基于NAS和教學(xué)診改的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲訪問優(yōu)化研究

摘要：本文提出一種基于網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）和教學(xué)診斷與改進(jìn)（診改）的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲與訪問優(yōu)化方案。該方案通過NAS實現(xiàn)多模態(tài)教學(xué)資源的集中存儲、高效管理和安全共享，利用這些多模態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)實現(xiàn)教學(xué)活動的持續(xù)診斷改進(jìn)和教育質(zhì)量的提升。本文分析了NAS和多模態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)的特點、存儲要求以及NAS在其中的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合教學(xué)診改流程，設(shè)計了基于NAS的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）；教學(xué)診改；多模態(tài)教學(xué)；大數(shù)據(jù)；存儲優(yōu)化

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）24-0081-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

在教育信息化浪潮中，多模態(tài)教學(xué)以其豐富的教學(xué)資源和強(qiáng)互動性，正逐漸成為教育領(lǐng)域的新寵。但隨之而來的是龐大的多模態(tài)數(shù)據(jù)如何進(jìn)行有效存儲和訪問的問題。網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）技術(shù)以其集中管理、易于擴(kuò)展和成本效益高等特點，為解決這一問題提供了新思路。此外，教學(xué)診改作為提高教育質(zhì)量的重要手段，需要準(zhǔn)確可靠的教學(xué)數(shù)據(jù)支撐。因此，本文提出一種整合NAS與教學(xué)診改的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲訪問優(yōu)化方案，實現(xiàn)教學(xué)資源高效管理和教學(xué)診改有效執(zhí)行。

1 NAS及其在多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲中的應(yīng)用

1.1 NAS概述

NAS定義為專用資料儲存服務(wù)器，是一種提供跨平臺共享文件功能的專用資料存儲服務(wù)器，包括存儲裝置（如磁盤陣列、可移動儲存介質(zhì)）及內(nèi)嵌系統(tǒng)軟體等。NAS通常在一個能夠讓用戶在網(wǎng)絡(luò)上存取數(shù)據(jù)的局域網(wǎng)絡(luò)上，在沒有應(yīng)用服務(wù)器干預(yù)的情況下?lián)碛凶约旱墓?jié)點，在這樣的配置中NAS集中管理和處理網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)據(jù)，卸載來自應(yīng)用或企業(yè)服務(wù)器的負(fù)載，有效降低擁有成本。NAS本身能夠支持多種協(xié)議（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等）[1]，能夠支持多種操作系統(tǒng)，利用IE 或 Edge等瀏覽器，NAS設(shè)備可以通過任何工作站進(jìn)行直觀方便的管理。

NAS具有以下優(yōu)勢和特點：NAS易于部署和管理，設(shè)備通常即插即用且配置簡單，可以快速部署到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。NAS設(shè)備通常支持?jǐn)?shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，確保數(shù)據(jù)的安全性和可恢復(fù)性。NAS提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的存儲解決方案，系統(tǒng)設(shè)計為模塊化允許用戶根據(jù)需要靈活添加存儲容量或處理能力，擴(kuò)展系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的SAN（存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）相比，NAS通常具有更低的部署和維護(hù)成本。使用NAS時文件服務(wù)由NAS設(shè)備承擔(dān)，服務(wù)器專注于處理計算密集型任務(wù)可以減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)。NAS允許多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問存儲在NAS上的相同數(shù)據(jù)，NAS設(shè)備上可以同時運(yùn)行多種文件系統(tǒng)（NFS、CIFS等）、同時支持Unix、Linux、Windows等操作系統(tǒng)，便于協(xié)作工作和不同平臺間的資源共享。NAS提供了一個集中化的存儲解決方案，使得教育機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒎稚⒃诓煌O(shè)備上的數(shù)據(jù)集中存儲和管理。NAS可以作為校園網(wǎng)盤、備份解決方案，支持多種媒體教學(xué)資源的存儲和共享。

