通信工程智慧教学评价系统研究

【摘 要】本文针对传统通信工程教学评价中评价方式不合理、评价内容不全面、评价标准不客观等问题，提出将PDCA理念融入通信工程教学中，构建系统评价、评学与评教一体化智慧评价机制，将人工智能技术与智慧教室软硬件相结合，构建物联网环境下的通信工程智慧教学评价系统，发挥系统学习行为数据采集、记录与分析的优势，保证教学评价数据来源的客观性、合理性以及全面性等，认为该评价系统既可以帮助教师调整教学策略、提高课堂教学质量，又可以帮助学生认清自己的学习状态、提高课程学习效果。

【关键词】通信工程 智慧教学 评价系统

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2021）07-0099-04

随着5G、云计算、大数据、物联网和人工智能等现代科技的发展，仍旧依照传统的通信工程教学目标和教学方式，难以培育出符合当今社会所需的通信工程科技人才。为顺应信息化教育需要，通信工程智慧教学理念与模式应运而生，其通过应用各种电子产品实现通信工程专业智能化教学。教学评价是教育教学的重要组成部分，通信工程的教学改革涵盖智慧教学评价体系构建，它是衡量通信工程教学取得成效的标尺，对改进教学方法以及提升教学水平都有帮助作用。因此，应构建通信工程智慧教学评价系统，实时采集学生通信工程课程学习的行为数据，进而分析学生的学习效果和鉴定教师的教学能力，为提高通信工程的教学质量提供改进依据。笔者探索建立一套健全完善的通信工程教学评价体系，以便在通信工程智慧教学中有效地执行各项考核任务。

一、通信工程教学评价存在的问题

传统的通信工程教学评价方式重结果轻过程、重理论轻实践，且人为主观评价占据较多，导致教学质量评价时效性差、准确性低，最终的评价结果因缺乏可靠性和真实性，并不能为学校的教育决策提供很有价值的参考。通信工程教学评价中存在的问题主要表现在以下方面。

第一，评价方式不合理。通信工程是一门实践性较强的专业学科，单纯依靠泰勒模式以静态方式进行教学评价，只看重结果而忽视了学习者的动态学习过程，无法达到全面评价学生的整体学习表现的目的。

第二，评价内容不全面。现有的通信工程教学评价内容以课堂教学为主，并未将线上学习纳入其中，评价数据来源单一，教师往往根据对学生的课堂印象给分，学生会临时“抓重点”突击复习，达不到教学评价的真实意图。

第三，评价标准不客观。通信工程教学活动围绕学生开展，其教学评价是对学生学习情况的综合反映，但具体的评价标准却由教师制订、实施、主导，既制订规则又做评分员，造成评价结果不理想，无法检测出学生目前的学习状态和水平。

二、一体化智慧评价机制

根据通信工程专业课程教学需要，采用PDCA循环模式，包括计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）、处理（Action）四个阶段，将PDCA理念运用于通信工程教学评价中，实现学生理论能力与操作能力一体化考核。基于PDCA的通信工程专业课程教学质量一体化智慧评价机制是一种发现、分析、解决问题的动态循环反复持续进行的教学评价手段。首先是制订评价标准，课程评价方式使用整个学习过程的动态评价;课程评价内容分为线下教学评价和线上教学评价，包括考勤、提问、讨论、作业、习题、考试、实验等;课程评价标准的确定发布，写入课程教学大纲将其规范化。其次是开展质量评价，参与教学评价的师生要严格按照第一阶段的评价标准执行，学生评教是学生对教师课程教学的评价;学生评学是学生相互之间的课程学习评价;教师评学是教师对学生学习掌握程度的评价。再次是检查评价结果，这是对第二阶段的教学评价工作实行全面检测，查找“评教”“评学”中教师与学生各自存在的问题，分析普遍问题和个别问题产生的原因，如果是前因教师应该认真反思教学中的不足，如果是后因教师应为这些学生给出适当性的学习建议。最后进行处理与改进，将教学评价结果反馈给教师和学生，为第三阶段的存在问题提出解决对策，教师针对教学欠缺之处调整教学方式方法，针对学生学习薄弱环节多加辅导及增加练习等。

