計算機應用基礎(chǔ)課堂教學評價系統(tǒng)
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摘要：為實現(xiàn)對教學質(zhì)量的全面評估，實現(xiàn)對教學工作的優(yōu)化，開展基于深度學習的計算機應用基礎(chǔ)課堂教學評價系統(tǒng)的設(shè)計研究。選擇IntelHI-100型號服務器、IC-GB36型號存儲器、ADAM-2000型號采集器、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)建計算機應用基礎(chǔ)課堂教學評價指標體系；引進深度學習算法，按照指標進行教學信息的獲取，并通過此種方式，對計算機應用基礎(chǔ)課堂教學中的教學執(zhí)行情況進行特征識別；提取并識別教學中不同行為的程度，實現(xiàn)基于卷積網(wǎng)絡的教學評價與結(jié)果輸出。通過對比實驗證明，在引入深度學習后設(shè)計的評價系統(tǒng)，在實際應用中可以實現(xiàn)對計算機應用基礎(chǔ)課程教學情況的準確評價。
關(guān)鍵詞：深度學習；計算機應用基礎(chǔ)課堂；教學評價
0引言
以計算機應用基礎(chǔ)課堂教學課堂為例，此門課程是高校教學中的重點環(huán)節(jié)，也是大部分專業(yè)課程中的基礎(chǔ)學習內(nèi)容[1]。針對此門課程的傳統(tǒng)教學評價，都是由高校教育處根據(jù)校內(nèi)管理部門提供的數(shù)據(jù)報表與簡單信息，進行數(shù)據(jù)隱含價值的分析，但此種評價方式會受到評價者個人主觀意識的影響，無法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)隱含價值的深度挖掘，也無法實現(xiàn)對教學質(zhì)量的全面提升。為了進一步提高教育教學工作的質(zhì)量，本文將在此次研究中引進深度學習算法，從硬件結(jié)構(gòu)與軟件功能等方面，開發(fā)一個針對計算機應用基礎(chǔ)課堂教學的評價系統(tǒng)，從客觀角度發(fā)現(xiàn)教學中的價值性行為，提取潛在數(shù)據(jù)的規(guī)律性，實現(xiàn)對教學中多元化數(shù)據(jù)、復雜化數(shù)據(jù)的設(shè)計與獲取，保證對課程教育提供實質(zhì)性意見[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)置程序中的評價功能仍較為單一。為此，本文將基于教育市場持續(xù)化發(fā)展層面，開展此項工作的進一步研究。
1硬件設(shè)計
為滿足高校教學工作的需求，本文按照B/S框架，對系統(tǒng)硬件展開設(shè)計。相比傳統(tǒng)的評價系統(tǒng)，基于B/S架構(gòu)的評價系統(tǒng)具有操作方便、維護便捷、適配性強等優(yōu)勢。根據(jù)教學過程中的評價參與方，設(shè)置系統(tǒng)的三個終端分別為用戶服務器終端、程序單位存儲終端與數(shù)據(jù)庫集成終端[3]。按照此種設(shè)計理念，進行系統(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)備包括服務器、存儲器、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)的運行需求，進行系統(tǒng)硬件的配置設(shè)計，如表1所示。下述將以系統(tǒng)服務器與存儲器為例，進行硬件設(shè)備的詳細設(shè)計。
1.1服務器設(shè)計
根據(jù)本文上述論述內(nèi)容，針對評價系統(tǒng)中的服務器，選用IntelHI-100型號可自定義配置，24盤熱插拔服務器。該型號服務器存儲可被擴展為支持24盤SAS；CPU支持IntelXeonE56核12線程；接口為VGA顯示接口；電源為800W冗余（1+1）服務器電源；內(nèi)存類型為DDR416GRECC；可適用于分布式存儲環(huán)境；尺寸為650mm×420mm×175mm（長×寬×高）。該型號服務器具備24盤滿配336/384TB大容量，能夠充分滿足本文評價系統(tǒng)對各類評價依據(jù)資源數(shù)據(jù)的存儲和運行條件，同時服務器能夠支持Intel千兆網(wǎng)絡傳輸，具備兩個Intel千兆網(wǎng)口以及IntelX520雙萬兆光口，能夠確保本文評價系統(tǒng)在運行過程中具備極高的運行速度[4]。
1.2存儲器設(shè)計
在完成對服務器的選型后，由于在本文評價系統(tǒng)當中含有海量與計算機應用基礎(chǔ)課程相關(guān)的信息內(nèi)容，因此需要更大容量的存儲器對海量信息進行存儲[5]。針對這一問題，選用IC-GB36型號電可擦除只讀存儲器作為本文評價系統(tǒng)的存儲器。IC-GB36型號存儲器接口采用2-Wire,I2C類型；電源電壓范圍為1.7~5.5V；工作溫度范圍為-35~+75°C；最大時鐘頻率為1MHz；數(shù)據(jù)保留時限為100年。將IC-GB36型號存儲器作為本文評價系統(tǒng)中的存儲器，以此結(jié)合存儲器中的計算機應用基礎(chǔ)課堂教學信息對其效果進行評價。