1.2 多模態(tài)教學(xué)及多模態(tài)教學(xué)資源的存儲管理要求

多模態(tài)教學(xué)是指通過語言、圖像、聲音、視頻等多種模態(tài)符號，在教學(xué)過程中綜合運(yùn)用視覺、聽覺、觸覺等多種感官通道進(jìn)行教學(xué)的方法[2]。這種教學(xué)方式可以更好地滿足不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需要，更好地提升教學(xué)效果。多模態(tài)教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的多元智能，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力的提高。多模態(tài)教學(xué)通過豐富的教學(xué)媒介能夠吸引學(xué)生的關(guān)注，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動力。不同的模態(tài)可以相互補(bǔ)充，幫助學(xué)生從不同角度理解復(fù)雜的概念和信息，提升信息理解能力。多模態(tài)教學(xué)能夠滿足不同學(xué)習(xí)風(fēng)格和偏好的學(xué)生，支持個性化學(xué)習(xí)路徑的設(shè)計，實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。多種感官的刺激有助于加強(qiáng)記憶，多模態(tài)教學(xué)有助于學(xué)生更好地記憶和回憶信息，提高記憶效果。多模態(tài)教學(xué)可以鼓勵學(xué)生多角度地分析問題，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和解決問題的思路，使學(xué)生的思維更加清晰。在數(shù)字化時代，信息的呈現(xiàn)形式多樣，多模態(tài)教學(xué)能夠幫助學(xué)生適應(yīng)數(shù)字化時代環(huán)境，提高信息素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)。

多模態(tài)教學(xué)資源的存儲和管理是教育信息化發(fā)展的重要課題。隨著教學(xué)活動越來越多地融入多媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，教學(xué)資源的形態(tài)也從傳統(tǒng)的文字?jǐn)U展到圖片、音頻、視頻、動畫等多種形態(tài)。這些多模態(tài)資源的存儲與管理不僅關(guān)系到資源的可訪問性和可用性，還直接影響到教學(xué)活動的效率和效果。

對多模態(tài)教學(xué)資源存儲與管理應(yīng)滿足以下要求：多模態(tài)教學(xué)資源管理需要整合各種類型的資源，包括文本、圖片、音頻、視頻等，以便于教師和學(xué)生能夠方便地獲取和使用這些資源[3]。隨著教學(xué)資源數(shù)量的增加，存儲系統(tǒng)要滿足不斷增長的存儲容量需求，在教學(xué)資源不斷增加時具備良好的可擴(kuò)展性。為了提高資源檢索的效率，需要對多模態(tài)資源進(jìn)行有效的分類和標(biāo)注，便于管理和檢索。多模態(tài)教學(xué)資源往往包含敏感信息，因此存儲系統(tǒng)必須提供數(shù)據(jù)加密、訪問控制和定期備份的功能，確保數(shù)據(jù)安全[4]。利用自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，根據(jù)用戶行為和喜好，開發(fā)相關(guān)教學(xué)資源智能推薦檢索系統(tǒng)。多模態(tài)教學(xué)資源需要在不同的設(shè)備和操作系統(tǒng)上無縫使用，因此存儲系統(tǒng)需要支持跨平臺訪問。為了提高用戶體驗，存儲和管理平臺應(yīng)具有直觀、易用的用戶界面，簡化資源上傳、下載和管理流程。將教學(xué)活動與相應(yīng)的教學(xué)資源關(guān)聯(lián)起來，可以幫助教師和學(xué)生更好地利用和理解教學(xué)內(nèi)容，并提高教學(xué)互動性[5]?？紤]采用云存儲服務(wù)或分布式存儲系統(tǒng)，提高資源存儲的可用性及可靠性。

1.3 NAS技術(shù)在多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲中的應(yīng)用

1）教學(xué)資源存儲共享：教師可以將教學(xué)視頻、教學(xué)課件、電子教材等多種模式的教學(xué)資源存儲在NAS系統(tǒng)中，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)訪問下載，便于教學(xué)內(nèi)容的共享及傳播。NAS系統(tǒng)的文件共享功能允許用戶在局域網(wǎng)中共享文件和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)教學(xué)資源的集中存儲和共享，提高了資源利用效率。

