大數(shù)據(jù)環(huán)境下高校移動學習平臺設計與實現(xiàn)

羌棟強

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學院，江蘇 南通 226011）

當今社會，隨著信息技術(shù)飛速發(fā)展，人們可以將大量數(shù)據(jù)資源攜帶在身上，通過智能手機、筆記本、平板等便攜設備對自己想要的資源進行實時訪問，弊端之處在于這些便攜設備存在著資源量和內(nèi)存容量小、資源不能及時更新、CPU處理能力弱等問題。移動學習在互聯(lián)網(wǎng)、移動應用、移動網(wǎng)絡、云計算的快速發(fā)展背景下成為現(xiàn)實，學習者由此能夠不受時間和地點的限制進行零碎時間的學習。同時，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠為學生提供更靈活的學習環(huán)境，只需要學生手持移動智能終端設備就能夠進行隨機的學習，借助云計算的大數(shù)據(jù)分析能力，高校移動學習平臺的建設極具智能化，可輕易地分辨出不同學習者的學習愛好、學習習慣等特征。在移動環(huán)境中集成云計算，能夠彌補上述便攜設備在存儲、兼容、電量等方面的短板。移動學習模式是教育信息化的發(fā)展趨勢，高校教育在這種背景下要跟上時代的發(fā)展腳步，積極構(gòu)建移動學習平臺，加快高校教學信息化進程。

1 移動學習

1.1 移動學習的特性

（1）隨時性

移動學習在時間維度上具有很強的靈活性，學習者通過移動學習能夠突破時間的限制，只要自己有空閑隨時都就可以展開學習，這是移動學習的突出特征。學習者根據(jù)自己空閑時間的長短可以安排相應的學習內(nèi)容，這一過程中，學習主體具有很強的自我控制性。

（2）位置無限制性

通過智能通信終端可以做到信息互聯(lián)，沒有特定的位置限制，通過運營商網(wǎng)絡或無線網(wǎng)絡等方式在不同的場所都可以隨地開展學習。

（3）移動學習連入方式特性

移動學習的連入方式具體包括以下三種：一種是通過互聯(lián)網(wǎng)常用的通信工具——信箱，進行師生之間的溝通交流，老師可以向?qū)W生傳送學生所需的資料和想要安排的任務、作業(yè)；學生同樣以郵件的形式向老師反饋作業(yè)完成情況，實現(xiàn)師生間的交互。另外一種形式是以WAP技術(shù)作為基礎的相關(guān)網(wǎng)站提供的論壇平臺，學生在論壇中可以獲取相關(guān)學習資料，師生可以在論壇進行互動。第三種是借助QQ、微信等工具，通過文字、語音的形式，進行師生間遠距離的實時交流，完成學習交互，這種方式最為靈活。

1.2 移動學習平臺的需求分析

高校學生開展移動學習的學習環(huán)境主要有兩大類：一是正式環(huán)境；一是自由環(huán)境。兩種環(huán)境下的移動學習平臺和學習特征有所不同。正式環(huán)境主要是指教室中固定課程的內(nèi)容教學，移動學習平臺在該環(huán)境下的功能在于：幫助師生進行課堂在線互動，完成學習資料在線發(fā)放等。教師能夠借助平臺獲取學生問答生成的統(tǒng)計結(jié)果，從而可以針對性地開展接下來的教學工作。學生在無線校園網(wǎng)絡技術(shù)下可以通過手持移動設備進行知識點教學統(tǒng)計、課堂在線隨堂測驗、比賽互動等。

學生在自由環(huán)境下的移動學習具有很強的靈活性，相對而言更自由，而且從自身情況出發(fā)，獲得更能滿足自身需求的學習資源。該種環(huán)境下的移動學習方式主要有：第一，內(nèi)容推送下發(fā)。教師通過學習平臺將適合不同學生的學習內(nèi)容、作業(yè)、測試等推送到各位學生的移動設備上。第二，自由訪問下載。學生通過APP或者移動終端瀏覽器對學習平臺進行訪問，在線時可以對具有開放權(quán)限屬性的學習資源等內(nèi)容進行下載，供離線時候查閱。

2 云計算

2.1 云計算的含義和類別

云計算的本質(zhì)屬性是網(wǎng)絡應用模式，為云終端用戶提供其所需的存儲空間、計算能力、應用軟件服務等，其核心思想是云服務，其主要特性是將計算任務分布在大量計算機構(gòu)成的資源池上。用戶通過需求動態(tài)，利用專業(yè)軟件集中使用和管理資源，可以在更低成本的前提下獲得更高的效率。

