大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺構(gòu)建研究

彭世偉

（四川長虹電器股份有限公司，四川 綿陽 621000）

0 引言

在當今互聯(lián)網(wǎng)時代的飛速發(fā)展下，大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的應用越來越廣泛，不僅給人們的生活、工作、娛樂帶來巨大改變，同時也對我國教育領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。在大數(shù)據(jù)人工智慧時代的背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和學習軟件的不斷出現(xiàn)，使網(wǎng)絡智慧化教育模式得到了快速的發(fā)展，教育信息化已經(jīng)成為我國教育事業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢[1]。隨著新技術(shù)教育云產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)，各教育行業(yè)積極構(gòu)建智慧教育云平臺的教學模式，利用傳統(tǒng)教育與大數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，形成新的教學模式。云平臺利用大數(shù)據(jù)存儲、加工和處理技術(shù)為學校教育提供了豐富的教學資源，改變了傳統(tǒng)教學資源落后匱乏、教學質(zhì)量差、學習效率低等各種問題，云平臺教學模式為教育行業(yè)注入了新的活力，對教育事業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義[2]。如何在大數(shù)據(jù)背景下構(gòu)建智慧教育云平臺，增加教學資源和教學管理，提高教師教學質(zhì)量和學生學習效率，創(chuàng)造專業(yè)個性化的智慧學習環(huán)境，是教育行業(yè)急需解決的問題。在云平臺的架構(gòu)設計中，應根據(jù)教育特點構(gòu)建完整的平臺系統(tǒng)，以滿足教師教學、學生學習和教學管理的需求[3]。因此，針對大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺的構(gòu)建進行分析研究，教育云平臺應滿足學校信息化教育應用的需求，嚴格按照國家的政策要求制定合理的建設策略，創(chuàng)造良好的智慧化教育氛圍。采用靈活多變的教學方式，激發(fā)學生學習的興趣，實現(xiàn)教育信息化的新模式，為社會培養(yǎng)文化水平高、技術(shù)能力強、品質(zhì)素養(yǎng)高的優(yōu)秀人才，促進我國教育事業(yè)的健康發(fā)展。

1 大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺構(gòu)建

1.1 平臺總體架構(gòu)

智慧教育云平臺是依據(jù)大數(shù)據(jù)、云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成的，不僅擁有大量豐富的教學資源，同時還為學生提供個性化學習服務。學生可以在任何時間和地點進行操作，根據(jù)自己學習需求查找教學內(nèi)容和教學視頻，這種生動、靈活、方便的學習方式，有效激發(fā)了學生學習的興趣[4]。而且學生還可以通過云平臺與老師、同學之間開展交流，增加教學活動的交互性和自主性，有效激發(fā)了學生自主學習積極性[5]。智慧教育云平臺硬件結(jié)構(gòu)包括服務器、存儲器、用戶終端、網(wǎng)絡設備愛等，軟件功能包括教育信息化部署、數(shù)據(jù)庫研發(fā)。該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)教育資源共享，充分體現(xiàn)了全面、個性化服務體系，為用戶提供高效服務奠定基礎。對于智慧教育平臺的構(gòu)建，需要大量技術(shù)支持，才能實現(xiàn)資源、數(shù)據(jù)、信息共享，云平臺的應用，不僅提供了豐富的學習資源，同時節(jié)約了學生們的時間，發(fā)揮了教育云平臺的優(yōu)質(zhì)性能[6]。

平臺總體架構(gòu)設計，如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺構(gòu)建Fig.1 Construction of smart education cloud platform under big data backgrond

（1）物理層

物理層是智慧教育云平臺硬件結(jié)構(gòu)核心層次，該硬件包括服務器、服務器和網(wǎng)絡設備，通過對教育資源數(shù)據(jù)的挖掘、存儲、分析和處理，保障豐富信息資源的正確性和安全性。

