智能化教學(xué)綜合管理平臺建設(shè)探究
時間:2022-01-11 04:15:47
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摘要:新工科建設(shè)的深度推進(jìn)必將對高校教學(xué)環(huán)境提出更新更高的要求。電子科技大學(xué)積極推進(jìn)新工科建設(shè)“成電方案”,構(gòu)建了面向新工科的智能化教學(xué)綜合管理平臺,在原有教學(xué)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級改造,建設(shè)智慧教室互動教學(xué)平臺、“成電學(xué)堂”在線學(xué)習(xí)平臺、云桌面實(shí)驗教學(xué)平臺、開放實(shí)驗室信息管理平臺、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練智能管理系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)智能管理系統(tǒng),畢業(yè)設(shè)計(論文)智能管理系統(tǒng)、競賽智能管理系統(tǒng)等多個子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了教學(xué)全過程的智能化管理。
關(guān)鍵詞:新工科建設(shè);教學(xué)綜合管理平臺;智能管理系統(tǒng)
隨著新工科建設(shè)的深度推進(jìn),各高校工程教育改革正在如火如荼地展開,為加速推動新工科課堂革命實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革,教學(xué)環(huán)境的升級改造勢在必行。電子科技大學(xué)作為一所以電子信息技術(shù)為核心的多科性研究型大學(xué)[1],積極推進(jìn)新工科“成電方案”建設(shè),以學(xué)生為中心,以“喚起好奇,激發(fā)潛能”為核心,以科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,構(gòu)建智能化的教學(xué)綜合管理平臺,打造優(yōu)勢集聚的人才培養(yǎng)新環(huán)境[2]。
1新時代高等教育的新工科建設(shè)背景要求
教育部近年來先后出臺了《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》(簡稱“新時代高教40條”),“六卓越一拔尖”計劃2.0等文件,部署加快“四新”建設(shè)、“新工科”建設(shè)便首當(dāng)其沖?!靶聲r代高教40條”第24條指出:“重塑教育教學(xué)形態(tài)。加快形成多元協(xié)同、內(nèi)容豐富、應(yīng)用廣泛、服務(wù)及時的高等教育云服務(wù)體系,打造適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)需求的智慧課堂、智慧實(shí)驗室、智慧校園?!盵3]第28條指出:“加強(qiáng)實(shí)踐育人平臺建設(shè)。綜合運(yùn)用校內(nèi)外資源,建設(shè)滿足實(shí)踐教學(xué)需要的實(shí)驗實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺。加強(qiáng)校內(nèi)實(shí)驗教學(xué)資源建設(shè),構(gòu)建功能集約、資源共享、開放充分、運(yùn)作高效的實(shí)驗教學(xué)平臺?!盵3]關(guān)于新工科研究與實(shí)踐,教育部組織多次專題研討會,形成了“復(fù)旦共識”[4],“天大行動”[5],“北京指南”[6]等指導(dǎo)性文件。新工科建設(shè)要建立工程教育的新范式,是一個全面的系統(tǒng)工程,將“更加注重模式創(chuàng)新”,應(yīng)“探索工程教育信息化教學(xué)改革,推進(jìn)信息技術(shù)與工程教育深度融合,創(chuàng)新“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下工程教育教學(xué)方法,提升工程教育效率,提高教學(xué)效果。”[6]由此可見,為有力推動新工科建設(shè),高校應(yīng)積極作為,充分利用信息技術(shù)手段,改造升級教學(xué)平臺建設(shè)[7−9],為多樣化的研究型課程工程教育方式方法提供現(xiàn)代化智能化的教學(xué)環(huán)境;拓展實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺資源,搭建協(xié)同育人新機(jī)制。
2電子科技大學(xué)智能化教學(xué)綜合管理平臺建設(shè)
