大數(shù)據(jù)分析技術(shù)下的智慧教育平臺設(shè)計

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摘要：為實現(xiàn)教育過程中的一站式在線服務(wù)，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計包括數(shù)據(jù)資源庫、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。大數(shù)據(jù)分析層采用Hbase數(shù)據(jù)庫結(jié)合SQL計算執(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)層通過驗證用戶、服務(wù)綁定和服務(wù)提供，使平臺用戶享受平臺存儲文件、課程管理和課程等服務(wù)。智慧教育信息云服務(wù)層中在線學(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、教師在線或錄播授課以及學(xué)生課程選擇與確定功能的實現(xiàn)，實現(xiàn)教師、管理員以及學(xué)生的在線信息交流。平臺測試結(jié)果表明，該平臺可根據(jù)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)行為提供個性化教學(xué)和管理，實現(xiàn)教師、管理員與學(xué)生的在線交流，且平臺教育資源存儲服務(wù)和教育資源門戶服務(wù)均可實現(xiàn)，應(yīng)用價值高。

關(guān)鍵詞：教育平臺設(shè)計；智慧教育；課程管理；大數(shù)據(jù)分析；在線學(xué)習(xí)；教育資源存儲

引言

當(dāng)前由于存在海量教育資源，導(dǎo)致教育應(yīng)用平臺建設(shè)資源分散和低水平重復(fù)建設(shè)問題嚴(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，但尚未能實現(xiàn)大數(shù)據(jù)下的智能服務(wù)，造成教育平臺建設(shè)發(fā)展不均衡，無法向教師、管理員和學(xué)生提供一站式在線服務(wù)，成為影響教育信息化的重要難點。智慧教育是指將信息化理念運用在教育領(lǐng)域[1]，全面深入地運用現(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)存儲特點[2]，構(gòu)建大數(shù)據(jù)環(huán)境下的智慧教育平臺，克服學(xué)習(xí)障礙，實現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)是眾多學(xué)者關(guān)注的熱點問題。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)生簡化智慧教育平臺開發(fā)部署過程，構(gòu)建出適合教育和科學(xué)研究的智慧教育平臺，為平臺使用者提供存儲文件、課程管理和課程等服務(wù)。發(fā)展智慧教育云平臺能夠在為學(xué)生創(chuàng)建良好學(xué)習(xí)環(huán)境的同時，向教師、管理員和學(xué)生提供一站式在線服務(wù)[3]，因此，本文基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計智慧教育平臺。

1智慧教育平臺設(shè)計

1.1大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺

智慧教育平臺采用大數(shù)據(jù)分析平臺的分布式框架。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺將大數(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，用于智慧教育平臺設(shè)計過程中，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺框架如圖1所示。SQOOP數(shù)字交換工具通過同步學(xué)校以及外部存儲系統(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)庫結(jié)合SQL計算執(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平臺總體架構(gòu)設(shè)計

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計的智慧教育平臺總體架構(gòu)包括數(shù)據(jù)資源庫、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)的智慧教育平臺總體架構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)資源庫中包括所有智慧教育平臺設(shè)計數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳遞至大數(shù)據(jù)分析層，采用SQL計算執(zhí)行引擎計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]，使使用者在移動終端界面體驗智慧教育平臺的各種服務(wù)。

1.3智慧教育信息云服務(wù)層設(shè)計

智慧教育信息云服務(wù)層連接平臺使用者與平臺應(yīng)用服務(wù)[8⁃10]，是智慧教育平臺的核心層次，具體包括在線學(xué)習(xí)和平臺信息與管理兩個模塊，在線學(xué)習(xí)模塊包括教學(xué)、審核和交流功能，平臺信息與管理通過用戶注冊賬戶、權(quán)限分配和身份審核等實現(xiàn)平臺信息管理。智慧教育信息云服務(wù)層中平臺使用者與平臺服務(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。使用者通過平臺注冊、用戶管理和登錄校驗操作，完成智慧教育平臺的注冊登錄，管理掌握智慧教育平臺所有注冊教師、管理員以及學(xué)生的所有基礎(chǔ)信息，便于智慧教育平臺集中管理[11⁃12]；服務(wù)方面，智慧教育平臺服務(wù)通過服務(wù)注冊、服務(wù)查找和服務(wù)管理將平臺服務(wù)授權(quán)給平臺使用者，智慧教育平臺服務(wù)通過用戶驗證、服務(wù)綁定和服務(wù)提供，實現(xiàn)平臺存儲文件、課程管理和課程等服務(wù)的使用者授權(quán)，使用者即可享受智慧教育平臺服務(wù)。

