彭世偉

（四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司，四川 綿陽(yáng) 621000）

0 引言

在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的飛速發(fā)展下，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不僅給人們的生活、工作、娛樂(lè)帶來(lái)巨大改變，同時(shí)也對(duì)我國(guó)教育領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在大數(shù)據(jù)人工智慧時(shí)代的背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和學(xué)習(xí)軟件的不斷出現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)智慧化教育模式得到了快速的發(fā)展，教育信息化已經(jīng)成為我國(guó)教育事業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。隨著新技術(shù)教育云產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)，各教育行業(yè)積極構(gòu)建智慧教育云平臺(tái)的教學(xué)模式，利用傳統(tǒng)教育與大數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，形成新的教學(xué)模式。云平臺(tái)利用大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、加工和處理技術(shù)為學(xué)校教育提供了豐富的教學(xué)資源，改變了傳統(tǒng)教學(xué)資源落后匱乏、教學(xué)質(zhì)量差、學(xué)習(xí)效率低等各種問(wèn)題，云平臺(tái)教學(xué)模式為教育行業(yè)注入了新的活力，對(duì)教育事業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義[2]。如何在大數(shù)據(jù)背景下構(gòu)建智慧教育云平臺(tái)，增加教學(xué)資源和教學(xué)管理，提高教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效率，創(chuàng)造專業(yè)個(gè)性化的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，是教育行業(yè)急需解決的問(wèn)題。在云平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)教育特點(diǎn)構(gòu)建完整的平臺(tái)系統(tǒng)，以滿足教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)和教學(xué)管理的需求[3]。因此，針對(duì)大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)的構(gòu)建進(jìn)行分析研究，教育云平臺(tái)應(yīng)滿足學(xué)校信息化教育應(yīng)用的需求，嚴(yán)格按照國(guó)家的政策要求制定合理的建設(shè)策略，創(chuàng)造良好的智慧化教育氛圍。采用靈活多變的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)現(xiàn)教育信息化的新模式，為社會(huì)培養(yǎng)文化水平高、技術(shù)能力強(qiáng)、品質(zhì)素養(yǎng)高的優(yōu)秀人才，促進(jìn)我國(guó)教育事業(yè)的健康發(fā)展。

1 大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)構(gòu)建

1.1 平臺(tái)總體架構(gòu)

智慧教育云平臺(tái)是依據(jù)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成的，不僅擁有大量豐富的教學(xué)資源，同時(shí)還為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)。學(xué)生可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行操作，根據(jù)自己學(xué)習(xí)需求查找教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)視頻，這種生動(dòng)、靈活、方便的學(xué)習(xí)方式，有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[4]。而且學(xué)生還可以通過(guò)云平臺(tái)與老師、同學(xué)之間開(kāi)展交流，增加教學(xué)活動(dòng)的交互性和自主性，有效激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性[5]。智慧教育云平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)包括服務(wù)器、存儲(chǔ)器、用戶終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備愛(ài)等，軟件功能包括教育信息化部署、數(shù)據(jù)庫(kù)研發(fā)。該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)教育資源共享，充分體現(xiàn)了全面、個(gè)性化服務(wù)體系，為用戶提供高效服務(wù)奠定基礎(chǔ)。對(duì)于智慧教育平臺(tái)的構(gòu)建，需要大量技術(shù)支持，才能實(shí)現(xiàn)資源、數(shù)據(jù)、信息共享，云平臺(tái)的應(yīng)用，不僅提供了豐富的學(xué)習(xí)資源，同時(shí)節(jié)約了學(xué)生們的時(shí)間，發(fā)揮了教育云平臺(tái)的優(yōu)質(zhì)性能[6]。

平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)構(gòu)建Fig.1 Construction of smart education cloud platform under big data backgrond

（1）物理層

物理層是智慧教育云平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)核心層次，該硬件包括服務(wù)器、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)對(duì)教育資源數(shù)據(jù)的挖掘、存儲(chǔ)、分析和處理，保障豐富信息資源的正確性和安全性。

（2）虛擬資源層

該層次與物理層相鄰，主要硬件設(shè)施包括存儲(chǔ)資源池、計(jì)算機(jī)資源池、數(shù)據(jù)資源池和網(wǎng)絡(luò)資源池，負(fù)責(zé)平臺(tái)信息資源的保存和運(yùn)行[7]。

（3）邏輯層

該層次負(fù)責(zé)平臺(tái)系統(tǒng)任務(wù)管理和資源管理，是教育云平臺(tái)的核心管理層，同時(shí)還負(fù)責(zé)系統(tǒng)故障檢測(cè)與修復(fù)，保證平臺(tái)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

