魏建宇 劉旭 馬文彬

陸軍軍事交通學院 天津 300161

引言

通過結(jié)合移動場景與智能化技術，可以承載更多的教學信息內(nèi)容。正是這種移動教育方式與教學數(shù)據(jù)相互映射，為構建實踐教學平臺與教學考核改革創(chuàng)造了信息化的基礎，提供了更多的空間與創(chuàng)新點。積極對接移動互聯(lián)與人工智能技術，將大數(shù)據(jù)融入高等教育全過程，已經(jīng)成為我國打造現(xiàn)代化高教的重要手段，這種信息化融合的教學實踐是智能化學科教育與個性化教學方式統(tǒng)一結(jié)合的“試金石”[1]。

對于交通運輸專業(yè)而言，不但需要理論積淀厚實、基礎知識過硬，更需要有很好的實踐操作與認知水平，這也對實踐教學考核提出了更高要求。隨著高校教學計算機應用規(guī)模的不斷擴展，教學數(shù)據(jù)涵蓋的方向呈發(fā)散態(tài)勢，為了更好地構建與之匹配的時間教學考核系統(tǒng)，應該積極根據(jù)國家法律法規(guī)的指導性，結(jié)合計算機科學技術的不斷發(fā)展，應用最先進的移動互聯(lián)手段，疊加人工智能技術應用，為新時代現(xiàn)代高校教育背景下，建設完備的教學考核平臺創(chuàng)造條件，并實現(xiàn)全面、可靠，擴展性強的內(nèi)核管理，可操作性好的防護策略，確保核心數(shù)據(jù)安全，為高校教學發(fā)展創(chuàng)造條件。

作為交通運輸領域高等教育的重要一環(huán)，實踐教學是關系到課程教學效果和學生最終掌握程度的重要教學方式，作為工科院校，實踐教學是理論教學重要的“助推器”。實踐教學的效果直接關系著學生最終對于相關理論知識的掌握程度，從而為其后續(xù)進入工作崗位能力的發(fā)揮有著很大的影響。當前，由于高校傳統(tǒng)教學模式的影響，實踐教學的最終考核方式更多的還是一種應試式的考查方式，屬于節(jié)點型考核，無法對教學的全域過程做到有效監(jiān)管，學生應對實踐教學考核更多的還是“死記硬背”形成規(guī)范化的“實踐能力”，這種考核方式在很大程度上，無法反映學生真正的實踐能力，從某種意義上說，還是一種理論教學的評價。特別是對于交通領域的高等教育，由于現(xiàn)代化交通的發(fā)展日新月異，如果僅憑傳統(tǒng)的交通理論和基礎的實踐認知，很難成為適應未來交通運輸建設的先進人才，所以為了扭轉(zhuǎn)這一教學考核局面，就應該重視教學過程的實時檢查考核，即強調(diào)教師能力的動態(tài)提升，也約束學生學習效果的動態(tài)管控。利用信息化技術的優(yōu)勢，以教學數(shù)據(jù)管理、分析、研究、機器學習為技術支撐，建設符合教學特點和考核重點的智能化、信息化、移動化的考核系統(tǒng)，做到全流程、多角度、寬領域的實踐教學評價體系構型，在教學的全過程滲透，充分的檢驗出學生真正的學習效果，特別是對于實操的掌握情況，同時根據(jù)教學內(nèi)容的變化、教師授課情況的擴展以及學生差異化的學習表現(xiàn)，形成個性化的教學評估“診斷”，促進每一名學生的“因材施教”，實現(xiàn)實踐教學水平的穩(wěn)步提升。