1.4平臺實現(xiàn)

1.4.1在線學(xué)習(xí)模塊實現(xiàn)在線學(xué)習(xí)模塊是智慧教育平臺智慧教育信息云服務(wù)層的核心，在線學(xué)習(xí)模塊教學(xué)功能是否全面、審核功能是否細(xì)致以及使用者體驗感均影響智慧教育平臺教師、管理員以及學(xué)生在線交流狀態(tài)[13]。在線學(xué)習(xí)模塊包括學(xué)生、教師和管理員，在線學(xué)習(xí)模塊功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。在線學(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的教學(xué)課程質(zhì)量。管理員通過跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度并對學(xué)習(xí)過程采取持續(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的在線學(xué)習(xí)模塊完成教學(xué)準(zhǔn)備并通過直播或錄播對學(xué)生進(jìn)行授課，在線解答學(xué)生疑問，教師在課程結(jié)束后向?qū)W生課程任務(wù)和課程總結(jié)等實訓(xùn)練習(xí)用于輔助教學(xué)練習(xí)。學(xué)生可在在線學(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)束后需完成實訓(xùn)練習(xí)，否則，無法進(jìn)入下階段課程學(xué)習(xí)。

1.4.2平臺信息與管理模塊實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智慧教育平臺信息和管理流程圖如圖5所示。通過自定義查詢與統(tǒng)計判斷平臺用戶添加是否成功，添加成功，則針對教師、管理員或?qū)W生分配平臺使用權(quán)限，權(quán)限不同，則信息和管理權(quán)限不同，將填寫后身份信息交于學(xué)校審核[15]，學(xué)校審核完成后即可允許信息，完成智慧教育平臺信息和管理。智慧教育信息管理分為初級和高級管理兩層面：初級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和高級層次管理均可為教育平臺管理提供智慧教育服務(wù)，滿足教師、管理員和學(xué)生的個性信息服務(wù)和決策信息服務(wù)。

2智慧教育平臺性能測試

實驗以某高校為研究對象，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)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)生個性化學(xué)習(xí)行為畫像，如圖6所示。智慧教育平臺根據(jù)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)行為提供個性化教學(xué)和管理，不斷優(yōu)化完善智慧教育平臺教學(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設(shè)計，提供更加個性化的平臺服務(wù)。基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計智慧教育平臺師生在線交流功能測試結(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現(xiàn)在線互動。結(jié)果表明，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計的智慧教育平臺可實現(xiàn)師生在線交流功能，方便師生交流課程內(nèi)容。智慧教育平臺功能測試目標(biāo)是確保智慧教育平臺以及平臺各層次能正常使用，平臺測試時需要多種智能終端對平臺實施服務(wù)訪問，測試平臺各項功能能否實現(xiàn)。表1是對平臺核心服務(wù)的測試用例描述，且從表1平臺功能測試結(jié)果可知，本文設(shè)計智慧教育平臺各項功能均可實現(xiàn)，說明采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計智能教育平臺可廣泛應(yīng)用。

3結(jié)語

采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)設(shè)計的智慧教育平臺，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)教育平臺中教師、管理者以及學(xué)生間的在線交流，且智慧教育平臺的服務(wù)管理、遠(yuǎn)程教育和教育資源門戶服務(wù)等功能能夠較好實現(xiàn)，并能提高個性化教育方法，因此大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深入用于智慧教育平臺設(shè)計意義深遠(yuǎn)。

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作者：施萬里 張余輝 單位：贛南師范大學(xué)