基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的在線交互應(yīng)用研究

邢丘丹，焦 晶，杜占河

(1.陜西師范大學(xué) 國(guó)際商學(xué)院，陜西 西安710062;2.西安交通大學(xué) 管理學(xué)院，陜西 西安710049 )

隨著互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人們生活、學(xué)習(xí)和交往方式的影響不斷深入，在線教育開始進(jìn)入人們的視野，通過(guò)應(yīng)用信息科技和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行內(nèi)容傳播和快速學(xué)習(xí)的方法，具有高度共享學(xué)習(xí)資源、師生間跨時(shí)空雙向交互和學(xué)習(xí)自主化的優(yōu)勢(shì)［1］。隨著對(duì)其不斷深入研究，發(fā)現(xiàn)有效的交互活動(dòng)具有重要意義，通過(guò)形式多樣的在線交互活動(dòng)可以激勵(lì)在線學(xué)習(xí)者，有效減少在線學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的距離感和孤獨(dú)感，提高在線教育的質(zhì)量［2-3］。學(xué)習(xí)者通過(guò)交互媒體所實(shí)現(xiàn)的交互水平高低，直接影響了學(xué)習(xí)者知識(shí)建構(gòu)水平高低，從而決定了在線學(xué)習(xí)的成功與否［4］。但是隨著交互程度的加深，并沒(méi)有涉及對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析，依然不能實(shí)現(xiàn)高水平的交互活動(dòng)，提高在線交互的質(zhì)量。筆者通過(guò)構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算支持的在線教育交互平臺(tái)模型，以實(shí)現(xiàn)完美的在線交互活動(dòng)，解決目前在線教育所面臨的問(wèn)題。

1 云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的概念及關(guān)系

云計(jì)算是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)龐大的計(jì)算處理能力，將待處理程序自動(dòng)分拆成無(wú)數(shù)個(gè)較小的子程序，再由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)進(jìn)行搜尋、計(jì)算和分析，最后將處理結(jié)果回傳給用戶。云計(jì)算使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更加廣泛化，具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性和高擴(kuò)展性的優(yōu)點(diǎn)［5］。大數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)分析的前沿技術(shù)，它能從各種類型的數(shù)據(jù)中，快速獲取有價(jià)值的信息，但還需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力。海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息，通常用4 個(gè)V來(lái)概括其特征，即體積大(volume)、種類多(variety)、價(jià)值密度高(value)和速度快(velocity)［6］。

云計(jì)算與大數(shù)據(jù)的實(shí)質(zhì)是靜與動(dòng)的結(jié)合，云計(jì)算強(qiáng)調(diào)的是動(dòng)態(tài)計(jì)算能力，大數(shù)據(jù)注重的是計(jì)算對(duì)象，即存儲(chǔ)能力。大數(shù)據(jù)需要具有處理大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力，包括數(shù)據(jù)獲取、整理、轉(zhuǎn)換和統(tǒng)計(jì)等強(qiáng)大的計(jì)算能力;同樣，云計(jì)算需要大量數(shù)據(jù)作為運(yùn)算的基礎(chǔ)，因此兩者的結(jié)合是必然趨勢(shì)。云計(jì)算為大數(shù)據(jù)提供運(yùn)算平臺(tái)，大數(shù)據(jù)運(yùn)用分布式處理手段應(yīng)用于平臺(tái)，兩者是相輔相成的關(guān)系。整體看來(lái)，云計(jì)算的出現(xiàn)和興起促進(jìn)了大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)出現(xiàn)在許多領(lǐng)域，但依然沒(méi)有進(jìn)入在線教育行業(yè)。

2 云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

2.1 在線教育交互平臺(tái)現(xiàn)狀分析

(1)服務(wù)應(yīng)用。目前在線教育的交互平臺(tái)缺乏統(tǒng)一身份認(rèn)證體系，需要進(jìn)行身份重復(fù)驗(yàn)證，這在給用戶造成不便的同時(shí)也給系統(tǒng)增加了安全隱患;缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用展現(xiàn)，用戶信息分散在各個(gè)應(yīng)用中，且服務(wù)功能重復(fù)，堆砌浪費(fèi)，致使用戶體驗(yàn)不佳;使用方法、界面與質(zhì)量不統(tǒng)一，給平臺(tái)使用和維護(hù)管理造成不便［7］。

