通信工程专业智慧教学资源库构建探讨

【摘 要】本文论述以云智慧技术为基础构建通信工程专业智慧教学资源库，从基础设施层、展示层、应用层、数据资源层搭建教学资源库的架构，阐述通信工程教学资源的采集和分类，分析基于数据挖掘的教学资源应用统计，并以云智慧教学资源库在教学中的“辅教”和“助学”应用为例进行实证研究。

【关键词】通信工程专业 智慧教学 教学资源库 构建

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）31-0190-03

通信工程专业旨在培养通信工程建设、维护的通信设备安装配置、通信工程施工和通信设计等相关岗位的专业技能人才。在现代通信技术快速发展的大背景下，通信建设工程案例、通信设备配置脚本、故障处理经验分享等就显得尤为重要。在传统课程教学中，教师的教学案例有限，除了从教材和参考资料中获取案例，以及部分“双师型”教师具备一定的通信工程项目经验外，很大一部分教师无法获取更多的教学资料，尤其是真实的工程案例和经验。受此影响，学生只能局限于书本的理论知识，对通信工程实践领域知识的掌握不足。教学资源库能够利用网络的优势，整合通信行业和通信专业的最新技术资源与工程案例资源，有效提高教学质量。因此，以通信工程教学为主要目标的教学资源库建设迫在眉睫。本文探讨以云智慧技术为基础的通信工程专业智慧教学资源库建设。

一、教学资源库架构

采用“共建共享”模式建设云智慧教学资源库，将各校拥有的资源集中起来实行统一规划与管理，消除校际间的数据壁垒，防止资源重复建设造成资源浪费。考虑到教学资源库中资源数据量大且杂，在对数据进行高难度整合以及高精度计算时，需要提供规模巨大的储存空间，而云智慧技术具有管理教学资源优势，在教学资源共享中具有示范作用。基于云智慧技术完成教学资源库构建方案的设计，如图1教学资源库平台总体架构图。

基础设施层包括网络设备、操作系统、门户服务器、FTP服务器、MySQL服务器、Hadoop集群服务器等，云存储、虚拟化功能为平台开展远程教学奠定基础。

展示层即人机交互层，是用户访问教学资源库的入口，为用户定制个性化门户，增强用户对资源管理平台的体验感。

应用层包括基础应用和业务应用，对各业务应用采用模块化、集中式的管理与应用，方便平台功能扩充快速集成更多的服务资源。

数据资源层包含各类优质教学资源，解决因资源数据类型不同和资源用户个体差异的统一管理和相互关联问题。数据资源包括内容有通信设备技术文档、通信项目施工照片、监理日志资料、通信行业规章制度、专业技术培训文档、监理项目案例、实训基地的照片等，按照课件库、习题库、案例库、媒体素材库进行分类存放。

智慧教学平台还包括一些标准规范、管理机制和安全规则，保证教学资源系统的可兼容性、安全与可维护性、一致与可扩展性。

二、资源数据智能采集与分类

（一）资源采集

教学资源的采集与分类是资源库类别设置的关键所在。通信工程课程教学资源包括通信知识点微教学单元课件、通信设备产品文档及介绍、通信行业规范标准、通信技术文献资料、专业技术培训讲座、故障处理案例、通信工程建设资料和校外实训基地的图片等，这些资源大多都可以从通信行业项目建设的实际案例中提取采集。针对教学资源库中资源更新慢、不及时，以及资源种类单一、资源逻辑划分不清晰等问题，由教学资源库平台智能获取网络上的资源并自动分类，整个教学资源的采集与分类过程分为三个步骤：首先，利用资源动态采集模块完成Web云端资源实时抓取;其次，将采集输出到资源文件分类模块的数据文件进行文档自动归类;最后，资源评价反馈模块会将用户对资源的评价结果反馈给文件分类模块，从而提高教学资源的分类精准度。具体见图2。

资源动态采集模块的资源采集流程，由配置文件设置搜索条件，可以是课程、章节、知识点关键字，也可是URL其他的采集策略。开始抓取网络上的资源，将采集到的课程、章节、知识点、关键字、其他内容等信息分类记录，生成采集输出表，进入资源文件分类模块，再由該模块做进一步的处理归类。

（二）资源分类

资源文件分类模块主要是对采集到的数据资源进行分类，实现所属专业课程知识点智能归类。通信专业的特点是全程、全网、全过程、全环节，因而对通信项目的准备阶段、设计阶段、实施阶段、竣工验收阶段等过程进行分类尤为重要。例如通信工程概预算课程，课程内容既有设计勘测、绘制草图、绘制CDA图，又有制表、套用定额和计算工日预算费用等知识点，在宽带接入技术中数据通信设备分为交换机、路由器等，在设备配置内容上又可分为VLAN配置、路由配置、生成树配置、ACL配置等不同的内容。因此，要对课程按章、节、知识点进行等级划分，完成关键字分级之后构建初始分类树，根据相关公式计算关键字的频度度量值和权值，选择权值最大的边，从分类树的根节点沿着叶节点深度搜索，直到不可能进行为止，所经路径即为各级分类的归集点，完成现阶段文档的自动化分类与归集。

