基于NAS和教学诊改的多模态教学大数据存储访问优化研究

摘要：本文提出一种基于网络附加存储（NAS）和教学诊断与改进（诊改）的多模态教学大数据存储与访问优化方案。该方案通过NAS实现多模态教学资源的集中存储、高效管理和安全共享，利用这些多模态教学数据实现教学活动的持续诊断改进和教育质量的提升。本文分析了NAS和多模态教学数据的特点、存储要求以及NAS在其中的应用。在此基础上，本文结合教学诊改流程，设计了基于NAS的多模态教学大数据存储优化方案。

关键词：网络附加存储（NAS）；教学诊改；多模态教学；大数据；存储优化

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）24-0081-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

在教育信息化浪潮中，多模态教学以其丰富的教学资源和强互动性，正逐渐成为教育领域的新宠。但随之而来的是庞大的多模态数据如何进行有效存储和访问的问题。网络附加存储（NAS）技术以其集中管理、易于扩展和成本效益高等特点，为解决这一问题提供了新思路。此外，教学诊改作为提高教育质量的重要手段，需要准确可靠的教学数据支撑。因此，本文提出一种整合NAS与教学诊改的多模态教学大数据存储访问优化方案，实现教学资源高效管理和教学诊改有效执行。

1 NAS及其在多模态教学大数据存储中的应用

1.1 NAS概述

NAS定义为专用资料储存服务器，是一种提供跨平台共享文件功能的专用资料存储服务器，包括存储装置（如磁盘阵列、可移动储存介质）及内嵌系统软体等。NAS通常在一个能够让用户在网络上存取数据的局域网络上，在没有应用服务器干预的情况下拥有自己的节点，在这样的配置中NAS集中管理和处理网络上的所有数据，卸载来自应用或企业服务器的负载，有效降低拥有成本。NAS本身能够支持多种协议（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等）[1]，能够支持多种操作系统，利用IE 或 Edge等浏览器，NAS设备可以通过任何工作站进行直观方便的管理。

NAS具有以下优势和特点：NAS易于部署和管理，设备通常即插即用且配置简单，可以快速部署到现有的网络环境中。NAS设备通常支持数据备份和恢复功能，确保数据的安全性和可恢复性。NAS提供了一种经济高效的存储解决方案，系统设计为模块化允许用户根据需要灵活添加存储容量或处理能力，扩展系统。与传统的SAN（存储区域网络）相比，NAS通常具有更低的部署和维护成本。使用NAS时文件服务由NAS设备承担，服务器专注于处理计算密集型任务可以减轻服务器负担。NAS允许多个用户通过网络访问存储在NAS上的相同数据，NAS设备上可以同时运行多种文件系统（NFS、CIFS等）、同时支持Unix、Linux、Windows等操作系统，便于协作工作和不同平台间的资源共享。NAS提供了一个集中化的存储解决方案，使得教育机构能够将分散在不同设备上的数据集中存储和管理。NAS可以作为校园网盘、备份解决方案，支持多种媒体教学资源的存储和共享。

1.2 多模态教学及多模态教学资源的存储管理要求

多模态教学是指通过语言、图像、声音、视频等多种模态符号，在教学过程中综合运用视觉、听觉、触觉等多种感官通道进行教学的方法[2]。这种教学方式可以更好地满足不同学习者的学习需要，更好地提升教学效果。多模态教学能够激发学生的多元智能，促进学生认知能力的提高。多模态教学通过丰富的教学媒介能够吸引学生的关注，提高学生的学习兴趣，增强学习动力。不同的模态可以相互补充，帮助学生从不同角度理解复杂的概念和信息，提升信息理解能力。多模态教学能够满足不同学习风格和偏好的学生，支持个性化学习路径的设计，实现个性化学习。多种感官的刺激有助于加强记忆，多模态教学有助于学生更好地记忆和回忆信息，提高记忆效果。多模态教学可以鼓励学生多角度地分析问题，培养学生的思辨能力和解决问题的思路，使学生的思维更加清晰。在数字化时代，信息的呈现形式多样，多模态教学能够帮助学生适应数字化时代环境，提高信息素养和数字素养。

多模态教学资源的存储和管理是教育信息化发展的重要课题。随着教学活动越来越多地融入多媒体和互联网技术，教学资源的形态也从传统的文字扩展到图片、音频、视频、动画等多种形态。这些多模态资源的存储与管理不仅关系到资源的可访问性和可用性，还直接影响到教学活动的效率和效果。