1 實踐教學考核系統(tǒng)總體設計架構研究

根據(jù)現(xiàn)階段高校實踐教學要求，應該關注實踐教學的全過程監(jiān)管，確保以移動互聯(lián)網(wǎng)為載體，貫穿教學全過程的考核，賦能高校人才培養(yǎng)工作中，創(chuàng)新新型實踐教學考核模式。信息化實踐教學考核系統(tǒng)的構建，是高等教育過程中重要的評價與檢測環(huán)節(jié)，在這個過程中如果采用傳統(tǒng)的考核模式，需要耗費大量的人力物力和教學資源，往往其評價的準確度和可信度還不夠高。通過融合移動互聯(lián)與人工智能的考核模式，可以充分利用教學資源優(yōu)勢，并且實現(xiàn)更好的課程效果跟蹤，保證課程的獨立性與考核的完備性[2]。交通運輸各專業(yè)其課程設置更偏重于實踐應用，因此必須根據(jù)實踐課程要求，精準的定位考核內(nèi)容，特別是對于《車輛構造與理論》、《車輛電氣與智能控制》、《無人裝備技術使用》等偏重于實踐的課程，應該從課程教學內(nèi)容延伸等方面，結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)架構，通過構建易用、可用的App，通過安全網(wǎng)關接入校園網(wǎng)絡，訪問教學服務器，客戶端采用Apache技術進行網(wǎng)絡通信，Web服務采用動態(tài)應用系統(tǒng)構型，確保大流量、高并發(fā)的考核訪問。作為安全、可靠、穩(wěn)定性、擴展性較為優(yōu)秀的時間教學考核系統(tǒng)，出來具備移動互聯(lián)的基礎訪問能力，還應采用動態(tài)應用系統(tǒng)確保人工智能技術得以高效應用，即利用Web前端構建基礎服務平臺，采用負載均衡、數(shù)據(jù)庫集群、動態(tài)緩沖、分布式存儲，確?？己藬?shù)據(jù)分發(fā)及采集的準確；同時用SQL訪問后臺數(shù)據(jù)庫，結(jié)合各種算例，形成有效的個性化節(jié)點實踐教學考核與終期實踐教學考核的匹配?；A架構如圖1所示。

為了確?？己讼到y(tǒng)的實用性與科學性，系統(tǒng)應在基礎網(wǎng) 絡服務框架下，實現(xiàn)如下基本教學考核功能：①針對交通專業(yè)各個實踐教學課程內(nèi)容，通過人工智能算法實現(xiàn)智能化課程管理，重點功能為實踐課程的設計部署，學生教學分組，課程教學過程管控，實踐課題立項與開發(fā)過程管理，課題項目實踐效果節(jié)點評判，進度有效性管控，各類實踐教學資料匯集及初步預審核，實踐考核與課題驗收評價。②實踐課程考核、考試的智能化評級，主要通過智能化測算，對實踐教學的內(nèi)容、學生的過程操作及最終結(jié)果進行評價，同時結(jié)合課程教學大綱的考核標準，匹配課程全過程的實操與理論考試考核，形成較為客觀的時間教學評分。③根據(jù)教學重點與學生學習進度形成差異化實踐教學內(nèi)容，主要在選課初期對每個學生的理解能力、知識水平進行測試，形成個性化實踐教學內(nèi)容；在教學過程中，通過智能化方式，以移動互聯(lián)網(wǎng)推送課后及階段性考核、測試，對學生學習狀況進行動態(tài)跟蹤，設置各類學習評價閾值，并根據(jù)學生學習進度和知識掌握程度形成報告及預警。④將實踐教學的各類教學成果進行動態(tài)展現(xiàn)，主要通過采集實踐教學過程中的學習數(shù)據(jù)及學生在課前、課后自我考核及階段性測試數(shù)據(jù)，用表格、圖表或其他直觀的圖形化方式，形成教學成果報表，從宏觀、微觀等角度，對實踐教學內(nèi)容、學生接收程度、實操情況進行對比與分析，為教研組、教師和學生提供有效的評判及改進依據(jù)。⑤完成實踐教學考核數(shù)據(jù)分析與研究，主要通過結(jié)合教學大綱重點內(nèi)容及實踐教學延展知識點，進行階段性考核、考試的個性化實現(xiàn)，并對考核內(nèi)容進行自動閱卷與分析，對主觀實操或論文報告進行查重和學術風險智能化評測，最終形成較為精準的客觀評價。⑥通過全流程實踐教學考核管理對指導教師形成科學評價；通過整個課程流程的精準管理和差異化考核，形成較為準確的學生學習情況評價，根據(jù)高校教學要求和課程大綱指導，給指導教師以及時的教學反饋，確保其可以動態(tài)的調(diào)整實踐教學內(nèi)容，提升教學效果[3]。

