融合思政元素的計(jì)算機(jī)專業(yè)輔助教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林民山，林宗英

（泉州職業(yè)技術(shù)大學(xué)智能制造學(xué)院，福建 泉州 362000）

1 計(jì)算機(jī)專業(yè)輔助教學(xué)硬件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)器以及客戶端三層結(jié)構(gòu)，用戶操作系統(tǒng)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的調(diào)動(dòng)操作，經(jīng)服務(wù)器響應(yīng)并發(fā)送命令至數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行，最終對(duì)客戶端予以響應(yīng)，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

圖中所示服務(wù)器的響應(yīng)和發(fā)送命令速度會(huì)直接影響用戶接收數(shù)據(jù)的時(shí)間，重置服務(wù)器命令傳輸電路，通過(guò)電阻和磁珠組成晶體振蕩器，為數(shù)據(jù)傳輸提供穩(wěn)定的電壓，設(shè)置電阻阻值在28-32歐間之間變化，當(dāng)電路振蕩器產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，將發(fā)出信號(hào)直接傳送給WSE芯片終點(diǎn)[1-2]。

將外部的電壓設(shè)置為3.6V，路過(guò)電阻后沒(méi)有信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，傳輸信號(hào)可以直接接入至WSE芯片，直接將信號(hào)送到指定位置，傳輸效果更好。

2 計(jì)算機(jī)專業(yè)輔助教學(xué)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 基于k-means算法聚類學(xué)生信息

輔助教學(xué)的主體是學(xué)生群體，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮學(xué)生的專業(yè)能力、興趣愛(ài)好和學(xué)習(xí)成績(jī)等基本信息，能夠?qū)罄m(xù)個(gè)性化教學(xué)提供幫助。通過(guò)對(duì)學(xué)生基本信息的整理進(jìn)行分組，將相似特征或者相同特征的學(xué)生聚類到一起， k-means算法適用于數(shù)據(jù)類型的符號(hào)辨認(rèn)，聚類效率最高，通過(guò)此算法進(jìn)行學(xué)生信息的聚類分析。首先要對(duì)收據(jù)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性劃分，一般將數(shù)據(jù)信息屬性表示為學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、性格特征和學(xué)習(xí)成績(jī)：其中將學(xué)習(xí)興趣設(shè)定為唱歌、足球、游泳、旅游和籃球等十項(xiàng)；將性格特征劃分為開(kāi)朗、內(nèi)向和穩(wěn)重三類；學(xué)習(xí)成績(jī)按照一般、良好、優(yōu)秀和合格劃分。其次將所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化轉(zhuǎn)換，變成統(tǒng)一的格式，采取最小最大的劃分方法將學(xué)生屬性控制在數(shù)值[1，10]之間，以聚類值S為3計(jì)算學(xué)生到聚類中心的距離h：

式中，學(xué)生數(shù)據(jù)集合用 表示；聚類中心用 來(lái)表示。在計(jì)算得到每個(gè)學(xué)生數(shù)據(jù)和中心均值的距離后，以最小距離為劃分點(diǎn)對(duì)相應(yīng)的學(xué)生群進(jìn)行劃分，再次重新計(jì)算劃分好的學(xué)生群的聚類中心點(diǎn)均值，當(dāng)均值點(diǎn)不產(chǎn)生變化時(shí)表示聚類完成，如果不滿足條件重新回到第二步計(jì)算對(duì)象到中心均值的距離，由此在k-means算法得到聚類后的學(xué)生信息。

2.2 分層法設(shè)置知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模塊

受計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生專業(yè)選擇的盲目性，許多學(xué)生在專業(yè)選取上并不是指針對(duì)自己的愛(ài)好進(jìn)行選取，有些是為了找到更好的工作，有些是為了大學(xué)的生活較為輕松，以此導(dǎo)致該專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程以及成績(jī)上存在多個(gè)問(wèn)題。對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行分析調(diào)查，根據(jù)在校學(xué)生反映情況基本得出以下幾點(diǎn)問(wèn)題：一是由于計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)過(guò)程較為枯燥，多數(shù)學(xué)生在課堂聽(tīng)講中存在大小差或者逃課現(xiàn)象。二是在講課過(guò)程中授課教師一般以書(shū)本為主，在授課方式上無(wú)法做到緊跟潮流，實(shí)操與理論不能完全結(jié)合。三是教學(xué)內(nèi)容利用多媒體軟件的次數(shù)較少，在后期布置隨堂測(cè)試和單元小結(jié)測(cè)評(píng)中，仍以試卷考試為主。四是隨堂小考成績(jī)不納入期末考試成績(jī)中，考試成績(jī)僅以一次為標(biāo)準(zhǔn)。以上幾點(diǎn)因素使得學(xué)生在課堂的專注度降低，導(dǎo)致后期考試過(guò)于注重課本知識(shí)，都是在考試前期臨陣磨槍只為了快速把知識(shí)點(diǎn)背勞，取得的綜合成績(jī)有所下降。首先建立課程的知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其次對(duì)平臺(tái)上的所有教學(xué)資源進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)標(biāo)注，為后期的層次化知識(shí)點(diǎn)推導(dǎo)規(guī)則打好基礎(chǔ)。分析程序設(shè)計(jì)課程的知識(shí)點(diǎn)，包含有寬泛的知識(shí)概念和粒度較細(xì)的知識(shí)點(diǎn)，最終形成層次化的知識(shí)結(jié)構(gòu)，將知識(shí)點(diǎn)模塊分為兩層式，第一層知識(shí)點(diǎn)模塊分別為“基本元素”“基本語(yǔ)句”“構(gòu)造型數(shù)據(jù)”“模塊化程序設(shè)計(jì)”和“指針”和“文件”，統(tǒng)一的被稱為“一級(jí)知識(shí)點(diǎn)”。這些節(jié)點(diǎn)位于知識(shí)結(jié)構(gòu)的第一層，它們又有各自的子節(jié)點(diǎn)，如“模塊化程序設(shè)計(jì)”的子節(jié)點(diǎn)為“函數(shù)”和“模塊化程序設(shè)計(jì)”，這些節(jié)點(diǎn)位于樹(shù)的第二層，被稱為“二級(jí)知識(shí)點(diǎn)”[3]。以此方式類推近將知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)層層細(xì)化，設(shè)置知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模塊，對(duì)所有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行層次化地編碼，便于后面的規(guī)則推導(dǎo)。

