基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)資源共享平臺(tái)初探

錢漢偉

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基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)資源共享平臺(tái)初探

錢漢偉

通過設(shè)計(jì)了一個(gè)以各類多媒體、教案課件為主要內(nèi)容的資源共享平臺(tái)，可以解決網(wǎng)絡(luò)教育資源缺乏有效評(píng)價(jià)機(jī)制、質(zhì)量參差不齊、數(shù)據(jù)規(guī)范不一、內(nèi)容重復(fù)度高等問題。該平臺(tái)主要包括系統(tǒng)管理、用戶主界面、資源庫、交流論壇等功能模塊，能夠用于對(duì)各類學(xué)習(xí)資源的收集、整理和評(píng)價(jià)，從而提高教學(xué)素材的豐富性，降低重復(fù)素材和低價(jià)值素材對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效率的負(fù)面影響。實(shí)踐表明，平臺(tái)的應(yīng)用在促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量持續(xù)提升方面發(fā)揮了重要作用。

資源庫;共享平臺(tái);大數(shù)據(jù);教學(xué)

互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛運(yùn)用對(duì)現(xiàn)代教育產(chǎn)生了深刻的影響。美國的Coursera、edX和Udacity三大課程提供商的崛起，國內(nèi)網(wǎng)易云課堂、MOOC學(xué)院和中國大學(xué)MOOC等網(wǎng)站的啟動(dòng)都給更多學(xué)生提供了線上學(xué)習(xí)的可能。通過教、學(xué)、評(píng)、測(cè)、練、認(rèn)證、小組和社交等環(huán)節(jié)，教育的全過程在互聯(lián)網(wǎng)上得以實(shí)施，改變了學(xué)校師生的傳統(tǒng)教學(xué)方式、學(xué)習(xí)方式、思維方式和交流方式，并且取得了良好的教學(xué)效果，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”已經(jīng)是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。進(jìn)一步探究如何充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)的作用以及高效利用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)量龐大、類別豐富的教學(xué)資源，將成為一個(gè)重要的研究內(nèi)容。

一、網(wǎng)絡(luò)教育資源使用中的主要問題

網(wǎng)絡(luò)教育資源雖然數(shù)量巨大，但是存在缺乏有效評(píng)價(jià)機(jī)制、質(zhì)量參差不齊、數(shù)據(jù)規(guī)范不一、內(nèi)容重復(fù)度高等問題。從技術(shù)和實(shí)現(xiàn)角度來說，資源分類不規(guī)范，相似的資源便可能屬于不同資源目錄。各個(gè)資源平臺(tái)沒有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，資源數(shù)據(jù)格式兼容性差，就很難實(shí)現(xiàn)不同資源的整合和互通。從用戶角度來說，沒有統(tǒng)一的門戶網(wǎng)站提供資源的入口，各類教學(xué)資源分散且描述信息不夠豐富，教師指導(dǎo)參與度低，學(xué)習(xí)者便無法通過有效的搜索引擎，方便準(zhǔn)確地獲取教學(xué)資源和教師指導(dǎo)。資源之間關(guān)聯(lián)度低，也使得學(xué)習(xí)者無法就某個(gè)專題進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。

傳統(tǒng)教學(xué)過程中，在線網(wǎng)絡(luò)教育與課堂教學(xué)相互分離。一方面由于課堂教學(xué)方式因循守舊，課堂教學(xué)并沒有成為網(wǎng)絡(luò)教育資源的受益者。另一方面，由于技術(shù)手段限制等原因，絕大部分課堂教學(xué)也沒有成為網(wǎng)絡(luò)教育資源的共享者。因此，以SPOC（小規(guī)模限制性在線課程）教學(xué)改革為契機(jī)，通過互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)與實(shí)際教學(xué)活動(dòng)深度融合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享和教師間的指導(dǎo)交流，同時(shí)建立起以教學(xué)視頻和課件教材為主要內(nèi)容的資源共享平臺(tái)以促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升便顯得十分必要。

