智能化教学综合管理平台建设研究

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摘要：新工科建设的深度推进必将对高校教学环境提出更新更高的要求。电子科技大学积极推进新工科建设“成电方案”，构建了面向新工科的智能化教学综合管理平台，在原有教学管理系统的基础上升级改造，建设智慧教室互动教学平台、“成电学堂”在线学习平台、云桌面实验教学平台、开放实验室信息管理平台、大学生创新创业训练智能管理系统、“互联网+”实习实训智能管理系统，毕业设计（论文）智能管理系统、竞赛智能管理系统等多个子系统，实现了教学全过程的智能化管理。

关键词：新工科建设；教学综合管理平台；智能管理系统

随着新工科建设的深度推进，各高校工程教育改革正在如火如荼地展开，为加速推动新工科课堂革命实现教学改革，教学环境的升级改造势在必行。电子科技大学作为一所以电子信息技术为核心的多科性研究型大学[1]，积极推进新工科“成电方案”建设，以学生为中心，以“唤起好奇，激发潜能”为核心，以科技创新能力培养为导向，构建智能化的教学综合管理平台，打造优势集聚的人才培养新环境[2]。

1新时代高等教育的新工科建设背景要求

教育部近年来先后出台了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》（简称“新时代高教40条”），“六卓越一拔尖”计划2.0等文件，部署加快“四新”建设、“新工科”建设便首当其冲。“新时代高教40条”第24条指出：“重塑教育教学形态。加快形成多元协同、内容丰富、应用广泛、服务及时的高等教育云服务体系，打造适应学生自主学习、自主管理、自主服务需求的智慧课堂、智慧实验室、智慧校园。”[3]第28条指出：“加强实践育人平台建设。综合运用校内外资源，建设满足实践教学需要的实验实习实训平台。加强校内实验教学资源建设，构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的实验教学平台。”[3]关于新工科研究与实践，教育部组织多次专题研讨会，形成了“复旦共识”[4]，“天大行动”[5]，“北京指南”[6]等指导性文件。新工科建设要建立工程教育的新范式，是一个全面的系统工程，将“更加注重模式创新”，应“探索工程教育信息化教学改革，推进信息技术与工程教育深度融合，创新“互联网+”环境下工程教育教学方法，提升工程教育效率，提高教学效果。”[6]由此可见，为有力推动新工科建设，高校应积极作为，充分利用信息技术手段，改造升级教学平台建设[7−9]，为多样化的研究型课程工程教育方式方法提供现代化智能化的教学环境；拓展实习实训平台资源，搭建协同育人新机制。

