基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)

施萬(wàn)里 張余輝

摘? 要： 為實(shí)現(xiàn)教育過(guò)程中的一站式在線(xiàn)服務(wù)，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)資源庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析層、智慧教育信息云服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和表現(xiàn)層的智慧教育平臺(tái)。大數(shù)據(jù)分析層采用Hbase數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合SQL計(jì)算執(zhí)行引擎分析智慧教育數(shù)據(jù)，將分析得到的學(xué)生、教師以及資源信息等傳遞至智慧教育信息云服務(wù)層;智慧教育信息云服務(wù)層通過(guò)驗(yàn)證用戶(hù)、服務(wù)綁定和服務(wù)提供，使平臺(tái)用戶(hù)享受平臺(tái)存儲(chǔ)文件、課程管理和課程發(fā)布等服務(wù)。智慧教育信息云服務(wù)層中在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊的管理員審核教師備課資料和學(xué)生學(xué)習(xí)資源、教師在線(xiàn)或錄播授課以及學(xué)生課程選擇與確定功能的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)教師、管理員以及學(xué)生的在線(xiàn)信息交流。平臺(tái)測(cè)試結(jié)果表明，該平臺(tái)可根據(jù)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)行為提供個(gè)性化教學(xué)和管理，實(shí)現(xiàn)教師、管理員與學(xué)生的在線(xiàn)交流，且平臺(tái)教育資源存儲(chǔ)服務(wù)和教育資源門(mén)戶(hù)服務(wù)均可實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用價(jià)值高。

關(guān)鍵詞： 教育平臺(tái)設(shè)計(jì); 智慧教育; 課程管理; 大數(shù)據(jù)分析; 在線(xiàn)學(xué)習(xí); 教育資源存儲(chǔ)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN02?34; TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）09?0150?04

Intelligent education platform design based on big data analysis technology

SHI Wanli， ZHANG Yuhui

（Gannan Normal University， Ganzhou 341000， China）

Abstract： A wisdom education platform is designed based on big data analysis technology to achieve the one?stop online services in the process of education， including the design of data repository， big data analysis layer， intelligence education information cloud service layer， application service layer and presentation layer. In the big data analysis layer， Hbase database and SQL calculation execution engine are adopted to analyze wisdom education data. Students， teachers and resources information got from analysis is transmitted to wisdom education cloud service layer for user authenticating， service binding and service delivery to make the platform users enjoy the platform storing files， curriculum management service curriculum service， etc. The administrator of the online learning module in the intelligent education information cloud service layer checks the teachers′ lesson preparation materials and students′ learning resources， the teachers′ online or recorded teaching and the realization of the students′ course selection and determination functions， so as to realize the online information communication among teachers， administrators and students. The test results of the platform show that the platform can provide personalized teaching and management according to students′ personalized learning behaviors， and realize the online communication among teachers， administrators and students. Besides， the platform′s education resource storage service and education resource portal service can be realized. The platform has high application value.

Keywords： education platform design; intelligence education; curriculum management; big data analysis; online learning; education resource storage

0? 引? 言

當(dāng)前由于存在海量教育資源，導(dǎo)致教育應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)資源分散和低水平重復(fù)建設(shè)問(wèn)題嚴(yán)重，教育信息化雖在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件建設(shè)方面取得一定成果，但尚未能實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)下的智能服務(wù)，造成教育平臺(tái)建設(shè)發(fā)展不均衡，無(wú)法向教師、管理員和學(xué)生提供一站式在線(xiàn)服務(wù)，成為影響教育信息化的重要難點(diǎn)。智慧教育是指將信息化理念運(yùn)用在教育領(lǐng)域[1]，全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，加快教育改革與發(fā)展進(jìn)程。

隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在教育領(lǐng)域的不斷深入，翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC等一些新興教育模式逐漸興起，技術(shù)革新推動(dòng)教育模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，如何利用大數(shù)據(jù)分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)[2]，構(gòu)建大數(shù)據(jù)環(huán)境下的智慧教育平臺(tái)，克服學(xué)習(xí)障礙，實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)是眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。大數(shù)據(jù)技術(shù)合理整合教育資源，向教育行業(yè)人員提供了虛擬服務(wù)，輔助教師和學(xué)生簡(jiǎn)化智慧教育平臺(tái)開(kāi)發(fā)部署過(guò)程，構(gòu)建出適合教育和科學(xué)研究的智慧教育平臺(tái)，為平臺(tái)使用者提供存儲(chǔ)文件、課程管理和課程發(fā)布等服務(wù)。發(fā)展智慧教育云平臺(tái)能夠在為學(xué)生創(chuàng)建良好學(xué)習(xí)環(huán)境的同時(shí)，向教師、管理員和學(xué)生提供一站式在線(xiàn)服務(wù)[3]，因此，本文基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)智慧教育平臺(tái)。