二、教學(xué)資源共享平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要提供用戶管理和系統(tǒng)設(shè)置的功能。其主要實(shí)現(xiàn)用戶增加、刪除和權(quán)限管理等功能。系統(tǒng)的權(quán)限管理采用基于角色的訪問控制方式，每個(gè)用戶屬于特定角色，每個(gè)角色擁有若干權(quán)限，用戶通過與角色的關(guān)聯(lián)獲得相應(yīng)權(quán)限。主要的角色包括系統(tǒng)管理員、管理員、教師、學(xué)生和訪客等五類。管理員擁有系統(tǒng)的最高權(quán)限，主要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正常維護(hù)和配置，統(tǒng)計(jì)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行和使用情況。

系統(tǒng)設(shè)置主要包括系統(tǒng)模塊和節(jié)點(diǎn)的通訊與性能參數(shù)設(shè)置，界面展示語言的選擇，風(fēng)格界面模板的添加、刪除，系統(tǒng)安全模式設(shè)置和系統(tǒng)預(yù)警設(shè)置。系統(tǒng)采用分布式方式部署，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇部署節(jié)點(diǎn)數(shù)量，但是全部節(jié)點(diǎn)共享一份全局的配置。在服務(wù)器CPU或者內(nèi)存負(fù)荷超過系統(tǒng)設(shè)置的預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送預(yù)警信息。

（二）用戶主界面

用戶主界面是用戶登錄之后的默認(rèn)界面，主要包括用戶相應(yīng)的個(gè)人信息、資源推送、學(xué)習(xí)進(jìn)度、當(dāng)前計(jì)劃、瀏覽記錄和任務(wù)處理等功能，并根據(jù)用戶的權(quán)限自動(dòng)展示相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)置、資源庫等模塊鏈接。系統(tǒng)提供了多種風(fēng)格的界面，用戶可以根據(jù)個(gè)人喜好選擇合適的展示風(fēng)格。

教師用戶可以建立班級(jí)群組，并選擇資源推送給相應(yīng)的班級(jí)群組。學(xué)生用戶可以選擇加入班級(jí)群組，并接受教師推送的資源。在教師設(shè)置課堂模式后，學(xué)生只能打開教師推送的資源，教師則可以查看學(xué)生資源瀏覽的進(jìn)度。

（三）資源庫

資源庫主要包括多媒體資源庫、教案課件資源庫和文獻(xiàn)資源庫等三個(gè)部分。多媒體資源庫主要以短視頻為主，可以用于教師課堂教學(xué)和學(xué)生自學(xué)。視頻播放支持實(shí)名彈幕功能，學(xué)生或者教師觀看視頻的發(fā)言可以彈幕形式出現(xiàn)在視頻中。教師可以刪除其學(xué)生的發(fā)言彈幕，學(xué)生也可以有選擇的顯示某幾位用戶的發(fā)言彈幕。

教案課件包括各類PPT，Word等素材，支持全文搜索，可以根據(jù)任意關(guān)鍵詞搜索標(biāo)題或者內(nèi)容相關(guān)的教案課件。相互關(guān)聯(lián)的教案課件提供鏈接功能，在瀏覽過程中可以直接跳轉(zhuǎn)查看相關(guān)的材料。文獻(xiàn)資源庫主要以論文、報(bào)紙和網(wǎng)頁鏈接等材料為主。

（四）交流論壇

論壇主要服務(wù)于學(xué)習(xí)資源的共享和專業(yè)學(xué)習(xí)心得交流。其按照學(xué)科和專業(yè)設(shè)立多個(gè)版面，由教師用戶對(duì)各自預(yù)設(shè)的版面進(jìn)行管理，同時(shí)教師也可以創(chuàng)建新的課程討論版面。用戶對(duì)資源的評(píng)論會(huì)自動(dòng)同步到論壇的版面，論壇也會(huì)對(duì)各個(gè)學(xué)科的熱門話題進(jìn)行實(shí)時(shí)排序，并在主界面展示。

