大數(shù)據(jù)分析技術(shù)下的智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)

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摘要：為實(shí)現(xiàn)教育過程中的一站式在線服務(wù)，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)資源庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析層、智慧教育信息云服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和表現(xiàn)層的智慧教育平臺(tái)。大數(shù)據(jù)分析層采用Hbase數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合SQL計(jì)算執(zhí)行引擎分析智慧教育數(shù)據(jù)，將分析得到的學(xué)生、教師以及資源信息等傳遞至智慧教育信息云服務(wù)層；智慧教育信息云服務(wù)層通過驗(yàn)證用戶、服務(wù)綁定和服務(wù)提供，使平臺(tái)用戶享受平臺(tái)存儲(chǔ)文件、課程管理和課程等服務(wù)。智慧教育信息云服務(wù)層中在線學(xué)習(xí)模塊的管理員審核教師備課資料和學(xué)生學(xué)習(xí)資源、教師在線或錄播授課以及學(xué)生課程選擇與確定功能的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)教師、管理員以及學(xué)生的在線信息交流。平臺(tái)測(cè)試結(jié)果表明，該平臺(tái)可根據(jù)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)行為提供個(gè)性化教學(xué)和管理，實(shí)現(xiàn)教師、管理員與學(xué)生的在線交流，且平臺(tái)教育資源存儲(chǔ)服務(wù)和教育資源門戶服務(wù)均可實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用價(jià)值高。

關(guān)鍵詞：教育平臺(tái)設(shè)計(jì)；智慧教育；課程管理；大數(shù)據(jù)分析；在線學(xué)習(xí)；教育資源存儲(chǔ)

引言

當(dāng)前由于存在海量教育資源，導(dǎo)致教育應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)資源分散和低水平重復(fù)建設(shè)問題嚴(yán)重，教育信息化雖在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件建設(shè)方面取得一定成果，但尚未能實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)下的智能服務(wù)，造成教育平臺(tái)建設(shè)發(fā)展不均衡，無(wú)法向教師、管理員和學(xué)生提供一站式在線服務(wù)，成為影響教育信息化的重要難點(diǎn)。智慧教育是指將信息化理念運(yùn)用在教育領(lǐng)域[1]，全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，加快教育改革與發(fā)展進(jìn)程。隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在教育領(lǐng)域的不斷深入，翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC等一些新興教育模式逐漸興起，技術(shù)革新推動(dòng)教育模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，如何利用大數(shù)據(jù)分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)[2]，構(gòu)建大數(shù)據(jù)環(huán)境下的智慧教育平臺(tái)，克服學(xué)習(xí)障礙，實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)是眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。大數(shù)據(jù)技術(shù)合理整合教育資源，向教育行業(yè)人員提供了虛擬服務(wù)，輔助教師和學(xué)生簡(jiǎn)化智慧教育平臺(tái)開發(fā)部署過程，構(gòu)建出適合教育和科學(xué)研究的智慧教育平臺(tái)，為平臺(tái)使用者提供存儲(chǔ)文件、課程管理和課程等服務(wù)。發(fā)展智慧教育云平臺(tái)能夠在為學(xué)生創(chuàng)建良好學(xué)習(xí)環(huán)境的同時(shí)，向教師、管理員和學(xué)生提供一站式在線服務(wù)[3]，因此，本文基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)智慧教育平臺(tái)。

1智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)

智慧教育平臺(tái)采用大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的分布式框架。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)將大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換與共享以及數(shù)據(jù)分析挖掘合理整合，用于智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)框架如圖1所示。SQOOP數(shù)字交換工具通過同步學(xué)校以及外部存儲(chǔ)系統(tǒng)的教育資源數(shù)據(jù)，將教育資源數(shù)據(jù)保存在文件系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)中海量教育數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)分析層，大數(shù)據(jù)分析層采用HBase數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合SQL計(jì)算執(zhí)行引擎，分析海量智慧教育數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)層主要挖掘、分析和處理智慧教育信息數(shù)據(jù)。