1? 智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1? 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)

智慧教育平臺(tái)采用大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的分布式框架。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)將大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換與共享以及數(shù)據(jù)分析挖掘合理整合，用于智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)框架如圖1所示。

SQOOP數(shù)字交換工具通過(guò)同步學(xué)校以及外部存儲(chǔ)系統(tǒng)的教育資源數(shù)據(jù)，將教育資源數(shù)據(jù)保存在文件系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)中海量教育數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)分析層， 大數(shù)據(jù)分析層采用HBase數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合SQL計(jì)算執(zhí)行引擎，分析海量智慧教育數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)層主要挖掘、分析和處理智慧教育信息數(shù)據(jù)。

1.2? 平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)的智慧教育平臺(tái)總體架構(gòu)包括數(shù)據(jù)資源庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析層、智慧教育信息云服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和表現(xiàn)層五部分[4?6]，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智慧教育平臺(tái)總體架構(gòu)如圖2所示。

數(shù)據(jù)資源庫(kù)中包括所有智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳遞至大數(shù)據(jù)分析層，采用SQL計(jì)算執(zhí)行引擎計(jì)算處理多種智慧教育信息，得到學(xué)生、教師以及資源信息等，將所得多種信息傳遞至智慧教育信息云服務(wù)層[7]，使使用者在移動(dòng)終端界面體驗(yàn)智慧教育平臺(tái)的各種服務(wù)。

1.3? 智慧教育信息云服務(wù)層設(shè)計(jì)

智慧教育信息云服務(wù)層連接平臺(tái)使用者與平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)[8?10]，是智慧教育平臺(tái)的核心層次，具體包括在線(xiàn)學(xué)習(xí)和平臺(tái)信息發(fā)布與管理兩個(gè)模塊，在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊包括教學(xué)、審核和交流功能，平臺(tái)信息發(fā)布與管理通過(guò)用戶(hù)注冊(cè)賬戶(hù)、權(quán)限分配和身份審核等實(shí)現(xiàn)平臺(tái)信息管理。智慧教育信息云服務(wù)層中平臺(tái)使用者與平臺(tái)服務(wù)關(guān)系如圖3所示。

智慧教育信息云服務(wù)中心包括使用者和服務(wù)兩部分。使用者通過(guò)平臺(tái)注冊(cè)、用戶(hù)管理和登錄校驗(yàn)操作，完成智慧教育平臺(tái)的注冊(cè)登錄，管理掌握智慧教育平臺(tái)所有注冊(cè)教師、管理員以及學(xué)生的所有基礎(chǔ)信息，便于智慧教育平臺(tái)集中管理[11?12];服務(wù)方面，智慧教育平臺(tái)服務(wù)通過(guò)服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查找和服務(wù)管理將平臺(tái)服務(wù)授權(quán)給平臺(tái)使用者，智慧教育平臺(tái)服務(wù)通過(guò)用戶(hù)驗(yàn)證、服務(wù)綁定和服務(wù)提供，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)存儲(chǔ)文件、課程管理和課程發(fā)布等服務(wù)的使用者授權(quán)，使用者即可享受智慧教育平臺(tái)服務(wù)。

1.4? 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

1.4.1? 在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊實(shí)現(xiàn)

在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊是智慧教育平臺(tái)智慧教育信息云服務(wù)層的核心，在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊教學(xué)功能是否全面、審核功能是否細(xì)致以及使用者體驗(yàn)感均影響智慧教育平臺(tái)教師、管理員以及學(xué)生在線(xiàn)交流狀態(tài)[13]。在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊包括學(xué)生、教師和管理員，在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊中，管理員主要審核教師備課資料和學(xué)生學(xué)習(xí)資源，課程審查保證智慧教育平臺(tái)的教學(xué)課程質(zhì)量。管理員通過(guò)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度并對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程采取持續(xù)行為跟蹤和數(shù)據(jù)記錄，為大數(shù)據(jù)分析課程提供數(shù)據(jù)支撐[14]。