三、基于大數(shù)據(jù)的平臺(tái)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

（一）系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、業(yè)務(wù)處理層和接口及呈現(xiàn)層（見下圖），每層分別實(shí)現(xiàn)不同的功能。接口及呈現(xiàn)層主要完成平臺(tái)與用戶的各種交互業(yè)務(wù)和呈現(xiàn)邏輯處理。業(yè)務(wù)處理層主要完成平臺(tái)系統(tǒng)的各種業(yè)務(wù)處理功能。全文檢索提供了對(duì)教案課件的內(nèi)容檢索功能。下載管理是根據(jù)用戶下載鏈接數(shù)和數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)用戶進(jìn)行預(yù)下載等自動(dòng)優(yōu)化。安全策略是對(duì)系統(tǒng)的訪問策略、用戶權(quán)限等進(jìn)行控制和執(zhí)行。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層為上層應(yīng)用提供文件存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)支撐功能，通過調(diào)用底層的Memcached和分布式文件系統(tǒng)HDFS的接口實(shí)現(xiàn)文件的存取功能，調(diào)用數(shù)據(jù)庫訪問接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問功能。

系統(tǒng)架構(gòu)圖

（二）高性能集群組網(wǎng)

平臺(tái)的訪問量非常大，在系統(tǒng)處理能力遇到瓶頸時(shí)，需要通過增加硬件處理節(jié)點(diǎn)能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的處理能力。系統(tǒng)采用開源LVS軟件進(jìn)行IP負(fù)載均衡，實(shí)現(xiàn)了高性能的集群組網(wǎng)架構(gòu)。

LVS組網(wǎng)運(yùn)行時(shí)包括調(diào)度器和后端服務(wù)器兩部分。后端服務(wù)器是真實(shí)運(yùn)行業(yè)務(wù)的服務(wù)器，由若干個(gè)相同的并行節(jié)點(diǎn)機(jī)器組成。調(diào)度器負(fù)責(zé)前端接入，客戶端訪問平臺(tái)時(shí)，首先向調(diào)度器發(fā)起請(qǐng)求，調(diào)度器根據(jù)一定的調(diào)度算法，指定實(shí)際為客戶端服務(wù)的真實(shí)服務(wù)器，因此調(diào)度器更像一臺(tái)虛擬服務(wù)器。根據(jù)IP數(shù)據(jù)包傳輸方式不同，LVS分為VS/NAT、VS/TUN和VS/DR三種工作模式。①其中，后兩種工作模式調(diào)度器只需要負(fù)責(zé)處理接入請(qǐng)求，因此性能更好。

（三）分布式文件系統(tǒng)

平臺(tái)系統(tǒng)的底層存儲(chǔ)需要極大的存儲(chǔ)空間，采用云存儲(chǔ)架構(gòu)是大數(shù)據(jù)量資源存儲(chǔ)系統(tǒng)的必然選擇。系統(tǒng)采用開源分布式文件系統(tǒng)HDFS實(shí)現(xiàn)底層的云存儲(chǔ)架構(gòu)。HDFS分布式文件系統(tǒng)中，每個(gè)文件存儲(chǔ)在一組機(jī)器上，多臺(tái)機(jī)器協(xié)同為上層應(yīng)用提供服務(wù)。同時(shí)，它為上層應(yīng)用提供了一系列文件操作API，上層應(yīng)用通過簡單的API操作實(shí)現(xiàn)文件和目錄的刪除、增加和修改功能。

實(shí)際上，HDFS文件系統(tǒng)將文件分成若干個(gè)大小相同的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行存儲(chǔ)，每一個(gè)塊稱為一個(gè)CHUNK，塊大小可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。按目錄可以設(shè)置CHUNK副本個(gè)數(shù)，可以按目錄設(shè)置存儲(chǔ)的物理位置。采用HDFS分布式文件系統(tǒng)，通過文件副本和切片存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)級(jí)的數(shù)據(jù)可靠性和文件系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)負(fù)載均衡。在增加存儲(chǔ)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)數(shù)，云存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量和吞吐性可以線性擴(kuò)展。

