求教與學全方位的智慧發展，在信息技術的應用與支撐下，通信工程智慧教學重在培養學生的自主性學習能力，轉被動地接受知識為主動地構建知識，教師在其中充當輔助教學的角色，由先前的知識傳輸者、運送者轉變為知識的引導者、促進者，教學質量評價的最終目的是將學生培養成有智慧的人。通信工程智慧教學質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度、學習意志和學習意愿三個方面，它是學生自然而然呈現出來的學習態度、興趣和價值觀等。其次要對評價指標權重進行計算，采用AHP層次分析法和專家咨詢法建立層級結構模型和構建判斷矩陣，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流程，課中要求學生佩戴腦波監測儀，實時掃描監測學生腦皮層的精神活動，儀器內嵌芯片用于腦電波數據的分析處理，完成腦波信號向視聽信號的轉化，最終實現腦波的讀取及量化。將腦波儀跟蹤監測學生學習過程收集到的數據上傳存儲于云端，經過人工智能算法運算得出學習者的專注度數值，這些數值反映了學生的學習狀態，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為其推送有關學習內容，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上查看學生的學習狀況，根據課程教學實際需要調整教學策略，實施精準教學提高教學效率。系統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利用腦電波反饋原理，智能化開展教學評價活動，與傳統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，能幫助教師發現教學問題進而調整教學策略，并從每一名學生的學習專注度和學習成績出發實施精準化教學。

四、評價后的數據分析

通信工程教學質量評價需要應用智慧教學環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控，實時監測和采集學生學習行為數據，并對收集到的數據進行處理和分析。學生學習行為數據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果的應用分析，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。其次是設計學習數據評價量表，記錄不同學習階段的特定學習數據，并對學習行為數據進行分析。最后得到教學評價結果，分為五個等級：90分以上為優秀、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。

本文構建了通信工程智慧教學評價系統及評價指標體系，改變了以結果論的靜態傳統教學質量評價模式，從多角度選取多種評價方式，注重結果與過程、靜態與動態相結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、學習水平和認知結構等，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量評價，提升工程學科人才培養質量做出了有益的嘗試，今后將繼續開展通信工程課程的教學質量評價體系研究，在實際應用中結合教學要求，對評價體系中的各項評價指標進行動態調整，并重新設置評價指標權重。

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注：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，研究方向為通信工程、智能教學系統。

（責編 王 一）