計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

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摘要：為實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的全面評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)工作的優(yōu)化，開(kāi)展基于深度學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。選擇IntelHI-100型號(hào)服務(wù)器、IC-GB36型號(hào)存儲(chǔ)器、ADAM-2000型號(hào)采集器、常規(guī)液晶顯示屏作為系統(tǒng)硬件設(shè)備，在硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，構(gòu)建計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；引進(jìn)深度學(xué)習(xí)算法，按照指標(biāo)進(jìn)行教學(xué)信息的獲取，并通過(guò)此種方式，對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)中的教學(xué)執(zhí)行情況進(jìn)行特征識(shí)別；提取并識(shí)別教學(xué)中不同行為的程度，實(shí)現(xiàn)基于卷積網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)評(píng)價(jià)與結(jié)果輸出。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，在引入深度學(xué)習(xí)后設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)情況的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂；教學(xué)評(píng)價(jià)

0引言

以計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)課堂為例，此門(mén)課程是高校教學(xué)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，也是大部分專(zhuān)業(yè)課程中的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)內(nèi)容[1]。針對(duì)此門(mén)課程的傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)，都是由高校教育處根據(jù)校內(nèi)管理部門(mén)提供的數(shù)據(jù)報(bào)表與簡(jiǎn)單信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)隱含價(jià)值的分析，但此種評(píng)價(jià)方式會(huì)受到評(píng)價(jià)者個(gè)人主觀(guān)意識(shí)的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)隱含價(jià)值的深度挖掘，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的全面提升。為了進(jìn)一步提高教育教學(xué)工作的質(zhì)量，本文將在此次研究中引進(jìn)深度學(xué)習(xí)算法，從硬件結(jié)構(gòu)與軟件功能等方面，開(kāi)發(fā)一個(gè)針對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，從客觀(guān)角度發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的價(jià)值性行為，提取潛在數(shù)據(jù)的規(guī)律性，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)中多元化數(shù)據(jù)、復(fù)雜化數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)與獲取，保證對(duì)課程教育提供實(shí)質(zhì)性意見(jiàn)[2]。截至目前，相關(guān)此方面內(nèi)容的研究仍存在一些不足，例如，該系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)初期的硬件選擇工作尚未完善，系統(tǒng)內(nèi)置程序中的評(píng)價(jià)功能仍較為單一。為此，本文將基于教育市場(chǎng)持續(xù)化發(fā)展層面，開(kāi)展此項(xiàng)工作的進(jìn)一步研究。

1硬件設(shè)計(jì)

為滿(mǎn)足高校教學(xué)工作的需求，本文按照B/S框架，對(duì)系統(tǒng)硬件展開(kāi)設(shè)計(jì)。相比傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，基于B/S架構(gòu)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)具有操作方便、維護(hù)便捷、適配性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)教學(xué)過(guò)程中的評(píng)價(jià)參與方，設(shè)置系統(tǒng)的三個(gè)終端分別為用戶(hù)服務(wù)器終端、程序單位存儲(chǔ)終端與數(shù)據(jù)庫(kù)集成終端[3]。按照此種設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行系統(tǒng)的綜合部署。該系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示。從圖1可以看出，該系統(tǒng)中的主要硬件設(shè)備包括服務(wù)器、存儲(chǔ)器、采集器與顯示屏，不同的硬件設(shè)備在系統(tǒng)中所起到的作用是不同的。根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行需求，進(jìn)行系統(tǒng)硬件的配置設(shè)計(jì)，如表1所示。下述將以系統(tǒng)服務(wù)器與存儲(chǔ)器為例，進(jìn)行硬件設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1.1服務(wù)器設(shè)計(jì)

根據(jù)本文上述論述內(nèi)容，針對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的服務(wù)器，選用IntelHI-100型號(hào)可自定義配置，24盤(pán)熱插拔服務(wù)器。該型號(hào)服務(wù)器存儲(chǔ)可被擴(kuò)展為支持24盤(pán)SAS；CPU支持IntelXeonE56核12線(xiàn)程；接口為VGA顯示接口；電源為800W冗余（1+1）服務(wù)器電源；內(nèi)存類(lèi)型為DDR416GRECC；可適用于分布式存儲(chǔ)環(huán)境；尺寸為650mm×420mm×175mm（長(zhǎng)×寬×高）。該型號(hào)服務(wù)器具備24盤(pán)滿(mǎn)配336/384TB大容量，能夠充分滿(mǎn)足本文評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)評(píng)價(jià)依據(jù)資源數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和運(yùn)行條件，同時(shí)服務(wù)器能夠支持Intel千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸，具備兩個(gè)Intel千兆網(wǎng)口以及IntelX520雙萬(wàn)兆光口，能夠確保本文評(píng)價(jià)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中具備極高的運(yùn)行速度[4]。

