陸大偉，李偉華，左寅龍，王孝峰

（沈陽工業(yè)大學遼陽校區(qū) 遼寧遼陽 111003）

高校實驗教學智能監(jiān)測評價系統(tǒng)設計

陸大偉，李偉華，左寅龍，王孝峰

（沈陽工業(yè)大學遼陽校區(qū) 遼寧遼陽 111003）

本文設計并實現(xiàn)了“高校實驗教學智能監(jiān)測評價系統(tǒng)”（以下簡稱“智能教學評價系統(tǒng)”）。該系統(tǒng)使用自動化、智能化控制技術實現(xiàn)了用于幫助教師檢測學生的實踐學習狀態(tài)并及時予以反饋提供一定處理意見或評價參考的智能化網(wǎng)絡體系，成功的解決了總體框架結(jié)構(gòu)設計和教學過程——效果的關系模型，緩解了繁重的教學任務和亟待提升的教學質(zhì)量之間的突出矛盾。

實驗教學；智能控制；監(jiān)測評價

1 “智能教學評價系統(tǒng)”設計的出發(fā)點

普通高等院?；A教學實驗室，是培養(yǎng)學生基本科學思想和實踐技能的場所和應用技術型人才的重要基地，擔負著整個專業(yè)學生甚至全校學生的教學任務，教師、教學場地、儀器設備等負荷經(jīng)常處于高頻、全速運轉(zhuǎn)狀態(tài)。雖然各高校增加了相應的場地建設和資金、設備投入，加強了師資力量建設。但是在研究如何保障如此大規(guī)模學生的教學質(zhì)量問題時，基礎教學實驗室面臨極大挑戰(zhàn)。“智能教學評價系統(tǒng)”的設計力圖改善基礎教學實驗室在完成學校教學任務和提高教學質(zhì)量之間艱難選擇平衡點的困境。

2 “智能教學評價系統(tǒng)”設計方案

2.1 采用的硬件、軟件條件

中心控制單元類似于數(shù)據(jù)采集模塊，由于該單元面對的是大量過程監(jiān)測單元，對數(shù)據(jù)流的數(shù)量和傳輸速度都有較高要求，因此采用意法電氣公司的高速32位控制芯片STM32F103C8T[1]。終端數(shù)據(jù)處理模塊MCU采用宏晶科技公司的STC12C5A60S2芯片?？紤]到需要檢測的數(shù)據(jù)具有間歇、低速的特點，該芯片完全可以勝任[2]。

無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用主頻2.4GHz的wifi協(xié)議芯片ESP8266。在充分對比藍牙和 wifi協(xié)議后，項目組選擇了可以支持多點數(shù)據(jù)傳輸?shù)膚ifi功能模塊。

利用labview可視化開發(fā)工具開發(fā)“智能教學評價系統(tǒng)” 系統(tǒng)控制臺軟件。labview是功能強大且靈活的軟件，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣[3]。

2.2 總體框架

該系統(tǒng)包括：中心控制單元、過程監(jiān)測單元（學生）、效果監(jiān)測單元（教師）。其中過程監(jiān)測單元面向?qū)W生，負責收集、處理、發(fā)送教學過程中的學生狀態(tài)信息到中心控制單元，同時也負責接收從中心控制單元反饋的信息。效果監(jiān)測單元面向教師，負責實時顯示學生實驗狀態(tài)信息、設置教學過程參數(shù)、提示學生狀態(tài)異常信息并進行必要反饋。具體結(jié)構(gòu)關系如圖1。

圖1 “教學智能評價系統(tǒng)”總體框架示意圖

面向?qū)W生的過程監(jiān)測終端由MCU數(shù)據(jù)處理模塊、過程變量監(jiān)測模塊、學生數(shù)據(jù)終端模塊、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊構(gòu)成。MCU數(shù)據(jù)處理模塊負責對相關數(shù)據(jù)信息按照給定程序進行判斷和處理，過程變量監(jiān)測采集模塊負責搜集學生在實驗過程中對教學過程有影響的變量信息并傳入MCU數(shù)據(jù)處理模塊，學生數(shù)據(jù)終端模塊可以實現(xiàn)學生實驗數(shù)據(jù)提交、顯示修改提交實驗數(shù)據(jù)、接受執(zhí)行系統(tǒng)反饋信息等。具體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 “過程監(jiān)測單元”框架示意圖

面向教師的效果監(jiān)測單元即為計算機顯示控制臺，使用美國NI公司的圖形化設計軟件labview開發(fā)，主顯示界面元素包括學生實時狀態(tài)、學生歷史狀態(tài)、實驗項目參數(shù)設定等。

3 “智能教學評價系統(tǒng)”檢測結(jié)果及結(jié)論

“智能教學評價系統(tǒng)”首先在校區(qū)物理實驗室進行了試用。“智能教學評價系統(tǒng)”能夠依附于教師實地實驗教學過程中的用于幫助教師檢測學生的實踐學習狀態(tài)并及時予以反饋提供一定處理意見或評價參考的智能化網(wǎng)絡體系，節(jié)省了教師不必要精力耗費，幫助教師及時發(fā)現(xiàn)教學問題，為學生提供更加有針對性的教學服務，可以在很大程度上解決繁重的教學任務和亟待提升的教學質(zhì)量之間的突出矛盾。結(jié)果表明該智能教學評價系統(tǒng)能夠較客觀評價學生學習認真程度和幫助老師指導學生。

目前國內(nèi)外還沒有發(fā)現(xiàn)與“智能教學評價系統(tǒng)”相類似的網(wǎng)絡系統(tǒng)。關于基礎實驗教學過程，有一些數(shù)學模型可以借鑒，但基于本系統(tǒng)的獨特性，還有很多工作要做。

[1]劉火良，楊森. STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[2]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]豈興明，圖京京，朱洪岐. Labview入門與實戰(zhàn)開發(fā)100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

TP311

A

10.3969/j.issn.1673-0968.2016.11.015

陸大偉（1978-），男，遼寧省遼陽市，沈陽工業(yè)大學遼陽校區(qū)基礎部物理教研室，講師，主要從事普通物理及

實驗教學研究。

李偉華，男，沈陽工業(yè)大學遼陽校區(qū)化工過程自動化學院電氣工程及其自動1402班。

左寅龍，男，沈陽工業(yè)大學遼陽校區(qū)化工過程自動化學院自動化1402班。

王孝峰，男，沈陽工業(yè)大學遼陽校區(qū)化工過程自動化學院電氣工程及其自動化1401班。