物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評價

郝 芯，吳翠紅

（長春電子科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長春 130114）

0 引 言

作為土建類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，材料力學(xué)課程具有較強的理論性與應(yīng)用性[1]，因此該門課程對于課堂教學(xué)質(zhì)量的要求也相對較高。課堂教學(xué)質(zhì)量評價是提升課堂教學(xué)質(zhì)量的有效方式[2-4]，因此對材料力學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量評價方法的研究具有重要意義。

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評價方法，在教學(xué)質(zhì)量評價過程中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感技術(shù)感知教學(xué)過程中的各項數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評價。

1 教學(xué)質(zhì)量智能評價方法

1.1 方法整體架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的材料力學(xué)課程教學(xué)評價方法集成了多媒體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)等。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)對教學(xué)過程中學(xué)生的行為、環(huán)境、教學(xué)資源的實時數(shù)據(jù)采集與篩選，提供了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施。評價方法的整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 方法整體架構(gòu)

方法的整體架構(gòu)主要由4 部分組成，分別是：材料力學(xué)課程物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)子系統(tǒng)、系統(tǒng)支撐網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)管理平臺以及教學(xué)質(zhì)量評價子系統(tǒng)。

（1）學(xué)生利用材料力學(xué)課程物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)子系統(tǒng)開展材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，該子系統(tǒng)中包含材料力學(xué)課程教學(xué)過程中所使用的各項設(shè)備[5]，不同設(shè)備中均包含通信接口、通信協(xié)議以及設(shè)備功能數(shù)據(jù)檢測與采集模塊等。

（2）系統(tǒng)支撐網(wǎng)絡(luò)主要利用傳感器等設(shè)備采集材料力學(xué)課程教學(xué)過程中所使用各項設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將其傳輸至系統(tǒng)管理平臺內(nèi)。

（3）管理平臺中對所獲取的數(shù)據(jù)實施分類與處理，獲取不同類型的數(shù)據(jù)信息圖[6]，用戶依照該信息圖能夠?qū)崟r獲取教學(xué)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（4）教學(xué)質(zhì)量評價子系統(tǒng)基于所獲取的數(shù)據(jù)，構(gòu)建評價指標(biāo)體系，利用評價模型獲取材料力學(xué)課程教學(xué)評價結(jié)果。

1.2 模型構(gòu)建

1.2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

對提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)建，建立教學(xué)質(zhì)量評價模型，為教學(xué)質(zhì)量智能評價模型的構(gòu)建和優(yōu)化提供了支持。材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量評價是一個非線性、復(fù)雜的問題[7-9]。根據(jù)對材料力學(xué)專業(yè)教師、材料力學(xué)專業(yè)學(xué)生以及相關(guān)管理部門人員的調(diào)研結(jié)果，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)態(tài)度與教學(xué)效果四個角度出發(fā)，構(gòu)建包含3 個層級的材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量評價指標(biāo)體系，如圖2 所示。

圖2 指標(biāo)體系

1.2.2 評價模型構(gòu)建

（1）構(gòu)建評價集

評價集由材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量可能獲取的、不同等級的評價結(jié)果組成[10]。通常情況下可將教學(xué)質(zhì)量劃分為4 個等級，分別是優(yōu)秀、良好、及格和不及格。因此，材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評價過程中，評價集可表示為：

（2）構(gòu)建評價矩陣

針對指標(biāo)體系中的單一評價指標(biāo)實施單指標(biāo)評價，獲取單指標(biāo)評價集。基于該評價集即可獲取整體評價矩陣，由此獲取該指標(biāo)的隸屬度。

以x和u(x)分別表示材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量評價指標(biāo)和其隸屬度，由此可利用式（2）獲取x對評價集內(nèi)不同評價等級的隸屬度U=u1(x),u2(x), ...,uL+1(x)：

式中評價等級分界點用s1,s2, ...,sL+1表示。

（3）構(gòu)建權(quán)重集合

評價指標(biāo)的權(quán)重是指該指標(biāo)在實際評價過程中的相對重要性，通過權(quán)重能夠區(qū)分不同評價指標(biāo)對于最終評價結(jié)果的影響程度。評價指標(biāo)體系內(nèi)不同評價指標(biāo)的的權(quán)重共同組成了權(quán)重體系W={wi|i=1=1, 2, ...,n}，須符合以下標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)一：0 ≤wi≤1；i=1, 2, ...,n，其中wi表示x的權(quán)重。

（4）整體評價

整體評價是指以單層次評價結(jié)果為基礎(chǔ)，獲取最終評價結(jié)果R，評價模型公式描述如下：

2 實驗結(jié)果

為驗證本文方法的實際應(yīng)用性能，以某理工類高校2021級材料力學(xué)專業(yè)的8 個班級為研究對象，采用本文方法對其教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行智能評價。

表1 所示為本文方法所構(gòu)建評價指標(biāo)體系內(nèi)各指標(biāo)的權(quán)重值與隸屬度計算結(jié)果。

表1 評價指標(biāo)計算結(jié)果

基于表1 所示的評價指標(biāo)權(quán)重與隸屬度計算結(jié)果，在已劃分的四個教學(xué)質(zhì)量等級的基礎(chǔ)上，再次劃分二級指標(biāo)（A、B、C、D），使得教學(xué)評價結(jié)果更加精準(zhǔn)，進(jìn)而有效提升教學(xué)質(zhì)量。采用本文方法評價研究對象的教學(xué)質(zhì)量，所得結(jié)果如圖3 所示。

圖3 評價結(jié)果

分析圖3 可知，采用本文方法對研究對象教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評價，所得評價結(jié)果與研究對象實際教學(xué)質(zhì)量情況基本一致。由此說明本文方法能夠準(zhǔn)確評價研究對象教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié) 語

本文研究了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評價方法。采用該方法對相關(guān)專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評價，并基于評價結(jié)果對教學(xué)過程進(jìn)行完善與優(yōu)化，能夠有效提升教學(xué)質(zhì)量。在后續(xù)研究過程中將主要針對評價指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化，以提升本文方法指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性，以及指標(biāo)數(shù)據(jù)采集的便利性。