三、智慧教学评价系统构建

（一）系统架构

鉴于人脑电波与意识状态之间具有某种关联，利用脑电波反馈原理去获取学习者的学习状态，使用可穿戴脑波电子仪器检测和采集脑波信号，运用智能算法处理和提取脑电信号，输出表示学习注意力程度高低的系列数据，从而判断学生的课程学习状态与学习效果。通信工程智慧教学评价系统以脑电波技术、人机交互技术、人工智能技术等为核心;以微服务架构、云计算服务平台、大数据存储平台为基础架构;脑波仪、智能设备、智能教辅等硬件设备為基础支撑。其系统架构如图1所示。

通信工程智慧教学评价系统的功能，包括科学测评学生专注力，将评价系统与教具应用相结合，采集分析学生控制教具情景的专注力数据，并统计各阶段学生注意力的发展态势;实时监测学生专注力，在教学全过程对学生学习专注力进行监测，将评价结果数据信息发送到教师端和学生端，教师可以实时查看每一名学生的专注力变化情况，学生也可以清楚地认识到自身学习所处状态;强化训练学生专注力，对学生展开通信工程专业学科知识和实验项目掌握评测，检测每一名学生的课程学习状况，为其智能推送体现个性化、差异化的学习内容;收集班级全体学生的学习专注力数据，通过综合分析可以得知该班级通信工程课程学习的整体情况，从侧面反映了教师教学的水平和质量，为通信工程教学改革提供了新思路。

（二）物联网环境搭建

从智能技术和空间设计这两方面入手，建设应用于通信工程课程教学的智慧教室，智能技术部署上，集资源共享、智能管控、学习分析、智慧教学、教学评价等功能为一体，可满足学生、教师、学校不同对象的教学与管理需要;教室空间布置上，充分利用室内有限空间合理布局教学设备，配备三路可控灯光、嵌入式轨道插座、可折叠移动桌椅以及多媒体设备讲台等基础设施。智慧教室的建设使通信工程课程教学沉浸在自动智能感知的物联网环境里，能够实时采集学生学习所处状态的脑电波信号，进一步分析处理收集到的数据，得到表现学生专注力的相关指标数据，课程教学与教学评价同时进行得出的评价结果具有较高可靠性。见图2。

通信工程智慧教室是利用物联网环境对学生的学习过程进行自动感知和评价，从情感感知、及时互动、资源获取、内容呈现、环境管理五个维度去认识智慧教室各个组成部分，情感感知维度包括物联感知系统和AI分析两部分内容，利用照度、温湿度、脑波仪、人体感应等传感器来控制教室空调、照明设备以及采集学生脑电波信号;及时获取维度有互联交互大屏、互动教学系统和无线投屏，了解学生掌握课堂知识程度，鼓励学生积极探讨学科领域知识;资源获取维度有教具评测系统、记忆白板、无线AP和与云桌面系统，采用劳逸结合的方式激发学生的学习兴趣，根据课程需要调用教学资源为学生推送学习内容;内容呈现维度有电子班牌系统、多屏演示系统和扩音系统，提供多种信息服务功能和实现多媒体教学功能;环境管理维度有智能中控系统、智能门禁系统和师生灵动桌椅，通过可触面板触发教室相关设备设施实现智能化管控。

（三）评价体系构建

通信工程智慧教学评价的出发点是寻求教与学全方位的智慧发展，在信息技术的应用与支撑下，通信工程智慧教学重在培养学生的自主性学习能力，转被动地接受知识为主动地构建知识，教师在其中充当辅助教学的角色，由先前的知识传输者、运送者转变为知识的引导者、促进者，教学质量评价的最终目的是将学生培养成有智慧的人。通信工程智慧教学质量评价是一项以具有灵活性、科学能动性的评价指标体系为基准而开展的有序活动，首先要确定教学评价指标要素，从知识层面、过程层面、情感层面对通信工程课程教学质量进行分析：知识层面分为知识获取、知识保持和知识迁移三个方面，它是学生通过学习、实践或探索所获得的成果;过程层面分为学习准备、学习参与和自我反思三个方面，它是学生在智慧环境支持下，通过通信工程教学活动获取知识和技能的过程;情感层面分为学习态度、学习意志和学习意愿三个方面，它是学生自然而然呈现出来的学习态度、兴趣和价值观等。其次要对评价指标权重进行计算，采用AHP层次分析法和专家咨询法建立层级结构模型和构建判断矩阵，进行一致性分析确定评价指标体系及计算各指标项权重值。基于知识层面、过程层面、情感层面三个维度建立通信工程智慧教学评价指标体系，如表1所示。