资源评价反馈模块使资源的分类更加智能化，因为文件分类模块很难做到对文件内容的真正理解，这样会使文档在分类与归集过程中产生误差，而在这一步骤中加入用户评价，让用户对文档进行浏览并做出简要评价，如果用户对资源分类合适度有异议，认为分类不合理，则以第二、第三大的边重新计算权值，用户的选择结果作为一个调整参数，将以反馈因子（调整因子）的形式传输给文件分类模块，参与到最优路径的搜索行列中，最终实现文档智能化、自动化归类，结束教学资源的采集与分类工作。

三、基于数据挖掘的教学资源应用统计分析

教学资源库以数据资源应用为建设目标，对教学资源应用进行统计分析，记录资源的使用情况，提高教学资源的利用率，调整和优化教学资源建设，为使用者提供个性化服务，为学校提供科研决策服务，提升教学和科研水平。在通信专业领域，按照行业习惯一般大致分为移动通信专业、数据通信专业、传输交换专业、电力配套专业等几个大类，对应不同专业的岗位设定培养不同专业的人才。在同一个专业线内，根据资源检索、资源访问量、资源上传与下载等统计，了解用户的资源需求、哪些资源比较受欢迎、资源整体的使用情况等。例如数据通信项目实施，教学资源库有不同厂家的配置文档，有中兴设备和华为设备的培训文档可供选择，这些统计数据来自教学资源库云服务提供商的资源访问日志以及来源于用户的学习行为产生的用户日志数据。

教学资源应用数据采集有两种方式，在教学资源管理平台采集用户的学习日志和教学资源库云服务商提供的资源应用统计报告。用户对资源访问途径有本地IP授权访问和远程实名认证访问，采用旁路镜像监听方法，利用校园网出口和校园网内核心交换机将校内外所有用户与所要访问的资源进行连接，另一端连接镜像端口采集器，实现用户访问日志精准抓取和获取用户日志数据，使用数据抽取、转化和装载技术对用户日志数据进行清洗，去除重复、错误和不一致的数据。按照一定的标准规范，由各服务商提供资源应用的统计报告，采用网络底层数据采集技术，采集接入云智慧教学管理平台的所有学校用户数据，统计用户类型、层次、方向等基本信息，以及某时间段资源访问量、资源发布、资源下载（被拒）量等数据。

创建教学资源应用数据表，结构化的数据更便于资源数据的挖掘、分析和统计。这些数据表包括用户身份信息表、用户访问资源日志表和资源访问日志汇总表。其中，用户身份信息表包含平台注册基本信息（姓名、性别、出生年月）、注册账号、学历、学位、职称、职位、部门等字段信息，这是用户专属、唯一认证信息;用户访问资源日志表包含浏览、检索（词、次数、类型）、下载次数、访问（URL、时间、名称、次数）等字段信息，它是描述用户访问资源的个性化行为，存放清洗后的用户日志;资源访问日志汇总表包含IP地址、接入（时间、方式）、资源应用排名等字段信息，它是由服务商宏观统计信息，存放融合集成后的统计数据。

教学资源应用数据分析与统计有两种模式，第一种是用户日志数据统计分析，数据表中各字段经过键值设定关联连接后会产生大规模数据集，采用大数据挖掘和分析方法对海量日志数据进行分析和挖掘，以并行运算技术和云服务处理技术作为数据统计支撑技术，得到“用户级/内容级”数据形式，主要有不同用户群平台学习统计数据;自定义时间段内资源访问排名、用户单位时间内访问资源名称、各专业课程知识内容访问次数排名、课文相关知识点下载量、检索词类型（按专业、课程、知识点）、检索次数与命中率等。运用关联规则算法和聚类算法计算得出资源应用率，发现优质资源和学科知识热点等，为教学资源库管理者提供决策依据。第二种是资源访问日志统计分析，针对服务商从各校采集到的统计数据，可以采用数据融合和分析方法，基于XML元数据技术融合统计文件、统计数据，输出统计总报表，以服务于资源库建设的相關机构、部门。来自服务商的教学资源应用统计主要表现在：资源库的使用效率、单位时间内资源库被访问次数、用户群体资源库利用率排序以及服务经费排名等。

四、教学资源库应用实证

云智慧教学资源库在教学中的“辅教”应用，教师可以利用教学资源库平台资源灵活组建课程学习内容，完成课程教学目标;实时跟踪学生学习轨迹，查看学生学习进度;统计学生在线动态数据，了解学生资源应用情况。通过云智慧教学资源库“辅教”的组织与实施，实现平台教师“教”功能。例如路由和交换基础课程，教师按照教学目标将内容分为交换机、路由器基础配置、静态和动态路由配置、ACL配置、生成树配置、NAT配置、计费认证PPP配置等几大板块，将不同厂家的设备一一列出配置脚本与教学章节一一对应。

