面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的教學(xué)平臺設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

【摘 要】本文分析面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)，論述基于大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的智能化教學(xué)平臺設(shè)計(jì)及應(yīng)用，從大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)平臺、智能化教學(xué)平臺總體架構(gòu)設(shè)計(jì)、智能化教學(xué)平臺服務(wù)層核心設(shè)計(jì)、智能化教學(xué)平臺的功能實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用測試等方面進(jìn)行闡述，以滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，加強(qiáng)學(xué)生的智能化教學(xué)管理。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù) 教學(xué)平臺 架構(gòu)設(shè)計(jì) 應(yīng)用測試

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）31-0174-03

隨著教育教學(xué)研究和實(shí)踐的不斷發(fā)展，教育領(lǐng)域的資源體量日趨龐大，這為教育現(xiàn)代化、信息化建設(shè)帶來了一定的困擾，即出現(xiàn)了資源分配不均衡、教學(xué)平臺建設(shè)重復(fù)、平臺影響效應(yīng)不強(qiáng)等問題。而大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域愈發(fā)廣泛，大數(shù)據(jù)所具備的多元、巨量、分布式、時(shí)效等特性都是其用于建設(shè)教學(xué)平臺的優(yōu)越性。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)和開發(fā)智能化教學(xué)平臺，將大數(shù)據(jù)與教育教學(xué)工作進(jìn)行深度融合，積極發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用與優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)新教育教學(xué)模式，推動(dòng)教育領(lǐng)域改革，已成為現(xiàn)階段教育領(lǐng)域的共識。

一、面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)

設(shè)計(jì)和開發(fā)面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺，要先準(zhǔn)確把握學(xué)校在管、教、學(xué)、研等諸多方面的實(shí)際情況與內(nèi)在訴求。新平臺的建設(shè)，是要更加靈活、更加高效地運(yùn)用各類數(shù)據(jù)分析處理的結(jié)果，為教育教學(xué)工作中的各主體提供服務(wù)。因此，應(yīng)該積極了解和掌握面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)。

（一）分層式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大數(shù)據(jù)應(yīng)用下所構(gòu)建的平臺系統(tǒng)，往往在架構(gòu)上看是層次分明的，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)分布且利用擴(kuò)展。若平臺系統(tǒng)處于不同的運(yùn)算環(huán)境，可以結(jié)合實(shí)際情況對結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，從而相應(yīng)地強(qiáng)化服務(wù)功能，可以更好地提供層次化的數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)運(yùn)算等服務(wù)，這樣可以確保平臺系統(tǒng)在不同程度的指令要求下都可以展現(xiàn)可擴(kuò)展性，同時(shí)增加數(shù)據(jù)存取、處理等操作的可靠性。

（二）靈活態(tài)數(shù)據(jù)模型

依據(jù)大數(shù)據(jù)建設(shè)智能化教學(xué)平臺，其數(shù)據(jù)模型應(yīng)接受大數(shù)據(jù)應(yīng)用的管控，從而使得模型對不同數(shù)據(jù)的特征都可以靈活便捷地表達(dá)，數(shù)據(jù)既包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)也包括非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。智能化教學(xué)平臺要在院校中推行，因此整體的數(shù)據(jù)模型不要求復(fù)雜高級，而應(yīng)簡潔化，有助于學(xué)生等用戶的查詢請求可快速得到響應(yīng)和反饋;指令的處理流程也應(yīng)該進(jìn)一步簡化，可以根據(jù)需要重用現(xiàn)階段院校已用的關(guān)系數(shù)據(jù)處理框架。數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建應(yīng)考慮到其存儲模式的特殊性，即要明確大數(shù)據(jù)應(yīng)用的多元需求，確保存儲模式的可配置性;同時(shí)，數(shù)據(jù)模型還應(yīng)支持類 SQL查詢語言，保障智能化教學(xué)平臺可以和院校已有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)形成統(tǒng)一關(guān)聯(lián)度。

