高校实验教学智能监测评价系统设计

陆大伟，李伟华，左寅龙，王孝峰

（沈阳工业大学辽阳校区 辽宁辽阳 111003）

高校实验教学智能监测评价系统设计

陆大伟，李伟华，左寅龙，王孝峰

（沈阳工业大学辽阳校区 辽宁辽阳 111003）

本文设计并实现了“高校实验教学智能监测评价系统”（以下简称“智能教学评价系统”）。该系统使用自动化、智能化控制技术实现了用于帮助教师检测学生的实践学习状态并及时予以反馈提供一定处理意见或评价参考的智能化网络体系，成功的解决了总体框架结构设计和教学过程——效果的关系模型，缓解了繁重的教学任务和亟待提升的教学质量之间的突出矛盾。

实验教学；智能控制；监测评价

1 “智能教学评价系统”设计的出发点

普通高等院校基础教学实验室，是培养学生基本科学思想和实践技能的场所和应用技术型人才的重要基地，担负着整个专业学生甚至全校学生的教学任务，教师、教学场地、仪器设备等负荷经常处于高频、全速运转状态。虽然各高校增加了相应的场地建设和资金、设备投入，加强了师资力量建设。但是在研究如何保障如此大规模学生的教学质量问题时，基础教学实验室面临极大挑战。“智能教学评价系统”的设计力图改善基础教学实验室在完成学校教学任务和提高教学质量之间艰难选择平衡点的困境。

2 “智能教学评价系统”设计方案

2.1 采用的硬件、软件条件

中心控制单元类似于数据采集模块，由于该单元面对的是大量过程监测单元，对数据流的数量和传输速度都有较高要求，因此采用意法电气公司的高速32位控制芯片STM32F103C8T[1]。终端数据处理模块MCU采用宏晶科技公司的STC12C5A60S2芯片。考虑到需要检测的数据具有间歇、低速的特点，该芯片完全可以胜任[2]。

无线数据收发模块采用主频2.4GHz的wifi协议芯片ESP8266。在充分对比蓝牙和 wifi协议后，项目组选择了可以支持多点数据传输的wifi功能模块。

利用labview可视化开发工具开发“智能教学评价系统” 系统控制台软件。labview是功能强大且灵活的软件，利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣[3]。

2.2 总体框架

该系统包括：中心控制单元、过程监测单元（学生）、效果监测单元（教师）。其中过程监测单元面向学生，负责收集、处理、发送教学过程中的学生状态信息到中心控制单元，同时也负责接收从中心控制单元反馈的信息。效果监测单元面向教师，负责实时显示学生实验状态信息、设置教学过程参数、提示学生状态异常信息并进行必要反馈。具体结构关系如图1。

图1 “教学智能评价系统”总体框架示意图

面向学生的过程监测终端由MCU数据处理模块、过程变量监测模块、学生数据终端模块、无线数据收发模块构成。MCU数据处理模块负责对相关数据信息按照给定程序进行判断和处理，过程变量监测采集模块负责搜集学生在实验过程中对教学过程有影响的变量信息并传入MCU数据处理模块，学生数据终端模块可以实现学生实验数据提交、显示修改提交实验数据、接受执行系统反馈信息等。具体结构如图2。

图2 “过程监测单元”框架示意图

面向教师的效果监测单元即为计算机显示控制台，使用美国NI公司的图形化设计软件labview开发，主显示界面元素包括学生实时状态、学生历史状态、实验项目参数设定等。

3 “智能教学评价系统”检测结果及结论

“智能教学评价系统”首先在校区物理实验室进行了试用。“智能教学评价系统”能够依附于教师实地实验教学过程中的用于帮助教师检测学生的实践学习状态并及时予以反馈提供一定处理意见或评价参考的智能化网络体系，节省了教师不必要精力耗费，帮助教师及时发现教学问题，为学生提供更加有针对性的教学服务，可以在很大程度上解决繁重的教学任务和亟待提升的教学质量之间的突出矛盾。结果表明该智能教学评价系统能够较客观评价学生学习认真程度和帮助老师指导学生。

目前国内外还没有发现与“智能教学评价系统”相类似的网络系统。关于基础实验教学过程，有一些数学模型可以借鉴，但基于本系统的独特性，还有很多工作要做。

[1]刘火良，杨森. STM32库开发实战指南[M].北京：机械工业出版社，2015.

[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3]岂兴明，图京京，朱洪岐. Labview入门与实战开发100例[M].北京：电子工业出版社，2012.

TP311

A

10.3969/j.issn.1673-0968.2016.11.015

陆大伟（1978-），男，辽宁省辽阳市，沈阳工业大学辽阳校区基础部物理教研室，讲师，主要从事普通物理及

实验教学研究。

李伟华，男，沈阳工业大学辽阳校区化工过程自动化学院电气工程及其自动1402班。

左寅龙，男，沈阳工业大学辽阳校区化工过程自动化学院自动化1402班。

王孝峰，男，沈阳工业大学辽阳校区化工过程自动化学院电气工程及其自动化1401班。