智能化教學綜合管理平臺建設研究

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摘要：新工科建設的深度推進必將對高校教學環境提出更新更高的要求。電子科技大學積極推進新工科建設“成電方案”，構建了面向新工科的智能化教學綜合管理平臺，在原有教學管理系統的基礎上升級改造，建設智慧教室互動教學平臺、“成電學堂”在線學習平臺、云桌面實驗教學平臺、開放實驗室信息管理平臺、大學生創新創業訓練智能管理系統、“互聯網+”實習實訓智能管理系統，畢業設計（論文）智能管理系統、競賽智能管理系統等多個子系統，實現了教學全過程的智能化管理。

關鍵詞：新工科建設；教學綜合管理平臺；智能管理系統

隨著新工科建設的深度推進，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現教學改革，教學環境的升級改造勢在必行。電子科技大學作為一所以電子信息技術為核心的多科性研究型大學[1]，積極推進新工科“成電方案”建設，以學生為中心，以“喚起好奇，激發潛能”為核心，以科技創新能力培養為導向，構建智能化的教學綜合管理平臺，打造優勢集聚的人才培養新環境[2]。

1新時代高等教育的新工科建設背景要求

教育部近年來先后出臺了《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》（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、“新工科”建設便首當其沖。“新時代高教40條”第24條指出：“重塑教育教學形態。加快形成多元協同、內容豐富、應用廣泛、服務及時的高等教育云服務體系，打造適應學生自主學習、自主管理、自主服務需求的智慧課堂、智慧實驗室、智慧校園。”[3]第28條指出：“加強實踐育人平臺建設。綜合運用校內外資源，建設滿足實踐教學需要的實驗實習實訓平臺。加強校內實驗教學資源建設，構建功能集約、資源共享、開放充分、運作高效的實驗教學平臺。”[3]關于新工科研究與實踐，教育部組織多次專題研討會，形成了“復旦共識”[4]，“天大行動”[5]，“北京指南”[6]等指導性文件。新工科建設要建立工程教育的新范式，是一個全面的系統工程，將“更加注重模式創新”，應“探索工程教育信息化教學改革，推進信息技術與工程教育深度融合，創新“互聯網+”環境下工程教育教學方法，提升工程教育效率，提高教學效果。”[6]由此可見，為有力推動新工科建設，高校應積極作為，充分利用信息技術手段，改造升級教學平臺建設[7−9]，為多樣化的研究型課程工程教育方式方法提供現代化智能化的教學環境；拓展實習實訓平臺資源，搭建協同育人新機制。