3 移動互聯(lián)網(wǎng)與人工智能算法在實踐教學考核系統(tǒng)的應用

3.1 移動互聯(lián)網(wǎng)技術的應用

移動互聯(lián)不受時間、空間的限制，是現(xiàn)代高校教學較為有效的實踐教學方式，可以通過移動終端構建實踐課程，學生可以通過線下線上兩種模式，用更加靈活的方式接入實踐課程學習，在移動端學習過程中可以用浸入式的方式，進行專業(yè)知識學習，并且用虛擬的演示與參與形成與相關實踐課程有關的實操訓練與實驗，從而檢測學以致用的能力，達到積極的學習效果。在移動端的實踐教學App或Web頁面中，可以通過多媒體方式，將實踐課程的內(nèi)容進行多角度的知識展示，激發(fā)學生的學習熱情，同時在階段性考核中，可以應用虛擬技術，將實踐課程內(nèi)容進行虛擬重構，讓學生通過模擬實操的情境，對所學知識進行有效檢測，查漏補缺。由于移動互聯(lián)網(wǎng)的開放性，保護學生隱私與敏感教學內(nèi)容的安全，也是移動互聯(lián)網(wǎng)實踐教學考核的重要一環(huán)，可以通過數(shù)字身份認證技術進行安全保護。作為實踐教學信息數(shù)據(jù)臨時存儲與傳輸環(huán)節(jié)，核心是信息采集與分發(fā)，因此，在對信息網(wǎng)絡大量接入節(jié)點的情況下，確保網(wǎng)連接的安全與數(shù)據(jù)隱私非常重要。通過網(wǎng)絡身份驗證和授權系統(tǒng)可以做到這一點。通過數(shù)字身份認證方式進行安全防范，必須充分考慮復雜性和效率的綜合匹配，可以通過密碼運算方式，以身份認證對標準協(xié)議進行節(jié)點之間的網(wǎng)絡可靠性互認。并適時對根據(jù)網(wǎng)絡接入節(jié)點信息特性、數(shù)據(jù)完整性方式和傳輸效率更新相關認證機制，確保其升級的可靠性和實現(xiàn)性。

3.2 人工智能考核評測算法的實現(xiàn)

為了實現(xiàn)交通運輸專業(yè)實踐教學考核的最優(yōu)化評測，采用人工智能算法中常用的對齊卷積神經(jīng)網(wǎng)絡構型，這種算法效率較高，可以應對大量的數(shù)據(jù)并發(fā)與綜合計算。這種卷積算法容易進行先驗訓練，參數(shù)較多但是比全連接網(wǎng)絡優(yōu)化較多。其具體結(jié)構為很多個卷積層、附加可選的（一層或N層）下采樣層、全連接層構成。卷積層的輸入為 m1×m2×r 的圖像，其中m1為高度，m2為寬度，r是圖像的通道數(shù)量。其過濾器增加了局部連接結(jié)構，卷積規(guī)模達到m-n+1的X個二維特征圖，其中 m-n+1 為物理尺寸。網(wǎng)絡結(jié)構如圖2所示，算法結(jié)構如圖3所示。

圖3 算法結(jié)構

通過將交通運輸各專業(yè)實踐教學大數(shù)據(jù)進行分析，輔助人工智能神經(jīng)元深度學習實現(xiàn)對移動端傳輸來的實踐操作實現(xiàn)智能化評分。該過程，一般將一個實踐操作過程劃分為多個步驟，以適應卷積網(wǎng)絡運算的需要。對實踐操作結(jié)果的截圖作為一組，其中還包含若干張多角度的實踐截圖。根據(jù)網(wǎng)絡算法模型，分析移動互聯(lián)網(wǎng)端傳輸而來的實踐截圖的分組概率，并通過卷積機器學習及運算，判斷最終實踐操作與正確操作的匹配程度，從而給出相關評測分數(shù)，同時還可以將實踐過程中的熟練程度和過程做統(tǒng)一的歸一化運算權值，并據(jù)此給出修正實踐操作的建議，供學生參考。

3.3 考核組織、查重算法及場景實操實現(xiàn)

按照各個專業(yè)實踐教學的需求，將課程重點和課堂難點進行歸一化計算，并將課前評測和課后考核進行人工智能統(tǒng)籌出題，完成相關實操研判后，統(tǒng)一形成課程考核結(jié)論。對于實踐教學中課題報告或論文撰寫這類主觀的課程考核環(huán)節(jié)，可以根據(jù)報告或論文相關編撰內(nèi)容情況，采用人工智能概率運算進行符合度復驗和內(nèi)容匹配查重，特別是對于計算機學科類中的代碼內(nèi)容進行抽檢和查驗，確保其原創(chuàng)性和正確性。在針對交通實踐教學中如道路管理、車輛設計等專業(yè)等級較強的實踐內(nèi)容，可以引入人工智能的虛擬現(xiàn)實技術，以VR/AR為抓手，構建沉浸式的實踐教學、考核內(nèi)容，通過實景教學考試，達到更好的學習考核效果。

4 結(jié)束語

基于“移動互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”的實踐教學考核系統(tǒng)，是現(xiàn)代交通專業(yè)高等教育創(chuàng)新的教學考核模式，它的科學構建不但能夠?qū)⒔膛c學通過現(xiàn)代信息化技術有機地結(jié)合起來，還能將學習與考核融合，形成學習過程中的全流程管理，通過科學的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，改變了教學時空的限制，為更為公平、公正的實踐教學考核創(chuàng)造了條件，也為掌握學生學習進度，優(yōu)化實踐教學內(nèi)容提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎支撐。