基于大數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享平臺(tái)設(shè)計(jì)

王國(guó)欣，宋蘇羅，于育民

（南陽(yáng)理工學(xué)院數(shù)理學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473004）

0 引言

在高新技術(shù)不斷在高校內(nèi)滲透與應(yīng)用時(shí)，校內(nèi)教師與學(xué)生群體的日常生活與工作模式均在潛移默化的影響下發(fā)生改變。目前大部分高校的教學(xué)資源共享平臺(tái)在資源調(diào)度和管理中仍停留在手動(dòng)操作層面，此種方法不僅降低了教學(xué)效率，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)操作與信息實(shí)時(shí)交互，無(wú)法滿足同時(shí)操作與信息實(shí)時(shí)交互功能，而技術(shù)發(fā)達(dá)的西方國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了向現(xiàn)代化共享的轉(zhuǎn)型[1]。為滿足工作需求，本次研究中引進(jìn)了大數(shù)據(jù)技術(shù)，以數(shù)學(xué)學(xué)科為例，提出一種可實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享的平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，以期帶動(dòng)教育產(chǎn)業(yè)的升級(jí)與轉(zhuǎn)型。

1 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

為確保本文開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中具有較強(qiáng)的操作性與資源共享性，需要在開(kāi)展相關(guān)研究前，對(duì)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)展開(kāi)設(shè)計(jì)。平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

圖1 數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享平臺(tái)硬件架構(gòu)

按照?qǐng)D1所示內(nèi)容，完成設(shè)計(jì)平臺(tái)硬件設(shè)備的布設(shè)，下述將根據(jù)平臺(tái)運(yùn)行需求，對(duì)硬件設(shè)備展開(kāi)進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

1.1 共享資源存儲(chǔ)器選型

根據(jù)本次設(shè)計(jì)資源共享平臺(tái)的運(yùn)行需要，為實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)資源的共享，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)也是十分重要的環(huán)節(jié)之一，同時(shí)從圖1可以看出，存儲(chǔ)器連接著I/O、顯示器、插補(bǔ)和控制器等多種硬件，可將存儲(chǔ)器看作共享平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)當(dāng)中的核心部分。因此，首先針對(duì)共享資源存儲(chǔ)器進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。由于數(shù)學(xué)教學(xué)資源種類眾多，且包含海量數(shù)據(jù)信息，因此在選擇時(shí)需要選擇存儲(chǔ)容量更大的存儲(chǔ)器類型?；诖耍x擇型號(hào)為EEPROM 93AA86C的存儲(chǔ)器。該型號(hào)存儲(chǔ)器在運(yùn)行過(guò)程中電源電壓最大為3.6V，最小為2.5V；有源讀取電流的最大值為25mA；最大時(shí)鐘頻率為135MHz；數(shù)據(jù)傳輸時(shí)其總線寬度為8bit；運(yùn)行溫度在-35℃～75℃范圍內(nèi)。同時(shí)，該型號(hào)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量可達(dá)128Mbit，能充分滿足本文平臺(tái)數(shù)學(xué)教學(xué)資源存儲(chǔ)的需要，并且在該型號(hào)存儲(chǔ)器中包含多個(gè)擴(kuò)展接口，可根據(jù)未來(lái)平臺(tái)進(jìn)一步擴(kuò)展提供更充足的存儲(chǔ)空間。在平臺(tái)運(yùn)行的同時(shí)，EEPROM 93AA86C型號(hào)存儲(chǔ)器接收來(lái)自平臺(tái)的數(shù)據(jù)流量速率可達(dá)到5000fos/s，因此能進(jìn)一步促進(jìn)本文共享平臺(tái)運(yùn)行效率的提升，為用戶提供更加高效的資源共享服務(wù)。