2.3 融合思政元素制定知識(shí)點(diǎn)推導(dǎo)規(guī)則

在設(shè)置好知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模塊后，由于知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的課程體系不一致，無(wú)法直接按照分布的知識(shí)點(diǎn)模式組織課程體系，在后續(xù)學(xué)生的答題過(guò)程中不能直接找到差錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。為此需減少對(duì)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)的分割，根據(jù)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，以相似知識(shí)點(diǎn)集合為基礎(chǔ)，在思政元素融合的基礎(chǔ)上，制定輔助教學(xué)系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)推導(dǎo)規(guī)則，劃分教學(xué)過(guò)程各個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)課程體系的設(shè)定。假設(shè)知識(shí)點(diǎn)Ao、Ap和Aq之間存在如下關(guān)系，用W表示存在關(guān)系為 且 ，則制定過(guò)程如下：

式中，已知Ao、Ap和Aq的關(guān)系為和，。根據(jù)上述各知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，在知識(shí)點(diǎn)模塊中自動(dòng)生成循環(huán)語(yǔ)句，通過(guò)for語(yǔ)句作為while語(yǔ)句的上級(jí)知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)入至循環(huán)語(yǔ)句中，將只含有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的題目板塊去除，設(shè)定每個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)動(dòng)值為0.3，如果導(dǎo)入語(yǔ)句的關(guān)聯(lián)度小于30%，便將該知識(shí)點(diǎn)再其板塊中去除，由此找出支持度較高的知識(shí)點(diǎn)聚合，當(dāng)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)度大于60%，即可輸出，具體關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式如下：

式中，表示知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)度；表示兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)動(dòng)參數(shù)。根據(jù)輸出的知識(shí)點(diǎn)之間的強(qiáng)大關(guān)聯(lián)性，對(duì)教學(xué)資源的知識(shí)點(diǎn)模塊進(jìn)行細(xì)化，使相似知識(shí)點(diǎn)之間能夠滿足關(guān)系，確定了知識(shí)點(diǎn)的推導(dǎo)規(guī)則。由此在k-means算法聚類學(xué)生信息下，分層法設(shè)置知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模塊，融合思政元素制定知識(shí)點(diǎn)推導(dǎo)規(guī)則之后，完成計(jì)算機(jī)專業(yè)輔助教學(xué)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)專業(yè)輔助教學(xué)系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用效果，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法進(jìn)行其功能與性能的分析，在針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率優(yōu)化對(duì)比中進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，驗(yàn)證本次設(shè)計(jì)的輔助教學(xué)系統(tǒng)能夠在一定程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。測(cè)試開(kāi)始前選取某高校，臨近畢業(yè)的計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行分組討論，按照其期末專業(yè)成績(jī)進(jìn)行平行分組。該專業(yè)學(xué)生歷史專業(yè)學(xué)習(xí)成績(jī)按照時(shí)間分成三個(gè)階段，即大一上下學(xué)期、大二上下學(xué)期以及大三上下學(xué)期，將每學(xué)期的期末考試成績(jī)進(jìn)行分批次統(tǒng)計(jì)，每10分為一個(gè)分級(jí)階段，將對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)等級(jí)的學(xué)生人數(shù)做出排序分類，具體數(shù)據(jù)參數(shù)如表1所示。

表1 不同學(xué)期計(jì)算機(jī)專業(yè)考試成績(jī)?nèi)藬?shù)范圍（人）

根據(jù)表中內(nèi)容所示，該校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生總?cè)藬?shù)在名，其中0分成績(jī)的學(xué)生為缺考以及當(dāng)年退學(xué)人數(shù)的綜合，其余分?jǐn)?shù)學(xué)生均為在校學(xué)生的實(shí)考成績(jī)。在大二和大三兩個(gè)學(xué)年中成績(jī)?cè)跐M分的人數(shù)有所下降，在較低的學(xué)生分?jǐn)?shù)中組出現(xiàn)，說(shuō)明可能存在些許因素導(dǎo)致其學(xué)習(xí)成績(jī)有所下滑。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程

