基于LNMP架構(gòu)實現(xiàn)的智聯(lián)云系統(tǒng)

劉晨旭，黃 磊，胡占斌

（邵陽學(xué)院，湖南 邵陽 422099）

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代教育技術(shù)領(lǐng)域中的前沿技術(shù)，因具有資源共享性、開放性和交互性而成為21世紀(jì)的主流。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的結(jié)合促使各個行業(yè)升級轉(zhuǎn)變成為當(dāng)前的研究熱潮，新時代教育智能化也正在成為教育行業(yè)發(fā)展的新航向。雖然基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的線上考試和測評系統(tǒng)近些年已經(jīng)得到普及，而結(jié)合智能化技術(shù)對教學(xué)過程進行優(yōu)化則成為教育發(fā)展的新突破口，尤其是在教學(xué)過程中對學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡的記錄、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計、學(xué)習(xí)能力數(shù)據(jù)分析等可以更加客觀地評價學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況。針對線上測評，如何減少主觀偏差，提高效率和科學(xué)性成為研究熱點[1-5]。

借助教育信息化和智能化技術(shù)，替代以往只能由知識傳授者完成的教學(xué)分析等工作，使得教學(xué)分析可以以每個具體的學(xué)生為主體進行針對性分析并給出學(xué)習(xí)指導(dǎo)[6]。AIED覆蓋教、學(xué)、考、評、管全流程，構(gòu)建不同的教育AI場景，智能化批改、在線自動測評系統(tǒng)是其中比較典型的應(yīng)用細分領(lǐng)域。在線測評系統(tǒng)（Online Judge）起源于國家大學(xué)生程序設(shè)計競賽（ACM/ICPC），是一種采用黑盒測試原理進行計算機程序正確性判斷的自動化程序[7]。

智能作業(yè)評測領(lǐng)域內(nèi)[8]，英語寫作自動評價在線寫作訓(xùn)練平臺應(yīng)用最廣泛，國際上以PEG、E-rater、Writing Roadmap、My Access！ Criterion、Holt Online Essay soring、IEA 等系統(tǒng)為代表，國內(nèi)以新東方作文批改網(wǎng)、冰果英語作文智能評閱系統(tǒng)、句酷批改網(wǎng)等為代表，還有東方訊飛教育科技有限公司的RealSkill支持作文拍照上傳批閱。在漢語作文批改方面，2016年中國語言智能研究中心發(fā)布了面向中小學(xué)生、海外華裔、二語學(xué)習(xí)者三類群體的中文作文智能評測系統(tǒng)及漢語寫作教學(xué)綜合智能訓(xùn)練系統(tǒng)，借助語言大數(shù)據(jù)可對作文自動評級、打分、糾錯[9]。教育領(lǐng)域的信息化發(fā)展正迅速從移動學(xué)習(xí)過渡到AI，未來4～5年將會通過AI與混合現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)對所有教育階段的全方位影響，AIED是未來推動教育信息化改革的關(guān)鍵力量。AI應(yīng)用具有高度遷移能力。非教育領(lǐng)域的AI應(yīng)用成果在經(jīng)過適當(dāng)改造后可迅速進入教育領(lǐng)域，這為AIED發(fā)展帶來無限機遇[2]。

智能化在線測評通過及時反饋評價結(jié)果并形成閉環(huán)，科學(xué)決策輔助教學(xué)管理，可以綜合培養(yǎng)學(xué)生探索、分析、認(rèn)知能力，使得綜合素質(zhì)評價更加公平、科學(xué)合理，對于全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)有著很強的指導(dǎo)與促進作用。未來構(gòu)建與學(xué)校常態(tài)化教育教學(xué)活動結(jié)合的數(shù)據(jù)采集方案，通過科學(xué)有效的內(nèi)容監(jiān)管和誠信體系完整記錄學(xué)生成長數(shù)據(jù)，開展過程性評價和終結(jié)性評價；引進學(xué)生、家長、學(xué)校、第三方等多元評價主體，并能夠基于國家和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)提供評價結(jié)果的智能試算[10]。

