基于大数据方法的校园数字化学习港构建研究

姚庆安,郑 虹,徐中宇,郑山红

(长春工业大学 计算机科学与工程学院,吉林 长春 130012)

基于大数据方法的校园数字化学习港构建研究

姚庆安,郑 虹,徐中宇,郑山红

(长春工业大学 计算机科学与工程学院,吉林 长春 130012)

研究了数字化校园的网络配备和学生按需学习特点对数字化校园建设的影响,分析了数字化学习目标及配套资源表示和配套服务建设,构建了基于大数据方法的统一身份识别、集群学习资源、满足个性学习需求的校园数字化学习平台。适应了学生课堂正式学习、课堂外或其他场合的非正式学习等泛在化学习的新学习方式。对数字化校园建设和数字型社会建设都具有一定的示范性意义。同时该平台是基于大数据方法构建的,对扩充人群和扩充资源是有效的,对平台的扩展是可复用的。

大数据方法；数字化学习港;群建共享

随着信息技术的发展,学生的学习方式也正发生转变,移动学习(mobile learning, M-Learning)电子学习(electronic Learning, E-Learning),泛在学习(ubiquitous learning ,U-Learning)已经成为各高校学生的新的重要的学习方式。大数据方法的提出为实现教学和实验新技术做了更好的保证[1-2]。“积件”提出了小素材组合重用的理念,为大数据的教育资源的信息提取、分割、重组、共享等问题做了研究[3]。“学习对象”在结构化和信息交互中,为海量学习资源的数据交换和建设方法提出了技术方案,并为大量资源的共享在工程的层面上得以实现[4]。而“学习活动”在教学层面上实现了教育过程与活动的高水平共享,它支持教学策略、教学方法、教学活动的重用[5]。IMS-LD的出现使教育研究中学习支持系统的研究从关注学习对象转换到关注学习活动[6]。泛在化学习空间AULS(ambient ubiquitous learning space)则来自于普适计算技术[7]。将来的学校,有海量的学习资源(视频、音频、图像、课件、文档等),蕴含大量的知识和信息,每一个学习者都处于一个信息生态环境之中[8]。这些都给依托于网络的校园学习环境建设提供了应用空间,主要是给电子学习系统提供了技术支持。

本文依据学生目前向泛在学习的状态转变、使用学习设备变化及对电子学习资源的新要求,给出了校园数字化学习港电子学习平台,并根据平台的资源需求,分析了平台在MESH校园网络环境下的可构建性,设计了平台构建方案,给出了具体的构建策略,并分析了系统的应用前景及进一步研究的问题。

1 校园数字化学习港

1.1 新型校园学习平台构建的迫切性

许多教学支持系统主要是发挥教师主导作用,未能充分体现学生的主体地位,在E-Learning环境的研究与构建中,单打系统很多,但生命周期短,实施效果不佳,同时暴露出很多问题:

(1) 共享基础学习资源与身份认证的不方便;

(2) 应用软件之间的互操作性问题;

(3) 与“数字校园”(digital campus)其他应用系统存在协同问题,且数据交换困难。

学生按需学习的要求越来越高,校园网的无线化程度越来越高,无线覆盖的面积越来越大,基于新的WLAN校园网的电子学习形式也开始转变,计算机、掌上电脑、PDA、手机等无线化终端请求显示设备在学生中的普及也正改变着学生的生活和学习方式。这些都给新型数字化校园建设提出了新要求,同时也需要有新型校园教育学习平台的出现,来改善单打系统的弊端,满足学生学习的新需求。

1.2 校园数字化学习港定义

校园数字化学习港是为了满足校园学习者日益增长的学习需求而打造的一个面向全校学习个体(这里指学生、有时是教师或其他在学校学习的人),在离学习个体最近的地方,为各种专业、各类课程、各种层次的学习个体提供他们各自所需的信息和知识。

校园数字化学习港是一个以校园网络为依托,在大数据资源的基础上,并且有效地整合校园中已有的最优秀的教育教学资源,增加最新最方便学习模块,并预留系统扩充接口,供学生自由选择、自主学习的绿色教育学习新平台。通过对校园数字化学习港的建设推动校园数字化教育体系的形成,最终形成网络学习型校园学习环境,加快数字化校园的建设进程。