1.2 控制器選型

根據(jù)上述論述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)本文平臺(tái)共享資源存儲(chǔ)器的選型后，為確保平臺(tái)運(yùn)行中各項(xiàng)模塊能得到更合理地控制，還需要針對(duì)控制器進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。本文選用ODM956-440型號(hào)混合矩陣云拼接控制器作為共享平臺(tái)中的控制器硬件。該型號(hào)控制器與其他類型控制器相比，最大的區(qū)別在于具備了混合矩陣云拼接功能，可有效解決平臺(tái)在運(yùn)行過(guò)程中控制的信號(hào)多樣化和多元化的問(wèn)題。由于當(dāng)前各類硬件設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的信號(hào)格式不統(tǒng)一，并且組成十分復(fù)雜，采用傳統(tǒng)控制器很難實(shí)現(xiàn)對(duì)共享平臺(tái)的合理控制。ODM956-440型號(hào)控制器能針對(duì)如DVI、VGA、HDMI等多種類型信號(hào)源，對(duì)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一處理，并將其轉(zhuǎn)換為相同的格式輸入到本文共享平臺(tái)當(dāng)中。但根據(jù)不同共享平臺(tái)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的需要，若各類信號(hào)較為單一化，則可將控制器中的矩陣替換為單元化接口矩陣，在確保平臺(tái)運(yùn)行需要的前提條件下，降低共享平臺(tái)的開(kāi)發(fā)成本。除此之外，在應(yīng)用本文選擇的ODM956-440型號(hào)控制器時(shí)首先對(duì)共享平臺(tái)運(yùn)行的多種方式控制，支持按鍵、面板、移動(dòng)終端設(shè)備等控制方式。同時(shí)，增加該型號(hào)控制器的設(shè)置后可利用其自帶的2K60的顯示器實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)平臺(tái)運(yùn)行參數(shù)的可視化，以此第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)平臺(tái)運(yùn)行出現(xiàn)異常，并為后續(xù)平臺(tái)運(yùn)行維護(hù)提供更加有利的條件。

2 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)建數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)是資源共享平臺(tái)設(shè)計(jì)的核心，也是保障數(shù)學(xué)信息存儲(chǔ)的有效空間，其完整性直接影響系統(tǒng)整體運(yùn)行效率和質(zhì)量[2]。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)和規(guī)劃中，需要嚴(yán)格遵循合理性原則，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容進(jìn)行概念性描述，以確保平臺(tái)不同功能模塊運(yùn)行的相關(guān)性。數(shù)據(jù)庫(kù)表格信息是對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的填充，下述將結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀與資源共享需求分析成果，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息具體描述[3]如表1所示。

表1 數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享數(shù)據(jù)表

按照上述表1內(nèi)容進(jìn)行填充，并使用驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行管理。終端操作者與后臺(tái)管理員需對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能區(qū)間數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。操作者在執(zhí)行某項(xiàng)操作指令時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)根據(jù)計(jì)算機(jī)終端的通信協(xié)議與操作者進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)交互與調(diào)用，并實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互[4]。操作數(shù)據(jù)庫(kù)需提前按照提出內(nèi)容建立數(shù)據(jù)表，按提示框提示利用終端通信橋構(gòu)建表格。在對(duì)操作界面功能按鈕點(diǎn)擊后，頁(yè)面會(huì)自動(dòng)彈出對(duì)話框，對(duì)話框內(nèi)將顯示數(shù)據(jù)庫(kù)的源名稱及代碼，再進(jìn)行下一步操作。操作中需要注意用戶在前端進(jìn)行身份注冊(cè)時(shí)輸入正確的驗(yàn)證密碼。

2.2 基于大數(shù)據(jù)劃分操作用戶調(diào)用共享資源權(quán)限

數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建完成后，需引進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行權(quán)限劃分，以確保資源的安全性。大數(shù)據(jù)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型數(shù)據(jù)的真實(shí)解剖，并從數(shù)據(jù)集中調(diào)用實(shí)現(xiàn)相互決策的信息。此時(shí)，終端的主要控制主體由用戶、用戶對(duì)應(yīng)的角色、角色所屬權(quán)限三個(gè)部分構(gòu)成[5]。三個(gè)主體對(duì)象的關(guān)系可以用下述圖1表示。

圖2 權(quán)限控制主體之間的關(guān)系

其中，對(duì)不同角色權(quán)限定義的描述，可用表2中內(nèi)容描述。

表2 角色權(quán)限描述

按照表2中的大數(shù)據(jù)技術(shù)可對(duì)接不同用戶扮演的角色以及角色權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作用戶資源權(quán)限的劃分。

2.3 數(shù)學(xué)教學(xué)資源布局規(guī)劃與設(shè)計(jì)

由于數(shù)學(xué)教學(xué)資源的類別較多，而不同的資源在平臺(tái)共享中所需要的傳輸路徑不同，為滿足不同共享需求，需要對(duì)教學(xué)資源布局進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)。在規(guī)劃資源存儲(chǔ)時(shí)，可將終端計(jì)算機(jī)內(nèi)定義一個(gè)高速磁盤和一個(gè)一般磁盤，高速磁盤用于存儲(chǔ)虛擬資源模板與基礎(chǔ)資源，一般磁盤用于存儲(chǔ)基礎(chǔ)資源。