1 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

本系統(tǒng)用到的工具與技術(shù)主要有：（1）整體上的LNMP架構(gòu)：是一組通常一起部署使用來運行動態(tài)異步/同步網(wǎng)站或者是服務(wù)器上的自由軟件。其中L表示Linux，是一類Unix計算機操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱，也是目前最流行的免費操作系統(tǒng)。N表示Nginx，是一個小巧而高效的Linux下的Web服務(wù)器軟件，它作為負(fù)載均衡服務(wù)器，既可以在內(nèi)部直接支持Rails和Python，也可以作為 HTTP代理服務(wù)器對外進行服務(wù)；Nginx 是用C語言編寫的，不管是系統(tǒng)資源開銷，還是CPU使用效率都比Perlbal要好得多。M表示MySQL，是一個小規(guī)模關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用來存放各數(shù)據(jù)之間的關(guān)系映射。P表示Python，其解釋器易于擴展，可以使用C或C++（或者其他可以通過C調(diào)用的語言）擴充為新的功能和數(shù)據(jù)類型。（2）前臺搭建的Vue框架：是—套用于構(gòu)建用戶界面（UI）的漸進式JavaScript框架。與其他大型框架的差異是本框架被設(shè)計成可以自底向上逐層沿用。它的主要庫只關(guān)注視圖層，不僅易于上手，還便于與第三方庫或既有項目進行整合。另一方面，當(dāng)與較流行的技術(shù)棧以及各類支持類庫彼此結(jié)合使用時，它也能夠全方位為不同應(yīng)用場景的單頁應(yīng)用（SPA）提供驅(qū)動。（3）中間件技術(shù)Node.JS：通過面向一些較特殊的用例優(yōu)化改進，支持可替代的API，使得V8在非瀏覽器環(huán)境下能夠更好地運行，V8引擎執(zhí)行JavaScript的速度非?？?、性能非常好，是基于Chrome JavaScript運行時建立的環(huán)境，可方便地建立起響應(yīng)速度快、便于擴充的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。（4）后臺搭建的Django框架：是一個開放源代碼的Web應(yīng)用框架，由Python編寫而成。結(jié)合了MTV的框架模式，即模型Model、視圖View和模版Template，它使開發(fā)者可以高效、便捷地實現(xiàn)高質(zhì)量、易運維、結(jié)合數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的應(yīng)用程序，構(gòu)建用戶界面的Element-UI以及一些高彈性的技術(shù)，如Redis數(shù)據(jù)庫、異步Ajax以及易班開發(fā)者平臺、GitHub等各大互聯(lián)網(wǎng)平臺的API調(diào)用，還可以配合目前主流的容器技術(shù)Docker進行快速定制化部署實現(xiàn)。

2 設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 前臺模塊實現(xiàn)

2.1.1 首頁界面的實現(xiàn)

通過首頁URL進入平臺就可以清楚地看到本智聯(lián)云系統(tǒng)涵蓋的一些基本功能，如圖1所示。前臺界面中的項目根系統(tǒng)可以個性化定制知識競賽試題模塊、用戶管理（注冊、登錄、注銷等）模塊，每位用戶都能夠擁有屬于自己的世界；三大子系統(tǒng)分別為AI領(lǐng)域論文提交模塊、團隊風(fēng)貌模塊和輔導(dǎo)員問卷調(diào)查模塊；結(jié)合Element-UI框架實現(xiàn)的中間的大滾屏、高質(zhì)感矢量圖等主要為了提升用戶體驗度。

圖1 智習(xí)室首頁

2.1.2 競賽答題頁面的實現(xiàn)

學(xué)生成功登錄平臺后可以在平臺首頁選擇熱門比賽來進行隨機試題測試；進入相應(yīng)的電子試卷后，確認(rèn)過信息即可開始答題，根據(jù)試題的難易程度會分配不同的答題時間；完成答題并提交后，能夠看到自己的成績以及相應(yīng)的排行榜，在會員中心點擊“發(fā)布成績”，選擇指定的學(xué)生和要錄入的相應(yīng)科目，輸入分?jǐn)?shù)，若有其他備注可以填寫進去，最后確認(rèn)提交即可，如圖2所示。

圖2 競賽答題界面

2.1.3 論文提交子模塊頁面的實現(xiàn)