(2)信息資源類型和存儲(chǔ)。在線教育的數(shù)據(jù)資源眾多，包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化信息，以及在線教育平臺(tái)內(nèi)部的相關(guān)信息，由于數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)格式等無(wú)法統(tǒng)一，存在許多異構(gòu)性數(shù)據(jù)。在線教育是基于互聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生與學(xué)習(xí)資源、教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的交流都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)全方位進(jìn)行，因此在線教育的信息資源總量日益增大，且以大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和異構(gòu)性數(shù)據(jù)資源為主。但目前對(duì)這些數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)和分析統(tǒng)計(jì)技術(shù)，完全不能滿足在線教育交互平臺(tái)的數(shù)據(jù)需求。

(3)數(shù)據(jù)分析挖掘。隨著在線學(xué)習(xí)者和在線教師的服務(wù)需求日益?zhèn)€性化和專業(yè)化，對(duì)于服務(wù)質(zhì)量也越來(lái)越看重，在線教育交互平臺(tái)必須根據(jù)在線學(xué)習(xí)者和在線教師的需求做出相應(yīng)的策略調(diào)整，以適應(yīng)服務(wù)需求的不斷改變和提高。因此對(duì)平臺(tái)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化和、非結(jié)構(gòu)化和異構(gòu)性大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和深度挖掘成為必然，以滿足快速、及時(shí)、高效、安全地反饋在線學(xué)習(xí)者的要求和便于教師對(duì)信息進(jìn)行分析。

(4)固定服務(wù)器等硬件資源浪費(fèi)。高峰期服務(wù)器資源不足，造成應(yīng)用癱瘓，多臺(tái)服務(wù)器為一個(gè)應(yīng)用服務(wù)部署致使資源嚴(yán)重浪費(fèi)［8］。有些應(yīng)用系統(tǒng)一天只有少數(shù)人使用，使用次數(shù)很少;有些應(yīng)用系統(tǒng)的使用模式非常有規(guī)律，大部分用戶的使用和訪問(wèn)時(shí)間集中，其他時(shí)間利用率很低。而支持這些應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行的服務(wù)器等硬件設(shè)備在需要不間斷工作的同時(shí)，也增加了維護(hù)難度和能耗成本。

2.2 在線教育交互平臺(tái)應(yīng)用模型分析

2.2.1 交互平臺(tái)模型

隨著在線教育日益同質(zhì)化，對(duì)在線教育機(jī)構(gòu)而言，需要在保障教育資源豐富和高質(zhì)量的同時(shí)，更好地分析在線學(xué)習(xí)者和教師的偏好，為平臺(tái)的每個(gè)用戶提供有針對(duì)性的服務(wù)。所構(gòu)建的利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)在線教育交互平臺(tái)模型如圖1 所示，主要分為用戶應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)資源處理層和基礎(chǔ)設(shè)施硬件層3 部分。

圖1 應(yīng)用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的在線教育交互平臺(tái)模型

圖2 應(yīng)用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的在線教育交互平臺(tái)服務(wù)應(yīng)用層架構(gòu)

2.2.2 用戶服務(wù)應(yīng)用層

在線教育交互平臺(tái)的用戶是在線教師和在線學(xué)習(xí)者。針對(duì)不同的用戶，訪問(wèn)的用戶界面和授權(quán)不同，設(shè)計(jì)屬于用戶自己的頁(yè)面，為用戶提供個(gè)性化的精準(zhǔn)服務(wù)。服務(wù)應(yīng)用內(nèi)容主要分為4 類，包括在線教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)管理、交流互動(dòng)和教學(xué)管理，如圖2 所示。