对多模态教学资源存储与管理应满足以下要求：多模态教学资源管理需要整合各种类型的资源，包括文本、图片、音频、视频等，以便于教师和学生能够方便地获取和使用这些资源[3]。随着教学资源数量的增加，存储系统要满足不断增长的存储容量需求，在教学资源不断增加时具备良好的可扩展性。为了提高资源检索的效率，需要对多模态资源进行有效的分类和标注，便于管理和检索。多模态教学资源往往包含敏感信息，因此存储系统必须提供数据加密、访问控制和定期备份的功能，确保数据安全[4]。利用自然语言处理、机器学习等人工智能技术，根据用户行为和喜好，开发相关教学资源智能推荐检索系统。多模态教学资源需要在不同的设备和操作系统上无缝使用，因此存储系统需要支持跨平台访问。为了提高用户体验，存储和管理平台应具有直观、易用的用户界面，简化资源上传、下载和管理流程。将教学活动与相应的教学资源关联起来，可以帮助教师和学生更好地利用和理解教学内容，并提高教学互动性[5]。考虑采用云存储服务或分布式存储系统，提高资源存储的可用性及可靠性。

1.3 NAS技术在多模态教学大数据存储中的应用

1）教学资源存储共享：教师可以将教学视频、教学课件、电子教材等多种模式的教学资源存储在NAS系统中，学生可通过网络访问下载，便于教学内容的共享及传播。NAS系统的文件共享功能允许用户在局域网中共享文件和数据，实现教学资源的集中存储和共享，提高了资源利用效率。

2）数据备份和恢复：学校的教学数据和教务数据非常重要，通过将这些数据存储在NAS系统中并进行定期备份，可以确保数据的安全性和可恢复性。

NAS设备支持RAID技术，RAID是将多个硬盘聚合成一个存储池的数据存储虚拟化技术。不同类别的RAID可提供的存储服务性能、存储容量和可靠性不同。使用时可根据数据的可靠性、容错保护能力、容量和性能、数据冗余性以及未来的扩容要求等综合考虑，选择合适的RAID类型，以提高数据的可靠性和冗余性，确保当一块硬盘发生故障，数据不会丢失且不影响操作。

3）远程访问和共享：教师可以通过远程访问NAS系统，随时随地查看和管理存储在其中的教学资源和数据。NAS系统支持云同步功能，教师和学生可以在外网通过互联网访问存储的数据，实现远程教学和协作。

4）数据安全保护：NAS系统内置一体化、跨平台的数据备份、容灾方案，能够抵御病毒传播，防范勒索病毒侵袭，保护校园的珍贵教学资源。集中备份、管理并部署教师电脑和校园服务器的备份任务，提供区块级增量备份、跨平台全局重复数据删除等高级备份功能，确保数据的安全性、一致性。

2 教学诊改如何运用多模态教学大数据

教学诊改可以有效地利用多模态教学大数据，为教学过程提供全面、深入的诊断和改进支持。这样既有助于提高教学质量、教学效果，又为学生的个性化学习和发展提供了有力保障。教学诊改利用多模态教学大数据的方式可归纳为以下几点。

2.1 数据采集与整合

教学诊改首先依赖于多种来源的教学数据，包括文本（如作业、测试）、图片（如学生作品、课堂照片）、音频（如课堂录音、学生语音）和视频（如教学视频、课堂录像）等。通过在线教学平台、学习管理系统、课堂互动工具等渠道，自动或手动收集这些多模态数据。将收集到的多模态数据整合到一个统一的存储和分析系统NAS中，以便后续的诊断和改进工作使用。

2.2 数据存储与管理

由于多模态数据的体积较大，需要通过数据备份、加密、访问控制等数据保护手段，利用 NAS（网络附加存储）等技术，在保证数据的安全性和完整性的同时，提供大容量、高性能的存储解决方案。NAS能提供便捷的数据访问接口和工具，使教师和管理人员能够方便地查看和分析存储的多模态教学大数据。

2.3 数据分析与诊断

多模态数据存储后可以利用先进的数据分析技术，如机器学习、深度学习等，对多模态数据进行深度挖掘和分析。例如，通过分析学生的学习行为及表现、教师的教学行为和教学效果，识别出有效的教学模式和教学中存在的问题。基于数据分析结果，诊断出教学过程中存在的问题和短板，如教学方法不当、学生学习动力不足等[6]。

2.4 制定教学改进策略

根据数据分析的诊断结果，为每一个学生制定提高学习效果和学习效率的个性化教学策略。针对数据分析中发现的问题，优化教学流程，如调整课程内容或教学进度安排、改进教学方法教学模式等。还可以根据学生的学习需要和能力层次，推荐适合的学习资源和学习辅助材料供学生参考及学习。

2.5 反馈与持续优化

及时对NAS上存储的多模态教学大数据进行分析诊断，并及时向教师和学生反馈诊断结果，帮助他们了解教学过程中出现的问题以及教学改进的方向。

通过存储在NAS上的多模态教学大数据可以定期对教学过程进行监测和评估，确保诊改措施的有效性和可持续性。根据反馈和监测结果，不断迭代和优化诊改措施，以提高教学质量和效果。

3 NAS与教学诊改结合的多模态教学大数据存储优化方案

通过NAS（网络接入服务器）技术和教学诊断改进流程及需求的结合，优化多模态教学大数据的存储管理，为教学诊改提供准确、全面的数据支持。通过NAS的集中存储和高效管理，简化存储管理流程，降低运维成本，确保教学资源管理和使用效率的提高，确保数据的安全可靠，实现多模态教学数据的快速存取、备份和恢复。同时此方案可以使教育机构能够更好地管理和利用教学数据，确保教学活动的持续改进，从而提升教学质量和效率。具体可以按照以下步骤进行设计和实施。