2 校园数字化学习港平台的建设

2.1 建设目标与常用功能

校园数字化学习港平台建设的目标是以学习者需求为驱动,使学习过程数字化、使教学过程数字化、使校园环境数字化。所以要满足学生新学习方式的需要，满足数字化学习环境下展开学习的需要，满足变革教育与学习模式的需要，满足利用数字化学习环境改变现有课堂教学模式的需要，满足数字化校园建设的需要。平台以学习资源存储为基础,以MESH校园网络为运行环境,满足学生常用配套功能系统的服务支持,同时预留扩展功能接口模块,见图1。

图1 校园数字化学习港平台基本配套功能

2.2 资源构建及获取形式

平台要面向的学校全体学生具有不同的专业和方向,所以资源上要涵盖所有专业的相关课程资源,这样内容会非常多,包含文档、图像、音频、视频等,是成PG的大数据量,而学生在层次上具有不同水平,同样课程知识对不同专业也有不同要求,所以资源也要分层次、广覆盖,由简单到复杂分层次、由基础到提高分层次、由分散到综合分层次。

往往这些分层都是相对的,本专业的不同学生或其他专业的学生对同一问题的分层是不同的,因此在建立这些资源库的时候采取“群建”策略,即让所有的学习者都参与到资源的建设中来,通过大家对同一资源或问题的分层来综合评定资源分层级别。同时为了资源利用率的最大化,存储空间的极小化,引入平台的所有存储设备上的学习资源都是“共享”的。“群建共享”是校园数字化学习港资源建设的最大特征,也是大数据下的一个构建基本方法。

学习港平台中海量丰富的学习资源是满足学生个性化学习的保障,但是这些都给存储带来了困难,所以在该学习平台中要求利用一切可以利用的资源存储节点。校园数据库服务器、数字图书馆、公共信息平台、接入该平台的个人电脑和移动存储设备等,都可以作为该平台的存储设备。利用该平台学习不必关注资源来自于哪个具体存储位置,这些对学习者是透明的,由校园数字化学习港通过统一的方式经过数据交换去获取。

3 校园网校园数字化学习港平台的设计

3.1 MESH网的可应用性

无线MESH校园网与传统的无线局域网(WLAN)不同,它改变了每个客户通过一个统一的接入点相连的无线链路方式,在MESH网络中,任何无线的设备节点都可以同时作为接入点和路由器,并且他们都可以接收和发送信号,这就使得每个节点可以与一个或多个节点进行直接通信[9]。这种多跳访问方式的最大特点就是,如果由于网络流量过大而导致最近AP拥塞的话,数据可以自动重新路由到一个就近的通信流量较小的邻近节点。这些都使得MESH校园网成为建立支持泛在学习和移动学习的新型电子学习平台的依托。校园数字化学习港正是这样一个平台,而MESH网的无可比拟的优势(快速部署和易于安装、非视距离传输NLOS、健壮性、结构灵活、高带宽)为平台的泛在可访问性、移动可访问性、稳定性、海量数据的存储分配、快速稳定运行提供了保证。

3.2 校园数字化学习港的设计

MESH网下的学习空间是一个普适计算[7]的学习空间,学习将不受时间和空间的限制,可随时随地在校园中享用学习资源[10-11],其基本框架见图2。

图2 校园数字化学习港的架构

4 校园数字化学习港平台的构建

4.1 整合现有电子学习系统

在我国,教育信息化已经开展了很多年,各高校充分利用校园中的网络资源,都在开展电子学习环境的研究与构建,并且开发了很多电子学习系统,经历过也正经历着实验—探索—积累—发展等一系列过程。近几年电子学习系统激增,但是实施具有强烈的针对性(如精品课网站教学系统)和实域性(如课堂同步教学系统)。这些都属于单打系统,其生命周期较短,导致了最终的实施效果不够理想。但是这些都为校园数字化学习港的构建积累了大量的资源,把这些系统按信息港的构建扩展需求做一定的修改,将资源经过分裂再聚合,动态形成新的学习资源,其处理模型见图3。这样就能把包含在大数据中的最有用的资源轻松整合到校园数字化学习港中,这也是实现“群建共享”和平台构建的第一步。

图3 资源分裂聚合处理模型

4.2 资源存储系统选择

平台目标是面向全校各专业各层次学生,这样就要有大数据量的学习资源需要存储。在存储系统的选择上,首先考虑利用现有存储系统,与数字化图书馆、数据库服务器进行数据的无缝衔接,作为平台的一部分资源,这样能有效避免数据的重复存储。再次考虑加入新的存储系统,其核心逻辑是进行数据交换,把在不同存储节点的数据以统一的方式映像成校园数字化学习港平台资源存储数据库。这样就构成网络大数据[12]存储系统。

