李仁港，李志豪，王 凱，吳春紅，蔣小菲

（1.貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院；2.貴州大學(xué) 人民武裝學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

0 引言

在疫情防控常態(tài)化條件下，智慧教育的發(fā)展得到了大力推動(dòng)。如今，學(xué)習(xí)者可以在互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)賦能情況下完成學(xué)習(xí)計(jì)劃，教師也可以使用智慧教育系統(tǒng)更好地分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而制定教學(xué)計(jì)劃。越來(lái)越多的研究者利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)改進(jìn)、完善已有的教學(xué)模式，以提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率［1］。智慧教育平臺(tái)收集學(xué)習(xí)者的相關(guān)信息，并根據(jù)用戶興趣點(diǎn)［2］以及關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)理論［3］將這些信息向智慧層面轉(zhuǎn)化，使得學(xué)習(xí)者能夠快速、直接、準(zhǔn)確匹配自己所需的教育資源。

David 等［4］為解決公司研究中心的信息過(guò)載問(wèn)題、提高研究效率，開(kāi)發(fā)了基于協(xié)同過(guò)濾的推薦系統(tǒng)；Santos［5］側(cè)重于從硬件設(shè)施方面為智慧教育賦能，解決了交互建模問(wèn)題，能讓學(xué)習(xí)者在習(xí)得一項(xiàng)技能的過(guò)程中獲得更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；Shoikova 等［6］提出將教育與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)造一個(gè)智能化的學(xué)習(xí)平臺(tái)，將所有學(xué)習(xí)資源數(shù)字化，學(xué)習(xí)者可利用智能設(shè)備連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，訪問(wèn)平臺(tái)上的數(shù)字教學(xué)資源。美國(guó)也推出了Udacity、Coursera、edX 三大MOOC平臺(tái)［7］。

國(guó)內(nèi)針對(duì)智慧教育的研究雖然起步較晚，但在社會(huì)各界對(duì)智慧教育的重視、大眾創(chuàng)新的不斷推動(dòng)下取得了許多成果。金江軍［8］認(rèn)為教育信息化發(fā)展到一定程度，就會(huì)形成多模塊混合、自由組合、可操作的智慧教育系統(tǒng)；陳明陽(yáng)等［9］對(duì)混合式學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行研究，探索如何以學(xué)習(xí)者為主體、教師為主導(dǎo)，從而滿足不同學(xué)習(xí)者的個(gè)性化發(fā)展需求；張紅軍等［10］在研究智慧課堂的基礎(chǔ)上，對(duì)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，用于指導(dǎo)具體教學(xué)；郭雪梅［11］、林燕霞等［12］從社會(huì)認(rèn)同理論角度出發(fā)，利用主題文本挖掘技術(shù)提取出用戶感興趣的主題，對(duì)用戶進(jìn)行分類(lèi)，依據(jù)群體特征分析用戶行為，從而挖掘用戶興趣并提供相應(yīng)的個(gè)性化服務(wù)［11-12］；馬超［13］提出一種基于主題模型的社交網(wǎng)絡(luò)用戶畫(huà)像模型，將用戶全部社交信息和相對(duì)稀疏的用戶基礎(chǔ)屬性整合到用戶畫(huà)像模型中，提高了用戶畫(huà)像模型的準(zhǔn)確性與多樣性；祝智庭等［14］、甘小莉［15］提出一種基于流程再造視角的“一站式”高校教育平臺(tái)，從不同視角研究平臺(tái)建設(shè)的有效路徑與核心內(nèi)容；張曉慶等［16］利用學(xué)生信息中心收集學(xué)生的圖書(shū)借閱等信息，根據(jù)學(xué)生的興趣愛(ài)好對(duì)其進(jìn)行先導(dǎo)課程推薦，構(gòu)建第一版的“教學(xué)一站式平臺(tái)”，但該教學(xué)平臺(tái)的功能還有許多需要完善的地方。

智慧教育信息平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)是一項(xiàng)整體性工程，具有一定的系統(tǒng)性。從不同視角出發(fā)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，使之能夠達(dá)到最優(yōu)效果，對(duì)于解決傳統(tǒng)教育平臺(tái)中的難點(diǎn)、痛點(diǎn)問(wèn)題有著重要的理論意義。目前針對(duì)“一站式”教學(xué)平臺(tái)的研究大多處于理論研究階段，因此本文從系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)兩個(gè)方向進(jìn)行研究與討論，基于KANO 理論、關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)理論和精準(zhǔn)教學(xué)理論等提出全棧式智慧教育平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)，并基于微服務(wù)分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行全棧式智慧教育平臺(tái)的軟件開(kāi)發(fā)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)應(yīng)用

