基于大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊青云 成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院

我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，互聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)得到了快速的發(fā)展，這對(duì)我國(guó)的教育領(lǐng)域和教育事業(yè)也帶來(lái)了很大的影響，智慧教育也朝著網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展，而要想實(shí)現(xiàn)智慧教育的云時(shí)代，就要做好智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，這就要求人們要熟悉大數(shù)據(jù)下智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則，并遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則來(lái)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)智慧教育云平臺(tái)。

1 大數(shù)據(jù)和智慧教育概述

1.1 大數(shù)據(jù)的定義與應(yīng)用

大數(shù)據(jù)最早是用來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)搜索引擎更新時(shí)需要處理和分析的大量的數(shù)據(jù)集，目前大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為了非常流行的詞匯，是IT界和學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，大數(shù)據(jù)是指海量和復(fù)雜的數(shù)據(jù)集合，采用現(xiàn)有的軟件還不能進(jìn)行有效的搜索、存儲(chǔ)和共享。大數(shù)據(jù)包括非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，種類(lèi)比較多樣，具有重要的信息價(jià)值。充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠構(gòu)建復(fù)雜的模型，利用相關(guān)的知識(shí)計(jì)算能夠從大數(shù)據(jù)中提取出有用的價(jià)值，并實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)價(jià)值的應(yīng)用，構(gòu)建成一個(gè)知識(shí)庫(kù)，這個(gè)知識(shí)庫(kù)可以供人們查詢(xún)相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析和計(jì)算[1]。

要想充分利用這些大數(shù)據(jù)的價(jià)值，就要先構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，將多元的知識(shí)和信息進(jìn)行有效整合，以此來(lái)發(fā)揮作用，供人們使用。將非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心之后，就可以充分利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)分析和挖掘數(shù)據(jù)，這樣教師就可以對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)熟悉掌握，從而了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況，以此為依據(jù)來(lái)評(píng)估學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果和掌握的技能水平。對(duì)于學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，也可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)進(jìn)行智能診斷，并將診斷的結(jié)果推送到用戶(hù)端，方便人們了解。

1.2 智慧教育的概念與研究意義

智慧教育是一種新型的教育行為，其是由國(guó)家、學(xué)校和區(qū)域共同提供的一種教育方式和教學(xué)模式，具有非常高的教學(xué)效率，同時(shí)教育內(nèi)容的適配性非常高，可以給學(xué)習(xí)者提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。智慧教育充分利用各種先進(jìn)的教學(xué)教育技術(shù)來(lái)為教師、學(xué)生提供各種服務(wù)，教師可以結(jié)合自己的教育需求來(lái)選擇相應(yīng)的教學(xué)資源，而學(xué)生也可以根據(jù)自己的需求和興趣來(lái)選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，這種教育方式能夠提供差異化的服務(wù)和支持，可以促進(jìn)公平教育，有效改善教育效果。

智慧教育的教育最終目標(biāo)是培養(yǎng)創(chuàng)新型和智慧型的人才，利用的核心技術(shù)主要包括移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等，構(gòu)建了智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，并且采用智慧教育方法來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)。智慧教育云平臺(tái)就是元計(jì)算在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，是一種新型的服務(wù)平臺(tái)，利用虛擬化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和分布式存儲(chǔ)技術(shù)等構(gòu)建智能化的學(xué)習(xí)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)和智慧教學(xué)，同時(shí)加強(qiáng)智慧管理和智慧評(píng)價(jià)，能夠有效解決現(xiàn)階段教育領(lǐng)域中的各種弊端和問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了教育資源的最大化利用，體現(xiàn)了教育資源的有效共享和按需使用，人們可以結(jié)合自己的實(shí)際需求來(lái)查詢(xún)使用相關(guān)的教育資源[2]。

2 大數(shù)據(jù)下智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則

2.1 可行性原則

大數(shù)據(jù)背景下的智慧教育云平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循可行性的原則，考慮這個(gè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)是可行的，在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要使用到哪些關(guān)鍵的技術(shù)，設(shè)計(jì)出來(lái)的平臺(tái)實(shí)用，能夠發(fā)揮優(yōu)勢(shì)為人們提供智慧教育和智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.2 綜合性原則

智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)還應(yīng)該遵循綜合性的原則，智慧教育云平臺(tái)是同時(shí)為學(xué)生和教師、家長(zhǎng)等提供的服務(wù)平臺(tái)，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要從不同用戶(hù)的角度考慮來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，要綜合考慮，設(shè)計(jì)出能夠同時(shí)滿(mǎn)足學(xué)生、教師和家長(zhǎng)的支持平臺(tái)，要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和教師的教學(xué)需求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從整體層面來(lái)考慮，不能僅僅從一個(gè)用戶(hù)群體來(lái)設(shè)計(jì)，所以智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)要遵循綜合性原則。