（三）多數(shù)據(jù)查詢處理

智能化教學(xué)平臺應(yīng)通過運(yùn)用SQL優(yōu)化平臺的查詢語言與分析處理能力，其結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)所形成的查詢語言可以接受非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的支持，由平臺用戶對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)實(shí)施捕捉提取并整合集成。面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺內(nèi)部應(yīng)加載算法用于完成數(shù)據(jù)的有效分析與深度挖掘，諸如聚類、關(guān)聯(lián)、分類等典型算法都可加載。新建的智能化教學(xué)平臺還應(yīng)通過DBA管理工具的設(shè)置，持續(xù)對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)內(nèi)含語義信息進(jìn)行挖掘，從而可以穩(wěn)定高效地為機(jī)構(gòu)決策分析提供支撐。

（四）開放性應(yīng)用架構(gòu)

面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺應(yīng)確保非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)擁有開放性的應(yīng)用框架，為用戶的活動(dòng)提供便捷，用戶可以在其中注冊類型差異化的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，運(yùn)用元數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)匹配、數(shù)據(jù)集合以及特定操作相關(guān)的方法，打造開放統(tǒng)一的數(shù)據(jù)操作平臺，為非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用于多個(gè)應(yīng)用場景提供可能。

二、面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)

（一）大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)平臺

智能化教學(xué)平臺沿用大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建平臺的分布式架構(gòu)，大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)平臺主要是整合大數(shù)據(jù)的處理、交換、共享、分析、挖掘等技術(shù)，使得應(yīng)用在構(gòu)建智能化教學(xué)平臺時(shí)更加便利。

大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)平臺的邏輯架構(gòu)如圖1所示。在大數(shù)據(jù)分析層，SQOOP等數(shù)字交換工具會對來源于院校不同單位所產(chǎn)生的以及外來存儲系統(tǒng)中所攜帶的教育教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，然后將數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)存儲文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲文件系統(tǒng)一般包括Linux文件系統(tǒng)、HDFS在線擴(kuò)容、HDFS分布式文件系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)在存儲文件系統(tǒng)中會進(jìn)一步向分析層傳輸匯聚。在大數(shù)據(jù)分析層中，一般采用HBase 數(shù)據(jù)庫作為主體，同時(shí)配合載入SQL計(jì)算執(zhí)行引擎，對龐大多樣化的智能化教育教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。接口層設(shè)置了可擴(kuò)展端口，業(yè)務(wù)層將對傳輸來的智能化教育教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、處理和分析。

（二）面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在以上提到的大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)可分成五層架構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)層、分析層、服務(wù)層、應(yīng)用層、表現(xiàn)層。

面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)層事實(shí)上就是整個(gè)教學(xué)平臺所需要的數(shù)據(jù)資源庫，在數(shù)據(jù)庫中囊括了可用于數(shù)學(xué)平臺運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)層將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)調(diào)出并傳輸?shù)椒治鰧雍螅治鰧又饕捎么髷?shù)據(jù)關(guān)鍵處理技術(shù)，以SQL計(jì)算執(zhí)行引擎對不同的教學(xué)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算分析和處理，從而得到有關(guān)學(xué)生、教師、資源、決策等方面的信息，可用于在服務(wù)層匯聚后傳輸?shù)綉?yīng)用層發(fā)揮出相應(yīng)的服務(wù)功能，最終用戶利用智能移動(dòng)終端或計(jì)算機(jī)瀏覽器的門戶網(wǎng)站可以直接體驗(yàn)由教學(xué)平臺提供的多樣化服務(wù)。

（三）面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺服務(wù)層核心設(shè)計(jì)

面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺服務(wù)層是表現(xiàn)層與應(yīng)用層之間的關(guān)聯(lián)層或過渡層，應(yīng)作為智能化教學(xué)平臺的核心層。在服務(wù)層中，可設(shè)定為兩個(gè)主要的功能模塊，其一為線上學(xué)習(xí)，其二為平臺綜合信息發(fā)布與決策管理。線上學(xué)習(xí)模塊，主要包含教課、學(xué)習(xí)、審查、交流等功能;平臺綜合信息發(fā)布與決策管理模塊則重點(diǎn)對用戶注冊、賬戶信息驗(yàn)證、使用權(quán)限配置等流程進(jìn)行管理。