電子科技大學(xué)積極推進(jìn)一流工程教育建設(shè),進(jìn)一步加強(qiáng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合,充分重視利用教學(xué)環(huán)境的改變倒逼師生教學(xué)方式轉(zhuǎn)變。在原有教學(xué)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展、升級、改造,構(gòu)建了一個迭代升級的智能化教學(xué)綜合管理平臺,如圖1所示。該平臺新建、升級了包括智慧教室互動教學(xué)平臺、“成電學(xué)堂”在線學(xué)習(xí)平臺、云桌面實(shí)驗教學(xué)平臺、開放實(shí)驗室信息管理平臺、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練智能管理系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)智能管理系統(tǒng),畢業(yè)設(shè)計(論文)智能管理系統(tǒng)(在建)、競賽智能管理系統(tǒng)(待建)等多個子系統(tǒng),所有子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與原有教學(xué)管理系統(tǒng)的對接,在實(shí)際使用中發(fā)揮了很好的效果。下面將重點(diǎn)介紹該綜合管理平臺其中4個子系統(tǒng)的建設(shè)情況和功能。2.1智慧教室互動教學(xué)平臺。課堂是教學(xué)的主戰(zhàn)場,教學(xué)環(huán)境、教學(xué)空間的重構(gòu)是重要的推力和條件。智慧課堂教學(xué)的核心聚焦在教學(xué)模式的變革,為有效支撐學(xué)校各類研究型課程教學(xué)改革,如小班化教學(xué)、探究式教學(xué)、混合式教學(xué)、研討課程、翻轉(zhuǎn)課程等,電子科技大學(xué)以現(xiàn)有教學(xué)空間為基礎(chǔ),創(chuàng)設(shè)建成了118間小班研討智慧教室。智慧教室包括“單屏互動教室、多屏互動教室、小型會議室、U型桌討論教室、六角星型討論教室”等多種類型,如圖2所示。智慧教室實(shí)現(xiàn)多屏手機(jī)互動、虛擬桌面翻轉(zhuǎn)課堂、多視窗系統(tǒng)等多種形式,配置互動教學(xué)系統(tǒng),支持愛課堂、雨課堂、藍(lán)墨云等國內(nèi)主流系統(tǒng)軟件,配置電子班牌、書寫墻等輔助設(shè)施,輕松實(shí)現(xiàn)人臉識別/刷卡/手機(jī)簽到、課前/課中/課后的全程師生互動,同時可實(shí)現(xiàn)全時教學(xué)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集分析,有效助力老師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果,實(shí)現(xiàn)以教師為中心向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變以及教與學(xué)的智慧互動[2]。智慧課堂有效支撐了新型教學(xué)模式,充分發(fā)揮師生雙主體作用,教師創(chuàng)新性地教、學(xué)生創(chuàng)新性地學(xué),把沉默單向的課堂轉(zhuǎn)變成思想碰撞、智慧啟迪的互動場所,為激發(fā)師生教學(xué)潛力,釋放更多教學(xué)能量提供了上佳的教學(xué)環(huán)境支持。2.2“成電學(xué)堂”在線學(xué)習(xí)平臺。成電學(xué)堂構(gòu)建了一體化的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間,不斷升級改造,現(xiàn)已匯聚了愛課堂互動系統(tǒng)、成電慕課、網(wǎng)絡(luò)課堂、BB平臺、成電直播等多個學(xué)習(xí)系統(tǒng),全部對接統(tǒng)一身份認(rèn)證的信息門戶和本科生教務(wù)系統(tǒng),共享師生信息、課程信息、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等。“成電學(xué)堂”在線學(xué)習(xí)平臺界面如圖3所示。愛課堂系統(tǒng)包括課堂互動和在線學(xué)習(xí)平臺,含手機(jī)版和網(wǎng)頁版;成電慕課是集MOOC、SPOC為一體的在線平臺,無縫對接“中國大學(xué)MOOC”(愛課程)、雨課堂、超星等主流MOOC平臺;網(wǎng)絡(luò)課堂是輔助學(xué)習(xí)平臺,包括創(chuàng)建課程、課件、上傳作業(yè)、網(wǎng)上交流等功能;BB平臺以課程為中心,集成網(wǎng)絡(luò)教與學(xué)的交流環(huán)境;成電直播是基于網(wǎng)絡(luò)的高清視頻直播系統(tǒng),可為學(xué)校會議、活動及課堂教學(xué)等提供高清視頻直播服務(wù)。