應(yīng)用服務(wù)層根據(jù)用戶需求，對(duì)信息資源請(qǐng)求進(jìn)行重構(gòu)和提供，實(shí)現(xiàn)了信息資源的服務(wù)分類，用戶可享受個(gè)性化的服務(wù)資源。

平臺(tái)為每個(gè)用戶展現(xiàn)的內(nèi)容是不同的。針對(duì)教師，平臺(tái)實(shí)時(shí)反饋在線學(xué)習(xí)者的情況和分析結(jié)果，尤其是對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格和偏好的分析，實(shí)時(shí)跟蹤學(xué)生在課前、課中和課后的情況，完成課程反饋，對(duì)學(xué)生在平臺(tái)上的行為、學(xué)習(xí)記錄智能跟蹤和分析。針對(duì)學(xué)習(xí)者，構(gòu)建學(xué)習(xí)、答疑、測(cè)評(píng)、互動(dòng)四位一體的學(xué)習(xí)模式，運(yùn)用豐富的學(xué)習(xí)資源，根據(jù)后臺(tái)的數(shù)據(jù)挖掘，提供學(xué)習(xí)進(jìn)度安排和個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案，從而實(shí)現(xiàn)自主個(gè)性化學(xué)習(xí)、個(gè)性化即時(shí)筆記、針對(duì)性課程復(fù)習(xí)和測(cè)評(píng)，多方式在線交互的方式。平臺(tái)是所有教學(xué)資源的集散地，維持資源唯一性，通過(guò)資源關(guān)聯(lián)，可以在任意系統(tǒng)中快速調(diào)用，避免數(shù)據(jù)庫(kù)急劇增長(zhǎng)，可極大地減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，便于資源自動(dòng)更新。

2.2.3 數(shù)據(jù)資源處理層

中間層是數(shù)據(jù)資源處理層，包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)數(shù)據(jù)挖掘分析整合，以及數(shù)據(jù)庫(kù)3個(gè)部分。中間層的核心是數(shù)據(jù)挖掘分析整合，也是在線教育交互平臺(tái)的核心，如圖3 所示。

圖3 應(yīng)用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的在線教育交互平臺(tái)數(shù)據(jù)資源處理層架構(gòu)

面對(duì)迅速增加的復(fù)雜數(shù)據(jù)，在線教育交互平臺(tái)利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理，以支持所有數(shù)據(jù)類型，如文件、圖像、視頻、博客、點(diǎn)擊流和地理空間數(shù)據(jù)等，并以“云存儲(chǔ)”持久存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)中心，保持?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、分析、發(fā)現(xiàn)、整合和優(yōu)化，增強(qiáng)數(shù)據(jù)價(jià)值。負(fù)載平衡可以有效透明地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬，增加在線教育交互平臺(tái)的吞吐量，加強(qiáng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，提高服務(wù)的靈活性和可用性。可以將大量的用戶并發(fā)訪問(wèn)或數(shù)據(jù)流量分擔(dān)到多臺(tái)設(shè)備上處理，減少教師和學(xué)習(xí)者的等待響應(yīng)時(shí)間;同時(shí)做并行處理，處理結(jié)果匯總反饋給在線交互平臺(tái)，從而使平臺(tái)處理能力得到大幅度提高。

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)離線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，清除冗余數(shù)據(jù)，用聚類、分類等算法對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模式分析，成立樣本數(shù)據(jù)資源為數(shù)據(jù)流挖掘分析作準(zhǔn)備。在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流挖掘時(shí)，對(duì)流入的數(shù)據(jù)流，利用云計(jì)算做到占用內(nèi)存少，處理速度快，運(yùn)用關(guān)聯(lián)規(guī)則，以離線數(shù)據(jù)作為樣本庫(kù)的參考，對(duì)在線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)有效地反饋結(jié)果，并且隨著時(shí)間的推移和用戶對(duì)信息資源的需求改變，及時(shí)更新資源分析結(jié)果。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、分析和整合，建立多資源分類結(jié)果，按照用戶的不同需求進(jìn)行決策，形成索引，為用戶訪問(wèn)和使用服務(wù)提供便利。根據(jù)在線學(xué)習(xí)者的基本信息、學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)滿意度和學(xué)習(xí)感知4 維度的服務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)用戶定制的個(gè)性化精準(zhǔn)服務(wù)，便于用戶方便提取自己需要的資源。再將用戶需要的資源根據(jù)授權(quán)不同，做統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理，上傳至服務(wù)應(yīng)用層，展現(xiàn)于用戶的界面中。