如圖3所示，面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的服務(wù)層中的用戶與平臺服務(wù)的關(guān)系具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螒B(tài)。面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的服務(wù)主體主要分為用戶和服務(wù)兩大塊。平臺用戶在正確注冊后，借助用戶管理以及登錄校驗(yàn)等功能，可以安全可靠地注冊并登錄平臺。擔(dān)任管理員身份的用戶將及時(shí)收集并整理教學(xué)平臺上的已經(jīng)注冊并校驗(yàn)身份的教師、學(xué)生以及其他工作人員的基本信息，為平臺的集約化、智能化管理提供支撐。

從服務(wù)來看，智能化教學(xué)平臺的服務(wù)也需有必要的流程，即經(jīng)過服務(wù)注冊、服務(wù)查詢、服務(wù)管理，最終向平臺用戶提供服務(wù)授權(quán)，授權(quán)的過程需要進(jìn)一步完成用戶的身份驗(yàn)證，并對匹配用戶的服務(wù)進(jìn)行綁定，繼而針對性地提供服務(wù)。教職員身份的用戶可以在服務(wù)授權(quán)后，行使文件存儲、課程管理、課程發(fā)布等職權(quán)，從而讓學(xué)生等其他用戶可以直接調(diào)出數(shù)據(jù)，享用智能化教學(xué)平臺服務(wù)。

（四）面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的功能實(shí)現(xiàn)

1.線上學(xué)習(xí)的功能實(shí)現(xiàn)

線上學(xué)習(xí)的功能實(shí)現(xiàn)，是設(shè)計(jì)開發(fā)面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺中服務(wù)層的核心任務(wù)。對于線上學(xué)習(xí)，其功能是否可靠、全面地發(fā)揮，審查的機(jī)制是否嚴(yán)謹(jǐn)，審查的效果是否細(xì)致，用戶的使用體驗(yàn)是否達(dá)標(biāo)，都會直接對面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺中的各主體在線教學(xué)、交流的過程產(chǎn)生影響。

線上學(xué)習(xí)模塊的設(shè)計(jì)，一般設(shè)定管理員、教師、學(xué)生三類角色。其一，管理員的功能在于科學(xué)實(shí)施學(xué)生管理和教師管理，確保教師組織課程教學(xué)所需的資料通過審核，同時(shí)對學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡、學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行跟蹤，積極采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘和提取分析做好技術(shù)支撐。管理員認(rèn)真開展課程審查，是教學(xué)平臺教學(xué)質(zhì)量的保障。其二，教師在智能化教學(xué)平臺的線上學(xué)習(xí)模塊，可以積極利用海量教學(xué)資源完成備課，也可以錄制視頻或是組織直播完成線上授課;同時(shí)可與學(xué)生在平臺上直接進(jìn)行交流對話，實(shí)現(xiàn)一對一個(gè)性化答疑，也可實(shí)現(xiàn)一對多的集中輔導(dǎo)答疑。線上教學(xué)結(jié)束后，教師可同步發(fā)布訓(xùn)練題目或課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)，幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握線上所學(xué)知識與技能。其三，學(xué)生利用線上學(xué)習(xí)模塊的功能，可以積極了解教師的課程安排，結(jié)合自己的實(shí)際需求選擇課程，并確認(rèn)好具體的課程開講時(shí)間與網(wǎng)課教室的路徑;同時(shí)，可以利用教師在直播或錄播教學(xué)中展示的各種視頻資料完成重復(fù)學(xué)習(xí)，在課后積極完成實(shí)訓(xùn)練習(xí)，將實(shí)訓(xùn)結(jié)果以線上傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給教師，待教師完成檢查評價(jià)后，再進(jìn)入后一階段的線上課程學(xué)習(xí)。

2.平臺綜合信息發(fā)布與決策管理的功能實(shí)現(xiàn)

面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺同樣看重平臺綜合信息發(fā)布與決策管理的功能實(shí)現(xiàn)。此模塊中，平臺用戶添加成功與否，可啟用算法完成自定義查詢，接受數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與判識。如果教師、學(xué)生以及管理員等用戶添加成功，則會進(jìn)入用戶權(quán)限配置的環(huán)節(jié)，不同的身份所擁有的權(quán)限有所不同。學(xué)校對用戶提到的身份信息進(jìn)行審核后，將允許不同身份的用戶發(fā)布權(quán)限允許的信息、執(zhí)行權(quán)限范圍內(nèi)的操作。