成都小雨18°C-22°C2020.11.25第12周星期三慕課首頁新聞資訊成電直播教學(xué)平臺教學(xué)資源課程網(wǎng)站教學(xué)環(huán)境實(shí)驗平臺教師培訓(xùn)今日訪問量(次)學(xué)習(xí)人次(次)課程(門)資源(門)17,7833,066513,169首頁/實(shí)驗搜索搜索課程算法和抽象數(shù)據(jù)類型圖3“成電學(xué)堂”在線學(xué)習(xí)平臺界面“成電學(xué)堂”在線學(xué)習(xí)平臺不僅支持平常的“課堂”教學(xué),同時提供了完整的“在線”學(xué)習(xí)方案,對接多個公共在線教學(xué)平臺,在2020年突發(fā)病毒肺炎疫情全面開展線上教學(xué)中發(fā)揮了不可替代的重要作用。學(xué)校充分鼓勵各個課程組、各授課教師根據(jù)自己課程的學(xué)科性質(zhì)和課程特點(diǎn),選用適合的線上教學(xué)方案,同時所有課程預(yù)備“雙平臺”并做好課前測試,針對臨時出現(xiàn)閃退、崩潰、無聲音、卡頓等突發(fā)問題,及時切換平臺以保障教學(xué)效果。據(jù)不完全統(tǒng)計,全校課程接入采用了愛課堂、騰訊課堂、雨課堂、ZOOM、飛書、學(xué)堂在線、超星、釘釘?shù)榷喾N在線教學(xué)平臺,包括SPOC、MOOC、PPT+音頻、直播、QQ群、微信群、視頻會議等多種教學(xué)模式與方式,2020年上學(xué)期開展在線教學(xué)課程882門,涉及3312門次,均正常推進(jìn)、效果良好,后面將不斷改進(jìn),持續(xù)提升線上教學(xué)質(zhì)量建設(shè)。2.3云桌面實(shí)驗教學(xué)平臺傳統(tǒng)的PC電腦實(shí)驗室存在一些問題:管理維護(hù)工作量大、耗時多、課程教學(xué)軟件安裝調(diào)試過程復(fù)雜低效、缺乏移動性、在線利用率低、使用成本高、故障率高、安全性差、難以滿足個性化的教學(xué)需求等等,這些問題難以適應(yīng)新工科建設(shè)改革背景下對實(shí)驗教學(xué)的各項更高要求,導(dǎo)致教學(xué)效果不好、課程不穩(wěn)定、學(xué)生意見大[10]。電子科技大學(xué)引入最新的云計算技術(shù),以英才實(shí)驗學(xué)院自主創(chuàng)新實(shí)驗室為例,使用銳捷公司云桌面虛擬化方案,升級打造實(shí)驗教學(xué)管理平臺。云桌面實(shí)驗教學(xué)平臺的架構(gòu)如圖4所示。VMVMVMVM云主機(jī)服務(wù)端LAN屏幕廣播學(xué)生云終端文件分發(fā)一鍵開關(guān)機(jī)部署:快速、靈活云桌面實(shí)驗室管理:簡約、高效圖4云桌面實(shí)驗教學(xué)平臺的架構(gòu)該平臺采用“層次化”的云主機(jī)加多臺云終端的云桌面建設(shè)方案,分為云主機(jī)層、云終端層和管理層3個實(shí)施層面[11],部署快速靈活、管理簡約高效。1)云主機(jī)層在云主機(jī)層,所有數(shù)據(jù)和計算都部署在云主機(jī)服務(wù)器上運(yùn)行,云主機(jī)層分別對各種教學(xué)場景、考試場景做教學(xué)鏡像定制,通過云桌面服務(wù)器來為云終端層提供接入。由于不同的課程有不同的教學(xué)應(yīng)用需求,一般采用一課一鏡像方式,云桌面服務(wù)器主機(jī)可以通過教師端針對不同課程制作專屬的鏡像。實(shí)現(xiàn)“一鍵開機(jī)”,用戶上課時通過教師端點(diǎn)擊對應(yīng)課程鏡像即可在云主機(jī)層生成一對多的虛擬桌面推送到學(xué)生云終端機(jī)上,過程只需要一兩分鐘;課程結(jié)束點(diǎn)擊“下課”即可終止課程,刪除所有虛擬機(jī),回收云主機(jī)運(yùn)算資源[11]。另外由于安裝不同的軟件應(yīng)用對云主機(jī)系統(tǒng)資源占用量是不同的,可根據(jù)實(shí)際占用資源量大小部署云終端機(jī)的數(shù)量來進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,如數(shù)字電路課程使用的軟件內(nèi)存資源要求高,經(jīng)過測算僅能支持20臺云終端正常運(yùn)轉(zhuǎn),而非實(shí)驗室全部50臺云終端同時使用,那么該課程鏡像制作時可以靈活選擇20臺云終端機(jī)進(jìn)行課程下發(fā)操作。使用一課一鏡像可以輕松實(shí)現(xiàn)課程之間的無縫切換,可以個性化地分配和共享資源,保持不同課程的獨(dú)立性不受相互影響,避免了封裝過多應(yīng)用導(dǎo)致過度臃腫或應(yīng)用兼容性問題[11],管理更簡單,運(yùn)行更可靠。2)云終端層云終端層是將桌面虛擬化,用戶通過云終端協(xié)議與后臺云主機(jī)進(jìn)行連接,使得訪問和傳統(tǒng)的本地安裝桌面一樣[12]。學(xué)生操作云桌面終端設(shè)備,操作方式和習(xí)慣與PC完全相同,同時學(xué)生通過系統(tǒng)自帶的聊天軟件可以與老師端進(jìn)行互聯(lián)互通。