2）數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)：學(xué)校的教學(xué)數(shù)據(jù)和教務(wù)數(shù)據(jù)非常重要，通過將這些數(shù)據(jù)存儲在NAS系統(tǒng)中并進(jìn)行定期備份，可以確保數(shù)據(jù)的安全性和可恢復(fù)性。

NAS設(shè)備支持RAID技術(shù)，RAID是將多個硬盤聚合成一個存儲池的數(shù)據(jù)存儲虛擬化技術(shù)。不同類別的RAID可提供的存儲服務(wù)性能、存儲容量和可靠性不同。使用時可根據(jù)數(shù)據(jù)的可靠性、容錯保護(hù)能力、容量和性能、數(shù)據(jù)冗余性以及未來的擴(kuò)容要求等綜合考慮，選擇合適的RAID類型，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和冗余性，確保當(dāng)一塊硬盤發(fā)生故障，數(shù)據(jù)不會丟失且不影響操作。

3）遠(yuǎn)程訪問和共享：教師可以通過遠(yuǎn)程訪問NAS系統(tǒng)，隨時隨地查看和管理存儲在其中的教學(xué)資源和數(shù)據(jù)。NAS系統(tǒng)支持云同步功能，教師和學(xué)生可以在外網(wǎng)通過互聯(lián)網(wǎng)訪問存儲的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)和協(xié)作。

4）數(shù)據(jù)安全保護(hù)：NAS系統(tǒng)內(nèi)置一體化、跨平臺的數(shù)據(jù)備份、容災(zāi)方案，能夠抵御病毒傳播，防范勒索病毒侵襲，保護(hù)校園的珍貴教學(xué)資源。集中備份、管理并部署教師電腦和校園服務(wù)器的備份任務(wù)，提供區(qū)塊級增量備份、跨平臺全局重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等高級備份功能，確保數(shù)據(jù)的安全性、一致性。

2 教學(xué)診改如何運(yùn)用多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)

教學(xué)診改可以有效地利用多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)，為教學(xué)過程提供全面、深入的診斷和改進(jìn)支持。這樣既有助于提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果，又為學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)和發(fā)展提供了有力保障。教學(xué)診改利用多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)的方式可歸納為以下幾點。

2.1 數(shù)據(jù)采集與整合

教學(xué)診改首先依賴于多種來源的教學(xué)數(shù)據(jù)，包括文本（如作業(yè)、測試）、圖片（如學(xué)生作品、課堂照片）、音頻（如課堂錄音、學(xué)生語音）和視頻（如教學(xué)視頻、課堂錄像）等。通過在線教學(xué)平臺、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、課堂互動工具等渠道，自動或手動收集這些多模態(tài)數(shù)據(jù)。將收集到的多模態(tài)數(shù)據(jù)整合到一個統(tǒng)一的存儲和分析系統(tǒng)NAS中，以便后續(xù)的診斷和改進(jìn)工作使用。

2.2 數(shù)據(jù)存儲與管理

由于多模態(tài)數(shù)據(jù)的體積較大，需要通過數(shù)據(jù)備份、加密、訪問控制等數(shù)據(jù)保護(hù)手段，利用 NAS（網(wǎng)絡(luò)附加存儲）等技術(shù)，在保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性的同時，提供大容量、高性能的存儲解決方案。NAS能提供便捷的數(shù)據(jù)訪問接口和工具，使教師和管理人員能夠方便地查看和分析存儲的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析與診斷

多模態(tài)數(shù)據(jù)存儲后可以利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等，對多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析。例如，通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為及表現(xiàn)、教師的教學(xué)行為和教學(xué)效果，識別出有效的教學(xué)模式和教學(xué)中存在的問題?；跀?shù)據(jù)分析結(jié)果，診斷出教學(xué)過程中存在的問題和短板，如教學(xué)方法不當(dāng)、學(xué)生學(xué)習(xí)動力不足等[6]。