2.3 可拓展性原則

一個(gè)優(yōu)秀、良好的智慧教育云平臺(tái)要能夠按照實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行部署，對(duì)一些動(dòng)態(tài)資源能夠進(jìn)行智慧管理控制和重新構(gòu)建，這就要求智慧教育云平臺(tái)就有良好的可拓展性，在平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分利用人工智能技術(shù)、虛擬化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云技術(shù)等來(lái)設(shè)計(jì)出可拓展的云平臺(tái)[3]。

2.4 易操作性原則

智慧教育云平臺(tái)是一種提供智慧學(xué)習(xí)、智慧教學(xué)和智慧管理、智慧評(píng)估的平臺(tái)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要確保學(xué)生和教師在利用這個(gè)平臺(tái)來(lái)學(xué)習(xí)、教學(xué)時(shí)的操作是簡(jiǎn)單的，不能太復(fù)雜，否則教師和學(xué)生不能靈活應(yīng)用，智慧教育云平臺(tái)也就不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果和教學(xué)進(jìn)度。因此智慧教育云平臺(tái)應(yīng)該遵循易操作性的原則。

2.5 安全性原則

在智慧教育云平臺(tái)設(shè)計(jì)中還應(yīng)該遵循安全性的原則，以保障用戶(hù)在使用這個(gè)平臺(tái)學(xué)習(xí)和教學(xué)時(shí)的安全性，因此設(shè)計(jì)時(shí)要區(qū)分不同用戶(hù)的權(quán)限，做好安全防護(hù)，避免整個(gè)云平臺(tái)遭受黑客的攻擊或者受到計(jì)算機(jī)病毒的侵害[4]。對(duì)于一些比較重要的信息一定要進(jìn)行加密處理，確保相關(guān)大數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

3 大數(shù)據(jù)下智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 智慧教育云平臺(tái)的總體構(gòu)架

大數(shù)據(jù)下的智慧教育云平臺(tái)總體構(gòu)架一共包括七層，分別為網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、物理層、用戶(hù)層、邏輯層、虛擬資源層、展現(xiàn)層。其中（1）網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層在展現(xiàn)層和用戶(hù)層之間，用戶(hù)可以通過(guò)CTNEF和CMNET來(lái)網(wǎng)絡(luò)接入智慧教育云平臺(tái)；（2）應(yīng)用層：應(yīng)用層在展現(xiàn)層和邏輯層之間，主要由智慧管理、智慧學(xué)習(xí)、智慧教學(xué)、智慧環(huán)境、智慧服務(wù)和智慧評(píng)價(jià)等組成，是為家長(zhǎng)、教師和學(xué)生提供各種應(yīng)用服務(wù)的模塊，可以結(jié)合用戶(hù)的身份來(lái)提供個(gè)性化的智慧服務(wù)；（3）物理層：物理層主要包括一些硬件設(shè)備，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器等；（4）用戶(hù)層：用戶(hù)層在網(wǎng)絡(luò)上上面，支持PC機(jī)和手機(jī)等多種終端設(shè)備接入訪問(wèn)，進(jìn)入到整個(gè)智慧教育云平臺(tái)；（5）邏輯層：邏輯層是在應(yīng)用層和虛擬資源層之間，是負(fù)責(zé)對(duì)平臺(tái)的資源和任務(wù)進(jìn)行管理，為用戶(hù)提供安全有效的服務(wù)，是整個(gè)智慧教育云平臺(tái)的核心管理層，能夠及時(shí)響應(yīng)用戶(hù)提出的各種請(qǐng)求；（6）虛擬資源層：虛擬資源層是在邏輯層和物理層之間，這個(gè)部分是為整個(gè)云平臺(tái)的正常運(yùn)行提供保障，包括存儲(chǔ)資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池、計(jì)算資源池和數(shù)據(jù)資源池這幾個(gè)部分；（7）展現(xiàn)層：展現(xiàn)層包括接入模塊、展現(xiàn)模塊和可視化模塊這三個(gè)部分，其中接入模塊又包括接入授權(quán)、服務(wù)接入和接入配置等，展現(xiàn)模塊主要包括個(gè)性化設(shè)置、欄目展現(xiàn)、個(gè)人信息管理、信息推送、欄目管理、注冊(cè)登入和內(nèi)容搜索等部分，可視化模塊主要包括可視化智慧教育管控和在線(xiàn)數(shù)據(jù)信息可視化等組成，整個(gè)展現(xiàn)層主要是為WEB門(mén)戶(hù)、手機(jī)客戶(hù)端和WAP門(mén)戶(hù)提供展現(xiàn)方式。