教師在智慧教育平臺(tái)的在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊完成教學(xué)準(zhǔn)備并通過(guò)直播或錄播對(duì)學(xué)生進(jìn)行授課，在線(xiàn)解答學(xué)生疑問(wèn)，教師在課程結(jié)束后向?qū)W生發(fā)布課程任務(wù)和課程總結(jié)等實(shí)訓(xùn)練習(xí)用于輔助教學(xué)練習(xí)。

學(xué)生可在在線(xiàn)學(xué)習(xí)模塊中了解課程詳細(xì)信息并加以選擇與確認(rèn)，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)也包括直播課程和錄播課程兩種，并且學(xué)生在課程結(jié)束后需完成實(shí)訓(xùn)練習(xí)，否則，無(wú)法進(jìn)入下階段課程學(xué)習(xí)。

1.4.2? 平臺(tái)信息發(fā)布與管理模塊實(shí)現(xiàn)

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智慧教育平臺(tái)信息發(fā)布和管理流程圖如圖5所示。通過(guò)自定義查詢(xún)與統(tǒng)計(jì)判斷平臺(tái)用戶(hù)添加是否成功，添加成功，則針對(duì)教師、管理員或?qū)W生分配平臺(tái)使用權(quán)限，權(quán)限不同，則發(fā)布信息和管理權(quán)限不同，將填寫(xiě)后身份信息交于學(xué)校審核[15]，學(xué)校審核完成后即可允許發(fā)布信息，完成智慧教育平臺(tái)信息發(fā)布和管理。智慧教育信息管理分為初級(jí)和高級(jí)管理兩層面：初級(jí)層次可管理小范圍教師、管理員以及學(xué)生基礎(chǔ)信息;高級(jí)層次可管理一定區(qū)域內(nèi)所有學(xué)校教師、管理員以及學(xué)生基礎(chǔ)信息和功能。智慧教育信息管理的初級(jí)和高級(jí)層次管理均可為教育平臺(tái)管理提供智慧教育服務(wù)，滿(mǎn)足教師、管理員和學(xué)生的個(gè)性信息服務(wù)和決策信息服務(wù)。

2? 智慧教育平臺(tái)性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)以某高校為研究對(duì)象，數(shù)據(jù)挖掘和分析該校學(xué)生的師生教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)，分析得到某學(xué)生的學(xué)習(xí)生活行為信息，勾勒出學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)行為畫(huà)像，如圖6所示。智慧教育平臺(tái)根據(jù)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)行為提供個(gè)性化教學(xué)和管理，不斷優(yōu)化完善智慧教育平臺(tái)教學(xué)方式和指導(dǎo)方法，將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深入用于智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)，提供更加個(gè)性化的平臺(tái)服務(wù)。

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)智慧教育平臺(tái)師生在線(xiàn)交流功能測(cè)試結(jié)果如圖7和圖8所示。在圖7界面中，學(xué)生可獲取關(guān)于正則表達(dá)式和Linux系統(tǒng)等相關(guān)學(xué)習(xí)資料，學(xué)生點(diǎn)擊Linux系統(tǒng)相關(guān)課程可得圖8所示溝通交流界面，任意選擇該課程授課教師實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)互動(dòng)。結(jié)果表明，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)的智慧教育平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)師生在線(xiàn)交流功能，方便師生交流課程內(nèi)容。

智慧教育平臺(tái)功能測(cè)試目標(biāo)是確保智慧教育平臺(tái)以及平臺(tái)各層次能正常使用，平臺(tái)測(cè)試時(shí)需要多種智能終端對(duì)平臺(tái)實(shí)施服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)，測(cè)試平臺(tái)各項(xiàng)功能能否實(shí)現(xiàn)。表1是對(duì)平臺(tái)核心服務(wù)的測(cè)試用例描述，且從表1平臺(tái)功能測(cè)試結(jié)果可知，本文設(shè)計(jì)智慧教育平臺(tái)各項(xiàng)功能均可實(shí)現(xiàn)，說(shuō)明采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)智能教育平臺(tái)可廣泛應(yīng)用。

3? 結(jié)? 語(yǔ)

采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計(jì)的智慧教育平臺(tái)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理智慧教育信息數(shù)據(jù)，合理整合教育資源，增強(qiáng)教育平臺(tái)中教師、管理者以及學(xué)生間的在線(xiàn)交流，且智慧教育平臺(tái)的服務(wù)管理、遠(yuǎn)程教育和教育資源門(mén)戶(hù)服務(wù)等功能能夠較好實(shí)現(xiàn)，并能提高個(gè)性化教育方法，因此大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深入用于智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)。

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