1.2平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)的智慧教育平臺(tái)總體架構(gòu)包括數(shù)據(jù)資源庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析層、智慧教育信息云服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和表現(xiàn)層五部分[4⁃6]，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智慧教育平臺(tái)總體架構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)資源庫(kù)中包括所有智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳遞至大數(shù)據(jù)分析層，采用SQL計(jì)算執(zhí)行引擎計(jì)算處理多種智慧教育信息，得到學(xué)生、教師以及資源信息等，將所得多種信息傳遞至智慧教育信息云服務(wù)層[7]，使使用者在移動(dòng)終端界面體驗(yàn)智慧教育平臺(tái)的各種服務(wù)。

1.3智慧教育信息云服務(wù)層設(shè)計(jì)

智慧教育信息云服務(wù)層連接平臺(tái)使用者與平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)[8⁃10]，是智慧教育平臺(tái)的核心層次，具體包括在線學(xué)習(xí)和平臺(tái)信息與管理兩個(gè)模塊，在線學(xué)習(xí)模塊包括教學(xué)、審核和交流功能，平臺(tái)信息與管理通過用戶注冊(cè)賬戶、權(quán)限分配和身份審核等實(shí)現(xiàn)平臺(tái)信息管理。智慧教育信息云服務(wù)層中平臺(tái)使用者與平臺(tái)服務(wù)關(guān)系如圖3所示。智慧教育信息云服務(wù)中心包括使用者和服務(wù)兩部分。使用者通過平臺(tái)注冊(cè)、用戶管理和登錄校驗(yàn)操作，完成智慧教育平臺(tái)的注冊(cè)登錄，管理掌握智慧教育平臺(tái)所有注冊(cè)教師、管理員以及學(xué)生的所有基礎(chǔ)信息，便于智慧教育平臺(tái)集中管理[11⁃12]；服務(wù)方面，智慧教育平臺(tái)服務(wù)通過服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查找和服務(wù)管理將平臺(tái)服務(wù)授權(quán)給平臺(tái)使用者，智慧教育平臺(tái)服務(wù)通過用戶驗(yàn)證、服務(wù)綁定和服務(wù)提供，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)存儲(chǔ)文件、課程管理和課程等服務(wù)的使用者授權(quán)，使用者即可享受智慧教育平臺(tái)服務(wù)。

1.4平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

1.4.1在線學(xué)習(xí)模塊實(shí)現(xiàn)在線學(xué)習(xí)模塊是智慧教育平臺(tái)智慧教育信息云服務(wù)層的核心，在線學(xué)習(xí)模塊教學(xué)功能是否全面、審核功能是否細(xì)致以及使用者體驗(yàn)感均影響智慧教育平臺(tái)教師、管理員以及學(xué)生在線交流狀態(tài)[13]。在線學(xué)習(xí)模塊包括學(xué)生、教師和管理員，在線學(xué)習(xí)模塊功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。在線學(xué)習(xí)模塊中，管理員主要審核教師備課資料和學(xué)生學(xué)習(xí)資源，課程審查保證智慧教育平臺(tái)的教學(xué)課程質(zhì)量。管理員通過跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度并對(duì)學(xué)習(xí)過程采取持續(xù)行為跟蹤和數(shù)據(jù)記錄，為大數(shù)據(jù)分析課程提供數(shù)據(jù)支撐[14]。教師在智慧教育平臺(tái)的在線學(xué)習(xí)模塊完成教學(xué)準(zhǔn)備并通過直播或錄播對(duì)學(xué)生進(jìn)行授課，在線解答學(xué)生疑問，教師在課程結(jié)束后向?qū)W生課程任務(wù)和課程總結(jié)等實(shí)訓(xùn)練習(xí)用于輔助教學(xué)練習(xí)。學(xué)生可在在線學(xué)習(xí)模塊中了解課程詳細(xì)信息并加以選擇與確認(rèn)，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)也包括直播課程和錄播課程兩種，并且學(xué)生在課程結(jié)束后需完成實(shí)訓(xùn)練習(xí)，否則，無(wú)法進(jìn)入下階段課程學(xué)習(xí)。

