基于LNMP架构实现的智联云系统

刘晨旭，黄 磊，胡占斌

（邵阳学院，湖南 邵阳 422099）

0 引 言

网络技术是现代教育技术领域中的前沿技术，因具有资源共享性、开放性和交互性而成为21世纪的主流。互联网技术和人工智能技术的结合促使各个行业升级转变成为当前的研究热潮，新时代教育智能化也正在成为教育行业发展的新航向。虽然基于互联网技术的线上考试和测评系统近些年已经得到普及，而结合智能化技术对教学过程进行优化则成为教育发展的新突破口，尤其是在教学过程中对学生学习轨迹的记录、学习数据的收集和统计、学习能力数据分析等可以更加客观地评价学生的实际学习情况。针对线上测评，如何减少主观偏差，提高效率和科学性成为研究热点[1-5]。

借助教育信息化和智能化技术，替代以往只能由知识传授者完成的教学分析等工作，使得教学分析可以以每个具体的学生为主体进行针对性分析并给出学习指导[6]。AIED覆盖教、学、考、评、管全流程，构建不同的教育AI场景，智能化批改、在线自动测评系统是其中比较典型的应用细分领域。在线测评系统（Online Judge）起源于国家大学生程序设计竞赛（ACM/ICPC），是一种采用黑盒测试原理进行计算机程序正确性判断的自动化程序[7]。

智能作业评测领域内[8]，英语写作自动评价在线写作训练平台应用最广泛，国际上以PEG、E-rater、Writing Roadmap、My Access！ Criterion、Holt Online Essay soring、IEA 等系统为代表，国内以新东方作文批改网、冰果英语作文智能评阅系统、句酷批改网等为代表，还有东方讯飞教育科技有限公司的RealSkill支持作文拍照上传批阅。在汉语作文批改方面，2016年中国语言智能研究中心发布了面向中小学生、海外华裔、二语学习者三类群体的中文作文智能评测系统及汉语写作教学综合智能训练系统，借助语言大数据可对作文自动评级、打分、纠错[9]。教育领域的信息化发展正迅速从移动学习过渡到AI，未来4～5年将会通过AI与混合现实技术的结合，实现对所有教育阶段的全方位影响，AIED是未来推动教育信息化改革的关键力量。AI应用具有高度迁移能力。非教育领域的AI应用成果在经过适当改造后可迅速进入教育领域，这为AIED发展带来无限机遇[2]。

智能化在线测评通过及时反馈评价结果并形成闭环，科学决策辅助教学管理，可以综合培养学生探索、分析、认知能力，使得综合素质评价更加公平、科学合理，对于全面提升学生综合素质有着很强的指导与促进作用。未来构建与学校常态化教育教学活动结合的数据采集方案，通过科学有效的内容监管和诚信体系完整记录学生成长数据，开展过程性评价和终结性评价；引进学生、家长、学校、第三方等多元评价主体，并能够基于国家和区域标准提供评价结果的智能试算[10]。

1 系统相关技术

本系统用到的工具与技术主要有：（1）整体上的LNMP架构：是一组通常一起部署使用来运行动态异步/同步网站或者是服务器上的自由软件。其中L表示Linux，是一类Unix计算机操作系统的统称，也是目前最流行的免费操作系统。N表示Nginx，是一个小巧而高效的Linux下的Web服务器软件，它作为负载均衡服务器，既可以在内部直接支持Rails和Python，也可以作为 HTTP代理服务器对外进行服务；Nginx 是用C语言编写的，不管是系统资源开销，还是CPU使用效率都比Perlbal要好得多。M表示MySQL，是一个小规模关系型数据库管理系统，用来存放各数据之间的关系映射。P表示Python，其解释器易于扩展，可以使用C或C++（或者其他可以通过C调用的语言）扩充为新的功能和数据类型。（2）前台搭建的Vue框架：是—套用于构建用户界面（UI）的渐进式JavaScript框架。与其他大型框架的差异是本框架被设计成可以自底向上逐层沿用。它的主要库只关注视图层，不仅易于上手，还便于与第三方库或既有项目进行整合。另一方面，当与较流行的技术栈以及各类支持类库彼此结合使用时，它也能够全方位为不同应用场景的单页应用（SPA）提供驱动。（3）中间件技术Node.JS：通过面向一些较特殊的用例优化改进，支持可替代的API，使得V8在非浏览器环境下能够更好地运行，V8引擎执行JavaScript的速度非常快、性能非常好，是基于Chrome JavaScript运行时建立的环境，可方便地建立起响应速度快、便于扩充的网络应用。（4）后台搭建的Django框架：是一个开放源代码的Web应用框架，由Python编写而成。结合了MTV的框架模式，即模型Model、视图View和模版Template，它使开发者可以高效、便捷地实现高质量、易运维、结合数据库驱动的应用程序，构建用户界面的Element-UI以及一些高弹性的技术，如Redis数据库、异步Ajax以及易班开发者平台、GitHub等各大互联网平台的API调用，还可以配合目前主流的容器技术Docker进行快速定制化部署实现。