2电子科技大学智能化教学综合管理平台建设

电子科技大学积极推进一流工程教育建设，进一步加强信息技术与教育教学深度融合，充分重视利用教学环境的改变倒逼师生教学方式转变。在原有教学管理系统的基础上进一步拓展、升级、改造，构建了一个迭代升级的智能化教学综合管理平台，如图1所示。该平台新建、升级了包括智慧教室互动教学平台、“成电学堂”在线学习平台、云桌面实验教学平台、开放实验室信息管理平台、大学生创新创业训练智能管理系统、“互联网+”实习实训智能管理系统，毕业设计（论文）智能管理系统（在建）、竞赛智能管理系统（待建）等多个子系统，所有子系统实现与原有教学管理系统的对接，在实际使用中发挥了很好的效果。下面将重点介绍该综合管理平台其中4个子系统的建设情况和功能。2.1智慧教室互动教学平台。课堂是教学的主战场，教学环境、教学空间的重构是重要的推力和条件。智慧课堂教学的核心聚焦在教学模式的变革，为有效支撑学校各类研究型课程教学改革，如小班化教学、探究式教学、混合式教学、研讨课程、翻转课程等，电子科技大学以现有教学空间为基础，创设建成了118间小班研讨智慧教室。智慧教室包括“单屏互动教室、多屏互动教室、小型会议室、U型桌讨论教室、六角星型讨论教室”等多种类型，如图2所示。智慧教室实现多屏手机互动、虚拟桌面翻转课堂、多视窗系统等多种形式，配置互动教学系统，支持爱课堂、雨课堂、蓝墨云等国内主流系统软件，配置电子班牌、书写墙等辅助设施，轻松实现人脸识别/刷卡/手机签到、课前/课中/课后的全程师生互动，同时可实现全时教学状态数据采集分析，有效助力老师掌握学生学习效果，实现以教师为中心向以学生为中心转变以及教与学的智慧互动[2]。智慧课堂有效支撑了新型教学模式，充分发挥师生双主体作用，教师创新性地教、学生创新性地学，把沉默单向的课堂转变成思想碰撞、智慧启迪的互动场所，为激发师生教学潜力，释放更多教学能量提供了上佳的教学环境支持。2.2“成电学堂”在线学习平台。成电学堂构建了一体化的网络学习空间，不断升级改造，现已汇聚了爱课堂互动系统、成电慕课、网络课堂、BB平台、成电直播等多个学习系统，全部对接统一身份认证的信息门户和本科生教务系统，共享师生信息、课程信息、学习数据等。“成电学堂”在线学习平台界面如图3所示。爱课堂系统包括课堂互动和在线学习平台，含手机版和网页版；成电慕课是集MOOC、SPOC为一体的在线平台，无缝对接“中国大学MOOC”（爱课程）、雨课堂、超星等主流MOOC平台；网络课堂是辅助学习平台，包括创建课程、课件、上传作业、网上交流等功能；BB平台以课程为中心，集成网络教与学的交流环境；成电直播是基于网络的高清视频直播系统，可为学校会议、活动及课堂教学等提供高清视频直播服务。成都小雨18°C-22°C2020.11.25第12周星期三慕课首页新闻资讯成电直播教学平台教学资源课程网站教学环境实验平台教师培训今日访问量(次)学习人次(次)课程(门)资源(门)17,7833,066513,169首页/实验搜索搜索课程算法和抽象数据类型图3“成电学堂”在线学习平台界面“成电学堂”在线学习平台不仅支持平常的“课堂”教学，同时提供了完整的“在线”学习方案，对接多个公共在线教学平台，在2020年突发病毒肺炎疫情全面开展线上教学中发挥了不可替代的重要作用。学校充分鼓励各个课程组、各授课教师根据自己课程的学科性质和课程特点，选用适合的线上教学方案，同时所有课程预备“双平台”并做好课前测试，针对临时出现闪退、崩溃、无声音、卡顿等突发问题，及时切换平台以保障教学效果。据不完全统计，全校课程接入采用了爱课堂、腾讯课堂、雨课堂、ZOOM、飞书、学堂在线、超星、钉钉等多种在线教学平台，包括SPOC、MOOC、PPT+音频、直播、QQ群、微信群、视频会议等多种教学模式与方式，2020年上学期开展在线教学课程882门，涉及3312门次，均正常推进、效果良好，后面将不断改进，持续提升线上教学质量建设。