2.2.4 基礎(chǔ)設(shè)施硬件層

平臺(tái)的最下層是基礎(chǔ)設(shè)施層，包括存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備和備份設(shè)備。

利用云計(jì)算可以解決目前在線教育交互平臺(tái)普遍出現(xiàn)的硬件孤島問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在線教育交互平臺(tái)硬件基礎(chǔ)架構(gòu)的集約、共享和動(dòng)態(tài)。對(duì)硬件資源集中管理，可提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源和存儲(chǔ)資源的共享，降低復(fù)雜性，降低能耗，特別是可提高系統(tǒng)可靠性和可用性。將服務(wù)器等硬件資源整合在一起，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)資源配置，動(dòng)態(tài)按需分配給各應(yīng)用系統(tǒng)。任何一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，其他的硬件設(shè)備自動(dòng)接管該設(shè)備的工作，提高系統(tǒng)可靠性。自動(dòng)備份功能可降低硬件設(shè)備的投資費(fèi)用和維護(hù)成本，減少管理復(fù)雜度，提高可用性。云硬件配置實(shí)現(xiàn)資源整合與共享，能夠靈活地根據(jù)需求進(jìn)行變化，在交互平臺(tái)上快速開發(fā)豐富多樣的應(yīng)用軟件，同時(shí)能保證這些應(yīng)用軟件有機(jī)統(tǒng)一，集成創(chuàng)新，發(fā)揮最大效益。

3 在線交互平臺(tái)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同用戶的個(gè)性化精準(zhǔn)服務(wù)

在從以資源為核心的在線教育平臺(tái)到以用戶為核心的個(gè)性化在線教育平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，最主要的變化是針對(duì)不同用戶提供不同的個(gè)性化服務(wù)。而云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用強(qiáng)化了對(duì)在線教育平臺(tái)用戶的研究和對(duì)交互數(shù)據(jù)的分析利用，并基于分析結(jié)果，改善服務(wù)內(nèi)容，提升個(gè)性化服務(wù)的質(zhì)量，完成平臺(tái)對(duì)用戶的跟蹤服務(wù)、精準(zhǔn)服務(wù)、知識(shí)關(guān)聯(lián)服務(wù)和宣傳推廣服務(wù)。面對(duì)平臺(tái)快速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，從中提取有價(jià)值的信息，實(shí)時(shí)分析反饋，建立不同類別的用戶模型。實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用戶提供針對(duì)性服務(wù)，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，提高服務(wù)質(zhì)量的目的。在線教育交互平臺(tái)通過(guò)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的收集、整理、分析、挖掘和匯總，在宏觀上分析相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向和熱點(diǎn)變化，更快地洞察學(xué)習(xí)者最新的興趣走向，以及相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容進(jìn)展，更新在線平臺(tái)的學(xué)習(xí)資源，保證學(xué)習(xí)內(nèi)容的實(shí)時(shí)性和前沿性。

3.2 無(wú)限量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力和可靠的數(shù)據(jù)安全性

隨著在線教育交互平臺(tái)的發(fā)展，信息數(shù)據(jù)量迅猛增長(zhǎng)，產(chǎn)生出大量的半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化信息數(shù)據(jù)，對(duì)存儲(chǔ)的要求愈加嚴(yán)格［9］。云計(jì)算的出現(xiàn)使海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與運(yùn)算得到了解決，分布式存儲(chǔ)的方式可以持續(xù)收集大量數(shù)據(jù)，不會(huì)造成存儲(chǔ)空間的不足。在線教育交互平臺(tái)應(yīng)用“云存儲(chǔ)”方式，保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，并能夠?qū)崟r(shí)更新，有效解決海量數(shù)據(jù)資源的查詢、管理等問(wèn)題。云計(jì)算使用數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、設(shè)備同構(gòu)可互換等手段來(lái)保障平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到“云”中，不會(huì)受到計(jì)算機(jī)病毒或硬盤損壞造成數(shù)據(jù)丟失的影響，滿足了用戶對(duì)終端設(shè)備能力的要求。