面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的綜合信息決策管理可形成初級與高級兩個(gè)層次。在初級層次中，僅可對一定小范圍的不同用戶的信息數(shù)據(jù)實(shí)施管理;而在高級層次中，可對更大區(qū)域的IDE所有用戶的信息實(shí)施管理。無論是初級層次還是高級層次的信息決策管理，都能夠?yàn)槊嫦虼髷?shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺提供可靠的智能化管理服務(wù)，使不同用戶的信息服務(wù)與決策管理個(gè)性化要求得到滿足。

三、面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的應(yīng)用測試

本文設(shè)計(jì)和開發(fā)的面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺，可以在高校中積極試驗(yàn)，并在測試優(yōu)化后進(jìn)行推廣。在某高校的應(yīng)用中，平臺可以借助大數(shù)據(jù)的挖掘、歸類、聚類、分析等技術(shù)獲取校內(nèi)教師授課與學(xué)生學(xué)習(xí)兩方面的數(shù)據(jù)。以學(xué)生為例，能夠?qū)W(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)行為信息進(jìn)行深度捕捉，從而在海量數(shù)據(jù)中提取與其本人相關(guān)的信息，諸如性別、籍貫、專業(yè)、興趣、特長、政治面貌、運(yùn)動(dòng)習(xí)慣等，這些信息數(shù)據(jù)的集合將最終為該學(xué)生描繪出個(gè)性化的學(xué)習(xí)行為畫像。面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺通過對學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)行為的匯聚，可以準(zhǔn)確制訂方案后向?qū)W生輸出個(gè)性化教學(xué)計(jì)劃和管理辦法，從而有效指導(dǎo)線上以及線下教學(xué)方式方法的改進(jìn)。

面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺能積極為高校師生的線上交流提供良好的載體。教師和學(xué)生的討論交流內(nèi)容，可形成平臺運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析的數(shù)據(jù)資源，并在交流界面的推薦或提示列表中出現(xiàn)相關(guān)的學(xué)習(xí)資料。學(xué)生能根據(jù)自己查找的學(xué)習(xí)資料列表，點(diǎn)選其中所感興趣的課程后，出現(xiàn)可與教師進(jìn)行線上交流的提示，學(xué)生則可選擇與課程相關(guān)的教師進(jìn)行線上互動(dòng)。

通過應(yīng)用測試，可以總結(jié)出：面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺增加了師生的線上互動(dòng)交流頻次，對課程的討論更有針對性;此外，有關(guān)面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的其他應(yīng)用功能也能夠在測試中得到驗(yàn)證，證實(shí)了面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺具有廣泛推廣應(yīng)用的可行性。

綜上所述，面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的智能化教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)與開發(fā)，主要構(gòu)建數(shù)據(jù)層、分析層、服務(wù)層、應(yīng)用層、表現(xiàn)層五層架構(gòu)，采用大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析層以Hbase數(shù)據(jù)庫與My SQL運(yùn)算執(zhí)行引擎完成對平臺數(shù)據(jù)信息的分析，并傳遞資源信息至服務(wù)層，服務(wù)層對用戶身份驗(yàn)證并提供服務(wù)綁定等操作后，用戶就可獲得平臺的相關(guān)服務(wù)。教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)了對教育資源的整合，讓線上教學(xué)、資源服務(wù)、教育管理等功能都可達(dá)到理想的實(shí)現(xiàn)效果，值得進(jìn)一步研究、優(yōu)化并推廣應(yīng)用。

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注：2019年廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“高職計(jì)算機(jī)類專業(yè)智能生態(tài)課堂教學(xué)模式的研究”（GXGZJG2019A027）;2021年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“基于移動(dòng)終端的畢業(yè)設(shè)計(jì)管理平臺的研究”（2021KY1421）

【作者簡介】胡萬志（1981— ），男，廣西東蘭人，廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。