（4）展現(xiàn)層

展現(xiàn)層是中間層次，平臺(tái)模塊包括展現(xiàn)模塊、接入模塊和可視化模塊，通過(guò)三個(gè)模塊為移動(dòng)客戶端、網(wǎng)絡(luò)門(mén)戶提供服務(wù)。其中接入模塊主要負(fù)責(zé)授權(quán)接入與配置，可視化模塊負(fù)責(zé)將在線信心轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)形式，并進(jìn)行可視化處理，展現(xiàn)模塊是將可視化處理結(jié)果展現(xiàn)給用戶，并負(fù)責(zé)個(gè)人信息管理、注冊(cè)登錄、個(gè)性化設(shè)置、欄目?jī)?nèi)容展現(xiàn)與管理等，并負(fù)責(zé)信息資源的推送和內(nèi)容搜索[8]。

（5）應(yīng)用層

應(yīng)用層也屬于中間層，是整個(gè)平臺(tái)核心層次，主要包括智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)、智慧管理、智慧服務(wù)和智慧環(huán)境，為教育提供專業(yè)性教學(xué)資源，也為師生之間交流提供服務(wù)。該層次具備豐富智慧信息資源，能夠滿足智慧教育和智慧學(xué)習(xí)的全方位服務(wù)。

（6）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部設(shè)置網(wǎng)絡(luò)接口，為用戶提供接入云平臺(tái)提供主要路徑。

（7）用戶層

該層次位于層次結(jié)構(gòu)最頂層，用戶通過(guò)移動(dòng)終端獲取相關(guān)信息。

1.2 功能設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)各層次的結(jié)構(gòu)中，智慧教育和智慧學(xué)習(xí)是智慧教育云平臺(tái)的核心功能部分。智慧教育資源可以為教師提供種類繁多的教材資源，實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)的功能，而智慧學(xué)習(xí)資源能夠滿足學(xué)生不同內(nèi)容學(xué)習(xí)資源的需求，實(shí)現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)的功能。同時(shí)，智慧教育平臺(tái)還能進(jìn)行信息資源的共享、交流和評(píng)價(jià)，創(chuàng)造了良好的智慧環(huán)境和智慧管理，完善了平臺(tái)功能設(shè)計(jì)。

（1）優(yōu)化處理Web端框架代碼

由于智慧教育云平臺(tái)系統(tǒng)存在許多公共代碼，給增加、刪除和更改帶來(lái)困難，因此對(duì) Web端框架代碼進(jìn)行優(yōu)化處理，以減少平臺(tái)系統(tǒng)繁瑣的工作量。在 JSP界面數(shù)據(jù)的交互與接收回應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)Struts配置文件的基礎(chǔ)上，采用Action 處理方式，對(duì)接收到的請(qǐng)求信息進(jìn)行回應(yīng)，并完成相關(guān)任務(wù)的處置發(fā)揮功能作用。優(yōu)化功能后可以增加業(yè)務(wù)邏輯工作的效率，業(yè)務(wù)處理時(shí)可采用Spring的IoC容器將相關(guān)的數(shù)據(jù)注入、提取與分析，完成業(yè)務(wù)邏輯處理工作。這種依靠緩沖池與事務(wù)處置相關(guān)的容器部件的方法，不僅節(jié)省時(shí)間提高了平臺(tái)工作效率，同時(shí)還優(yōu)化和增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能。Web端框架代碼的優(yōu)化處理設(shè)計(jì)，可以對(duì)各類公共代碼進(jìn)行獨(dú)立抽取，并對(duì)代碼加以公共類封裝處理，有效降低了代碼的復(fù)雜性，確保數(shù)據(jù)庫(kù)DAO組件數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性和正確性。

（2）科學(xué)設(shè)計(jì)服務(wù)功能

大數(shù)據(jù)支持下，智慧教育平臺(tái)存儲(chǔ)了海量數(shù)據(jù)和豐富的教學(xué)資源，為了使信息資源能夠更好為用戶提供服務(wù)，必須設(shè)計(jì)科學(xué)合理管理控制功能。通過(guò)對(duì)這些大量數(shù)據(jù)信息開(kāi)展分析、篩選、整合工作，以便更好的從中篩選出有價(jià)值的信息資源，有利于教學(xué)教材和學(xué)生學(xué)習(xí)的應(yīng)用。在平臺(tái)構(gòu)建設(shè)計(jì)中，還應(yīng)對(duì)系統(tǒng)權(quán)限的管控進(jìn)行科學(xué)合理的服務(wù)功能設(shè)計(jì)。由于智慧教育云平臺(tái)需要面對(duì)教育部門(mén)的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、教師和學(xué)生等大量用戶，增加了平臺(tái)系統(tǒng)的服務(wù)困難。

