基于大数据背景下智慧教育云平台的设计与实现

2018-12-22杨青云成都航空职业技术学院

数码世界 2018年3期

杨青云成都航空职业技术学院

我国已经进入了大数据时代，在大数据时代的背景下，互联网和云技术得到了快速的发展，这对我国的教育领域和教育事业也带来了很大的影响，智慧教育也朝着网络化、数字化和智能化的方向发展，而要想实现智慧教育的云时代，就要做好智慧教育云平台的设计和实现，这就要求人们要熟悉大数据下智慧教育云平台的设计原则，并遵循相关的设计原则来开展设计工作，实现智慧教育云平台。

1 大数据和智慧教育概述

1.1 大数据的定义与应用

大数据最早是用来描述网络搜索引擎更新时需要处理和分析的大量的数据集，目前大数据已经成为了非常流行的词汇，是IT界和学术界研究的热点问题，大数据是指海量和复杂的数据集合，采用现有的软件还不能进行有效的搜索、存储和共享。大数据包括非结构化数据、结构化数据和半结构化数据，种类比较多样，具有重要的信息价值。充分利用大数据技术能够构建复杂的模型，利用相关的知识计算能够从大数据中提取出有用的价值，并实现对这些数据价值的应用，构建成一个知识库，这个知识库可以供人们查询相关数据，并对相关的数据集进行分析和计算[1]。

要想充分利用这些大数据的价值，就要先构建一个数据库，将多元的知识和信息进行有效整合，以此来发挥作用，供人们使用。将非结构化的数据和结构化的数据存储在数据中心之后，就可以充分利用数据挖掘技术来分析和挖掘数据，这样教师就可以对学习者的学习动态相关数据熟悉掌握，从而了解学习者的学习状况，以此为依据来评估学习者的学习效果和掌握的技能水平。对于学习者在学习过程中出现的问题，也可以利用大数据技术来进行智能诊断，并将诊断的结果推送到用户端，方便人们了解。

1.2 智慧教育的概念与研究意义

智慧教育是一种新型的教育行为，其是由国家、学校和区域共同提供的一种教育方式和教学模式，具有非常高的教学效率，同时教育内容的适配性非常高，可以给学习者提供良好的学习体验。智慧教育充分利用各种先进的教学教育技术来为教师、学生提供各种服务，教师可以结合自己的教育需求来选择相应的教学资源，而学生也可以根据自己的需求和兴趣来选择学习内容，这种教育方式能够提供差异化的服务和支持，可以促进公平教育，有效改善教育效果。

智慧教育的教育最终目标是培养创新型和智慧型的人才，利用的核心技术主要包括移动通信、物联网、云计算和大数据等，构建了智慧学习环境，并且采用智慧教育方法来实现教学。智慧教育云平台就是元计算在教育领域的应用，是一种新型的服务平台，利用虚拟化技术、云计算技术和分布式存储技术等构建智能化的学习平台，可以实现智慧学习和智慧教学，同时加强智慧管理和智慧评价，能够有效解决现阶段教育领域中的各种弊端和问题，实现了教育资源的最大化利用，体现了教育资源的有效共享和按需使用，人们可以结合自己的实际需求来查询使用相关的教育资源[2]。

2 大数据下智慧教育云平台的设计原则

2.1 可行性原则

大数据背景下的智慧教育云平台设计应该遵循可行性的原则，考虑这个平台的设计是可行的，在设计和实现过程中需要使用到哪些关键的技术，设计出来的平台实用，能够发挥优势为人们提供智慧教育和智慧学习环境。

2.2 综合性原则

智慧教育云平台的设计实现还应该遵循综合性的原则，智慧教育云平台是同时为学生和教师、家长等提供的服务平台，因此在设计过程中一定要从不同用户的角度考虑来设计开发，要综合考虑，设计出能够同时满足学生、教师和家长的支持平台，要结合学生的学习需求和教师的教学需求来进行设计，从整体层面来考虑，不能仅仅从一个用户群体来设计，所以智慧教育云平台的设计要遵循综合性原则。

2.3 可拓展性原则

一个优秀、良好的智慧教育云平台要能够按照实际需求来进行部署，对一些动态资源能够进行智慧管理控制和重新构建，这就要求智慧教育云平台就有良好的可拓展性，在平台设计过程中，要充分利用人工智能技术、虚拟化技术、大数据技术和云技术等来设计出可拓展的云平台[3]。

