基于機(jī)器學(xué)習(xí)的思政教學(xué)資源共享模型設(shè)計(jì)

肖群

(常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 馬克思主義學(xué)院, 湖南， 常德 415000)

0 引言

如何實(shí)現(xiàn)思政教學(xué)資源的合理開發(fā)和有效利用是學(xué)校提高思政教學(xué)工作的基礎(chǔ)，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要因素。目前，雖然很多學(xué)校在思政教學(xué)資源的自主開發(fā)上已經(jīng)非常成熟，但是對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源共享仍然是亟待解決的難題之一[1]。

目前,我國(guó)資源管理平臺(tái)對(duì)資源的管控能力過強(qiáng)，教師不能更改，導(dǎo)致老舊教學(xué)資源無法及時(shí)更新，且容易誤導(dǎo)學(xué)生無法識(shí)別有用的資源，還給學(xué)校管理教學(xué)資源帶來了難度。例如，何向陽[2]指出思政教學(xué)資源利用率過低，各個(gè)學(xué)校之間的資源還處于自給自足階段，沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范制度，并且教學(xué)資源之間無法共享，導(dǎo)致教學(xué)資源的浪費(fèi)。VANPOUCKE等[3]基于機(jī)器學(xué)習(xí)的小數(shù)據(jù)素材設(shè)計(jì)方法為共享模型設(shè)計(jì)提供了參考思路。

為了實(shí)現(xiàn)思政教學(xué)的資源共享，本文提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)的共享模型。利用聚類算法對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行分類處理，進(jìn)行異構(gòu)的資源整合。實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的管理、發(fā)布與共享。

1 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的教學(xué)資源數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文在對(duì)思政教學(xué)資源進(jìn)行分類時(shí)，根據(jù)不同的課程內(nèi)容和課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。利用聚類算法對(duì)收集到的課程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算[4]。

1.1 教學(xué)資源類別分析

設(shè)k-means算法中的k表示樣本分類的課程數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)[5]，算法的實(shí)現(xiàn)過程如下：

假設(shè)給定課程標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練樣本(x(1),x(2),…,x(n))，每個(gè)x(i)∈Rn。

隨機(jī)選擇k個(gè)聚類質(zhì)心點(diǎn)，將其表示為u1,u2,…,un∈Rn。

循環(huán)操作以下步驟直至收斂。

計(jì)算每一個(gè)樣本x(i)所屬的簇：

(1)

計(jì)算各個(gè)課程數(shù)據(jù)樣本與質(zhì)心點(diǎn)之間的課程內(nèi)容相似度大小[6]，選擇與課程數(shù)據(jù)樣本距離小的質(zhì)心點(diǎn)，同時(shí)將質(zhì)心點(diǎn)距離一致的樣本劃分為同一簇，完成課程數(shù)據(jù)樣本的初始分類。

重新計(jì)算每一個(gè)聚類的質(zhì)心，設(shè)x(i)都在第j簇，則

(2)

使用同一類別樣本數(shù)據(jù)的平均值作為質(zhì)心點(diǎn)更新的依據(jù)[7]。重復(fù)以上操作，直至收斂為止。

對(duì)采集到的數(shù)據(jù)剔除多余的單位[8]，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)值型數(shù)據(jù)；針對(duì)采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)取值差別較大的情況進(jìn)行歸一化處理，將所有值都控制在合理范圍內(nèi)。

2 思政教學(xué)資源共享模型設(shè)計(jì)方案

大多數(shù)學(xué)校在教學(xué)資源上都有自己獨(dú)立的系統(tǒng)[9]，沒有與其他學(xué)校之間建立資源共享。本文為改善此情況構(gòu)建思政教學(xué)資源共享模型。

該模型的主要使用對(duì)象為教師和學(xué)生，是一個(gè)教學(xué)與學(xué)習(xí)相結(jié)合，以及資源、互動(dòng)與展示相結(jié)合的平臺(tái)，以“人類社會(huì)及其發(fā)展規(guī)律”一課為例，具體的實(shí)現(xiàn)功能如表1所示。

表1 模型結(jié)構(gòu)內(nèi)容

2.1 教學(xué)資源共享模型

建立一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫，需要將共享模型中的所有數(shù)據(jù)整合到中心數(shù)據(jù)庫中，并按照一定的分類標(biāo)準(zhǔn)將教學(xué)資源分類。教學(xué)資源共享模型構(gòu)成如圖1所示。

圖1 教學(xué)資源共享模型

在圖1中，教學(xué)資源共享模型是建立在物理資源基礎(chǔ)之上的。它通過虛擬化物理層的各種實(shí)際資源來提供額外的服務(wù)和功能，如通用的中間件、科研數(shù)據(jù)庫、教學(xué)數(shù)據(jù)庫、管理數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理員、工作流管理人員等。在物理網(wǎng)格上，以服務(wù)器、存儲(chǔ)器與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)為共享過程提供服務(wù)，如教學(xué)資源交流與合作、思政專業(yè)最新資料挖掘等。同時(shí)，物理資源之上的所有網(wǎng)格資源為建模服務(wù)，并保證其不被其他應(yīng)用集成和調(diào)用。各個(gè)層次實(shí)現(xiàn)的功能如下所述。

(1) 基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層主要由共享資源庫以及為共享資源庫提供數(shù)據(jù)的各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)所構(gòu)成。

