基于大數(shù)據(jù)方法的校園數(shù)字化學習港構(gòu)建研究

姚慶安,鄭 虹,徐中宇,鄭山紅

(長春工業(yè)大學 計算機科學與工程學院,吉林 長春 130012)

基于大數(shù)據(jù)方法的校園數(shù)字化學習港構(gòu)建研究

姚慶安,鄭 虹,徐中宇,鄭山紅

(長春工業(yè)大學 計算機科學與工程學院,吉林 長春 130012)

研究了數(shù)字化校園的網(wǎng)絡(luò)配備和學生按需學習特點對數(shù)字化校園建設(shè)的影響,分析了數(shù)字化學習目標及配套資源表示和配套服務(wù)建設(shè),構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)方法的統(tǒng)一身份識別、集群學習資源、滿足個性學習需求的校園數(shù)字化學習平臺。適應了學生課堂正式學習、課堂外或其他場合的非正式學習等泛在化學習的新學習方式。對數(shù)字化校園建設(shè)和數(shù)字型社會建設(shè)都具有一定的示范性意義。同時該平臺是基于大數(shù)據(jù)方法構(gòu)建的,對擴充人群和擴充資源是有效的,對平臺的擴展是可復用的。

大數(shù)據(jù)方法；數(shù)字化學習港;群建共享

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,學生的學習方式也正發(fā)生轉(zhuǎn)變,移動學習(mobile learning, M-Learning)電子學習(electronic Learning, E-Learning),泛在學習(ubiquitous learning ,U-Learning)已經(jīng)成為各高校學生的新的重要的學習方式。大數(shù)據(jù)方法的提出為實現(xiàn)教學和實驗新技術(shù)做了更好的保證[1-2]?！胺e件”提出了小素材組合重用的理念,為大數(shù)據(jù)的教育資源的信息提取、分割、重組、共享等問題做了研究[3]?！皩W習對象”在結(jié)構(gòu)化和信息交互中,為海量學習資源的數(shù)據(jù)交換和建設(shè)方法提出了技術(shù)方案,并為大量資源的共享在工程的層面上得以實現(xiàn)[4]。而“學習活動”在教學層面上實現(xiàn)了教育過程與活動的高水平共享,它支持教學策略、教學方法、教學活動的重用[5]。IMS-LD的出現(xiàn)使教育研究中學習支持系統(tǒng)的研究從關(guān)注學習對象轉(zhuǎn)換到關(guān)注學習活動[6]。泛在化學習空間AULS(ambient ubiquitous learning space)則來自于普適計算技術(shù)[7]。將來的學校,有海量的學習資源(視頻、音頻、圖像、課件、文檔等),蘊含大量的知識和信息,每一個學習者都處于一個信息生態(tài)環(huán)境之中[8]。這些都給依托于網(wǎng)絡(luò)的校園學習環(huán)境建設(shè)提供了應用空間,主要是給電子學習系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。

本文依據(jù)學生目前向泛在學習的狀態(tài)轉(zhuǎn)變、使用學習設(shè)備變化及對電子學習資源的新要求,給出了校園數(shù)字化學習港電子學習平臺,并根據(jù)平臺的資源需求,分析了平臺在MESH校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的可構(gòu)建性,設(shè)計了平臺構(gòu)建方案,給出了具體的構(gòu)建策略,并分析了系統(tǒng)的應用前景及進一步研究的問題。

1 校園數(shù)字化學習港

1.1 新型校園學習平臺構(gòu)建的迫切性

許多教學支持系統(tǒng)主要是發(fā)揮教師主導作用,未能充分體現(xiàn)學生的主體地位,在E-Learning環(huán)境的研究與構(gòu)建中,單打系統(tǒng)很多,但生命周期短,實施效果不佳,同時暴露出很多問題:

(1) 共享基礎(chǔ)學習資源與身份認證的不方便;

(2) 應用軟件之間的互操作性問題;

(3) 與“數(shù)字校園”(digital campus)其他應用系統(tǒng)存在協(xié)同問題,且數(shù)據(jù)交換困難。

學生按需學習的要求越來越高,校園網(wǎng)的無線化程度越來越高,無線覆蓋的面積越來越大,基于新的WLAN校園網(wǎng)的電子學習形式也開始轉(zhuǎn)變,計算機、掌上電腦、PDA、手機等無線化終端請求顯示設(shè)備在學生中的普及也正改變著學生的生活和學習方式。這些都給新型數(shù)字化校園建設(shè)提出了新要求,同時也需要有新型校園教育學習平臺的出現(xiàn),來改善單打系統(tǒng)的弊端,滿足學生學習的新需求。

1.2 校園數(shù)字化學習港定義

校園數(shù)字化學習港是為了滿足校園學習者日益增長的學習需求而打造的一個面向全校學習個體(這里指學生、有時是教師或其他在學校學習的人),在離學習個體最近的地方,為各種專業(yè)、各類課程、各種層次的學習個體提供他們各自所需的信息和知識。

