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摘要:為實(shí)現(xiàn)對教學(xué)質(zhì)量的全面評估,實(shí)現(xiàn)對教學(xué)工作的優(yōu)化,開展基于深度學(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,并通過此種方式,對計(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)評價(jià)與結(jié)果輸出。通過對比實(shí)驗(yàn)證明,在引入深度學(xué)習(xí)后設(shè)計(jì)的評價(jià)系統(tǒng),在實(shí)際應(yīng)用中可以實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程教學(xué)情況的準(zhǔn)確評價(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,此門課程是高校教學(xué)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié),也是大部分專業(yè)課程中的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)內(nèi)容[1]。針對此門課程的傳統(tǒng)教學(xué)評價(jià),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(bào)表與簡單信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)隱含價(jià)值的分析,但此種評價(jià)方式會(huì)受到評價(jià)者個(gè)人主觀意識(shí)的影響,無法實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)隱含價(jià)值的深度挖掘,也無法實(shí)現(xiàn)對教學(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,開發(fā)一個(gè)針對計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)的評價(jià)系統(tǒng),從客觀角度發(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,保證對課程教育提供實(shí)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(jià)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(xiàng)工作的進(jìn)一步研究。
1硬件設(shè)計(jì)
為滿足高校教學(xué)工作的需求,本文按照B/S框架,對系統(tǒng)硬件展開設(shè)計(jì)。相比傳統(tǒng)的評價(jià)系統(tǒng),基于B/S架構(gòu)的評價(jià)系統(tǒng)具有操作方便、維護(hù)便捷、適配性強(qiáng)等優(yōu)勢。根據(jù)教學(xué)過程中的評價(jià)參與方,設(shè)置系統(tǒng)的三個(gè)終端分別為用戶服務(wù)器終端、程序單位存儲(chǔ)終端與數(shù)據(jù)庫集成終端[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,針對評價(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(wù)器電源;內(nèi)存類型為DDR416GRECC;可適用于分布式存儲(chǔ)環(huán)境;尺寸為650mm×420mm×175mm(長×寬×高)。該型號(hào)服務(wù)器具備24盤滿配336/384TB大容量,能夠充分滿足本文評價(jià)系統(tǒng)對各類評價(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雙萬兆光口,能夠確保本文評價(jià)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中具備極高的運(yùn)行速度[4]。
1.2存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)
在完成對服務(wù)器的選型后,由于在本文評價(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)器對海量信息進(jìn)行存儲(chǔ)[5]。針對這一問題,選用IC-GB36型號(hào)電可擦除只讀存儲(chǔ)器作為本文評價(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)信息對其效果進(jìn)行評價(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)評價(jià)指標(biāo)
為實(shí)現(xiàn)對高校計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)的精準(zhǔn)化評估,保證教學(xué)工作的全面優(yōu)化,需要在完成對該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后,獲取影響課堂教學(xué)的相關(guān)因素,將其作為評價(jià)指標(biāo)。此次構(gòu)建的評價(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,并通過此種方式,對計(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。在此過程中,將數(shù)據(jù)窗口的固定長度作為節(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)的過程表示為下述計(jì)算公式。式中,D表示對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參數(shù)的深度學(xué)習(xí)過程;表示為輸入?yún)?shù);i表示參數(shù)對應(yīng)的評價(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;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)評價(jià)結(jié)果的輸出。在此過程中,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)量優(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,得到評價(jià)查詢結(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)行為的定性評估。
3對比實(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)對評價(jià)系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)后,為了驗(yàn)證這一評價(jià)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果,開展如下對比實(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)的評價(jià)系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)組,將基于云平臺(tái)的評價(jià)系統(tǒng)作為對照組,將兩種評價(jià)系統(tǒng)應(yīng)用到某高校計(jì)算機(jī)專業(yè)中,并針對計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)情況進(jìn)行評價(jià)。為了實(shí)現(xiàn)對評價(jià)系統(tǒng)運(yùn)行情況的直觀檢驗(yàn),選擇將兩種評價(jià)系統(tǒng)完成運(yùn)行得出的評價(jià)結(jié)果置信度作為對系統(tǒng)評價(jià)的量化指標(biāo),系統(tǒng)評價(jià)結(jié)果的置信度計(jì)算公式為(2)式中,表示為兩種評價(jià)系統(tǒng)在運(yùn)行后得出的評價(jià)結(jié)果與實(shí)際計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)的專家軟件平均評價(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)綜合評價(jià)結(jié)果;表示通過兩種評價(jià)系統(tǒng)得出的評價(jià)結(jié)果。根據(jù)公式(2),對兩種評價(jià)系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行評價(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,則說明評價(jià)結(jié)果的置信度越高,評價(jià)結(jié)果越符合實(shí)際。根據(jù)上述分析,針對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)行評價(jià),并將評價(jià)結(jié)果的置信度記錄并繪制如圖2所示。從圖2中兩條曲線可以看出,實(shí)驗(yàn)組評價(jià)系統(tǒng)對五節(jié)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)情況的評價(jià)結(jié)果置信度均在0.70以上,并且隨著評價(jià)次數(shù)的增加,評價(jià)結(jié)果的置信度逐漸提高,評價(jià)價(jià)值提升。而對照組評價(jià)系統(tǒng)對五節(jié)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課堂教學(xué)情況的評價(jià)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(shí)驗(yàn)組評價(jià)系統(tǒng)得出的評價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際,而對照組評價(jià)系統(tǒng)得出的評價(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