1.1 全棧式系統(tǒng)介紹

“全棧式”一般多用于軟件領(lǐng)域，原意為運(yùn)用多種開(kāi)發(fā)技能，具有全局思維的軟件系統(tǒng)。相當(dāng)于構(gòu)建了“全棧式”系統(tǒng)，無(wú)需再使用其他軟件。

系統(tǒng)功能上具有“全棧式應(yīng)用場(chǎng)景”，其中包含：①覆蓋課程學(xué)習(xí)過(guò)程課前、課中、課后的完整應(yīng)用場(chǎng)景；②學(xué)習(xí)者與教師或管理者使用不同的前端系統(tǒng)進(jìn)行交互，管理者系統(tǒng)具有高度的可拓展性、可操作性，可隨時(shí)根據(jù)教學(xué)需求調(diào)整課程定位；③基于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣構(gòu)造學(xué)習(xí)畫(huà)像子系統(tǒng)，可隨時(shí)掌握學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，并可基于學(xué)習(xí)畫(huà)像進(jìn)行千人千面課程推薦系統(tǒng)的拓展。

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上具有“全棧分布式架構(gòu)”：①系統(tǒng)整體采用微服務(wù)分布式思想進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，具有良好的可拓展性、迭代性和穩(wěn)定性；②基于微服務(wù)分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行全棧式解決方案相關(guān)技術(shù)研究，包括前端技術(shù)、后端技術(shù)、前后端交互技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、環(huán)境配置及系統(tǒng)部署技術(shù)等，通過(guò)Ajax、Nacos 進(jìn)行技術(shù)解耦，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解耦，讓每個(gè)子系統(tǒng)都可以獨(dú)自迭代、部署而不影響其他子系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）本文采用Ajax 作為前后端數(shù)據(jù)交互技術(shù)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)前后端進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)。Ajax（Asynchronous Javascript and XML）在前后端分離的開(kāi)發(fā)模式下起到了關(guān)鍵作用。在分別針對(duì)不同使用者進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，需要考慮不同使用者的前端界面以及后端服務(wù)接口設(shè)計(jì)。使用Ajax 技術(shù)可很好地令前后端數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，從而設(shè)計(jì)一個(gè)前端層次分明、后端功能完善的智慧教育平臺(tái)。

（2）系統(tǒng)的每一個(gè)前后端模塊都可獨(dú)立部署，前端應(yīng)用可獨(dú)立運(yùn)行在自己的服務(wù)器上，從而降低前后端之間的耦合性，使得前后端的技術(shù)棧獨(dú)立。分離之前，技術(shù)選型受到一定限制，如模板引擎開(kāi)發(fā)效率低、兼容性差等。分離之后，只要保證API 是一致的，前后端之間就會(huì)互不影響。對(duì)于復(fù)雜項(xiàng)目而言，拆分不僅可降低維護(hù)成本，而且大大提高了開(kāi)發(fā)效率。在前后端分離的基礎(chǔ)上，采用SpringCloud 微服務(wù)分布式設(shè)計(jì)思想進(jìn)一步對(duì)后端應(yīng)用進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)，同時(shí)后端將視圖層（View）從系統(tǒng)架構(gòu)中拆分出去，在使系統(tǒng)變得更簡(jiǎn)潔的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)后端系統(tǒng)的解耦。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.3 系統(tǒng)需求分析及功能設(shè)計(jì)

（1）在進(jìn)行功能設(shè)計(jì)之前需要對(duì)真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析，遵循科學(xué)、合理、規(guī)范的需求分析步驟不僅可以使需求分析工作更高效，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文采用KANO 模型法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，如圖2所示。

根據(jù)不同的質(zhì)量特性與顧客滿意度之間的關(guān)系，狩野教授將產(chǎn)品服務(wù)的質(zhì)量特性分為5 類(lèi)，分別為：A：必備型質(zhì)量（Must-be Quality）；B：意愿型質(zhì)量（Performance Quality）；C：魅力型質(zhì)量（Attractive Quality）；D：無(wú)差異型質(zhì)量（Indifferent Quality）；E：逆向型質(zhì)量（Reverse Quality）［17］。