云計算根據(jù)服務類型的不同可以分為不同的類別：第一類，軟件即服務。這種服務形式是云供應商在云端服務器上部署應用軟件，終端用戶向供應商支付一定費用來訂購自己所需要的應用軟件。第二類，基礎設施即服務。用戶通過配備連接到網(wǎng)絡的終端設備，獲取所需要的計算、網(wǎng)絡等資源。第三類，平臺即服務。用戶所使用到的服務即軟件開發(fā)的平臺。

2.2 云計算關(guān)鍵技術(shù)

（1）存儲技術(shù)

云環(huán)境為了在同一個時間范圍內(nèi)滿足更多用戶的不同需求，采用的是分布式海量數(shù)據(jù)存儲方式，通過并行方式達到這一目的。首先對任務按照冗余方式進行分解或集群，然后進行數(shù)據(jù)存儲，這一過程依賴于用大量性能較低的計算機替代高性能的機器，伴隨這個過程同時完成的是數(shù)據(jù)的備份，從而能夠做到以更低的成本，保證數(shù)據(jù)的安全性。

（2）虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是云計算的關(guān)鍵技術(shù)，它是一種分布式管理計算資源的技術(shù)，用于整合各種計算和存儲資源。通過虛擬化技術(shù)，運營商能夠突破物理資源不可分割的限制，將其整合為虛擬資源池，對各種資源進行集中的管理和靈活的使用。虛擬化技術(shù)在實際運用的過程中可以彌補低性能計算機產(chǎn)能過低和高性能計算機產(chǎn)生過剩的不足，更好地提高資源使用率。

（3）分布式的計算和模型

Map-Reduce模型是同分布式計算相對應的編程模型，這種模型能夠在海量的分布式數(shù)據(jù)中迅速找到用戶所需要的數(shù)據(jù)，在短時間內(nèi)解決資源調(diào)度問題，提供給用戶準確而快捷的服務。

3 移動學習平臺系統(tǒng)設計

3.1 移動學習平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于云計算的移動學習平臺系統(tǒng)架構(gòu)由下至上共分為基礎支撐體系層、應用層、移動接入層、用戶層。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 移動學習平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

作為整個移動學習系統(tǒng)的基礎支撐部分，基礎支撐體系層包含的內(nèi)容有無線網(wǎng)、云計算中心、數(shù)字校園服務平臺。其中，無線網(wǎng)為學生開展移動學習提供穩(wěn)定而快速的無線接入，保證用戶訪問平臺系統(tǒng)的暢通高效。云計算中心在技術(shù)層面為整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運提供保障，實現(xiàn)的途徑是將服務器、應用程序、存儲空間、計算等放置在云端。數(shù)字校園服務平臺的主要職能是進行數(shù)據(jù)管理，保證校園數(shù)據(jù)的一致性，向用戶提供數(shù)據(jù)管理和身份認證的服務。

應用層主要包含的內(nèi)容有教學互動、教學資源、教學測試，該層次為師生的教學以及二者之間的互動提供在線服務。具體可以提供師生所用的教學資源、在線教學測試、師生交流服務，云端虛擬機是數(shù)據(jù)運行的資源池。需要注意的是，移動學習平臺不是對傳統(tǒng)內(nèi)容的簡單搬運，資源庫的內(nèi)容需要根據(jù)移動學習平臺的特點進行重組，使其更加具有吸引力。

用戶層根據(jù)用戶的操作指令向應用層發(fā)出請求，教師和學生通過平板、手機等終端設備接入到網(wǎng)絡上，就能夠進行在線學習或得到自己想要的資源。

3.2 移動學習系統(tǒng)的模塊設計

按照基于云計算的移動學習系統(tǒng)的總體架構(gòu)，進行系統(tǒng)的模塊設計。模塊結(jié)構(gòu)主要分為四個方面的內(nèi)容：基礎服務功能模塊、課程資源管理模塊、移動教學管理模塊、查詢和分析服務模塊。