2電子科技大學智能化教學綜合管理平臺建設

電子科技大學積極推進一流工程教育建設，進一步加強信息技術與教育教學深度融合，充分重視利用教學環境的改變倒逼師生教學方式轉變。在原有教學管理系統的基礎上進一步拓展、升級、改造，構建了一個迭代升級的智能化教學綜合管理平臺，如圖1所示。該平臺新建、升級了包括智慧教室互動教學平臺、“成電學堂”在線學習平臺、云桌面實驗教學平臺、開放實驗室信息管理平臺、大學生創新創業訓練智能管理系統、“互聯網+”實習實訓智能管理系統，畢業設計（論文）智能管理系統（在建）、競賽智能管理系統（待建）等多個子系統，所有子系統實現與原有教學管理系統的對接，在實際使用中發揮了很好的效果。下面將重點介紹該綜合管理平臺其中4個子系統的建設情況和功能。2.1智慧教室互動教學平臺。課堂是教學的主戰場，教學環境、教學空間的重構是重要的推力和條件。智慧課堂教學的核心聚焦在教學模式的變革，為有效支撐學校各類研究型課程教學改革，如小班化教學、探究式教學、混合式教學、研討課程、翻轉課程等，電子科技大學以現有教學空間為基礎，創設建成了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。智慧教室實現多屏手機互動、虛擬桌面翻轉課堂、多視窗系統等多種形式，配置互動教學系統，支持愛課堂、雨課堂、藍墨云等國內主流系統軟件，配置電子班牌、書寫墻等輔助設施，輕松實現人臉識別/刷卡/手機簽到、課前/課中/課后的全程師生互動，同時可實現全時教學狀態數據采集分析，有效助力老師掌握學生學習效果，實現以教師為中心向以學生為中心轉變以及教與學的智慧互動[2]。智慧課堂有效支撐了新型教學模式，充分發揮師生雙主體作用，教師創新性地教、學生創新性地學，把沉默單向的課堂轉變成思想碰撞、智慧啟迪的互動場所，為激發師生教學潛力，釋放更多教學能量提供了上佳的教學環境支持。2.2“成電學堂”在線學習平臺。成電學堂構建了一體化的網絡學習空間，不斷升級改造，現已匯聚了愛課堂互動系統、成電慕課、網絡課堂、BB平臺、成電直播等多個學習系統，全部對接統一身份認證的信息門戶和本科生教務系統，共享師生信息、課程信息、學習數據等。“成電學堂”在線學習平臺界面如圖3所示。愛課堂系統包括課堂互動和在線學習平臺，含手機版和網頁版；成電慕課是集MOOC、SPOC為一體的在線平臺，無縫對接“中國大學MOOC”（愛課程）、雨課堂、超星等主流MOOC平臺；網絡課堂是輔助學習平臺，包括創建課程、課件、上傳作業、網上交流等功能；BB平臺以課程為中心，集成網絡教與學的交流環境；成電直播是基于網絡的高清視頻直播系統，可為學校會議、活動及課堂教學等提供高清視頻直播服務。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平臺教學資源課程網站教學環境實驗平臺教師培訓今日訪問量(次)學習人次(次)課程(門)資源(門)17,7833,066513,169首頁/實驗搜索搜索課程算法和抽象數據類型圖3“成電學堂”在線學習平臺界面“成電學堂”在線學習平臺不僅支持平常的“課堂”教學，同時提供了完整的“在線”學習方案，對接多個公共在線教學平臺，在2020年突發病毒肺炎疫情全面開展線上教學中發揮了不可替代的重要作用。學校充分鼓勵各個課程組、各授課教師根據自己課程的學科性質和課程特點，選用適合的線上教學方案，同時所有課程預備“雙平臺”并做好課前測試，針對臨時出現閃退、崩潰、無聲音、卡頓等突發問題，及時切換平臺以保障教學效果。據不完全統計，全校課程接入采用了愛課堂、騰訊課堂、雨課堂、ZOOM、飛書、學堂在線、超星、釘釘等多種在線教學平臺，包括SPOC、MOOC、PPT+音頻、直播、QQ群、微信群、視頻會議等多種教學模式與方式，2020年上學期開展在線教學課程882門，涉及3312門次，均正常推進、效果良好，后面將不斷改進，持續提升線上教學質量建設。2.3云桌面實驗教學平臺。傳統的PC電腦實驗室存在一些問題：管理維護工作量大、耗時多、課程教學軟件安裝調試過程復雜低效、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需求等等，這些問題難以適應新工科建設改革背景下對實驗教學的各項更高要求，導致教學效果不好、課程不穩定、學生意見大[10]。電子科技大學引入最新的云計算技術，以英才實驗學院自主創新實驗室為例，使用銳捷公司云桌面虛擬化方案，升級打造實驗教學管理平臺。云桌面實驗教學平臺的架構如圖4所示。VMVMVMVM云主機服務端LAN屏幕廣播學生云終端文件分發一鍵開關機部署：快速、靈活云桌面實驗室管理：簡約、高效圖4云桌面實驗教學平臺的架構該平臺采用“層次化”的云主機加多臺云終端的云桌面建設方案，分為云主機層、云終端層和管理層3個實施層面[11]，部署快速靈活、管理簡約高效。1）云主機層在云主機層，所有數據和計算都部署在云主機服務器上運行，云主機層分別對各種教學場景、考試場景做教學鏡像定制，通過云桌面服務器來為云終端層提供接入。由于不同的課程有不同的教學應用需求，一般采用一課一鏡像方式，云桌面服務器主機可以通過教師端針對不同課程制作專屬的鏡像。實現“一鍵開機”，用戶上課時通過教師端點擊對應課程鏡像即可在云主機層生成一對多的虛擬桌面推送到學生云終端機上，過程只需要一兩分鐘；課程結束點擊“下課”即可終止課程，刪除所有虛擬機，回收云主機運算資源[11]。另外由于安裝不同的軟件應用對云主機系統資源占用量是不同的，可根據實際占用資源量大小部署云終端機的數量來進行動態調整，如數字電路課程使用的軟件內存資源要求高，經過測算僅能支持20臺云終端正常運轉，而非實驗室全部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臺云終端機進行課程下發操作。使用一課一鏡像可以輕松實現課程之間的無縫切換，可以個性化地分配和共享資源，保持不同課程的獨立性不受相互影響，避免了封裝過多應用導致過度臃腫或應用兼容性問題[11]，管理更簡單，運行更可靠。