老師端可采用多種方式操控所有云終端,比如鎖屏、禁網(wǎng)、禁U盤等,然后進(jìn)行廣播,這時候?qū)W生不能進(jìn)行任何操作,全部顯示老師要求收看的畫面,有效保障學(xué)生專注聽講;又如老師可以任意點(diǎn)擊其中一個云終端桌面,投屏到實(shí)驗室大屏幕上,輕松實(shí)現(xiàn)學(xué)生作品展示,進(jìn)行教學(xué)互動;再如老師可以隨時下發(fā)實(shí)驗教學(xué)各種資源文件,學(xué)生也可以上傳作業(yè)等各種文檔給老師,如果上課簽到錄入了云終端對應(yīng)使用的學(xué)生信息,系統(tǒng)將自動為學(xué)生上傳的文件進(jìn)行個性化命名,省下了老師很多整理的時間,同時所有文檔均規(guī)范保存在云主機(jī)中,方便隨時調(diào)閱;還有上課過程中如需要進(jìn)行考試環(huán)節(jié),可輕松切換到考試鏡像不用擔(dān)心還原問題。云桌面系統(tǒng)允許用戶將外設(shè)直接連接到云終端上,然后像本地桌面一樣使用這些外設(shè),支持包括USB設(shè)備、串并口設(shè)備、攝像頭、打印機(jī)等設(shè)備。云桌面主機(jī)部署架構(gòu)隔離了學(xué)生對云終端本地數(shù)據(jù)的直接訪問,大大提高了系統(tǒng)整體的安全性。云桌面系統(tǒng)通過融合計算技術(shù)提供超乎想象的流暢視頻教學(xué)體驗,提升教學(xué)質(zhì)量。3)管理層云桌面管理層提供全圖形的控制管理界面,無論虛擬機(jī)制作、編輯、還原都只需輕輕一按,管理員再也不用為記錄繁雜的命令而煩惱。云桌面的管理模式可徹底解決機(jī)房中常見的大量軟件安裝導(dǎo)致系統(tǒng)臃腫、軟件沖突、病毒侵入、教學(xué)考試場景切換工作量大等難題,還可省去Ghost或還原卡的繁雜設(shè)置[11]。每學(xué)期只需在云桌面服務(wù)器主機(jī)上做一次課程鏡像配置就可輕松完成維護(hù),省去了逐臺PC分區(qū)設(shè)置和系統(tǒng)同傳等過程。云終端使用一體化設(shè)計,平均功耗只有傳統(tǒng)PC機(jī)的1/12;沒有PC機(jī)的很多易損元件,壽命延長。同時管理員通過web圖形化界面輕松查看管理所有操作記錄、運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)控等數(shù)據(jù),一目了然,運(yùn)籌帷幄。2.4實(shí)驗教學(xué)管理子系統(tǒng)。新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng),加強(qiáng)實(shí)踐育人平臺建設(shè)至關(guān)重要。電子科技大學(xué)培養(yǎng)的學(xué)生一直以實(shí)踐動手能力強(qiáng)受到行業(yè)的青睞,在新時期學(xué)校進(jìn)一步加強(qiáng)校內(nèi)外實(shí)驗教學(xué)資源建設(shè),為多項實(shí)踐育人活動建立智能管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)管理智能、資源共享、運(yùn)作開放。2.4.1開放實(shí)驗室信息管理平臺。為支持學(xué)生全時空地開展各類科技創(chuàng)新項目以及競賽訓(xùn)練,很多學(xué)院建設(shè)了開放實(shí)驗室,為學(xué)生科協(xié)、俱樂部等社團(tuán)提供全天候的實(shí)驗環(huán)境。建設(shè)開放實(shí)驗室信息管理平臺,包括門禁考勤管理系統(tǒng)、開放預(yù)約管理系統(tǒng)、儀器設(shè)備信息管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)等。電子科技大學(xué)以電子信息類專業(yè)為主,很多實(shí)驗室有電烙鐵等電器設(shè)備,一旦實(shí)驗室開放最大的挑戰(zhàn)是消防安全問題,因此改造建設(shè)電源控制系統(tǒng)非常必要,系統(tǒng)將自動根據(jù)學(xué)生的預(yù)約使用時段開啟和切斷電源開關(guān),每天晚上定時切斷所有電源,這將有效減少安全隱患問題。2.4.2大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練智能管理系統(tǒng)。大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練智能管理系統(tǒng)是與南京先極公司合作的一套貫穿于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目整套作業(yè)流程的管理系統(tǒng),建立集成的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目管理和實(shí)時線上平臺,包括項目、申報、審核、立項、中期檢查、答辯、結(jié)題完整的過程,建立高效的項目管理環(huán)境。系統(tǒng)不受時空限制可實(shí)時展開立項的參與和交互,更重要的是可實(shí)現(xiàn)項目全程公開透明化,將有力推進(jìn)跨學(xué)院的師生合作,更有助于學(xué)生找到適合自己感興趣的項目。