(2) 環(huán)境層

實(shí)現(xiàn)模型的具體應(yīng)用，在接收到用戶的查找需求后執(zhí)行操作命令。

(3) 應(yīng)用層

由教學(xué)媒體和教學(xué)環(huán)境2部分組成，它是將結(jié)果反饋給用戶的接口部分。

在共享需求的復(fù)雜度及變化程度不是很大的情況下，采用數(shù)據(jù)庫的方式復(fù)用，復(fù)用次數(shù)越多，復(fù)用成本越大；在共享需求的復(fù)雜度及變化程度大的情況下，使用知識(shí)重用的方式復(fù)用，不管復(fù)用次數(shù)多少，復(fù)用成本不變。總的來說，通過結(jié)構(gòu)開發(fā)的教學(xué)資源共享模型可以促進(jìn)資源的有效利用，而且使模型的管理也變得簡(jiǎn)單。

2.2 教學(xué)資源共享模型功能模塊

教學(xué)資源共享模型的功能模塊實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共建共享的需求[10]。教學(xué)資源共享模型的功能模塊如圖2所示。

圖2 功能模塊圖

對(duì)功能模塊進(jìn)行具體分析如下。

(1) 系統(tǒng)管理模塊

教師可對(duì)模型中的資源進(jìn)行修改、刪除、更新等操作，并且可以對(duì)各類資源進(jìn)行組的劃分，設(shè)置組的權(quán)值等。

(2) 標(biāo)準(zhǔn)管理模塊

標(biāo)準(zhǔn)管理模塊確定了模型的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行選擇，并且將不合適的資源按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改或者刪除。

(3) 媒體素材模塊

根據(jù)思政的專業(yè)特點(diǎn)，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行分類，分為文本、音頻視頻、動(dòng)畫、圖像等5大類。

(4) 網(wǎng)絡(luò)課程模塊

網(wǎng)絡(luò)課程是按照不同的教學(xué)策略和教學(xué)目標(biāo)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)課程模塊有2部分：按照教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)策略形成的教學(xué)內(nèi)容;網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

(5) 試題庫模塊

試題庫模塊是按照一定的教育測(cè)量理論在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的學(xué)科題目的集合，有試題的查找、錄入、刪除、修改、批卷分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)等功能。

(6) 課件庫模塊

課件根據(jù)教學(xué)目標(biāo)制定，反映了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略。

(7) 案例庫模塊

案例庫模塊中的案例主要由專家學(xué)者或經(jīng)驗(yàn)豐富的教師提供。教師可以從案例庫模塊中選擇高質(zhì)量的案例，提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情。

(8) 目錄索引模塊

目錄索引模塊利用多種策略實(shí)現(xiàn)分布式存儲(chǔ)的課程資源進(jìn)行同步，從而實(shí)現(xiàn)不同資源庫中的資源的快速檢索和定位。

3 應(yīng)用實(shí)例

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的思政教學(xué)資源共享平臺(tái)的有效性，將此模型應(yīng)用到某高校教學(xué)中。在60位教師和60位同學(xué)分別運(yùn)用了30天后，采用調(diào)查問卷的方式進(jìn)行調(diào)查。2次調(diào)查問卷均發(fā)出問卷160份，收回問卷150份，有效問卷150份。利用SPSS對(duì)收集回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2、表3所示。

表2 教師和同學(xué)對(duì)教學(xué)資源共享模型效果評(píng)價(jià)比較

表3 教師和同學(xué)應(yīng)用后對(duì)模型效果評(píng)價(jià)與占比

在應(yīng)用共享模型后，教師和同學(xué)的感興趣程度和認(rèn)知程度明顯增高(P<0.01)；同學(xué)的學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)興趣也有所提高(P<0.05)。

通過表2可以看出，教師和同學(xué)在應(yīng)用共享模型前后的評(píng)價(jià)結(jié)果有著明顯的變化，并且教師和同學(xué)對(duì)模型都有著自己的認(rèn)識(shí)，根據(jù)各自的需要去運(yùn)用模型，同時(shí)也使模型具有個(gè)性化的特點(diǎn)。

通過表3中教師和同學(xué)應(yīng)用后對(duì)模型效果評(píng)價(jià)可知，共享模型在一些方面取得了很好的效果，但是在某些方面還需繼續(xù)改進(jìn)，如項(xiàng)目設(shè)定不多。從總體上來看，模型對(duì)教師和同學(xué)產(chǎn)生的積極作用更多一些，豐富了學(xué)生的課堂內(nèi)容。

否定人數(shù)仍占三成左右，由于思政資源信息量大且能緊跟形勢(shì)需要不斷更新，想要最大限度地實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享共建，就必須靈活應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。具體做法如下：

(1) 把圖像、聲音、文字等教學(xué)材料融合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化整合，學(xué)生不僅可以獲取自己所需的信息，還可以將自己認(rèn)為有用的信息展示給大家，實(shí)現(xiàn)資源共享。

(2) 資源信息量增加導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的功率密度不斷增加，因此，要對(duì)共享系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心管理模式進(jìn)行優(yōu)化。例如，建立準(zhǔn)確高效的無線傳播模型，擴(kuò)大無線信號(hào)接收功率，使數(shù)據(jù)中心的共享機(jī)制更為完善，滿足教師與學(xué)生的需求，使其支持思政教學(xué)資源共享平臺(tái)建設(shè)。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的教學(xué)資源共享模型，試圖將機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域中，使分布式的教學(xué)資源形成統(tǒng)一的檢索并實(shí)現(xiàn)了資源的共享。這樣做一方面可以實(shí)現(xiàn)資源的有效利用;另一方面也為教師提高教學(xué)水平提供更多的參考平臺(tái)。教學(xué)資源共享模型有效整合與管理各類資源，實(shí)現(xiàn)快速實(shí)現(xiàn)資源的查找與應(yīng)用，對(duì)提高學(xué)校整體水平和促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量都有著積極的推動(dòng)作用。