基于大數(shù)據(jù)的虛實融合教學(xué)服務(wù)平臺設(shè)計

袁 苗

(廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530000)

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)時代的來臨,很多學(xué)校已經(jīng)構(gòu)建了功能較為完整的教學(xué)服務(wù)平臺。但是在大數(shù)據(jù)背景下,傳統(tǒng)的教學(xué)服務(wù)平臺已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)今學(xué)校的教學(xué)需求,不能夠客觀反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平,從而導(dǎo)致教學(xué)誤判、教學(xué)效果不佳等問題。為解決這一問題,本文分析了當(dāng)前大數(shù)據(jù)應(yīng)用于教學(xué)服務(wù)平臺設(shè)計的必要性,提出了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)服務(wù)平臺設(shè)計方式,從視圖層、模型層等多個角度提高教學(xué)服務(wù)平臺設(shè)計質(zhì)量[1]。

1 教學(xué)平臺構(gòu)建意義

為了使教學(xué)平臺更加“智慧”,在平臺搭建過程中,設(shè)計人員需要對平臺中的大數(shù)據(jù)檢索、需求感知能力等方面進(jìn)行技術(shù)升級。設(shè)計人員需要厘清教學(xué)平臺搭建思路,創(chuàng)新技術(shù)形態(tài)、數(shù)據(jù)形態(tài)及組織形態(tài),構(gòu)建起以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、云計算技術(shù)為支撐的教學(xué)服務(wù)平臺,使教學(xué)服務(wù)平臺更加契合當(dāng)前的教育需求?；诖髷?shù)據(jù)的教學(xué)平臺設(shè)計需要遵循先進(jìn)性、適用性、可擴(kuò)展性原則。需要利用先進(jìn)的技術(shù)構(gòu)建教學(xué)服務(wù)平臺,實現(xiàn)教學(xué)的現(xiàn)代化管理模式,構(gòu)建能夠滿足海量資源數(shù)據(jù)的存儲功能,建立相適應(yīng)的維護(hù)管理系統(tǒng),采用一站式設(shè)計原則,提供全方位教學(xué)服務(wù)。

2 平臺總體設(shè)計

高職學(xué)校是培養(yǎng)技術(shù)人才的教學(xué)基地,為社會提供了大量的技術(shù)人才。高職學(xué)校以提高學(xué)生的實踐能力為主,但受場地、資金等一系列條件的制約,高職學(xué)校實踐教學(xué)內(nèi)容比例較低,單純的理論教學(xué)無法有效提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力。因此,本文將結(jié)合高職教學(xué)實際所需,對教學(xué)服務(wù)平臺進(jìn)行重新設(shè)計,對新教學(xué)服務(wù)平臺設(shè)計整體框架進(jìn)行深入分析。

2.1 視圖層

視圖層是學(xué)生、教師與教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)之間的聯(lián)系界面。視圖層的設(shè)計較為簡單,僅包含了一些簡單的視覺元素。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)前視圖層的界面內(nèi)容逐漸變得豐富,視覺呈現(xiàn)方式更加復(fù)雜,起到吸引用戶目光的作用。當(dāng)前組成視圖的元素包含HTML、Flash 和控件,這些元素可以精確處理不同視圖的業(yè)務(wù)代碼,使視覺層能夠呈現(xiàn)出更加豐富的視覺元素?，F(xiàn)代視圖層設(shè)計過程中,設(shè)計人員需要將視圖層中的視圖和業(yè)務(wù)邏輯分開。然而視圖層只是數(shù)據(jù)的一種呈現(xiàn)形式,其并不能夠承擔(dān)數(shù)據(jù)邏輯處理任務(wù),所以這種區(qū)分使視圖層變得更好管理,更加便于日后維護(hù)工作[2]。