2軟件設(shè)計
2.1獲取計算機應用基礎(chǔ)課堂教學評價指標
為實現(xiàn)對高校計算機應用基礎(chǔ)課堂教學的精準化評估，保證教學工作的全面優(yōu)化，需要在完成對該系統(tǒng)的硬件設(shè)計后，獲取影響課堂教學的相關(guān)因素，將其作為評價指標。此次構(gòu)建的評價指標體系整體按照層次分析法構(gòu)建，建立計算機應用基礎(chǔ)課堂教學評價指標體系，如表2所示。按照表2所示的內(nèi)容，獲取計算機應用基礎(chǔ)課堂教學評價指標，并在教學中根據(jù)教師執(zhí)教的實際情況，進行指標體系的填充與完善。
2.2基于深度學習的教學執(zhí)行特征識別
完成上述研究后，引進深度學習算法，按照指標進行教學信息的獲取，并通過此種方式，對計算機應用基礎(chǔ)課堂教學中的教學執(zhí)行情況進行特征識別。在此過程中，將數(shù)據(jù)窗口的固定長度作為節(jié)點最大值，綜合聚合層中的數(shù)據(jù)，進行節(jié)點數(shù)值的深度學習?？蓪W習的過程表示為下述計算公式。式中，D表示對網(wǎng)絡節(jié)點參數(shù)的深度學習過程；表示為輸入?yún)?shù)；i表示參數(shù)對應的評價指標；k表示參數(shù)的平均加權(quán)值；s表示參數(shù)的非線性表達方式；b表示參數(shù)局部特征；v表示參數(shù)集成網(wǎng)絡的層數(shù)；t表示深度學習與單次迭代平均處理時長；表示聚合網(wǎng)絡特征。
2.3基于卷積網(wǎng)絡的教學評價與結(jié)果輸出
在上述設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引進卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，根據(jù)識別的教學執(zhí)行特征，進行教學評價結(jié)果的輸出。在此過程中，提取并識別教學中不同行為的程度，將程度作為教學質(zhì)量優(yōu)化條件。根據(jù)與之方面相關(guān)的優(yōu)化條件進行參數(shù)行為的匹配[6]。例如，當執(zhí)行的行為可滿足計算機應用基礎(chǔ)課堂高質(zhì)量教學行為時，將參數(shù)設(shè)定為上限值，以此為依據(jù)，將數(shù)據(jù)導入卷積網(wǎng)絡進行迭代處理，得到評價查詢結(jié)果，并根據(jù)教學中相關(guān)數(shù)據(jù)的完整度，進行教學行為的定性評估。
3對比實驗
結(jié)合本文上述論述，從硬件和軟件兩個層次實現(xiàn)對評價系統(tǒng)的理論設(shè)計后，為了驗證這一評價系統(tǒng)的實際應用效果，開展如下對比實驗。在實驗中選擇將本文提出的基于深度學習的評價系統(tǒng)作為實驗組，將基于云平臺的評價系統(tǒng)作為對照組，將兩種評價系統(tǒng)應用到某高校計算機專業(yè)中，并針對計算機應用基礎(chǔ)課堂教學情況進行評價。為了實現(xiàn)對評價系統(tǒng)運行情況的直觀檢驗，選擇將兩種評價系統(tǒng)完成運行得出的評價結(jié)果置信度作為對系統(tǒng)評價的量化指標，系統(tǒng)評價結(jié)果的置信度計算公式為（2）式中，表示為兩種評價系統(tǒng)在運行后得出的評價結(jié)果與實際計算機應用基礎(chǔ)課堂教學的專家軟件平均評價結(jié)果相比的置信度；表示計算機應用基礎(chǔ)課堂教學綜合評價結(jié)果；表示通過兩種評價系統(tǒng)得出的評價結(jié)果。根據(jù)公式（2），對兩種評價系統(tǒng)的應用效果進行評價。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，則說明評價結(jié)果的置信度越高，評價結(jié)果越符合實際。根據(jù)上述分析，針對該高校五名不同教師的計算機應用基礎(chǔ)課程教學效果進行評價，并將評價結(jié)果的置信度記錄并繪制如圖2所示。從圖2中兩條曲線可以看出，實驗組評價系統(tǒng)對五節(jié)計算機應用基礎(chǔ)課堂教學情況的評價結(jié)果置信度均在0.70以上，并且隨著評價次數(shù)的增加，評價結(jié)果的置信度逐漸提高，評價價值提升。而對照組評價系統(tǒng)對五節(jié)計算機應用基礎(chǔ)課堂教學情況的評價結(jié)果置信度均未超過0.50。通過上述置信度的取值變化特性可以得出，實驗組評價系統(tǒng)得出的評價結(jié)果更符合實際，而對照組評價系統(tǒng)得出的評價結(jié)果與實際相差較大。
作者:聶文芳 單位:南昌應用技術(shù)師范學院