根據(jù)數(shù)學(xué)課程教學(xué)的重點(diǎn)與核心，對(duì)資源進(jìn)行加權(quán)處理，并按照由高到低的順序?qū)Y源進(jìn)行賦權(quán)。用戶在平臺(tái)前端調(diào)用數(shù)學(xué)教學(xué)資源時(shí)，平臺(tái)需要先對(duì)用戶進(jìn)行身份識(shí)別，當(dāng)身份識(shí)別通過(guò)后，賦予用戶在平臺(tái)中的權(quán)限。平臺(tái)在掌握用戶或終端操作者對(duì)資源的需求時(shí)，多個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集合之間將建立起多對(duì)多的聯(lián)系，與此同時(shí)，只要對(duì)接用戶需求與指定資源，便可實(shí)現(xiàn)資源在平臺(tái)內(nèi)的有效共享。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

為證明本文設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享平臺(tái)，提出如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。選擇基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的資源共享平臺(tái)設(shè)計(jì)方法作為傳統(tǒng)方法，確保實(shí)驗(yàn)有效性。實(shí)驗(yàn)采用黑盒測(cè)試方法并以用戶權(quán)限控制量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。此次實(shí)驗(yàn)共有5人參與，每個(gè)參與者扮演不用的角色，將參與者應(yīng)有權(quán)限與平臺(tái)劃分的共享權(quán)限進(jìn)行對(duì)比，權(quán)限劃分正確對(duì)應(yīng)表示為Y，反之表示為N。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成表格。如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，傳統(tǒng)共享平臺(tái)在對(duì)用戶2進(jìn)行權(quán)限劃分時(shí)，出現(xiàn)了錯(cuò)誤，盡管五次劃分中進(jìn)出線以此錯(cuò)誤劃分，但這一問(wèn)題的存在也會(huì)在一定程度上造成平臺(tái)遭受入侵的風(fēng)險(xiǎn)提高。本文設(shè)計(jì)的共享平臺(tái)在對(duì)五名用戶進(jìn)行權(quán)限劃分時(shí)，能夠保證所有劃分均正確，劃分精準(zhǔn)度可以達(dá)到100%。因此，通過(guò)上述得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的真實(shí)情況證明，本文提出的基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的共享平臺(tái)在應(yīng)用到真實(shí)環(huán)境中可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類用戶權(quán)限的精準(zhǔn)劃分，為平臺(tái)用戶權(quán)益提供保障。同時(shí)，將本文提出的共享平臺(tái)應(yīng)用到其他學(xué)科中，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)更多學(xué)科教學(xué)資源的準(zhǔn)確分配和高精度權(quán)限劃分。但由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程仍然存在不足，加之受到多種外界因素的干擾，無(wú)法排除實(shí)驗(yàn)人造成結(jié)果的偶然性。因此在后期的深入研究中，會(huì)嘗試增加參與實(shí)驗(yàn)的人數(shù)證明本文設(shè)計(jì)平臺(tái)的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)教學(xué)資源共享采用的人工上傳方式，雖然可實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享，但隨著教學(xué)資源覆蓋內(nèi)容的逐步泛在化，傳統(tǒng)方法存在的弊端開(kāi)始凸顯。為改善現(xiàn)狀，本文引進(jìn)了大數(shù)據(jù)技術(shù)，從硬件結(jié)構(gòu)與軟件功能兩個(gè)方面，對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)資源共享平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并希望此研究可完善校內(nèi)資源共享機(jī)制，保障教學(xué)資源在共享與調(diào)度過(guò)程中的安全性。但由于研究能力有限，本文在對(duì)共享平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，仍然存在諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步解決，例如未考慮到數(shù)學(xué)教學(xué)資源可能存在重復(fù)存儲(chǔ)和調(diào)用的問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)共享平臺(tái)運(yùn)行任務(wù)量增加，在一定程度上影響平臺(tái)運(yùn)行效率的問(wèn)題；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于平臺(tái)運(yùn)行次數(shù)較少，無(wú)法排除實(shí)驗(yàn)人造成結(jié)果偶然性的問(wèn)題等。在今后的研究當(dāng)中，針對(duì)上述兩個(gè)方面的問(wèn)題還將進(jìn)行更加深入的研究，同時(shí)還將以本文上述設(shè)計(jì)思路作為基礎(chǔ)，針對(duì)其他學(xué)科的教學(xué)資源對(duì)共享平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而不斷提高本文共享平臺(tái)的實(shí)用性，為更多教學(xué)需要提供有利的資源共享服務(wù)。