2.2 控制層

控制層能根據(jù)映射關(guān)系了解用戶的需求,從而調(diào)動相關(guān)的模型和視圖來響應(yīng)用戶需求。但控制層只負(fù)責(zé)接收和發(fā)送請求,起到一種鏈接的作用。當(dāng)控制層接收到請求之后,會將請求信息傳輸?shù)侥Ｐ徒M件中,然后使用視圖顯示模型處理返回的數(shù)據(jù)。由于高職專業(yè)多以實踐教學(xué)為主,為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實踐能力,平臺可以根據(jù)課程的實際情況自動模擬學(xué)生學(xué)習(xí)實踐所需要的訓(xùn)練環(huán)境。學(xué)生登錄教學(xué)服務(wù)平臺后,可以直接選擇試驗訓(xùn)練,控制層接收到信號后會將相關(guān)的實踐模型與視圖呈現(xiàn)在學(xué)生面前。本平臺設(shè)計采用B/S結(jié)構(gòu),學(xué)生只需通過網(wǎng)絡(luò)便可進(jìn)行遠(yuǎn)程實踐學(xué)習(xí)工作。這種方式突破了時間和空間的限制,有效地延長了學(xué)生的學(xué)習(xí)時間。

2.3 模型層

模型層是教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié),包含數(shù)據(jù)模型和運行邏輯模型,同時模型層還要對數(shù)據(jù)以及運行邏輯進(jìn)行優(yōu)先處理。當(dāng)前,模型層構(gòu)建過程中需要使用大數(shù)據(jù)技術(shù),利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)查找、處理功能構(gòu)建起一個更加符合教學(xué)平臺使用要求的模型層。模型層子數(shù)據(jù)處理過程中需要對數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行調(diào)整,根據(jù)不同的視圖與需求進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)顯示,一個模型允許包含多種視圖。因為模型中的應(yīng)用代碼只能被多個視圖使用一次,所以這種方式減少了代碼重復(fù)使用,提高了模型層的運行效率。由于該模型層采用了大數(shù)據(jù)技術(shù),所以模型層能夠根據(jù)不同的學(xué)生學(xué)習(xí)需求檢索出不同的資料、數(shù)據(jù),提高了教學(xué)服務(wù)平臺的使用質(zhì)量。

2.4 處理層

用戶將數(shù)據(jù)輸入到視圖層后,視圖層會將搜索請求發(fā)送到服務(wù)器。服務(wù)器終端會有專門的控制器用來接收用戶的請求信息,接收器接到請求會在后臺調(diào)動相關(guān)模型應(yīng)對用戶的請求。最后控制器會將處理結(jié)果返回到控制層,并且將處理結(jié)果發(fā)送到相應(yīng)的視圖中,在整個過程中視圖層只負(fù)責(zé)調(diào)整格式與數(shù)據(jù)顯示。為了進(jìn)一步提高處理層的處理質(zhì)量,設(shè)計人員還對整個處理層作出了優(yōu)化改進(jìn),將計算機(jī)的計算單元與存儲單元、通信單元等核心模塊作出了整體構(gòu)建工作。設(shè)計人員對計算、儲存和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了集群化的交換,提高了處理層的運行效率[3]。這種設(shè)計可以隨著學(xué)生使用人數(shù)的增加靈活擴(kuò)展,有較高的線性度,在一定程度上解決了傳統(tǒng)教學(xué)服務(wù)平臺結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的限制問題。同時柔性擴(kuò)展設(shè)計也可以為大數(shù)據(jù)平臺提供更加安全的控制機(jī)制,使數(shù)據(jù)庫中的學(xué)生數(shù)據(jù)、教學(xué)數(shù)據(jù)等內(nèi)容變得更加安全,不易泄露。系統(tǒng)還增加了自動穩(wěn)壓與斷電保護(hù)機(jī)制,進(jìn)一步保障了學(xué)習(xí)服務(wù)平臺運行的穩(wěn)定性。

3 平臺功能設(shè)計

教學(xué)服務(wù)平臺搭建需要用到C/S與 B/S 2層結(jié)構(gòu),還需要設(shè)計多種模塊,例如維護(hù)模塊、系統(tǒng)管理模塊、學(xué)生管理模塊等,這些模塊的應(yīng)用可以豐富教學(xué)服務(wù)平臺功能,使平臺發(fā)揮更好的效用。

