物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)

郝 芯，吳翠紅

（長(zhǎng)春電子科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130114）

0 引 言

作為土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，材料力學(xué)課程具有較強(qiáng)的理論性與應(yīng)用性[1]，因此該門(mén)課程對(duì)于課堂教學(xué)質(zhì)量的要求也相對(duì)較高。課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)是提升課堂教學(xué)質(zhì)量的有效方式[2-4]，因此對(duì)材料力學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究具有重要意義。

本文提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)方法，在教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)程中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用物聯(lián)網(wǎng)中的無(wú)線傳感技術(shù)感知教學(xué)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)。

1 教學(xué)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)方法

1.1 方法整體架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的材料力學(xué)課程教學(xué)評(píng)價(jià)方法集成了多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)等。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的行為、環(huán)境、教學(xué)資源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與篩選，提供了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施。評(píng)價(jià)方法的整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 方法整體架構(gòu)

方法的整體架構(gòu)主要由4 部分組成，分別是：材料力學(xué)課程物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)子系統(tǒng)、系統(tǒng)支撐網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)管理平臺(tái)以及教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)子系統(tǒng)。

（1）學(xué)生利用材料力學(xué)課程物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)子系統(tǒng)開(kāi)展材料力學(xué)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，該子系統(tǒng)中包含材料力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中所使用的各項(xiàng)設(shè)備[5]，不同設(shè)備中均包含通信接口、通信協(xié)議以及設(shè)備功能數(shù)據(jù)檢測(cè)與采集模塊等。

（2）系統(tǒng)支撐網(wǎng)絡(luò)主要利用傳感器等設(shè)備采集材料力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中所使用各項(xiàng)設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)，并將其傳輸至系統(tǒng)管理平臺(tái)內(nèi)。

（3）管理平臺(tái)中對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)實(shí)施分類(lèi)與處理，獲取不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)信息圖[6]，用戶(hù)依照該信息圖能夠?qū)崟r(shí)獲取教學(xué)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（4）教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)子系統(tǒng)基于所獲取的數(shù)據(jù)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用評(píng)價(jià)模型獲取材料力學(xué)課程教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.2 模型構(gòu)建

1.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)建，建立教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，為教學(xué)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建和優(yōu)化提供了支持。材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)是一個(gè)非線性、復(fù)雜的問(wèn)題[7-9]。根據(jù)對(duì)材料力學(xué)專(zhuān)業(yè)教師、材料力學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生以及相關(guān)管理部門(mén)人員的調(diào)研結(jié)果，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)態(tài)度與教學(xué)效果四個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建包含3 個(gè)層級(jí)的材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2 所示。

圖2 指標(biāo)體系

1.2.2 評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

（1）構(gòu)建評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集由材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量可能獲取的、不同等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果組成[10]。通常情況下可將教學(xué)質(zhì)量劃分為4 個(gè)等級(jí)，分別是優(yōu)秀、良好、及格和不及格。因此，材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)過(guò)程中，評(píng)價(jià)集可表示為：

（2）構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣

針對(duì)指標(biāo)體系中的單一評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)施單指標(biāo)評(píng)價(jià)，獲取單指標(biāo)評(píng)價(jià)集?；谠撛u(píng)價(jià)集即可獲取整體評(píng)價(jià)矩陣，由此獲取該指標(biāo)的隸屬度。

以x和u(x)分別表示材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和其隸屬度，由此可利用式（2）獲取x對(duì)評(píng)價(jià)集內(nèi)不同評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度U=u1(x),u2(x), ...,uL+1(x)：

式中評(píng)價(jià)等級(jí)分界點(diǎn)用s1,s2, ...,sL+1表示。

（3）構(gòu)建權(quán)重集合

評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重是指該指標(biāo)在實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中的相對(duì)重要性，通過(guò)權(quán)重能夠區(qū)分不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于最終評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系內(nèi)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的的權(quán)重共同組成了權(quán)重體系W={wi|i=1=1, 2, ...,n}，須符合以下標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)一：0 ≤wi≤1；i=1, 2, ...,n，其中wi表示x的權(quán)重。

（4）整體評(píng)價(jià)

整體評(píng)價(jià)是指以單層次評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，獲取最終評(píng)價(jià)結(jié)果R，評(píng)價(jià)模型公式描述如下：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證本文方法的實(shí)際應(yīng)用性能，以某理工類(lèi)高校2021級(jí)材料力學(xué)專(zhuān)業(yè)的8 個(gè)班級(jí)為研究對(duì)象，采用本文方法對(duì)其教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行智能評(píng)價(jià)。

表1 所示為本文方法所構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系內(nèi)各指標(biāo)的權(quán)重值與隸屬度計(jì)算結(jié)果。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

基于表1 所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重與隸屬度計(jì)算結(jié)果，在已劃分的四個(gè)教學(xué)質(zhì)量等級(jí)的基礎(chǔ)上，再次劃分二級(jí)指標(biāo)（A、B、C、D），使得教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果更加精準(zhǔn)，進(jìn)而有效提升教學(xué)質(zhì)量。采用本文方法評(píng)價(jià)研究對(duì)象的教學(xué)質(zhì)量，所得結(jié)果如圖3 所示。

圖3 評(píng)價(jià)結(jié)果

分析圖3 可知，采用本文方法對(duì)研究對(duì)象教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，所得評(píng)價(jià)結(jié)果與研究對(duì)象實(shí)際教學(xué)質(zhì)量情況基本一致。由此說(shuō)明本文方法能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)研究對(duì)象教學(xué)質(zhì)量。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的材料力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量智能評(píng)價(jià)方法。采用該方法對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并基于評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行完善與優(yōu)化，能夠有效提升教學(xué)質(zhì)量。在后續(xù)研究過(guò)程中將主要針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化，以提升本文方法指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性，以及指標(biāo)數(shù)據(jù)采集的便利性。