（2）智慧教育平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)是極其重要的一步，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖3所示。

根據(jù)掌握學(xué)習(xí)理論、KANO 理論和精準(zhǔn)教學(xué)理論，該平臺(tái)應(yīng)用設(shè)計(jì)方案應(yīng)包含以下內(nèi)容：①教師通用權(quán)限分配方案；②課程分類(lèi)管理方案；③課程資源管理方案；④課程資源訪問(wèn)權(quán)限方案；⑤講師管理方案；⑥學(xué)生畫(huà)像設(shè)計(jì)方案；⑦可視化分析方案。

Fig.1 System architecture圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

Fig.2 KANO model圖2 KANO模型

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

2.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建

（1）該系統(tǒng)是基于前后端分離、分布式架構(gòu)開(kāi)發(fā)的，在進(jìn)行具體的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前需要對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行配置。具體配置如下：①安裝IDEA；②安裝Java1.8 JDK 或以上版本；③安裝node.js；④搭建SpringCloud 架構(gòu)；⑤使用腳手架Vue Cli搭建前端框架Vue。

（2）配置云服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)信息如下：①騰訊云服務(wù)器（2核 4GB 3Mbps）；②MySQL 8.0；③Redis 5.0。

（3）安裝并使用Nignx 完成前端項(xiàng)目的部署。

（4）安裝并使用Nacos 完成對(duì)Springboot 項(xiàng)目的管理及配置。

2.2 系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)與優(yōu)化

（1）系統(tǒng)上傳功能開(kāi)發(fā)與優(yōu)化。由于云服務(wù)器資源有限，而上傳功能是屬于高頻率使用的功能，針對(duì)高校專(zhuān)業(yè)種類(lèi)多樣、文件數(shù)量繁多、系統(tǒng)使用人數(shù)上限高的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套穩(wěn)定的上傳邏輯尤為重要。特別是上傳大文件時(shí)容易因?yàn)楦鞣N網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е律蟼魇?，頻繁的上傳失敗操作不僅會(huì)占用云服務(wù)器資源，而且會(huì)大大降低使用效率。該系統(tǒng)對(duì)上傳功能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別上傳文件的特征，并且根據(jù)Md5 碼為文件增加唯一標(biāo)識(shí)符之后，將大文件進(jìn)行分片打包上傳至云服務(wù)器。上傳過(guò)程中若因網(wǎng)絡(luò)或其他原因?qū)е律蟼魇。焉蟼髦猎品?wù)器的文件會(huì)自動(dòng)保留。當(dāng)使用者重新上傳相同文件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從數(shù)據(jù)庫(kù)中查找File 表并查詢?cè)撐募奈ㄒ粯?biāo)識(shí)符，并且繼續(xù)上次的上傳操作。對(duì)上傳功能進(jìn)行優(yōu)化后，可大幅提高系統(tǒng)的使用效率和上傳功能的穩(wěn)定性。上傳功能的設(shè)計(jì)邏輯如圖4所示。

（2）系統(tǒng)用戶創(chuàng)建及權(quán)限分配功能開(kāi)發(fā)。為實(shí)現(xiàn)“高自由度”的用戶創(chuàng)建與權(quán)限分配功能，以滿足不同課程對(duì)于角色與權(quán)限的不同需求，本文首先設(shè)計(jì)3 個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能，分別可以通過(guò)用戶創(chuàng)建、權(quán)限分配和角色創(chuàng)建完成用戶與角色的關(guān)聯(lián)、角色與權(quán)限的關(guān)聯(lián)，通過(guò)角色（role）id 作為索引值遍歷查詢對(duì)應(yīng)用戶與權(quán)限。通用用戶創(chuàng)建與權(quán)限分配設(shè)計(jì)如圖5所示。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本文中的系統(tǒng)功能較多，用戶數(shù)據(jù)及課程信息量較大，本小節(jié)主要介紹系統(tǒng)中部分功能所設(shè)計(jì)的主表結(jié)構(gòu)及相關(guān)作用。