3.1 系統(tǒng)維護(hù)模塊

系統(tǒng)維護(hù)模塊具有系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)初始化、密碼修改、安全備份等多種功能,學(xué)生在使用維護(hù)模塊過程中,可以設(shè)置登錄密碼,同時可以利用安全備份功能將學(xué)習(xí)資料、考試資料等進(jìn)行備份[4]。教學(xué)平臺還添加了“學(xué)習(xí)時長設(shè)置”選項,學(xué)生可以自由設(shè)置學(xué)習(xí)時長,學(xué)習(xí)時間結(jié)束后系統(tǒng)會自動發(fā)起提醒通知,讓學(xué)生注意勞逸結(jié)合。教學(xué)服務(wù)平臺主要面向全校師生以及管理人員,為了提高平臺系統(tǒng)的運行效率、減少系統(tǒng)管理功能重復(fù)現(xiàn)象,系統(tǒng)還設(shè)計了一套統(tǒng)一的登錄功能,根據(jù)不同用戶的需要采用不同模式,確定用戶權(quán)限。用戶權(quán)限設(shè)置如表1所示。

表1 用戶權(quán)限設(shè)置

3.2 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊主要對用戶進(jìn)出系統(tǒng)進(jìn)行管理。學(xué)生可以通過學(xué)號、密碼等登錄系統(tǒng)。在系統(tǒng)管理模塊中還加入了后臺管理模式,教師可以通過后臺查看學(xué)生的學(xué)習(xí)時長,了解學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容,并且還能夠在后臺看到學(xué)生的模擬考試成績,了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)水平,使教學(xué)變得更加有針對性。

3.3 學(xué)生管理模塊

學(xué)生管理模塊主要用于采集學(xué)生的注冊信息,對學(xué)生的身份進(jìn)行核對。該模塊會記錄學(xué)生的姓名、年齡、學(xué)號以及專業(yè)系別。學(xué)生管理模塊能夠使教學(xué)服務(wù)平臺推送的學(xué)習(xí)資料、學(xué)習(xí)內(nèi)容更加精確,滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)需求。

3.4 資料庫管理模塊

資料庫管理模塊會記錄學(xué)生的考試成績,能夠為學(xué)生推薦本專業(yè)學(xué)習(xí)所需要的資料內(nèi)容,還能夠根據(jù)學(xué)生的考試成績分析學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。對于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生,資料庫會自動檢索難度較高的題目與其匹配。對于學(xué)習(xí)能力較薄弱的學(xué)生,資料庫會更傾向于提供相對基礎(chǔ)的知識內(nèi)容的檢索[5]。通過資料庫管理模塊學(xué)生可以了解自身的學(xué)習(xí)水平、以往的學(xué)習(xí)成績,有效幫助學(xué)生優(yōu)化學(xué)習(xí)策略,提高學(xué)習(xí)成績。

3.5 任務(wù)生成模塊

由于高職學(xué)校對于學(xué)生的專業(yè)實踐能力要求較高,所以基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)服務(wù)平臺在功能設(shè)計中加入了任務(wù)生成模塊,該模塊能夠根據(jù)教師的要求自動生成實踐內(nèi)容,自動調(diào)整實踐難度,之后系統(tǒng)會按照教師的預(yù)先設(shè)定從題庫中選擇相應(yīng)的實踐題目進(jìn)行組合,形成實踐任務(wù)。

4 云計算資源算法

教學(xué)服務(wù)平臺設(shè)計以大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)為基礎(chǔ),其中數(shù)據(jù)中心是整個系統(tǒng)的核心。為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的使用質(zhì)量,提高數(shù)據(jù)應(yīng)用能力,本設(shè)計使用虛擬化技術(shù),構(gòu)建了一套完整的網(wǎng)絡(luò)資源庫,充分發(fā)揮云計算、大數(shù)據(jù)的作用,通過算法實現(xiàn)了問題描述、虛擬機(jī)動態(tài)調(diào)度等多種功能。