4.3 增加新系统并预留系统扩展接口

整个平台要完成统一身份识别、统一管理,必须在整合现有系统的同时增加新系统,以适应电子学习的变化和改进,满足数字化校园的建设目标。统一门户系统作为平台入口要首先构建,其次以专业为主线的课程群资源建设系统、基于活动的教学环节支持系统、对“质量工程”教学改革信息化支持系统、支持平台运转的数据交换系统等都要建立起来。此外,预留扩展接口以适应新学习要求以及平台扩展与整合的需要。最终的校园数字化学习港的基本结构见图4。

5 总结及存在问题

随着信息与网络的飞速发展,数字化学习的优势越显突出,数字化学习方式也发生了转变。文中研究构建的校园数字化学习港是一个电子学习平台,支持泛在学习与移动学习,对未来的校园群数字学习平台和社会数字学习平台的构建具有先验性和可用性,为未来大数据化的数字化校园和数字化社会建设积累了一定的经验和资源。

受依托的网络本身问题(互操作性、通信延迟、安全性等)给系统的安全快速运行带来了影响、学习港平台最终要完成与其他校园平台协同工作、要完成学习资源数据库与其他平台数据库的无缝链接,这些都给平台的设计和实现带来了困难，而资源存储建设过程对许多存储设备节点的协作也是难题之一。

图4 校园数字化学习港的结构

References)

[1] 赵秀娟.大数据,健康新闻传播新机遇[J].电子测试,2013(16):244-245.

[2] 刘琼.大数据环境下图书馆面临的影响与挑战[J].理论观察,2013(8):112-113.

[3] 黎加厚.从课件到积件:我国学校课堂计算机辅助教学的新发展[J].电化教育研究,1997(4):50-53.

[4] Advanced Distributed Learning.SCORM 2004 4th Edition[EB/OL].http://www.adlnet.gov/,2004.

[5] Sandy Britain.A Review of Learning Design: Concept,Specifications and Tools[EB/OL].http://www.jisc.ac.uk/uploaded_documents/ACF1ABB.doc,2004.

[6] MS Global Learning Consortium. IMS Learning Design Specification[EB/OL].http://www.imsglobal.org/learningdesign/,2003.

[7] 徐光佑,许元春,谢伟凯.普适计算[J].计算机学报.2003,26(9),1042-1050.

[8] Tak-Wai Chan,Jeremy Roschelle,Sherry Hsi,et al. One-to-one technology enhanced learning: An opportunity for global research collaboration[J].Research and Practice in Technology Enhanced Learning,2005,1(1):3-29.

[9] Bruno R,Conti M,Gregori E.Mesh networks:Commodity multihop Ad Hoc networks[J].IEEE Communications Magazine,2005,43(3):123-131

[10] 余胜泉,杨现民,程罡.泛在学习环境中的学习资源设计与共享:“学习元”的理念与结构[J].开放教育研究,2009(1):47-53.

[11] 余胜泉,程罡,董京.e-Learning新解:网络教学范式的转换[J].远程教育杂志,2009(3):3-15.

[12] 王元卓,靳小龙,程学旗.网络大数据:现状与展望[J].计算机学报,2013(6):1125-1138.

Research on construction of campus digital learning hub based on big data method

Yao Qing’an,Zheng Hong,Xu Zhongyu,Zheng Shanhong

(College of Computer Science and Engineering,Changchun University of Technology,Changchun 130012,China)

This paper researches on the network configuration of digital campus,as well as the effect on digital campus construction caused by on-demand learning style, analyzes the target of digital learning,resources expression and service development,and constructs the model of Campus Digital Learning Hub(CDLH) platform including uniform identity recognition and clustering learning resources which can meet the need for personalized learning based on big data method. CDLH supports many kinds of learning styles such as formal learning,informal learning,mobile learning(M-learning),electronic learning(E-learning) and ubiquitous learning(U-learning). It has exemplariness significance for digital campus and digital society development. CDLH platform is effective for user extension and reusable.

big data method;digital learning hub;group contribution and sharing

2014- 05- 21 修改日期：2014- 07- 15

教育部高职高专计算机类专业教指委2012年度规划课题(JZW590112);吉林省教育科学“十二五”规划2013年度课题(GH13134)

姚庆安(1975-),男,吉林磐石,硕士,讲师,主要从事数字图像处理、智能计算及生物信息方面的研究.

E-mail：yao@mail.ccut.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)1- 0199- 03