（四）评价流程

人机交互下的通信工程智慧教学评价系统流程，课中要求学生佩戴脑波监测仪，实时扫描监测学生脑皮层的精神活动，仪器内嵌芯片用于脑电波数据的分析处理，完成脑波信号向视听信号的转化，最终实现脑波的读取及量化。将脑波仪跟踪监测学生学习过程收集到的数据上传存储于云端，经过人工智能算法运算得出学习者的专注度数值，这些数值反映了学生的学习状态，从中可以知道学生在课程学习中哪些方面能力欠缺，从学生实际情况出发为其推送有关学习内容，通过智能教学评价促进学生有效学习。见图3。

教师端可供教师在系统上查看学生的学习状况，根据课程教学实际需要调整教学策略，实施精准教学提高教学效率。系统配备训练强化专注力的辅助教具，让学生在体验中感受专注力改变引发的物体动作变化：专注度越高被控制的教具运动速度越快。借助这些教辅工具，学生可提升自己的学习效率。通信工程智慧教学评价系统利用脑电波反馈原理，智能化开展教学评价活动，与传统依靠人物力的评价方式相比较，评价速度快、效率高且客观可信，因为教学评价历史记录可供查询，能帮助教师发现教学问题进而调整教学策略，并从每一名学生的学习专注度和学习成绩出发实施精准化教学。

四、评价后的数据分析

通信工程教学质量评价需要应用智慧教学环境中的在线测评工具，对学习者在通信工程学习过程中的学习行为进行跟踪监控，实时监测和采集学生学习行为数据，并对收集到的数据进行处理和分析。学生学习行为数据来源于教学平台各功能模块的历史记录，包括课件模块、测验和作业模块、考试模块、讨论模块等，从这些模块中可以查看到学生的知识学习情况、测试与作业完成情况、考试成绩、交流探讨的问题等。评价指标体系与教学评价结果的应用分析，首先是制作学习评价方式量表，将学习评价分为教师评学、学生评教、学生互评、系统评价四种方式，对这四种方式进行赋分，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分及以上表示可以选择该评价方式进行评价。其次是设计学习数据评价量表，记录不同学习阶段的特定学习数据，并对学习行为数据进行分析。最后得到教学评价结果，分为五个等级：90分以上为优秀、80～89分为良好、70～79分为中等、60～69分为合格、60分以下为不合格。见表2。

本文构建了通信工程智慧教学评价系统及评价指标体系，改变了以结果论的静态传统教学质量评价模式，从多角度选取多种评价方式，注重结果与过程、静态与动态相结合对教学评价进行改进，教学评价最终目标是改进教学过程，提高教师通信工程教学的质量，同时提升学生的学习效果。依托评价指标体系去评价学生在智慧教学环境中的学习行为，能够比较准确地反映学生学习风格、学习水平和认知结构等，让学生积极主动学习，从而提高学习效率。本研究为保障通信工程专业课程进行信息化教学改革，提供全新的評价方式完成课程教学质量评价，提升工程学科人才培养质量做出了有益的尝试，今后将继续开展通信工程课程的教学质量评价体系研究，在实际应用中结合教学要求，对评价体系中的各项评价指标进行动态调整，并重新设置评价指标权重。

【参考文献】

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注：广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“通信工程专业物联网智慧教学平台关键技术研究”（2020KY35008）;广西建设职业技术学院校级科研项目“物联网环境下通信工程专业一体化智慧教学模式研究与实践”（2019B005）

【作者简介】刘焕毅（1980— ），男，广西建设职业技术学院工程师，研究方向为通信工程、智能教学系统。

（责编 王 一）