四、教學(xué)資源共享平臺(tái)的應(yīng)用

實(shí)踐中，為了推動(dòng)課程與教學(xué)改革，以資源共享平臺(tái)為基礎(chǔ)，筆者協(xié)助建設(shè)了與網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的專業(yè)教學(xué)資源庫，以探索現(xiàn)代信息技術(shù)與課程教學(xué)有效整合的教學(xué)模式。根據(jù)學(xué)科專業(yè)目錄和教學(xué)資源類型，由教師把現(xiàn)有的視頻、課件、教案和講稿等資料分門別類存儲(chǔ)到資源共享平臺(tái)中，按照學(xué)科、專業(yè)、課程目錄建立相應(yīng)的課件庫、素材庫和題庫等內(nèi)容。同時(shí)，要求教師把自己的優(yōu)秀課件和教案上傳到資源共享平臺(tái)。以教研室為單位，組織任課教師就某個(gè)教學(xué)專題在互聯(lián)網(wǎng)上搜索下載相關(guān)的教學(xué)課件和視頻，鼓勵(lì)學(xué)生將平時(shí)在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)的優(yōu)秀互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源上傳到資源共享庫，補(bǔ)充完善教學(xué)資源。共享資源庫的建設(shè)為學(xué)生學(xué)習(xí)和教師課堂教學(xué)提供了大量優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

在教學(xué)模式改革過程中，部分對(duì)多媒體資源依賴較多的課程，如網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查，首先進(jìn)行了嘗試。備課過程中，教師把資源平臺(tái)作為重要的教學(xué)工具，將平臺(tái)使用融入課堂。課堂在多媒體教室進(jìn)行，學(xué)生能夠在自己的多媒體終端觀看教師推送的視頻和課件，按照教師的要求對(duì)資源進(jìn)行備注和評(píng)論。課堂問題交流結(jié)束后，學(xué)生可在相應(yīng)資源加入筆記備注，便于課后復(fù)習(xí)。課堂教學(xué)結(jié)束，教師將需要學(xué)生課后學(xué)習(xí)的資源和習(xí)題推送給學(xué)生，學(xué)生完成相應(yīng)任務(wù)后，教師能夠查看相關(guān)的情況。教學(xué)模式改革將平臺(tái)的使用作為課堂教學(xué)的一部分，經(jīng)過多門課程實(shí)踐的檢驗(yàn)與完善，確定了平臺(tái)資源庫等現(xiàn)代信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的基本教學(xué)模式。

五、結(jié)語

共享資源庫的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享與交流，結(jié)合現(xiàn)代化SPOC教學(xué)手段與方法，能夠全方位滿足教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)和在職民警培訓(xùn)等自主學(xué)習(xí)需求。學(xué)校組織的電子數(shù)據(jù)取證，網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查技術(shù)等專業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)資源開發(fā)和共享，進(jìn)一步豐富了資源庫的內(nèi)容與素材。未來，可以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能，繼續(xù)整合對(duì)接現(xiàn)有的教學(xué)資源和平臺(tái)，如CST wiki知識(shí)平臺(tái)，從而使平臺(tái)成為提高教學(xué)質(zhì)量，豐富學(xué)習(xí)資源的有力保障。

①于天放、芮蘭蘭、邱雪松：《基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器集群負(fù)載均衡技術(shù)研究》，《電子與信息學(xué)報(bào)》2018年第8期。

Research and Application of Resource Sharing Platform Based on Big Data Technology

QIAN Han-wei

By designing a resource-sharing platform with various kinds of multimedia and teaching plan courseware as the main content, we can solve the problems of network education resources, which include lack of effective evaluation mechanism, uneven quality, different data specifications and high content repeatability. The platform includes system management, user main interface, resource library, communication forum and other functional modules, which are used to collect, organize and evaluate various learning resources, improve the richness of teachers’ materials, and reduce the duplication and low-value material pairs. In addition, it reduces the negative impact of duplication and low-value material on student learning efficiency. Practice has shown that the application of the platform has played an important role in promoting the continuous improvement of teaching quality.

resource library; shared platform; big data; teaching

江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究重點(diǎn)課題“面向SPOC的微課資源開發(fā)及應(yīng)用研究”（編號(hào)：2017-R-59211）；江蘇警官學(xué)院重點(diǎn)項(xiàng)目“大數(shù)據(jù)時(shí)代公安信息化建設(shè)研究”（編號(hào)：2016SJYZZ02）。

2018-09-07

錢漢偉（1984-），男，江蘇揚(yáng)州人，漢族，江蘇警官學(xué)院計(jì)算機(jī)信息與網(wǎng)絡(luò)安全系工程師，南京，210031。

D523.34

A

1672-1020(2018)05-0118-04

[責(zé)任編輯：王 焱]