2.4 制定教學(xué)改進(jìn)策略

根據(jù)數(shù)據(jù)分析的診斷結(jié)果，為每一個學(xué)生制定提高學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率的個性化教學(xué)策略。針對數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)的問題，優(yōu)化教學(xué)流程，如調(diào)整課程內(nèi)容或教學(xué)進(jìn)度安排、改進(jìn)教學(xué)方法教學(xué)模式等。還可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和能力層次，推薦適合的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)輔助材料供學(xué)生參考及學(xué)習(xí)。

2.5 反饋與持續(xù)優(yōu)化

及時對NAS上存儲的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷，并及時向教師和學(xué)生反饋診斷結(jié)果，幫助他們了解教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題以及教學(xué)改進(jìn)的方向。

通過存儲在NAS上的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)可以定期對教學(xué)過程進(jìn)行監(jiān)測和評估，確保診改措施的有效性和可持續(xù)性。根據(jù)反饋和監(jiān)測結(jié)果，不斷迭代和優(yōu)化診改措施，以提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

3 NAS與教學(xué)診改結(jié)合的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲優(yōu)化方案

通過NAS（網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器）技術(shù)和教學(xué)診斷改進(jìn)流程及需求的結(jié)合，優(yōu)化多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)的存儲管理，為教學(xué)診改提供準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)支持。通過NAS的集中存儲和高效管理，簡化存儲管理流程，降低運(yùn)維成本，確保教學(xué)資源管理和使用效率的提高，確保數(shù)據(jù)的安全可靠，實現(xiàn)多模態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)的快速存取、備份和恢復(fù)。同時此方案可以使教育機(jī)構(gòu)能夠更好地管理和利用教學(xué)數(shù)據(jù)，確保教學(xué)活動的持續(xù)改進(jìn)，從而提升教學(xué)質(zhì)量和效率。具體可以按照以下步驟進(jìn)行設(shè)計和實施。

3.1 NAS基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

根據(jù)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)增長趨勢選擇適當(dāng)存儲容量和性能的NAS服務(wù)器，如塔式服務(wù)器或機(jī)架式服務(wù)器。群輝官網(wǎng)提供了NAS推薦工具和RAID容量計算器，如圖1圖和2所示。首先根據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)增長趨勢選擇服務(wù)器的盤位數(shù)和每個硬盤的容量，然后根據(jù)數(shù)據(jù)安全性、性能及數(shù)據(jù)冗余性要求，綜合考慮選擇合適的RAID類型，如圖3所示，不同的RAID類型對盤位數(shù)要求不同，能提供的數(shù)據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)保護(hù)性能也不同，本方案選擇SHR類型。群輝官方網(wǎng)站會根據(jù)選擇的盤位數(shù)及RAID類型，推薦一些建議型號的服務(wù)器供選擇。而架構(gòu)的可擴(kuò)展性則要考慮適應(yīng)未來數(shù)據(jù)量增長，從而合理選擇服務(wù)器型號。服務(wù)器及硬盤準(zhǔn)備好后即可部署系統(tǒng)，安裝NAS操作系統(tǒng)，配置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，確保與現(xiàn)有教育網(wǎng)絡(luò)的兼容性。

3.2 制定數(shù)據(jù)管理策略

首先，將數(shù)據(jù)分為教學(xué)視頻、音頻、文檔等類別，便于管理和訪問。然后，按數(shù)據(jù)的存取頻率分層次地進(jìn)行數(shù)據(jù)資料的熱存和冷存策略。為數(shù)據(jù)添加元數(shù)據(jù)，如創(chuàng)建時間、類型、責(zé)任人等，以優(yōu)化檢索。對數(shù)據(jù)傳輸、加載速度進(jìn)行優(yōu)化，使用戶體驗得到提升并提供個性化的訪問界面。系統(tǒng)應(yīng)支持移動設(shè)備訪問以滿足隨時隨地的學(xué)習(xí)需求。定期評估存儲系統(tǒng)表現(xiàn)和性能，以確保教學(xué)需求。