（1）基礎服務功能模塊

基礎服務功能模塊提供給系統(tǒng)以用戶信息和權(quán)限管理、系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)管理。大數(shù)據(jù)環(huán)境下基于云計算的移動學習平臺系統(tǒng)采用統(tǒng)一身份認證平臺，同時支持基于多業(yè)務系統(tǒng)的單點登錄，方便系統(tǒng)實現(xiàn)對用戶信息的統(tǒng)一管理。用戶通過統(tǒng)一身份認證平臺的確認還可以實現(xiàn)多業(yè)務系統(tǒng)登錄，方便快捷。

（2）課程資源管理模塊

課程資源管理模塊主要實現(xiàn)包括講義、課件等在內(nèi)的課程資源等的上傳、審核發(fā)布、修改、存儲以及訪問管理，具體的資料上傳流程如圖2所示。

圖2 資源上傳流程圖

課程資源的主要內(nèi)容有講義、課件、精品網(wǎng)站以及教師同學生交流和互動過程中產(chǎn)生的重要信息等。學生可以利用移動學習平臺參與課程資源建設的過程，系統(tǒng)對學生上傳的資源進行評分標記，數(shù)據(jù)后臺根據(jù)數(shù)據(jù)的類型和訪問量、審核、用戶瀏覽評價，開設多種存儲卷服務，調(diào)整資源上傳者和資源評分，提高數(shù)據(jù)的相應速度。資源評分高低、用戶評分高低同用戶權(quán)限高低和用戶獲得推薦機會的數(shù)量的多少均呈正相關(guān)。

（3）移動教學管理模塊

移動學習平臺的教學管理模塊主要功能包括教學互動、資源推送、在線學習和在線測試等。教學互動功能是為更好地實現(xiàn)教師同學生之間的交流互動，以便學生對教師教學情況進行及時反饋，反過來教師根據(jù)學生的實時反饋做出教學策略上的及時調(diào)整，實現(xiàn)的方式是通過在線討論區(qū)、在線論壇等來完成。此外，學生可以展示自己的學習作品，師生就此展開討論，具有為同學提供參考的借鑒意義。資源推送功能開發(fā)的目的是滿足師生多方面的需求，管理員根據(jù)資源的應用領(lǐng)域、學科方向等特征對系統(tǒng)輸入的資源進行標注，為其添加適當?shù)臉撕?，根?jù)推薦算法將新出現(xiàn)的資源推送給師生。

在線學習功能依靠基于云計算的軟件即服務模式來實現(xiàn)，軟件即服務模式下的所有數(shù)據(jù)都在云端數(shù)據(jù)庫中運行，方便師生在數(shù)字校園中直接獲取在線學習軟件，完成在線學習，而不必對軟件進行下載安裝以及更新、維護等操作，這種服務模式對師生終端設備的硬件要求較低。在線測試功能可以提供給學生相關(guān)課程的測試題目，題目的類型包括兩種：一種是系統(tǒng)中隨機出現(xiàn)的題目；一種是學科教師提供的固定測試題目。系統(tǒng)會在測試完成后給出評價結(jié)果，學生根據(jù)評價結(jié)果可以了解自己對知識的掌握程度，從而開展針對性的學習策略，真正彌補學習中的短板，提高學習效率。

（4）查詢與分析功能模塊

移動學習平臺的查詢與分析功能模塊可以向用戶提供詳盡的查詢與統(tǒng)計信息。移動學習平臺對資源的上傳、下載等交互過程進行了詳盡記錄，所以產(chǎn)生和積累了大量的日志數(shù)據(jù)信息。移動學習平臺的查詢與分析功能模塊通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以全面了解學生的學習情況。該模塊能夠?qū)W生的登錄次數(shù)、資源評分狀況、資源下載量等進行查詢與分析。通過對這些數(shù)據(jù)資源信息的總結(jié)與分析能夠客觀、全面地了解學生的學習情況，教師從而可以有所側(cè)重地開展教學活動，對課程內(nèi)容加以補充，使移動學習平臺的資料庫更加豐富，更好地滿足平臺用戶的需求。

4 結(jié)論

大數(shù)據(jù)技術(shù)和移動網(wǎng)絡在逐步完善，高校教育在這種背景下要跟上時代的發(fā)展腳步，積極構(gòu)建移動學習平臺，加快高校教學信息化進程。移動學習作為時代和科技的產(chǎn)物，能夠為高校師生的學習帶來積極的促進作用。借助移動學習平臺，高校學習者可以有效利用自己的零散時間，進行碎片化學習，由此同高校課堂教學形成優(yōu)勢互補，有助于增強師生之間的交互性，提高學習效率，提升高校的教學效果。