（2）虛擬資源層

該層次與物理層相鄰，主要硬件設施包括存儲資源池、計算機資源池、數(shù)據(jù)資源池和網(wǎng)絡資源池，負責平臺信息資源的保存和運行[7]。

（3）邏輯層

該層次負責平臺系統(tǒng)任務管理和資源管理，是教育云平臺的核心管理層，同時還負責系統(tǒng)故障檢測與修復，保證平臺安全穩(wěn)定的運行。

（4）展現(xiàn)層

展現(xiàn)層是中間層次，平臺模塊包括展現(xiàn)模塊、接入模塊和可視化模塊，通過三個模塊為移動客戶端、網(wǎng)絡門戶提供服務。其中接入模塊主要負責授權(quán)接入與配置，可視化模塊負責將在線信心轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)形式，并進行可視化處理，展現(xiàn)模塊是將可視化處理結(jié)果展現(xiàn)給用戶，并負責個人信息管理、注冊登錄、個性化設置、欄目內(nèi)容展現(xiàn)與管理等，并負責信息資源的推送和內(nèi)容搜索[8]。

（5）應用層

應用層也屬于中間層，是整個平臺核心層次，主要包括智慧教學、智慧學習、智慧管理、智慧服務和智慧環(huán)境，為教育提供專業(yè)性教學資源，也為師生之間交流提供服務。該層次具備豐富智慧信息資源，能夠滿足智慧教育和智慧學習的全方位服務。

（6）網(wǎng)絡層

網(wǎng)絡層內(nèi)部設置網(wǎng)絡接口，為用戶提供接入云平臺提供主要路徑。

（7）用戶層

該層次位于層次結(jié)構(gòu)最頂層，用戶通過移動終端獲取相關(guān)信息。

1.2 功能設計

大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺各層次的結(jié)構(gòu)中，智慧教育和智慧學習是智慧教育云平臺的核心功能部分。智慧教育資源可以為教師提供種類繁多的教材資源，實現(xiàn)智慧教學的功能，而智慧學習資源能夠滿足學生不同內(nèi)容學習資源的需求，實現(xiàn)智慧學習的功能。同時，智慧教育平臺還能進行信息資源的共享、交流和評價，創(chuàng)造了良好的智慧環(huán)境和智慧管理，完善了平臺功能設計。

（1）優(yōu)化處理Web端框架代碼

由于智慧教育云平臺系統(tǒng)存在許多公共代碼，給增加、刪除和更改帶來困難，因此對 Web端框架代碼進行優(yōu)化處理，以減少平臺系統(tǒng)繁瑣的工作量。在 JSP界面數(shù)據(jù)的交互與接收回應過程中，通過Struts配置文件的基礎上，采用Action 處理方式，對接收到的請求信息進行回應，并完成相關(guān)任務的處置發(fā)揮功能作用。優(yōu)化功能后可以增加業(yè)務邏輯工作的效率，業(yè)務處理時可采用Spring的IoC容器將相關(guān)的數(shù)據(jù)注入、提取與分析，完成業(yè)務邏輯處理工作。這種依靠緩沖池與事務處置相關(guān)的容器部件的方法，不僅節(jié)省時間提高了平臺工作效率，同時還優(yōu)化和增強了系統(tǒng)的功能。Web端框架代碼的優(yōu)化處理設計，可以對各類公共代碼進行獨立抽取，并對代碼加以公共類封裝處理，有效降低了代碼的復雜性，確保數(shù)據(jù)庫DAO組件數(shù)據(jù)處理的科學性和正確性。

（2）科學設計服務功能

大數(shù)據(jù)支持下，智慧教育平臺存儲了海量數(shù)據(jù)和豐富的教學資源，為了使信息資源能夠更好為用戶提供服務，必須設計科學合理管理控制功能。通過對這些大量數(shù)據(jù)信息開展分析、篩選、整合工作，以便更好的從中篩選出有價值的信息資源，有利于教學教材和學生學習的應用。在平臺構(gòu)建設計中，還應對系統(tǒng)權(quán)限的管控進行科學合理的服務功能設計。由于智慧教育云平臺需要面對教育部門的相關(guān)領(lǐng)導、教師和學生等大量用戶，增加了平臺系統(tǒng)的服務困難。