3.2 智慧教育云平臺(tái)開(kāi)發(fā)和測(cè)試

智慧教育云平臺(tái)的技術(shù)路線(xiàn)是采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，整個(gè)系統(tǒng)的不同功能模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，為了提高數(shù)據(jù)的獲取速度，避免不同數(shù)據(jù)之間同批次獲取，使數(shù)據(jù)的互相覆蓋率提升，因此可以采用互享和數(shù)據(jù)共通的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一管理，不僅能夠提高數(shù)據(jù)的處理效率，同時(shí)還能夠確保數(shù)據(jù)是統(tǒng)一處理的[5]。系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)采用多層多階，結(jié)合具體的功能來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分層，在同一層中可以構(gòu)建不同的功能階。劃分不同階段的業(yè)務(wù)需求，組成階。架構(gòu)采用開(kāi)放的系統(tǒng)，應(yīng)用程序采用基于組件的技術(shù)，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)來(lái)提高整個(gè)架構(gòu)的可延展性和合規(guī)性，大大提高系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率。

基于組件的開(kāi)發(fā)能夠有效對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的不同功能子模塊進(jìn)行重復(fù)調(diào)用。系統(tǒng)構(gòu)架的設(shè)計(jì)可以從用戶(hù)界面集成、應(yīng)用集成和數(shù)據(jù)集成來(lái)設(shè)計(jì)，在用戶(hù)選擇界面的規(guī)劃時(shí)應(yīng)該使用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用SOA軟件構(gòu)架來(lái)實(shí)現(xiàn)，使子系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)化和精確，區(qū)分存儲(chǔ)不同系統(tǒng)模塊的功能數(shù)據(jù)。整個(gè)平臺(tái)的不同子系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生各種不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常大，對(duì)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性可以通過(guò)在各個(gè)子功能模塊輸出功能后端設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變動(dòng)預(yù)警模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且不同功能子模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是互通的[6]。

在完成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)之后，還要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試環(huán)節(jié)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，是檢測(cè)智慧教育云平臺(tái)能否正常為人們提供智慧服務(wù)的重要過(guò)程，如果測(cè)試不合格，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者改造，直到合格為止。智慧教育云平臺(tái)測(cè)試因素包括智慧教育云平臺(tái)的完整度、授權(quán)、性能和是否易于操作等，其中完整度測(cè)試是檢測(cè)云平臺(tái)是否符合實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確程度，檢測(cè)結(jié)果為符合，授權(quán)測(cè)試顯示各種級(jí)別的授權(quán)可以完成不同級(jí)別，性能檢測(cè)的結(jié)果是云平臺(tái)對(duì)系統(tǒng)資源的占用比較低，并且系統(tǒng)的延時(shí)短。系統(tǒng)測(cè)試的內(nèi)容包括對(duì)各個(gè)模塊功能的測(cè)試，檢查不同模塊是否有重復(fù)互通的問(wèn)題。測(cè)試方法可以采用漸增式測(cè)試。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧教育云平臺(tái)是為學(xué)生、家長(zhǎng)和教師提供的服務(wù)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)智慧學(xué)習(xí)、智慧教育、智慧管理和智慧評(píng)估等服務(wù)，在智慧教育云平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循可行性原則、綜合性原則、可拓展性原則、易操作原則和安全性原則，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足智慧服務(wù)的教育平臺(tái)，為智慧教育奠定良好的基礎(chǔ)，提供技術(shù)支持。

[1]龍虎，梁麗香.大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].福建電腦，2015，31(9)：30-31.

[2]胡伏湘.基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的智慧教育方法研究[J].湖南行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，24(1)：30-34.

[3]閆羽中.基于大數(shù)據(jù)的市級(jí)智慧教育平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].吉林大學(xué)，2016.

[4]胡伏湘.基于大數(shù)據(jù)的智慧職教——內(nèi)涵、平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2017，13(3)：85-91.

[5]龍虎，張小梅，唐林海.大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)的構(gòu)建研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2015，11(7X)：109-111.

[6]胡伏湘.基于大數(shù)據(jù)的智慧校園平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].長(zhǎng)沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，23(4)：128-131.