3.3 安全與隱私保護(hù)措施

實施基于角色的訪問控制（RBAC），區(qū)分教師、學(xué)生、管理員等不同角色，確保只有授權(quán)用戶才能訪問特定數(shù)據(jù)。在存儲和傳輸數(shù)據(jù)過程中進(jìn)行加密，防止未授權(quán)訪問。定期對數(shù)據(jù)資料備份，制訂災(zāi)備方案。

3.4 教學(xué)診改支持

集成教學(xué)活動中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，存儲到NAS中，為教學(xué)診改提供全面的數(shù)據(jù)視圖。利用套件中心的各種套件，開發(fā)或集成數(shù)據(jù)分析工具，幫助教師和管理者從數(shù)據(jù)中獲取洞察，建立基于多模態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)反饋的教學(xué)改進(jìn)機(jī)制。教學(xué)數(shù)據(jù)的分析、模式和趨勢的識別可以使用深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法。利用歷史數(shù)據(jù)預(yù)測教學(xué)資源的使用情況和學(xué)生表現(xiàn)，通過圖表和儀表盤直觀地顯示出分析結(jié)果。

3.5 個性化診改數(shù)據(jù)收集和分析

當(dāng)教學(xué)活動中采集到的數(shù)據(jù)不足以支撐學(xué)生層面的教學(xué)診斷與改進(jìn)時，Synology NAS可用作FTP（文件傳輸協(xié)議）服務(wù)器，讓用戶通過Internet訪問共享文件夾和文件，收集學(xué)生層面?zhèn)€性化的自我診斷數(shù)據(jù)，比如問卷調(diào)查、個人發(fā)展目標(biāo)規(guī)劃情況、參與第二課堂情況、參與專業(yè)協(xié)會情況等。FTP設(shè)置可讓使用者與特定用戶共享Synology NAS中的特定文件夾或允許匿名訪問。此外，F(xiàn)TP設(shè)置時還可根據(jù)需要控制高級設(shè)置，如加密服務(wù)、傳輸日志和傳輸速度限制，設(shè)置方法如圖4所示。SFTP 提供文件安全傳輸?shù)紻SM用戶而無須密碼并降低用戶證書信息的泄漏風(fēng)險。教師和管理員可通過FTP服務(wù)器對收集到的學(xué)生個性化數(shù)據(jù)開展學(xué)生層面的數(shù)據(jù)分析和診斷，督促并幫助學(xué)生實施自我診改。

4 總結(jié)與展望

本文探討了將網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）技術(shù)與教學(xué)診斷與改進(jìn)（診改）相結(jié)合的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)存儲與訪問優(yōu)化方案。通過構(gòu)建一個集中化的NAS平臺，實現(xiàn)了教學(xué)資源的有效整合、安全存儲和快速訪問，為多模態(tài)教學(xué)以及教學(xué)診斷改進(jìn)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。將NAS系統(tǒng)與教學(xué)診改流程緊密結(jié)合，利用存儲的多模態(tài)教學(xué)大數(shù)據(jù)支持教學(xué)診斷和改進(jìn)活動，顯著提升了教學(xué)活動的監(jiān)控、評估和反饋效率。

未來，我們將繼續(xù)探索NAS技術(shù)在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，進(jìn)一步優(yōu)化存儲性能，降低成本，并結(jié)合人工智能技術(shù)，開發(fā)更加智能的教學(xué)診改支持系統(tǒng)。通過持續(xù)的研究和實踐，我們相信NAS技術(shù)將為教育信息化和教學(xué)診改帶來更加深遠(yuǎn)的影響。

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【通聯(lián)編輯：王 力】