教学资源库“辅教”的组织是借助平台完成专业课程体系构建和课程教学模块设计。一是根据职业标准、技术标准与规范，以及人才培养目标，开发优质教学资源，组建标准化、结构化、递进式的专业课程知识体系，注重学生专业课程基础能力、专业能力、专项能力和拓展能力的培养。例如路由和交换基础课程，学生按照系统提示的配置脚本结合自己的思路在仿真平台上完成相应的项目模块，其仿真环境与现实环境一模一样。二是根据学生学习行为差异，应该制定个性化课程，教师有针对性的教，学生有目的性的学，教师教学模块包含课程标准、学习指南、教学设计、考核方案、教学任务、案例、教学课件、习题试题八个模块;学生学习模块包含课堂内容、课堂笔记、考核测验、实训任务、小组测试、拓展学习、文献资料、互动论坛八个模块。例如在进行设备配置实操时，对于配置设备通道，有的学生用动态路由模块，有的学生用静态路由模块，二者都能达到目的。

教学资源库“辅教”的实施是教师利用教学资源库平台完成教学的过程，通过教学素材库管理功能实现资源的编号与分类、上传与保存、检索与浏览等，帮助教师组课;通过试题库管理、试卷库管理功能实现测试结果统计、分析，了解学生课堂学习情况，以及专业知识应用能力;通过课件库管理功能实时监控学生的学习状态，反馈课程教学效果。对教师本身的要求，首先要对本专业领域有一定的研究，宏观层面上对专业有基本的认识，清楚专业技术标准，能够掌握应用专业先进技术，与企业技术需求对接实施教学等;其次在课程设计上要充分利用教学资源库的优质资源，轻松查找教学内容所需资源，重组课程知识结构，为学生提供丰富的课程资源。教学资源库“辅教”的关键点是构建标准化、结构化课程，一个完整的课程体系包含多个课程项目，每个项目下又可以细分为多个任务，在每个任务下面有由许多颗粒化资源组成的单个学习资源个体，每个学习任务既是独立的单元，也呈现递进式关联，这种设计方式使教师教学更清晰，学生学习接受度更高。

云智慧教学资源库在教学中的“助学”应用，学生可以利用教学资源库平台资源自主学习，提高学习能动性;参与课程教学项目、案例学习，提升专业技能;开展实践创新学习，提高对问题的分析、判断与解决能力。教学资源库的建设是面向校内外所有人员集教学、学习于一体的开放共享的教学平台，通过云智慧教学资源库“助学”的实施实现平台学生“学”功能。

教学资源库“助学”的实施是学生利用教学资源库平台完成线上学习、线下学习。线上学习包括课前、课中、课后、拓展学习四个阶段，线下学习包括实验室实操、教学基地实践。课前推送技术文档、微课、动画、视频、虚拟仿真等知识点/技能点资源，作为下节课的预习内容，基于项目学习方式协助学生完成整个知识链上的学习。课中获取来自平台发送至电脑终端的学习任务，作为线上教学课堂内容，以小组形式共同探讨学习，先由老师提出问题，学生邀请老师一起分析问题，然后由学生解决问题，完成课堂作业进行提交，展现学生的学习成果，并由老师做最后的点评。课后学习阶段是在点评的基础之上进行结果分析，评估学生掌握课堂知识点、技能点的程度，为学生制定专门的课后工作页、测试题。拓展学习是一个补充答疑、提升技能的阶段，学生根据自己的学习情况，从平台上获取更多的学习资源。线下学习是贯彻理论与实践相结合的要求，培养学生的实践创新能力，根据教学任务需要安排学员上创新实验课以及去教学基地进行实践创新。

智慧教学资源库在通信工程专业教学中的应用实现了“教”与“学”的转变，重构了通信专业课程知识体系，规范了组织教学，开发了优质的通信工程教学资源，丰富了教学内容，增强了数字化资源体验，实现教学模式的变革与创新。随着通信技术的不断发展进步，教学资源库也还需要适时进行充实、更新和完善，在建中用、用中建，使教与学不受时空限制，老师与学生能够随时随地进行移动教学和学习，充分发挥教学资源库平台的应用价值，提高教师教学水平和学生学习效果，提升教学质量和人才培养质量。

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【基金项目】广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“通信工程专业物联网智慧教学平台关键技术研究”（2020KY35008）;广西建设职业技术学院校级科研项目“物联网环境下通信工程专业一体化智慧教学模式研究与实践”（2019B005）

【作者简介】刘焕毅（1980— ），男，广西建设职业技术学院工程师，研究方向：通信工程、智能教学系统。

（责编 黎 原）