2.4 易操作性原则

智慧教育云平台是一种提供智慧学习、智慧教学和智慧管理、智慧评估的平台，在设计过程中，要确保学生和教师在利用这个平台来学习、教学时的操作是简单的，不能太复杂，否则教师和学生不能灵活应用，智慧教育云平台也就不能发挥应有的作用，会严重影响学习效果和教学进度。因此智慧教育云平台应该遵循易操作性的原则。

2.5 安全性原则

在智慧教育云平台设计中还应该遵循安全性的原则，以保障用户在使用这个平台学习和教学时的安全性，因此设计时要区分不同用户的权限，做好安全防护，避免整个云平台遭受黑客的攻击或者受到计算机病毒的侵害[4]。对于一些比较重要的信息一定要进行加密处理，确保相关大数据的安全性和完整性。

3 大数据下智慧教育云平台的设计与实现

3.1 智慧教育云平台的总体构架

大数据下的智慧教育云平台总体构架一共包括七层，分别为网络层、应用层、物理层、用户层、逻辑层、虚拟资源层、展现层。其中（1）网络层：网络层在展现层和用户层之间，用户可以通过CTNEF和CMNET来网络接入智慧教育云平台；（2）应用层：应用层在展现层和逻辑层之间，主要由智慧管理、智慧学习、智慧教学、智慧环境、智慧服务和智慧评价等组成，是为家长、教师和学生提供各种应用服务的模块，可以结合用户的身份来提供个性化的智慧服务；（3）物理层：物理层主要包括一些硬件设备，计算机、网络设备、海量数据存储设备和服务器等；（4）用户层：用户层在网络上上面，支持PC机和手机等多种终端设备接入访问，进入到整个智慧教育云平台；（5）逻辑层：逻辑层是在应用层和虚拟资源层之间，是负责对平台的资源和任务进行管理，为用户提供安全有效的服务，是整个智慧教育云平台的核心管理层，能够及时响应用户提出的各种请求；（6）虚拟资源层：虚拟资源层是在逻辑层和物理层之间，这个部分是为整个云平台的正常运行提供保障，包括存储资源池、网络资源池、计算资源池和数据资源池这几个部分；（7）展现层：展现层包括接入模块、展现模块和可视化模块这三个部分，其中接入模块又包括接入授权、服务接入和接入配置等，展现模块主要包括个性化设置、栏目展现、个人信息管理、信息推送、栏目管理、注册登入和内容搜索等部分，可视化模块主要包括可视化智慧教育管控和在线数据信息可视化等组成，整个展现层主要是为WEB门户、手机客户端和WAP门户提供展现方式。

3.2 智慧教育云平台开发和测试

智慧教育云平台的技术路线是采用统一的数据管理，整个系统的不同功能模块能够实现数据的共享，为了提高数据的获取速度，避免不同数据之间同批次获取，使数据的互相覆盖率提升，因此可以采用互享和数据共通的技术，实现对数据结构的统一管理，不仅能够提高数据的处理效率，同时还能够确保数据是统一处理的[5]。系统构架设计采用多层多阶，结合具体的功能来对系统进行分层，在同一层中可以构建不同的功能阶。划分不同阶段的业务需求，组成阶。架构采用开放的系统，应用程序采用基于组件的技术，采用面向对象的技术来提高整个架构的可延展性和合规性，大大提高系统的开发效率。

基于组件的开发能够有效对系统内部的不同功能子模块进行重复调用。系统构架的设计可以从用户界面集成、应用集成和数据集成来设计，在用户选择界面的规划时应该使用统一的设计思路，系统设计采用SOA软件构架来实现，使子系统的功能简化和精确，区分存储不同系统模块的功能数据。整个平台的不同子系统会产生各种不同类型的数据，数据量非常大，对于数据的准确性和完整性可以通过在各个子功能模块输出功能后端设置实时数据变动预警模块来实现，并且不同功能子模块产生的数据是互通的[6]。

在完成系统的开发和设计之后，还要对系统进行测试，测试环节是一个非常重要的环节，是检测智慧教育云平台能否正常为人们提供智慧服务的重要过程，如果测试不合格，就要对系统进行重新设计或者改造，直到合格为止。智慧教育云平台测试因素包括智慧教育云平台的完整度、授权、性能和是否易于操作等，其中完整度测试是检测云平台是否符合实现的准确程度，检测结果为符合，授权测试显示各种级别的授权可以完成不同级别，性能检测的结果是云平台对系统资源的占用比较低，并且系统的延时短。系统测试的内容包括对各个模块功能的测试，检查不同模块是否有重复互通的问题。测试方法可以采用渐增式测试。