根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的各個(gè)學(xué)期的綜合成績(jī)，將其按照特優(yōu)、優(yōu)秀、普通以及較差四個(gè)等級(jí)進(jìn)行分類，將綜合成績(jī)?cè)?0分以上的學(xué)生群體設(shè)置為特優(yōu)等級(jí)，綜合成績(jī)?cè)?0分到90分范圍的學(xué)生設(shè)置為優(yōu)秀等級(jí)，綜合成績(jī)?cè)?0分-80分之間的范圍設(shè)置成普通等級(jí)，60分以下的設(shè)置為較差等級(jí)。分別對(duì)四個(gè)組別的學(xué)生進(jìn)行平均分類，按照選定好的學(xué)生按照學(xué)習(xí)成績(jī)分成成A、 B兩個(gè)小組，其中A組作為實(shí)驗(yàn)組使用文本系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，B兩個(gè)小組作為對(duì)照組選擇傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，每個(gè)小組的學(xué)習(xí)人數(shù)均不低于100人。在本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的應(yīng)用下，每個(gè)小組的學(xué)習(xí)效率有所變化，以周期為一個(gè)月實(shí)驗(yàn)階段，學(xué)習(xí)效率對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同系統(tǒng)應(yīng)用下學(xué)習(xí)效率對(duì)比結(jié)果

根據(jù)圖中內(nèi)容可知，兩組系統(tǒng)應(yīng)用下各學(xué)習(xí)小組的學(xué)習(xí)效率差距較大，其中應(yīng)用傳統(tǒng)系統(tǒng)后會(huì)隨著時(shí)間的推移，該組內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率有下降，且從始至終小組內(nèi)成員的學(xué)習(xí)效率沒(méi)有高于60%。而文中系統(tǒng)應(yīng)用下實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生的學(xué)習(xí)效率基本在90%以上，還存在出100%完成的效果，說(shuō)明本文系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用效果。學(xué)習(xí)效率為改良側(cè)重點(diǎn)，在吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，不斷提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，能夠在一定程度上提高其學(xué)習(xí)成績(jī)，進(jìn)行對(duì)比結(jié)果分析。

3.3 測(cè)試結(jié)果分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文系統(tǒng)能夠在輔助教學(xué)方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，以不同等級(jí)的學(xué)生學(xué)習(xí)效率為側(cè)重點(diǎn)，進(jìn)行多輪應(yīng)用測(cè)試。在為期一個(gè)月的新系統(tǒng)與傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生所教學(xué)的老師均為同職稱教師，學(xué)習(xí)時(shí)間和原因?qū)W習(xí)成績(jī)?nèi)^(guò)程均不作出改變。在MATBEL測(cè)試平臺(tái)中導(dǎo)入原有每組選定的人數(shù)分別為：特優(yōu)等級(jí)110人、優(yōu)秀等級(jí)210人、普通等級(jí)300人、較差等級(jí)200人，以大三下學(xué)期的考試試卷為例各自進(jìn)行4組測(cè)試，使用不同輔助教學(xué)系統(tǒng)下，考試成績(jī)?nèi)藬?shù)變得情況如表2所示。

表2 不同輔助教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用下成績(jī)對(duì)比結(jié)果（人）

根據(jù)表中內(nèi)容所示本文輔助教學(xué)系統(tǒng)，考試成績(jī)?cè)谔貎?yōu)等級(jí)和優(yōu)秀等級(jí)的人數(shù)均有所提升，較差等級(jí)的人數(shù)減少為原有人數(shù)的一半。傳統(tǒng)輔助教學(xué)系統(tǒng)在普通等級(jí)的人數(shù)急劇增加，使得特優(yōu)等級(jí)以及優(yōu)秀等級(jí)有所減少，且較差等級(jí)的人數(shù)比重也加重。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看：本文系統(tǒng)能夠在提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的基礎(chǔ)上，促使計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在期末考試成績(jī)中占據(jù)90分以上的人數(shù)有所提高，能夠在提升學(xué)生學(xué)生成績(jī)上作用正向幫助，具有實(shí)際應(yīng)用效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文融合思政元素設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)專業(yè)輔助教學(xué)系統(tǒng)，在為期一個(gè)月的使用中，新的系統(tǒng)使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率能夠保持在90%以上，學(xué)習(xí)成績(jī)有所提高，較傳統(tǒng)系統(tǒng)有所改進(jìn)。但是受知識(shí)能力和技術(shù)水平的限制，本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中仍存在一些不完善的地方，本次教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)題目標(biāo)記上，未去除任何人工標(biāo)記的過(guò)程，教師的工作量并沒(méi)有得到大幅度改善，覆蓋用戶群體不夠廣泛。希望能夠在后續(xù)的研究中進(jìn)一步增加對(duì)教師工作量的刪減工作，減輕教師的工作壓力，提高教學(xué)水平。