為保證不同身份、不同用戶的正常訪問(wèn)和使用，給用戶提供學(xué)習(xí)與工作上的有效幫助，針對(duì)系統(tǒng)服務(wù)層進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化功能設(shè)計(jì)。在進(jìn)行平臺(tái)系統(tǒng)優(yōu)化服務(wù)功能的同時(shí)，還要對(duì)用戶訪問(wèn)開(kāi)展安全防范和保護(hù)措施，應(yīng)對(duì)用戶的每一次訪問(wèn)請(qǐng)求都要進(jìn)行精準(zhǔn)分析與判斷，當(dāng)訪問(wèn)用戶具備允許范圍的訪問(wèn)權(quán)限時(shí)，才能進(jìn)行訪問(wèn)。如果訪問(wèn)用戶權(quán)限不合理，應(yīng)及時(shí)采取攔截的處理措施，禁止不合理訪問(wèn)，確保安全正確、有序規(guī)范的系統(tǒng)工作流程。在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)支持下，大量先進(jìn)、科學(xué)的新知識(shí)信息資源被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，為了滿足教師和學(xué)生的有效訪問(wèn)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)接口進(jìn)行優(yōu)化服務(wù)設(shè)計(jì)。根據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)置功能模塊，對(duì)模塊中的公共數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，采用相關(guān)App端供應(yīng)接口完成教學(xué)資源信息、考核評(píng)價(jià)和電子書(shū)等不同的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)接口作用，實(shí)現(xiàn)教育信息資源有效訪問(wèn)、傳送服務(wù)功能，為學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)提供了有利保障。

2 實(shí)驗(yàn)分析

針對(duì)大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)構(gòu)建研究合理性，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析。實(shí)驗(yàn)室在智慧教育云平臺(tái)結(jié)構(gòu)上部署了硬件與軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境Tab.1 Experimental environment

安裝和部署步驟如下所示：先設(shè)置默認(rèn)參數(shù)，安裝JDK，設(shè)置默認(rèn)JAVA程序，在配置SSH，更新HADOOP環(huán)境變量，部署分布式文件系統(tǒng)。采用列式存儲(chǔ)方式，對(duì)非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理。

學(xué)生分別使用1-10臺(tái)移動(dòng)終端登錄云平臺(tái)進(jìn)行智慧學(xué)習(xí)，每一個(gè)移動(dòng)終端從服務(wù)器中獲取 500M學(xué)習(xí)資源，并與基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)資源獲取速度與實(shí)際所需速度差別較大，而大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)與實(shí)際所需速度基本一致。當(dāng)移動(dòng)終端數(shù)量為10個(gè)時(shí)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)資源獲取速度達(dá)到最高為 59 MB/s，而大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)與實(shí)際所需速度都達(dá)到最高，依次為99.5 MB/s和 100 MB/s。由此可知，大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)構(gòu)建是具有合理性的。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)教育資源云平臺(tái)的體系架構(gòu)、應(yīng)用技術(shù)和環(huán)境部署等相關(guān)內(nèi)容的研究與探討，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)資源開(kāi)展分析與挖掘，經(jīng)過(guò)篩選、整合出適合教育和學(xué)習(xí)的有用信息資源，為學(xué)校、教師、學(xué)生提供良好的服務(wù)。大數(shù)據(jù)背景下智慧教育云平臺(tái)內(nèi)部設(shè)置了用戶使用權(quán)限，用戶需經(jīng)過(guò)權(quán)限驗(yàn)證才能在該平臺(tái)上教學(xué)與學(xué)習(xí)，避免出現(xiàn)非法訪問(wèn)現(xiàn)象，確保教育云平臺(tái)能夠在安全、穩(wěn)定環(huán)境中運(yùn)行。

智慧教育云平臺(tái)改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，為學(xué)生實(shí)時(shí)提供所需的知識(shí)和技術(shù)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性，提高了教學(xué)效率和學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量。教育云平臺(tái)通過(guò)打造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和個(gè)性化服務(wù)功能，為培養(yǎng)文化水平高、道德素質(zhì)好的優(yōu)秀人才打下基礎(chǔ)，滿足了現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展的智慧人才型的需求。智慧教育云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研發(fā)，為我國(guó)教育事業(yè)帶來(lái)創(chuàng)新和進(jìn)步，促進(jìn)了我國(guó)教育行業(yè)的快速發(fā)展。