2 设计与实现

2.1 前台模块实现

2.1.1 首页界面的实现

通过首页URL进入平台就可以清楚地看到本智联云系统涵盖的一些基本功能，如图1所示。前台界面中的项目根系统可以个性化定制知识竞赛试题模块、用户管理（注册、登录、注销等）模块，每位用户都能够拥有属于自己的世界；三大子系统分别为AI领域论文提交模块、团队风貌模块和辅导员问卷调查模块；结合Element-UI框架实现的中间的大滚屏、高质感矢量图等主要为了提升用户体验度。

图1 智习室首页

2.1.2 竞赛答题页面的实现

学生成功登录平台后可以在平台首页选择热门比赛来进行随机试题测试；进入相应的电子试卷后，确认过信息即可开始答题，根据试题的难易程度会分配不同的答题时间；完成答题并提交后，能够看到自己的成绩以及相应的排行榜，在会员中心点击“发布成绩”，选择指定的学生和要录入的相应科目，输入分数，若有其他备注可以填写进去，最后确认提交即可，如图2所示。

图2 竞赛答题界面

2.1.3 论文提交子模块页面的实现

论文提交子模块主要提供各种形式的数据接收和可视化渠道，后台算法分析是由另一台服务器支持的。以某课题组导师和研究生共同合作开展的人工智能生物工程领域的研究项目论文为例，展示部分实现界面效果如图3所示。

图3 论文提交子界面

2.1.4 辅导员评测模块的实现

在系统导航栏中选择了问卷调查之后，会出现一个基于纯前端三件套实现的微动态界面，用手机易班APP扫描其上的二维码之后，随即自动跳转至相应界面（PC端设置管理员后台，不支持用户使用），可根据相对应的个人、辅导员信息填写问卷（部分数据通过易班平台接口授权后间接实现采集获取）；在线提交后，会实现实时动态评分渲染，相应的数据也通过后台管理。问卷的内容可定制化，可以根据需求进行替换。界面显示如图4所示。

图4 辅导员测评界面

2.2 后台模块实现

2.2.1 后台管理模块的实现

后台管理模块主要为了简便控制各数据模型，若直接操作数据库会非常麻烦，同时还需要具有扎实专业素养的人才。实现了专门的后台管理系统后，主管理员可以根据需求下放权限，减少不法分子由于权限过高而胡乱操作的行为；并且这样的界面十分友好，即使没有计算机专业能力基础，稍加学习即可快速上手，进而操作各数据模型的增删改查，如图5所示。

图5 试题相关管理界面

2.2.2 后台各路由API接口的实现

由于该项目目前已经基本实现了前后端分离开发，因此一个优良的API接口文档便是二者之间的核心枢纽。在此后台REST Framework框架中，根据最新JSON数据格式，针对不同的请求应用场景，设计了不同的接口文档，并且在其中嵌入核心的请求头，提升安全性和兼容性的同时，也增强了接口的准确性，所有数据皆通过其访问，可以实现程序内部数据传递和操作界面手动提交这两种功能，如图6所示。

图6 后台各路由API接口界面

3 结 语

目前教育领域的智能化应用已经处于从教学辅助阶段到价值创造阶段的过渡时期，因此在线教育只是一个过渡，未来一定会结合更加个性智能化的技术，现已在线下智能课堂、智能测评、智能题库、智能错因诊断、智能课堂质量评估、智能排课等场景实现落地应用并形成了一批可复制、可推广的解决方案。未来随着知识图谱、认知计算、自然语言处理等技术的不断发展，智能化将覆盖教学流程的更多场景、接入更多教学环节。本文基于当前疫情形势下的线上学习背景，研究国内目前已有的线上教学和测评的成果，分析线上教学测评特点和不足，结合数据分析、人工智能等智能教育创新手段，采用Django + Vue.js + Element-UI + Linux + Nginx +Node.js + MySQL架构实现开发理念和技术手段先进的智联云系统。该系统具有新型、方便、高效、实用的特点，以现代化教学模式进行线上教学，实现了以“学生为主，教师为辅”的教学方式。