論文提交子模塊主要提供各種形式的數(shù)據(jù)接收和可視化渠道，后臺算法分析是由另一臺服務(wù)器支持的。以某課題組導(dǎo)師和研究生共同合作開展的人工智能生物工程領(lǐng)域的研究項目論文為例，展示部分實現(xiàn)界面效果如圖3所示。

圖3 論文提交子界面

2.1.4 輔導(dǎo)員評測模塊的實現(xiàn)

在系統(tǒng)導(dǎo)航欄中選擇了問卷調(diào)查之后，會出現(xiàn)一個基于純前端三件套實現(xiàn)的微動態(tài)界面，用手機易班APP掃描其上的二維碼之后，隨即自動跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)界面（PC端設(shè)置管理員后臺，不支持用戶使用），可根據(jù)相對應(yīng)的個人、輔導(dǎo)員信息填寫問卷（部分?jǐn)?shù)據(jù)通過易班平臺接口授權(quán)后間接實現(xiàn)采集獲?。?；在線提交后，會實現(xiàn)實時動態(tài)評分渲染，相應(yīng)的數(shù)據(jù)也通過后臺管理。問卷的內(nèi)容可定制化，可以根據(jù)需求進行替換。界面顯示如圖4所示。

圖4 輔導(dǎo)員測評界面

2.2 后臺模塊實現(xiàn)

2.2.1 后臺管理模塊的實現(xiàn)

后臺管理模塊主要為了簡便控制各數(shù)據(jù)模型，若直接操作數(shù)據(jù)庫會非常麻煩，同時還需要具有扎實專業(yè)素養(yǎng)的人才。實現(xiàn)了專門的后臺管理系統(tǒng)后，主管理員可以根據(jù)需求下放權(quán)限，減少不法分子由于權(quán)限過高而胡亂操作的行為；并且這樣的界面十分友好，即使沒有計算機專業(yè)能力基礎(chǔ)，稍加學(xué)習(xí)即可快速上手，進而操作各數(shù)據(jù)模型的增刪改查，如圖5所示。

圖5 試題相關(guān)管理界面

2.2.2 后臺各路由API接口的實現(xiàn)

由于該項目目前已經(jīng)基本實現(xiàn)了前后端分離開發(fā)，因此一個優(yōu)良的API接口文檔便是二者之間的核心樞紐。在此后臺REST Framework框架中，根據(jù)最新JSON數(shù)據(jù)格式，針對不同的請求應(yīng)用場景，設(shè)計了不同的接口文檔，并且在其中嵌入核心的請求頭，提升安全性和兼容性的同時，也增強了接口的準(zhǔn)確性，所有數(shù)據(jù)皆通過其訪問，可以實現(xiàn)程序內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞和操作界面手動提交這兩種功能，如圖6所示。

圖6 后臺各路由API接口界面

3 結(jié) 語

目前教育領(lǐng)域的智能化應(yīng)用已經(jīng)處于從教學(xué)輔助階段到價值創(chuàng)造階段的過渡時期，因此在線教育只是一個過渡，未來一定會結(jié)合更加個性智能化的技術(shù)，現(xiàn)已在線下智能課堂、智能測評、智能題庫、智能錯因診斷、智能課堂質(zhì)量評估、智能排課等場景實現(xiàn)落地應(yīng)用并形成了一批可復(fù)制、可推廣的解決方案。未來隨著知識圖譜、認(rèn)知計算、自然語言處理等技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化將覆蓋教學(xué)流程的更多場景、接入更多教學(xué)環(huán)節(jié)。本文基于當(dāng)前疫情形勢下的線上學(xué)習(xí)背景，研究國內(nèi)目前已有的線上教學(xué)和測評的成果，分析線上教學(xué)測評特點和不足，結(jié)合數(shù)據(jù)分析、人工智能等智能教育創(chuàng)新手段，采用Django + Vue.js + Element-UI + Linux + Nginx +Node.js + MySQL架構(gòu)實現(xiàn)開發(fā)理念和技術(shù)手段先進的智聯(lián)云系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有新型、方便、高效、實用的特點，以現(xiàn)代化教學(xué)模式進行線上教學(xué)，實現(xiàn)了以“學(xué)生為主，教師為輔”的教學(xué)方式。