校園數(shù)字化學習港是一個以校園網(wǎng)絡(luò)為依托,在大數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上,并且有效地整合校園中已有的最優(yōu)秀的教育教學資源,增加最新最方便學習模塊,并預留系統(tǒng)擴充接口,供學生自由選擇、自主學習的綠色教育學習新平臺。通過對校園數(shù)字化學習港的建設(shè)推動校園數(shù)字化教育體系的形成,最終形成網(wǎng)絡(luò)學習型校園學習環(huán)境,加快數(shù)字化校園的建設(shè)進程。

2 校園數(shù)字化學習港平臺的建設(shè)

2.1 建設(shè)目標與常用功能

校園數(shù)字化學習港平臺建設(shè)的目標是以學習者需求為驅(qū)動,使學習過程數(shù)字化、使教學過程數(shù)字化、使校園環(huán)境數(shù)字化。所以要滿足學生新學習方式的需要，滿足數(shù)字化學習環(huán)境下展開學習的需要，滿足變革教育與學習模式的需要，滿足利用數(shù)字化學習環(huán)境改變現(xiàn)有課堂教學模式的需要，滿足數(shù)字化校園建設(shè)的需要。平臺以學習資源存儲為基礎(chǔ),以MESH校園網(wǎng)絡(luò)為運行環(huán)境,滿足學生常用配套功能系統(tǒng)的服務(wù)支持,同時預留擴展功能接口模塊,見圖1。

圖1 校園數(shù)字化學習港平臺基本配套功能

2.2 資源構(gòu)建及獲取形式

平臺要面向的學校全體學生具有不同的專業(yè)和方向,所以資源上要涵蓋所有專業(yè)的相關(guān)課程資源,這樣內(nèi)容會非常多,包含文檔、圖像、音頻、視頻等,是成PG的大數(shù)據(jù)量,而學生在層次上具有不同水平,同樣課程知識對不同專業(yè)也有不同要求,所以資源也要分層次、廣覆蓋,由簡單到復雜分層次、由基礎(chǔ)到提高分層次、由分散到綜合分層次。

往往這些分層都是相對的,本專業(yè)的不同學生或其他專業(yè)的學生對同一問題的分層是不同的,因此在建立這些資源庫的時候采取“群建”策略,即讓所有的學習者都參與到資源的建設(shè)中來,通過大家對同一資源或問題的分層來綜合評定資源分層級別。同時為了資源利用率的最大化,存儲空間的極小化,引入平臺的所有存儲設(shè)備上的學習資源都是“共享”的?！叭航ü蚕怼笔切@數(shù)字化學習港資源建設(shè)的最大特征,也是大數(shù)據(jù)下的一個構(gòu)建基本方法。

學習港平臺中海量豐富的學習資源是滿足學生個性化學習的保障,但是這些都給存儲帶來了困難,所以在該學習平臺中要求利用一切可以利用的資源存儲節(jié)點。校園數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)字圖書館、公共信息平臺、接入該平臺的個人電腦和移動存儲設(shè)備等,都可以作為該平臺的存儲設(shè)備。利用該平臺學習不必關(guān)注資源來自于哪個具體存儲位置,這些對學習者是透明的,由校園數(shù)字化學習港通過統(tǒng)一的方式經(jīng)過數(shù)據(jù)交換去獲取。

3 校園網(wǎng)校園數(shù)字化學習港平臺的設(shè)計

3.1 MESH網(wǎng)的可應用性

無線MESH校園網(wǎng)與傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(WLAN)不同,它改變了每個客戶通過一個統(tǒng)一的接入點相連的無線鏈路方式,在MESH網(wǎng)絡(luò)中,任何無線的設(shè)備節(jié)點都可以同時作為接入點和路由器,并且他們都可以接收和發(fā)送信號,這就使得每個節(jié)點可以與一個或多個節(jié)點進行直接通信[9]。這種多跳訪問方式的最大特點就是,如果由于網(wǎng)絡(luò)流量過大而導致最近AP擁塞的話,數(shù)據(jù)可以自動重新路由到一個就近的通信流量較小的鄰近節(jié)點。這些都使得MESH校園網(wǎng)成為建立支持泛在學習和移動學習的新型電子學習平臺的依托。校園數(shù)字化學習港正是這樣一個平臺,而MESH網(wǎng)的無可比擬的優(yōu)勢(快速部署和易于安裝、非視距離傳輸NLOS、健壯性、結(jié)構(gòu)靈活、高帶寬)為平臺的泛在可訪問性、移動可訪問性、穩(wěn)定性、海量數(shù)據(jù)的存儲分配、快速穩(wěn)定運行提供了保證。

3.2 校園數(shù)字化學習港的設(shè)計

MESH網(wǎng)下的學習空間是一個普適計算[7]的學習空間,學習將不受時間和空間的限制,可隨時隨地在校園中享用學習資源[10-11],其基本框架見圖2。

圖2 校園數(shù)字化學習港的架構(gòu)

4 校園數(shù)字化學習港平臺的構(gòu)建

4.1 整合現(xiàn)有電子學習系統(tǒng)