1.2存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

在完成對(duì)服務(wù)器的選型后，由于在本文評(píng)價(jià)系統(tǒng)當(dāng)中含有海量與計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程相關(guān)的信息內(nèi)容，因此需要更大容量的存儲(chǔ)器對(duì)海量信息進(jìn)行存儲(chǔ)[5]。針對(duì)這一問(wèn)題，選用IC-GB36型號(hào)電可擦除只讀存儲(chǔ)器作為本文評(píng)價(jià)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器。IC-GB36型號(hào)存儲(chǔ)器接口采用2-Wire,I2C類(lèi)型；電源電壓范圍為1.7~5.5V；工作溫度范圍為-35~+75°C；最大時(shí)鐘頻率為1MHz；數(shù)據(jù)保留時(shí)限為100年。將IC-GB36型號(hào)存儲(chǔ)器作為本文評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器，以此結(jié)合存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)信息對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2軟件設(shè)計(jì)

2.1獲取計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)高校計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)的精準(zhǔn)化評(píng)估，保證教學(xué)工作的全面優(yōu)化，需要在完成對(duì)該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，獲取影響課堂教學(xué)的相關(guān)因素，將其作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。此次構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系整體按照層次分析法構(gòu)建，建立計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表2所示。按照表2所示的內(nèi)容，獲取計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并在教學(xué)中根據(jù)教師執(zhí)教的實(shí)際情況，進(jìn)行指標(biāo)體系的填充與完善。

2.2基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)執(zhí)行特征識(shí)別

完成上述研究后，引進(jìn)深度學(xué)習(xí)算法，按照指標(biāo)進(jìn)行教學(xué)信息的獲取，并通過(guò)此種方式，對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)中的教學(xué)執(zhí)行情況進(jìn)行特征識(shí)別。在此過(guò)程中，將數(shù)據(jù)窗口的固定長(zhǎng)度作為節(jié)點(diǎn)最大值，綜合聚合層中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)值的深度學(xué)習(xí)?？蓪W(xué)習(xí)的過(guò)程表示為下述計(jì)算公式。式中，D表示對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參數(shù)的深度學(xué)習(xí)過(guò)程；表示為輸入?yún)?shù)；i表示參數(shù)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；k表示參數(shù)的平均加權(quán)值；s表示參數(shù)的非線(xiàn)性表達(dá)方式；b表示參數(shù)局部特征；v表示參數(shù)集成網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)；t表示深度學(xué)習(xí)與單次迭代平均處理時(shí)長(zhǎng)；表示聚合網(wǎng)絡(luò)特征。

2.3基于卷積網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)評(píng)價(jià)與結(jié)果輸出

在上述設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引進(jìn)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)識(shí)別的教學(xué)執(zhí)行特征，進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果的輸出。在此過(guò)程中，提取并識(shí)別教學(xué)中不同行為的程度，將程度作為教學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)化條件。根據(jù)與之方面相關(guān)的優(yōu)化條件進(jìn)行參數(shù)行為的匹配[6]。例如，當(dāng)執(zhí)行的行為可滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂高質(zhì)量教學(xué)行為時(shí)，將參數(shù)設(shè)定為上限值，以此為依據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入卷積網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭代處理，得到評(píng)價(jià)查詢(xún)結(jié)果，并根據(jù)教學(xué)中相關(guān)數(shù)據(jù)的完整度，進(jìn)行教學(xué)行為的定性評(píng)估。

3對(duì)比實(shí)驗(yàn)

結(jié)合本文上述論述，從硬件和軟件兩個(gè)層次實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)后，為了驗(yàn)證這一評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，開(kāi)展如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中選擇將本文提出的基于深度學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)組，將基于云平臺(tái)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)作為對(duì)照組，將兩種評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)用到某高校計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)中，并針對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行情況的直觀(guān)檢驗(yàn)，選擇將兩種評(píng)價(jià)系統(tǒng)完成運(yùn)行得出的評(píng)價(jià)結(jié)果置信度作為對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)，系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果的置信度計(jì)算公式為（2）式中，表示為兩種評(píng)價(jià)系統(tǒng)在運(yùn)行后得出的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)的專(zhuān)家軟件平均評(píng)價(jià)結(jié)果相比的置信度；表示計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；表示通過(guò)兩種評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出的評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)公式（2），對(duì)兩種評(píng)價(jià)系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。已知公式（2）中置信度的取值范圍在0~1之間，若數(shù)值越接近1，則說(shuō)明評(píng)價(jià)結(jié)果的置信度越高，評(píng)價(jià)結(jié)果越符合實(shí)際。根據(jù)上述分析，針對(duì)該高校五名不同教師的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果的置信度記錄并繪制如圖2所示。從圖2中兩條曲線(xiàn)可以看出，實(shí)驗(yàn)組評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)五節(jié)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)情況的評(píng)價(jià)結(jié)果置信度均在0.70以上，并且隨著評(píng)價(jià)次數(shù)的增加，評(píng)價(jià)結(jié)果的置信度逐漸提高，評(píng)價(jià)價(jià)值提升。而對(duì)照組評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)五節(jié)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)情況的評(píng)價(jià)結(jié)果置信度均未超過(guò)0.50。通過(guò)上述置信度的取值變化特性可以得出，實(shí)驗(yàn)組評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出的評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際，而對(duì)照組評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相差較大。

作者:聶文芳 單位:南昌應(yīng)用技術(shù)師范學(xué)院