為保證不同身份、不同用戶的正常訪問和使用，給用戶提供學習與工作上的有效幫助，針對系統(tǒng)服務層進行科學優(yōu)化功能設計。在進行平臺系統(tǒng)優(yōu)化服務功能的同時，還要對用戶訪問開展安全防范和保護措施，應對用戶的每一次訪問請求都要進行精準分析與判斷，當訪問用戶具備允許范圍的訪問權(quán)限時，才能進行訪問。如果訪問用戶權(quán)限不合理，應及時采取攔截的處理措施，禁止不合理訪問，確保安全正確、有序規(guī)范的系統(tǒng)工作流程。在大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)支持下，大量先進、科學的新知識信息資源被存儲到數(shù)據(jù)庫中，為了滿足教師和學生的有效訪問，對數(shù)據(jù)庫的訪問接口進行優(yōu)化服務設計。根據(jù)平臺系統(tǒng)特點設置功能模塊，對模塊中的公共數(shù)據(jù)進行劃分，采用相關(guān)App端供應接口完成教學資源信息、考核評價和電子書等不同的訪問數(shù)據(jù)庫接口作用，實現(xiàn)教育信息資源有效訪問、傳送服務功能，為學生學習和教師教學提供了有利保障。

2 實驗分析

針對大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺構(gòu)建研究合理性，進行了實驗驗證分析。實驗室在智慧教育云平臺結(jié)構(gòu)上部署了硬件與軟件實驗環(huán)境，如表1所示。

表1 實驗環(huán)境Tab.1 Experimental environment

安裝和部署步驟如下所示：先設置默認參數(shù)，安裝JDK，設置默認JAVA程序，在配置SSH，更新HADOOP環(huán)境變量，部署分布式文件系統(tǒng)。采用列式存儲方式，對非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行批量處理。

學生分別使用1-10臺移動終端登錄云平臺進行智慧學習，每一個移動終端從服務器中獲取 500M學習資源，并與基于神經(jīng)網(wǎng)絡教育平臺進行對比分析，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，基于神經(jīng)網(wǎng)絡教育平臺資源獲取速度與實際所需速度差別較大，而大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺與實際所需速度基本一致。當移動終端數(shù)量為10個時，基于神經(jīng)網(wǎng)絡教育平臺資源獲取速度達到最高為 59 MB/s，而大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺與實際所需速度都達到最高，依次為99.5 MB/s和 100 MB/s。由此可知，大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺構(gòu)建是具有合理性的。

3 結(jié)論

通過對教育資源云平臺的體系架構(gòu)、應用技術(shù)和環(huán)境部署等相關(guān)內(nèi)容的研究與探討，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量數(shù)據(jù)資源開展分析與挖掘，經(jīng)過篩選、整合出適合教育和學習的有用信息資源，為學校、教師、學生提供良好的服務。大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺內(nèi)部設置了用戶使用權(quán)限，用戶需經(jīng)過權(quán)限驗證才能在該平臺上教學與學習，避免出現(xiàn)非法訪問現(xiàn)象，確保教育云平臺能夠在安全、穩(wěn)定環(huán)境中運行。

智慧教育云平臺改變了傳統(tǒng)教學模式，為學生實時提供所需的知識和技術(shù)，增加學生學習的興趣與積極性，提高了教學效率和學生學習的質(zhì)量。教育云平臺通過打造良好的學習環(huán)境和個性化服務功能，為培養(yǎng)文化水平高、道德素質(zhì)好的優(yōu)秀人才打下基礎，滿足了現(xiàn)代社會高速發(fā)展的智慧人才型的需求。智慧教育云平臺的設計與研發(fā)，為我國教育事業(yè)帶來創(chuàng)新和進步，促進了我國教育行業(yè)的快速發(fā)展。