在我國,教育信息化已經(jīng)開展了很多年,各高校充分利用校園中的網(wǎng)絡(luò)資源,都在開展電子學習環(huán)境的研究與構(gòu)建,并且開發(fā)了很多電子學習系統(tǒng),經(jīng)歷過也正經(jīng)歷著實驗—探索—積累—發(fā)展等一系列過程。近幾年電子學習系統(tǒng)激增,但是實施具有強烈的針對性(如精品課網(wǎng)站教學系統(tǒng))和實域性(如課堂同步教學系統(tǒng))。這些都屬于單打系統(tǒng),其生命周期較短,導致了最終的實施效果不夠理想。但是這些都為校園數(shù)字化學習港的構(gòu)建積累了大量的資源,把這些系統(tǒng)按信息港的構(gòu)建擴展需求做一定的修改,將資源經(jīng)過分裂再聚合,動態(tài)形成新的學習資源,其處理模型見圖3。這樣就能把包含在大數(shù)據(jù)中的最有用的資源輕松整合到校園數(shù)字化學習港中,這也是實現(xiàn)“群建共享”和平臺構(gòu)建的第一步。

圖3 資源分裂聚合處理模型

4.2 資源存儲系統(tǒng)選擇

平臺目標是面向全校各專業(yè)各層次學生,這樣就要有大數(shù)據(jù)量的學習資源需要存儲。在存儲系統(tǒng)的選擇上,首先考慮利用現(xiàn)有存儲系統(tǒng),與數(shù)字化圖書館、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行數(shù)據(jù)的無縫銜接,作為平臺的一部分資源,這樣能有效避免數(shù)據(jù)的重復存儲。再次考慮加入新的存儲系統(tǒng),其核心邏輯是進行數(shù)據(jù)交換,把在不同存儲節(jié)點的數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的方式映像成校園數(shù)字化學習港平臺資源存儲數(shù)據(jù)庫。這樣就構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)[12]存儲系統(tǒng)。

4.3 增加新系統(tǒng)并預留系統(tǒng)擴展接口

整個平臺要完成統(tǒng)一身份識別、統(tǒng)一管理,必須在整合現(xiàn)有系統(tǒng)的同時增加新系統(tǒng),以適應電子學習的變化和改進,滿足數(shù)字化校園的建設(shè)目標。統(tǒng)一門戶系統(tǒng)作為平臺入口要首先構(gòu)建,其次以專業(yè)為主線的課程群資源建設(shè)系統(tǒng)、基于活動的教學環(huán)節(jié)支持系統(tǒng)、對“質(zhì)量工程”教學改革信息化支持系統(tǒng)、支持平臺運轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)等都要建立起來。此外,預留擴展接口以適應新學習要求以及平臺擴展與整合的需要。最終的校園數(shù)字化學習港的基本結(jié)構(gòu)見圖4。

5 總結(jié)及存在問題

隨著信息與網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,數(shù)字化學習的優(yōu)勢越顯突出,數(shù)字化學習方式也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。文中研究構(gòu)建的校園數(shù)字化學習港是一個電子學習平臺,支持泛在學習與移動學習,對未來的校園群數(shù)字學習平臺和社會數(shù)字學習平臺的構(gòu)建具有先驗性和可用性,為未來大數(shù)據(jù)化的數(shù)字化校園和數(shù)字化社會建設(shè)積累了一定的經(jīng)驗和資源。

受依托的網(wǎng)絡(luò)本身問題(互操作性、通信延遲、安全性等)給系統(tǒng)的安全快速運行帶來了影響、學習港平臺最終要完成與其他校園平臺協(xié)同工作、要完成學習資源數(shù)據(jù)庫與其他平臺數(shù)據(jù)庫的無縫鏈接,這些都給平臺的設(shè)計和實現(xiàn)帶來了困難，而資源存儲建設(shè)過程對許多存儲設(shè)備節(jié)點的協(xié)作也是難題之一。

圖4 校園數(shù)字化學習港的結(jié)構(gòu)

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Research on construction of campus digital learning hub based on big data method

Yao Qing’an,Zheng Hong,Xu Zhongyu,Zheng Shanhong

(College of Computer Science and Engineering,Changchun University of Technology,Changchun 130012,China)

This paper researches on the network configuration of digital campus,as well as the effect on digital campus construction caused by on-demand learning style, analyzes the target of digital learning,resources expression and service development,and constructs the model of Campus Digital Learning Hub(CDLH) platform including uniform identity recognition and clustering learning resources which can meet the need for personalized learning based on big data method. CDLH supports many kinds of learning styles such as formal learning,informal learning,mobile learning(M-learning),electronic learning(E-learning) and ubiquitous learning(U-learning). It has exemplariness significance for digital campus and digital society development. CDLH platform is effective for user extension and reusable.

big data method;digital learning hub;group contribution and sharing

2014- 05- 21 修改日期：2014- 07- 15

教育部高職高專計算機類專業(yè)教指委2012年度規(guī)劃課題(JZW590112);吉林省教育科學“十二五”規(guī)劃2013年度課題(GH13134)

姚慶安(1975-),男,吉林磐石,碩士,講師,主要從事數(shù)字圖像處理、智能計算及生物信息方面的研究.

E-mail：yao@mail.ccut.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)1- 0199- 03