2.3云桌面实验教学平台。传统的PC电脑实验室存在一些问题：管理维护工作量大、耗时多、课程教学软件安装调试过程复杂低效、缺乏移动性、在线利用率低、使用成本高、故障率高、安全性差、难以满足个性化的教学需求等等，这些问题难以适应新工科建设改革背景下对实验教学的各项更高要求，导致教学效果不好、课程不稳定、学生意见大[10]。电子科技大学引入最新的云计算技术，以英才实验学院自主创新实验室为例，使用锐捷公司云桌面虚拟化方案，升级打造实验教学管理平台。云桌面实验教学平台的架构如图4所示。VMVMVMVM云主机服务端LAN屏幕广播学生云终端文件分发一键开关机部署：快速、灵活云桌面实验室管理：简约、高效图4云桌面实验教学平台的架构该平台采用“层次化”的云主机加多台云终端的云桌面建设方案，分为云主机层、云终端层和管理层3个实施层面[11]，部署快速灵活、管理简约高效。1）云主机层在云主机层，所有数据和计算都部署在云主机服务器上运行，云主机层分别对各种教学场景、考试场景做教学镜像定制，通过云桌面服务器来为云终端层提供接入。由于不同的课程有不同的教学应用需求，一般采用一课一镜像方式，云桌面服务器主机可以通过教师端针对不同课程制作专属的镜像。实现“一键开机”，用户上课时通过教师端点击对应课程镜像即可在云主机层生成一对多的虚拟桌面推送到学生云终端机上，过程只需要一两分钟；课程结束点击“下课”即可终止课程，删除所有虚拟机，回收云主机运算资源[11]。另外由于安装不同的软件应用对云主机系统资源占用量是不同的，可根据实际占用资源量大小部署云终端机的数量来进行动态调整，如数字电路课程使用的软件内存资源要求高，经过测算仅能支持20台云终端正常运转，而非实验室全部50台云终端同时使用，那么该课程镜像制作时可以灵活选择20台云终端机进行课程下发操作。使用一课一镜像可以轻松实现课程之间的无缝切换，可以个性化地分配和共享资源，保持不同课程的独立性不受相互影响，避免了封装过多应用导致过度臃肿或应用兼容性问题[11]，管理更简单，运行更可靠。2）云终端层云终端层是将桌面虚拟化，用户通过云终端协议与后台云主机进行连接，使得访问和传统的本地安装桌面一样[12]。学生操作云桌面终端设备，操作方式和习惯与PC完全相同，同时学生通过系统自带的聊天软件可以与老师端进行互联互通。老师端可采用多种方式操控所有云终端，比如锁屏、禁网、禁U盘等，然后进行广播，这时候学生不能进行任何操作，全部显示老师要求收看的画面，有效保障学生专注听讲；又如老师可以任意点击其中一个云终端桌面，投屏到实验室大屏幕上，轻松实现学生作品展示，进行教学互动；再如老师可以随时下发实验教学各种资源文件，学生也可以上传作业等各种文档给老师，如果上课签到录入了云终端对应使用的学生信息，系统将自动为学生上传的文件进行个性化命名，省下了老师很多整理的时间，同时所有文档均规范保存在云主机中，方便随时调阅；还有上课过程中如需要进行考试环节，可轻松切换到考试镜像不用担心还原问题。云桌面系统允许用户将外设直接连接到云终端上，然后像本地桌面一样使用这些外设，支持包括USB设备、串并口设备、摄像头、打印机等设备。云桌面主机部署架构隔离了学生对云终端本地数据的直接访问，大大提高了系统整体的安全性。云桌面系统通过融合计算技术提供超乎想象的流畅视频教学体验，提升教学质量。3）管理层云桌面管理层提供全图形的控制管理界面，无论虚拟机制作、编辑、还原都只需轻轻一按，管理员再也不用为记录繁杂的命令而烦恼。云桌面的管理模式可彻底解决机房中常见的大量软件安装导致系统臃肿、软件冲突、病毒侵入、教学考试场景切换工作量大等难题，还可省去Ghost或还原卡的繁杂设置[11]。每学期只需在云桌面服务器主机上做一次课程镜像配置就可轻松完成维护，省去了逐台PC分区设置和系统同传等过程。云终端使用一体化设计，平均功耗只有传统PC机的1/12；没有PC机的很多易损元件，寿命延长。