3.1 NAS基础设施建设

根据数据量、数据增长趋势选择适当存储容量和性能的NAS服务器，如塔式服务器或机架式服务器。群辉官网提供了NAS推荐工具和RAID容量计算器，如图1图和2所示。首先根据存储容量和数据增长趋势选择服务器的盘位数和每个硬盘的容量，然后根据数据安全性、性能及数据冗余性要求，综合考虑选择合适的RAID类型，如图3所示，不同的RAID类型对盘位数要求不同，能提供的数据存储容量和数据保护性能也不同，本方案选择SHR类型。群辉官方网站会根据选择的盘位数及RAID类型，推荐一些建议型号的服务器供选择。而架构的可扩展性则要考虑适应未来数据量增长，从而合理选择服务器型号。服务器及硬盘准备好后即可部署系统，安装NAS操作系统，配置网络协议，确保与现有教育网络的兼容性。

3.2 制定数据管理策略

首先，将数据分为教学视频、音频、文档等类别，便于管理和访问。然后，按数据的存取频率分层次地进行数据资料的热存和冷存策略。为数据添加元数据，如创建时间、类型、责任人等，以优化检索。对数据传输、加载速度进行优化，使用户体验得到提升并提供个性化的访问界面。系统应支持移动设备访问以满足随时随地的学习需求。定期评估存储系统表现和性能，以确保教学需求。

3.3 安全与隐私保护措施

实施基于角色的访问控制（RBAC），区分教师、学生、管理员等不同角色，确保只有授权用户才能访问特定数据。在存储和传输数据过程中进行加密，防止未授权访问。定期对数据资料备份，制订灾备方案。

3.4 教学诊改支持

集成教学活动中产生的各类数据，存储到NAS中，为教学诊改提供全面的数据视图。利用套件中心的各种套件，开发或集成数据分析工具，帮助教师和管理者从数据中获取洞察，建立基于多模态教学数据反馈的教学改进机制。教学数据的分析、模式和趋势的识别可以使用深度学习、机器学习算法。利用历史数据预测教学资源的使用情况和学生表现，通过图表和仪表盘直观地显示出分析结果。

3.5 个性化诊改数据收集和分析

当教学活动中采集到的数据不足以支撑学生层面的教学诊断与改进时，Synology NAS可用作FTP（文件传输协议）服务器，让用户通过Internet访问共享文件夹和文件，收集学生层面个性化的自我诊断数据，比如问卷调查、个人发展目标规划情况、参与第二课堂情况、参与专业协会情况等。FTP设置可让使用者与特定用户共享Synology NAS中的特定文件夹或允许匿名访问。此外，FTP设置时还可根据需要控制高级设置，如加密服务、传输日志和传输速度限制，设置方法如图4所示。SFTP 提供文件安全传输到DSM用户而无须密码并降低用户证书信息的泄漏风险。教师和管理员可通过FTP服务器对收集到的学生个性化数据开展学生层面的数据分析和诊断，督促并帮助学生实施自我诊改。

4 总结与展望

本文探讨了将网络附加存储（NAS）技术与教学诊断与改进（诊改）相结合的多模态教学大数据存储与访问优化方案。通过构建一个集中化的NAS平台，实现了教学资源的有效整合、安全存储和快速访问，为多模态教学以及教学诊断改进提供了强大的数据支持。将NAS系统与教学诊改流程紧密结合，利用存储的多模态教学大数据支持教学诊断和改进活动，显著提升了教学活动的监控、评估和反馈效率。

未来，我们将继续探索NAS技术在教育领域的深入应用，进一步优化存储性能，降低成本，并结合人工智能技术，开发更加智能的教学诊改支持系统。通过持续的研究和实践，我们相信NAS技术将为教育信息化和教学诊改带来更加深远的影响。

参考文献：

[1] 陈利娟，陈伟，薛帅宁，等.基于NAS的非结构化数据分布式存储系统设计[J].自动化与仪器仪表，5dDfrw+VW5l0Fj7bxe/Rqg==2023（3）：275-278.

[2] 蔡苏，焦新月，杨阳，等.5G环境下的多模态智慧课堂实践[J].现代远程教育研究，2021，33（5）：103-112.

[3] 张乐乐，顾小清.多模态数据支持的课堂教学行为分析模型与实践框架[J].开放教育研究，2022，28（6）：101-110.

[4] 郑清安，董建成，陈亮，等.分布式可信数据管理与隐私保护技术研究[J].计算机工程，2024，50（7）：174-186.

[5] 牛艳.多模态视域下大学英语视听说课翻转课堂教学模式设计[J].海外英语，2022（19）：133-135.

[6] 江婕，于文婷，王海燕.基于多模态数据的智慧课堂学生学习行为研究[J].中国教育信息化，2024，30（4）：107-117.

【通联编辑：王 力】