另外,項目所有過程資料統(tǒng)一化管理,可方便實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控,統(tǒng)計分析。該系統(tǒng)投入使用兩輪以后,對比原有線下組織方式,項目的數(shù)量和質(zhì)量都提升了一倍。2.4.3“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)智能管理系統(tǒng)。為加強(qiáng)學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)組織管理,同時對接多個企業(yè)實(shí)習(xí)崗位信息,電子科技大學(xué)引進(jìn)“校友邦”實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)智能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)建立了學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐的“雙元互動”平臺,使在實(shí)踐中的學(xué)、做、創(chuàng)、導(dǎo)、管一體化,實(shí)現(xiàn)全程動態(tài)管理;針對每一個學(xué)生建立一對一的實(shí)習(xí)課表進(jìn)行跟蹤管理,實(shí)現(xiàn)企業(yè)學(xué)校雙導(dǎo)師評價;系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)習(xí)資源優(yōu)化配置與管理、強(qiáng)化實(shí)習(xí)過程監(jiān)督與質(zhì)量監(jiān)控,考核實(shí)時準(zhǔn)確。更重要的是,學(xué)生通過“項目驅(qū)動+團(tuán)隊合作+企業(yè)參與+系統(tǒng)集成”的模式,以學(xué)生團(tuán)隊的形式選擇一個主攻方向,最終完成一個滿足行業(yè)需求的可運(yùn)行系統(tǒng),這對學(xué)生進(jìn)行“互聯(lián)網(wǎng)+”的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)具有重要意義。系統(tǒng)有效解決了以往學(xué)生校外實(shí)習(xí)崗位難尋、過程監(jiān)管不到位等問題。2.4.4畢業(yè)設(shè)計(論文)智能管理系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計(論文)智能管理系統(tǒng)還在建設(shè)中,計劃貫穿整個畢業(yè)設(shè)計的全部管理過程,涵蓋政策,資料上傳下載,課題的申報、審核,選題、開題、中期檢查、論文提交、、論文評閱、論文答辯、優(yōu)秀論文評選展示等多個環(huán)節(jié)。所有文檔無紙化、網(wǎng)絡(luò)化,實(shí)現(xiàn)方便快捷高效管理。2.4.5競賽智能管理系統(tǒng)。學(xué)校高度重視學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)全面發(fā)展,構(gòu)建了“普惠性”的學(xué)生科技創(chuàng)新體系,在2014—2018年中國高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)暨學(xué)科競賽評估中名列全國第四。為更好地開展競賽的組織管理,電子科技大學(xué)還計劃建設(shè)競賽智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)將集合所有科技創(chuàng)新競賽的校內(nèi)組織、評選,對外的參賽培訓(xùn)等全過程,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能管理,優(yōu)質(zhì)資源的最大化共享。
3結(jié)束語
電子科技大學(xué)智能化教學(xué)綜合管理平臺將信息技術(shù)和教學(xué)場景緊密結(jié)合,采用B/S結(jié)構(gòu)不需要安裝客戶端便可輕松便捷使用,界面友好、操作簡單易于上手,全程網(wǎng)絡(luò)化管理實(shí)現(xiàn)了教學(xué)管理智能化、資源信息共享化、部署維護(hù)簡捷化。該平臺以信息技術(shù)發(fā)展的最新成果推動工程教育改革,而新工科建設(shè)的成果又進(jìn)一步推進(jìn)新技術(shù)新經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,希望電子科技大學(xué)智能化教學(xué)綜合管理平臺的建設(shè)經(jīng)驗?zāi)転楦喔咝L峁┛尚械慕梃b。
作者:方曼 張進(jìn) 唐燦 劉楠 單位:1.電子科技大學(xué)英才實(shí)驗學(xué)院 2.電子科技大學(xué)教務(wù)處