4.1 問題描述

教學(xué)平臺中數(shù)據(jù)中心應(yīng)當(dāng)重點考慮不同目標(biāo)的排列組合問題,對多個問題作出整合。利用CPU、內(nèi)存以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)荣Y源,系統(tǒng)采用公式(1)進(jìn)行多個目標(biāo)的虛擬機(jī)分配。

(1)

(2)

其中,n為虛擬節(jié)點數(shù);Pi為第i維性能特征平均值。為了凸顯性能特征的規(guī)范穩(wěn)定,在虛擬節(jié)點中用第i維資源剩余分配量,除以i維總資源,最后計算出第i維性能的特征值,用Pi,j表示。

(3)

(4)

在采用云資源動態(tài)調(diào)度的特定算法中,對資源監(jiān)視器進(jìn)行合理使用,以實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)下的實時監(jiān)控,并在發(fā)生過載時,通過新的虛擬機(jī)來分?jǐn)傔^多的資源。當(dāng)學(xué)校資訊系統(tǒng)網(wǎng)站存取資源比率降低時,亦須符合公式(4),方可減少虛擬機(jī)數(shù)目。

4.2 虛擬機(jī)動態(tài)調(diào)度步驟

虛擬機(jī)動態(tài)調(diào)度步驟:首先,會對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,以獲取相應(yīng)的負(fù)載信息;其次,對智慧校園運營情況進(jìn)行監(jiān)測,對算法庫中的資源重新分配,達(dá)到對智慧校園的動態(tài)可調(diào)。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合云計算平臺的監(jiān)控數(shù)據(jù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效存儲與配置,以及對網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)分配與調(diào)度。本課題以云計算為背景,圍繞動態(tài)任務(wù)調(diào)度問題展開研究,主要內(nèi)容有:任務(wù)容量評估、任務(wù)開銷動態(tài)評估、內(nèi)存數(shù)據(jù)驅(qū)動的任務(wù)遷移與定點選擇等[6]。通過一系列的任務(wù)調(diào)度研究,建立一個新的、有意義的、有目標(biāo)的、有組織的、有計劃的、有規(guī)律的新虛擬動態(tài)模擬系統(tǒng)。云計算環(huán)境下的虛擬動態(tài)模型可以減少虛擬機(jī)的移植次數(shù),提高智慧校園的運營穩(wěn)定性和容量。

5 平臺設(shè)計效果分析

本文為了驗證基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)服務(wù)平臺搭建質(zhì)量,了解平臺運行效果,以某高職院校計算機(jī)專業(yè)50名學(xué)生為實驗對象作進(jìn)行分析。實驗將50名學(xué)生學(xué)生平均分為A、B 2組,每組25人。A組采用基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)服務(wù)平臺進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí),B組則采用傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)內(nèi)容一致的情況下,對2組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績進(jìn)行對比分析。A、B 2組學(xué)生考試成績對比如表2所示。

表2 A、B 2組學(xué)生考試成績對比 單位:分

比較A、B 2組學(xué)生的學(xué)習(xí)總成績與平均成績,傳統(tǒng)教學(xué)模式B組比A組成績低,且A組平均成績比B組高出接近10分,2組成績差異較為明顯。由此可以得知,利用知識服務(wù)平臺教學(xué)效果比傳統(tǒng)教學(xué)效果更好。同時教師可以利用平臺對學(xué)生進(jìn)行更加有針對性地訓(xùn)練,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

6 結(jié)語

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)服務(wù)平臺設(shè)計過程中,設(shè)計人員需要建立完整的設(shè)計流程,厘清教學(xué)服務(wù)平臺的基礎(chǔ)運行邏輯。在此基礎(chǔ)上還要加入更多的功能模塊,使平臺設(shè)計更符合當(dāng)前高職教學(xué)需要。通過對比實驗可以發(fā)現(xiàn),高職院校學(xué)生通過使用服務(wù)教學(xué)平臺成績得到了明顯提升。