1.4.2平臺(tái)信息與管理模塊實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智慧教育平臺(tái)信息和管理流程圖如圖5所示。通過自定義查詢與統(tǒng)計(jì)判斷平臺(tái)用戶添加是否成功，添加成功，則針對(duì)教師、管理員或?qū)W生分配平臺(tái)使用權(quán)限，權(quán)限不同，則信息和管理權(quán)限不同，將填寫后身份信息交于學(xué)校審核[15]，學(xué)校審核完成后即可允許信息，完成智慧教育平臺(tái)信息和管理。智慧教育信息管理分為初級(jí)和高級(jí)管理兩層面：初級(jí)層次可管理小范圍教師、管理員以及學(xué)生基礎(chǔ)信息；高級(jí)層次可管理一定區(qū)域內(nèi)所有學(xué)校教師、管理員以及學(xué)生基礎(chǔ)信息和功能。智慧教育信息管理的初級(jí)和高級(jí)層次管理均可為教育平臺(tái)管理提供智慧教育服務(wù)，滿足教師、管理員和學(xué)生的個(gè)性信息服務(wù)和決策信息服務(wù)。

2智慧教育平臺(tái)性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)以某高校為研究對(duì)象，數(shù)據(jù)挖掘和分析該校學(xué)生的師生教學(xué)和學(xué)生學(xué)數(shù)據(jù)，分析得到某學(xué)生的學(xué)習(xí)生活行為信息，勾勒出學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)行為畫像，如圖6所示。智慧教育平臺(tái)根據(jù)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)行為提供個(gè)性化教學(xué)和管理，不斷優(yōu)化完善智慧教育平臺(tái)教學(xué)方式和指導(dǎo)方法，將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深入用于智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)，提供更加個(gè)性化的平臺(tái)服務(wù)?；诖髷?shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)智慧教育平臺(tái)師生在線交流功能測(cè)試結(jié)果如圖7和圖8所示。在圖7界面中，學(xué)生可獲取關(guān)于正則表達(dá)式和Linux系統(tǒng)等相關(guān)學(xué)習(xí)資料，學(xué)生點(diǎn)擊Linux系統(tǒng)相關(guān)課程可得圖8所示溝通交流界面，任意選擇該課程授課教師實(shí)現(xiàn)在線互動(dòng)。結(jié)果表明，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)的智慧教育平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)師生在線交流功能，方便師生交流課程內(nèi)容。智慧教育平臺(tái)功能測(cè)試目標(biāo)是確保智慧教育平臺(tái)以及平臺(tái)各層次能正常使用，平臺(tái)測(cè)試時(shí)需要多種智能終端對(duì)平臺(tái)實(shí)施服務(wù)訪問，測(cè)試平臺(tái)各項(xiàng)功能能否實(shí)現(xiàn)。表1是對(duì)平臺(tái)核心服務(wù)的測(cè)試用例描述，且從表1平臺(tái)功能測(cè)試結(jié)果可知，本文設(shè)計(jì)智慧教育平臺(tái)各項(xiàng)功能均可實(shí)現(xiàn)，說明采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)智能教育平臺(tái)可廣泛應(yīng)用。

3結(jié)語(yǔ)

采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)的智慧教育平臺(tái)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理智慧教育信息數(shù)據(jù)，合理整合教育資源，增強(qiáng)教育平臺(tái)中教師、管理者以及學(xué)生間的在線交流，且智慧教育平臺(tái)的服務(wù)管理、遠(yuǎn)程教育和教育資源門戶服務(wù)等功能能夠較好實(shí)現(xiàn)，并能提高個(gè)性化教育方法，因此大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深入用于智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)。

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作者：施萬(wàn)里 張余輝 單位：贛南師范大學(xué)