同时管理员通过web图形化界面轻松查看管理所有操作记录、运行状态、系统监控等数据，一目了然，运筹帷幄。2.4实验教学管理子系统。新工科建设强调学生的实践创新能力培养，加强实践育人平台建设至关重要。电子科技大学培养的学生一直以实践动手能力强受到行业的青睐，在新时期学校进一步加强校内外实验教学资源建设，为多项实践育人活动建立智能管理系统，实现管理智能、资源共享、运作开放。2.4.1开放实验室信息管理平台。为支持学生全时空地开展各类科技创新项目以及竞赛训练，很多学院建设了开放实验室，为学生科协、俱乐部等社团提供全天候的实验环境。建设开放实验室信息管理平台，包括门禁考勤管理系统、开放预约管理系统、仪器设备信息管理系统、视频监控管理系统和电源控制系统等。电子科技大学以电子信息类专业为主，很多实验室有电烙铁等电器设备，一旦实验室开放最大的挑战是消防安全问题，因此改造建设电源控制系统非常必要，系统将自动根据学生的预约使用时段开启和切断电源开关，每天晚上定时切断所有电源，这将有效减少安全隐患问题。2.4.2大学生创新创业训练智能管理系统。大学生创新创业训练智能管理系统是与南京先极公司合作的一套贯穿于大学生创新创业项目整套作业流程的管理系统，建立集成的创新创业项目管理和实时线上平台，包括项目、申报、审核、立项、中期检查、答辩、结题完整的过程，建立高效的项目管理环境。系统不受时空限制可实时展开立项的参与和交互，更重要的是可实现项目全程公开透明化，将有力推进跨学院的师生合作，更有助于学生找到适合自己感兴趣的项目。另外，项目所有过程资料统一化管理，可方便实现全程监控，统计分析。该系统投入使用两轮以后，对比原有线下组织方式，项目的数量和质量都提升了一倍。2.4.3“互联网+”实习实训智能管理系统。为加强学生实习实训组织管理，同时对接多个企业实习岗位信息，电子科技大学引进“校友邦”实习实训智能管理系统。系统建立了学生实习实践的“双元互动”平台，使在实践中的学、做、创、导、管一体化，实现全程动态管理；针对每一个学生建立一对一的实习课表进行跟踪管理，实现企业学校双导师评价；系统进行实习资源优化配置与管理、强化实习过程监督与质量监控，考核实时准确。更重要的是，学生通过“项目驱动+团队合作+企业参与+系统集成”的模式，以学生团队的形式选择一个主攻方向，最终完成一个满足行业需求的可运行系统，这对学生进行“互联网+”的创新实践能力培养具有重要意义。系统有效解决了以往学生校外实习岗位难寻、过程监管不到位等问题。2.4.4毕业设计（论文）智能管理系统毕业设计（论文）智能管理系统还在建设中，计划贯穿整个毕业设计的全部管理过程，涵盖政策，资料上传下载，课题的申报、审核，选题、开题、中期检查、论文提交、、论文评阅、论文答辩、优秀论文评选展示等多个环节。所有文档无纸化、网络化，实现方便快捷高效管理。2.4.5竞赛智能管理系统。学校高度重视学生创新能力培养和综合素质全面发展，构建了“普惠性”的学生科技创新体系，在2014—2018年中国高校创新人才培养暨学科竞赛评估中名列全国第四。为更好地开展竞赛的组织管理，电子科技大学还计划建设竞赛智能管理系统。该系统将集合所有科技创新竞赛的校内组织、评选，对外的参赛培训等全过程，实现网络化智能管理，优质资源的最大化共享。

3结束语

电子科技大学智能化教学综合管理平台将信息技术和教学场景紧密结合，采用B/S结构不需要安装客户端便可轻松便捷使用，界面友好、操作简单易于上手，全程网络化管理实现了教学管理智能化、资源信息共享化、部署维护简捷化。该平台以信息技术发展的最新成果推动工程教育改革，而新工科建设的成果又进一步推进新技术新经济产业的发展，希望电子科技大学智能化教学综合管理平台的建设经验能为更多高校提供可行的借鉴。

作者:方曼 张进 唐灿 刘楠 单位:1.电子科技大学英才实验学院 2.电子科技大学教务处 3.电子科技大学信息中心