人工智能賦能實踐教學(xué)：軟件工程“游泳池”實訓(xùn)空間設(shè)計與應(yīng)用
【部分圖文】：
“虛擬池”技術(shù)框架為6層體系結(jié)構(gòu)，即物理層、數(shù)據(jù)層、算法層、感知層、認(rèn)知層和應(yīng)用層，如圖1所示。物理層是整個“虛擬池”的物理基礎(chǔ)，包括所有物理資源和虛擬化資源池，通過運用虛擬化技術(shù)將底層物理資源（如計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等）集成起來，虛擬為一個大的云計算資源池，通過資源池提供算力、存儲、感知等智能云服務(wù)。數(shù)據(jù)層為“虛擬池”提供數(shù)據(jù)支持，其數(shù)據(jù)可以來源于本地或網(wǎng)絡(luò)，主要包括基本信息數(shù)據(jù)、行為狀態(tài)數(shù)據(jù)、情感數(shù)據(jù)、實訓(xùn)教學(xué)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、光線等）和管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)的采集、挖掘、處理、監(jiān)測、存儲、標(biāo)注和交易等服務(wù)。算法層主要包括機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法等，是“虛擬池”實現(xiàn)的核心與關(guān)鍵技術(shù)，為其應(yīng)用提供算法保障。常見的機器學(xué)習(xí)算法有線性回歸、K-近鄰、K-均值、決策樹、樸素貝葉斯、邏輯回歸、隱馬爾可夫模型等。深度學(xué)習(xí)算法是基于人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理建立起來的系統(tǒng)算法，常見的有卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。感知層主要包括生物特征識別（手形等生理特征及手勢等行為特征）、語音識別、語音合成、文本識別、計算機視覺等技術(shù)。借助該技術(shù)可以采集、分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)狀態(tài)，監(jiān)測學(xué)情。認(rèn)知層主要包括自然語言處理、情感計算、知識圖譜、教育規(guī)劃與決策等，不僅能夠感知語音、圖像與文字，理解其背后的深層次含義（徐曄等，2019），還能更好地解決人機交互中的情感缺失、交互不精準(zhǔn)等問題（塔衛(wèi)剛等，2018）。應(yīng)用層位于最上層，是用戶與智能云服務(wù)體系的接口，主要用于實訓(xùn)業(yè)務(wù)開展、實訓(xùn)資源獲取、實訓(xùn)評價、實訓(xùn)管理等，實現(xiàn)教學(xué)、評測和管理的智能化、自動化、精準(zhǔn)化與場景化。這種體系結(jié)構(gòu)將云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)有機結(jié)合，為“虛擬池”的運行提供高效的算法、強大的算力與大數(shù)據(jù)保障。(2）“虛擬池”主要功能設(shè)計
如圖2所示，“虛擬池”的主要功能模塊包括實訓(xùn)業(yè)務(wù)池、實訓(xùn)資源池、實訓(xùn)學(xué)習(xí)池、實訓(xùn)評測池、實訓(xùn)管理池與環(huán)境控制池等，它們之間是一種相互協(xié)同、相互支持的關(guān)系。在迭代開發(fā)過程中，以實訓(xùn)業(yè)務(wù)池為中心，各主體之間、各“池”之間需要進(jìn)行交互，例如，學(xué)生、實訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實訓(xùn)資源池交互，學(xué)生獲取所需的項目、案例、微視頻等學(xué)習(xí)資源；學(xué)生、實訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實訓(xùn)學(xué)習(xí)池交互，學(xué)生可以獲得智能導(dǎo)師的指導(dǎo)與幫助；實訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實訓(xùn)評測池交互，可以自動批改實訓(xùn)文檔，檢測代碼，測評實訓(xùn)效果；實訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實訓(xùn)管理池交互，教師可以自動獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)與過程數(shù)據(jù)，監(jiān)控實訓(xùn)全過程；師生、實訓(xùn)業(yè)務(wù)池與環(huán)境控制池交互，獲得個性化的物理環(huán)境支持；學(xué)生實訓(xùn)成績的生成需要實訓(xùn)管理池與實訓(xùn)評測池的協(xié)同，個性化學(xué)習(xí)資源的自動推送離不開實訓(xùn)資源池與實訓(xùn)學(xué)習(xí)池的交互。(1)實訓(xùn)業(yè)務(wù)池：訓(xùn)練真實化與協(xié)同化
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