3.3 提高在線交互平臺(tái)管理能力

應(yīng)用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的在線交互平臺(tái)，對(duì)于具體的應(yīng)用數(shù)據(jù)需求，做到了快速、及時(shí)和有效地響應(yīng)。由于需求的變化和增長(zhǎng)，平臺(tái)具有較好的性能擴(kuò)展空間，可高效處理多種類型數(shù)據(jù)，在線教育機(jī)構(gòu)能以該平臺(tái)為基礎(chǔ)利用云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，充分挖掘自身數(shù)據(jù)價(jià)值。通過(guò)整合數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成靈活可擴(kuò)展、易于更新、可管控、可隔離、綠色環(huán)保的高效分析型數(shù)據(jù)管理交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)支持標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)、用戶自服務(wù)和多元化開發(fā)多種應(yīng)用支持模式，形成松耦合、可異構(gòu)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)兩級(jí)數(shù)據(jù)管理層次。同時(shí)，使在線教育機(jī)構(gòu)可以駕馭自身數(shù)據(jù)，全面提升平臺(tái)的數(shù)據(jù)信息管理能力，獲取對(duì)在線學(xué)習(xí)者和在線教師的信息，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)在線教育的發(fā)展。

4 結(jié)論

云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)不僅影響著在線教育交互的形態(tài)，也為交互信息分析提供了新的思路和手段。一方面，新的技術(shù)使交互行為不斷向著實(shí)時(shí)化和碎片化的方向發(fā)展，使交互過(guò)程日益復(fù)雜;另一方面，新的技術(shù)又使獲得大量交互數(shù)據(jù)，特別是行為數(shù)據(jù)成為了可能，從而為在線學(xué)習(xí)和教學(xué)提供決策依據(jù)。在線教育交互作為信息服務(wù)，盡管有在線教育交互平臺(tái)的資源優(yōu)勢(shì)，但在技術(shù)等方面的劣勢(shì)也限制了其發(fā)展，因此筆者構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的在線教育交互平臺(tái)模型，使在線的學(xué)習(xí)者和教師實(shí)現(xiàn)完美的在線交互活動(dòng)，提升在線交互的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］陳麗.術(shù)語(yǔ)“教學(xué)交互”的本質(zhì)及其相關(guān)概念的辨析［J］.中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2004(2)：24 -28.

［2］MOOR E.Three types of interaction［J］.American Journal of Distance Education，1989，3(2)：1-6.

［3］HILTZ S R. Online education：perspectives on a new environment［M］.New York：Praeger，1990：133-184.

［4］GUNAWARDENA C C，LOWE T A.Analysis of a global online debate and the development of an interaction analysis model for examining the social construction of knowledge in computer conferencing［J］.Journal of Educational Computing Research，1997，17(4)：397-431.

［5］MICHAEL M.云計(jì)算［M］.姜進(jìn)磊，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：12 -13.

［6］劉禹.大數(shù)據(jù)有大智慧［EB/OL］.［2013-08-28］.http：//www.cas.cn/xw/zjsd/201204/t20120417_3556914.shtml.

［7］魏順平.在線學(xué)習(xí)行為特點(diǎn)及其影響因素分析研究［J］.開放教育研究，2012(4)：81 -90.

［8］曹良亮，陳麗. 異步交互中學(xué)習(xí)者觀望原因的研究［J］.中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2006(3)：22 -25.

［9］孫洪濤.學(xué)習(xí)分析視角下的遠(yuǎn)程教學(xué)交互分析案例研究［J］.中國(guó)電化教育，2012(11)：40 -46.