2）云終端層云終端層是將桌面虛擬化，用戶通過云終端協議與后臺云主機進行連接，使得訪問和傳統的本地安裝桌面一樣[12]。學生操作云桌面終端設備，操作方式和習慣與PC完全相同，同時學生通過系統自帶的聊天軟件可以與老師端進行互聯互通。老師端可采用多種方式操控所有云終端，比如鎖屏、禁網、禁U盤等，然后進行廣播，這時候學生不能進行任何操作，全部顯示老師要求收看的畫面，有效保障學生專注聽講；又如老師可以任意點擊其中一個云終端桌面，投屏到實驗室大屏幕上，輕松實現學生作品展示，進行教學互動；再如老師可以隨時下發實驗教學各種資源文件，學生也可以上傳作業等各種文檔給老師，如果上課簽到錄入了云終端對應使用的學生信息，系統將自動為學生上傳的文件進行個性化命名，省下了老師很多整理的時間，同時所有文檔均規范保存在云主機中，方便隨時調閱；還有上課過程中如需要進行考試環節，可輕松切換到考試鏡像不用擔心還原問題。云桌面系統允許用戶將外設直接連接到云終端上，然后像本地桌面一樣使用這些外設，支持包括USB設備、串并口設備、攝像頭、打印機等設備。云桌面主機部署架構隔離了學生對云終端本地數據的直接訪問，大大提高了系統整體的安全性。云桌面系統通過融合計算技術提供超乎想象的流暢視頻教學體驗，提升教學質量。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房中常見的大量軟件安裝導致系統臃腫、軟件沖突、病毒侵入、教學考試場景切換工作量大等難題，還可省去Ghost或還原卡的繁雜設置[11]。每學期只需在云桌面服務器主機上做一次課程鏡像配置就可輕松完成維護，省去了逐臺PC分區設置和系統同傳等過程。云終端使用一體化設計，平均功耗只有傳統PC機的1/12；沒有PC機的很多易損元件，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、運行狀態、系統監控等數據，一目了然，運籌帷幄。2.4實驗教學管理子系統。新工科建設強調學生的實踐創新能力培養，加強實踐育人平臺建設至關重要。電子科技大學培養的學生一直以實踐動手能力強受到行業的青睞，在新時期學校進一步加強校內外實驗教學資源建設，為多項實踐育人活動建立智能管理系統，實現管理智能、資源共享、運作開放。2.4.1開放實驗室信息管理平臺。為支持學生全時空地開展各類科技創新項目以及競賽訓練，很多學院建設了開放實驗室，為學生科協、俱樂部等社團提供全天候的實驗環境。建設開放實驗室信息管理平臺，包括門禁考勤管理系統、開放預約管理系統、儀器設備信息管理系統、視頻監控管理系統和電源控制系統等。電子科技大學以電子信息類專業為主，很多實驗室有電烙鐵等電器設備，一旦實驗室開放最大的挑戰是消防安全問題，因此改造建設電源控制系統非常必要，系統將自動根據學生的預約使用時段開啟和切斷電源開關，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大學生創新創業訓練智能管理系統。大學生創新創業訓練智能管理系統是與南京先極公司合作的一套貫穿于大學生創新創業項目整套作業流程的管理系統，建立集成的創新創業項目管理和實時線上平臺，包括項目、申報、審核、立項、中期檢查、答辯、結題完整的過程，建立高效的項目管理環境。系統不受時空限制可實時展開立項的參與和交互，更重要的是可實現項目全程公開透明化，將有力推進跨學院的師生合作，更有助于學生找到適合自己感興趣的項目。另外，項目所有過程資料統一化管理，可方便實現全程監控，統計分析。該系統投入使用兩輪以后，對比原有線下組織方式，項目的數量和質量都提升了一倍。2.4.3“互聯網+”實習實訓智能管理系統。為加強學生實習實訓組織管理，同時對接多個企業實習崗位信息，電子科技大學引進“校友邦”實習實訓智能管理系統。系統建立了學生實習實踐的“雙元互動”平臺，使在實踐中的學、做、創、導、管一體化，實現全程動態管理；針對每一個學生建立一對一的實習課表進行跟蹤管理，實現企業學校雙導師評價；系統進行實習資源優化配置與管理、強化實習過程監督與質量監控，考核實時準確。更重要的是，學生通過“項目驅動+團隊合作+企業參與+系統集成”的模式，以學生團隊的形式選擇一個主攻方向，最終完成一個滿足行業需求的可運行系統，這對學生進行“互聯網+”的創新實踐能力培養具有重要意義。系統有效解決了以往學生校外實習崗位難尋、過程監管不到位等問題。2.4.4畢業設計（論文）智能管理系統畢業設計（論文）智能管理系統還在建設中，計劃貫穿整個畢業設計的全部管理過程，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、優秀論文評選展示等多個環節。所有文檔無紙化、網絡化，實現方便快捷高效管理。2.4.5競賽智能管理系統。學校高度重視學生創新能力培養和綜合素質全面發展，構建了“普惠性”的學生科技創新體系，在2014—2018年中國高校創新人才培養暨學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，電子科技大學還計劃建設競賽智能管理系統。該系統將集合所有科技創新競賽的校內組織、評選，對外的參賽培訓等全過程，實現網絡化智能管理，優質資源的最大化共享。

3結束語

電子科技大學智能化教學綜合管理平臺將信息技術和教學場景緊密結合，采用B/S結構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，全程網絡化管理實現了教學管理智能化、資源信息共享化、部署維護簡捷化。該平臺以信息技術發展的最新成果推動工程教育改革，而新工科建設的成果又進一步推進新技術新經濟產業的發展，希望電子科技大學智能化教學綜合管理平臺的建設經驗能為更多高校提供可行的借鑒。

作者:方曼 張進 唐燦 劉楠 單位:1.電子科技大學英才實驗學院 2.電子科技大學教務處 3.電子科技大學信息中心