（1）課程相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。本文系統(tǒng)中對(duì)課程進(jìn)行了兩級(jí)分類(lèi)設(shè)計(jì)，如表1 所示，管理員可以登錄管理員系統(tǒng)新建或修改已有分類(lèi)，并對(duì)課程進(jìn)行分類(lèi)管理。同時(shí)為保證分類(lèi)id 不重復(fù)，本文采用UUID（Universally Unique Identifier）通用唯一識(shí)別碼作為id，其他主表若無(wú)提及，均默認(rèn)采用UUID 作為其主表id，同時(shí)將id設(shè)置為主表主鍵。

為設(shè)計(jì)合理的課程結(jié)構(gòu)，本文中課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由3 張主表構(gòu)成，其中包括課程章節(jié)主表、課程小節(jié)主表和課程信息主表，如表2-表4 所示，3 張主表構(gòu)成了課程基本主體結(jié)構(gòu)。同時(shí)為進(jìn)一步完善課程相關(guān)功能，例如課程級(jí)別設(shè)置、課程觀看權(quán)限設(shè)置、課程分類(lèi)設(shè)置、課程相關(guān)資料下載、課程視頻播放和學(xué)生管理等功能，使得課程更加精細(xì)化、合理化和人性化，本文還設(shè)計(jì)了課程分類(lèi)主表、課程內(nèi)容簡(jiǎn)介主表、已報(bào)名學(xué)生主表和課程文件主表，如表5-表7所示。

Fig.3 System functional design圖3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（2）用戶相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：本文對(duì)用戶角色從4 個(gè)不同角度進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，其中包括a（學(xué)生）、b（教師）、c（課程管理者）、d（系統(tǒng)維護(hù)者）。在a角色中涉及用戶注冊(cè)、密碼安全和短信管理等問(wèn)題，在c、d 角色中涉及高權(quán)限用戶創(chuàng)建新角色，并為新角色分配相關(guān)系統(tǒng)權(quán)限輔助管理系統(tǒng)和課程，從而實(shí)現(xiàn)“高自由度”的用戶角色分配功能，滿足每個(gè)課程或班級(jí)的不同需求，自由地創(chuàng)建相關(guān)角色并為其分配權(quán)限，以此提高班級(jí)管理效率。其中a、b 的角色主表如表8、表9所示。

為了完成c、d 中“高自由度”的角色創(chuàng)建及權(quán)限分配，本文以u(píng)ser 表、permissions 表和role 表為基礎(chǔ)主表，如表10-表12 所示。同時(shí)通過(guò)role_user 表和role_ permissions表整合3 張基礎(chǔ)主表的相關(guān)信息用于完成該功能，以實(shí)現(xiàn)“高自由度”的角色創(chuàng)建及權(quán)限分配，如表13、表14所示。

2.4 系統(tǒng)微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文中智慧教育系統(tǒng)完成對(duì)上傳功能的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，以及管理者通用權(quán)限功能、課程管理功能、分類(lèi)功能和課程報(bào)名等相關(guān)功能的開(kāi)發(fā)。每個(gè)功能的技術(shù)實(shí)現(xiàn)部署在不同的Springboot 應(yīng)用中，每一個(gè)Springboot 應(yīng)用都可作為一個(gè)微服務(wù)器進(jìn)行獨(dú)立迭代、部署，很大程度上降低了整個(gè)系統(tǒng)模塊之間的耦合性。由于微服務(wù)分布式架構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，系統(tǒng)中所有微服務(wù)均需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)異常處理和數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)操作，使得代碼量成倍增長(zhǎng)，因此本文設(shè)計(jì)了Server 模塊作為公共服務(wù)模塊，將Server 模塊設(shè)計(jì)為jar 包在每個(gè)微服務(wù)器中的pom.xml 進(jìn)行配置，從而大大減少了代碼量，提高了代碼的復(fù)用性。系統(tǒng)采用Nacos 作為注冊(cè)中心和配置中心，對(duì)所有Springboot 應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一管理。系統(tǒng)微服務(wù)設(shè)計(jì)如圖6所示。

3 學(xué)生畫(huà)像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 畫(huà)像系統(tǒng)架構(gòu)

畫(huà)像模塊架構(gòu)如圖7 所示，教師通過(guò)Teacher 端登入智慧教育系統(tǒng)后可進(jìn)入學(xué)生畫(huà)像模塊分析學(xué)生學(xué)習(xí)情況。畫(huà)像模塊基于Spark［18-19］進(jìn)行開(kāi)發(fā)，該模塊會(huì)結(jié)合學(xué)生成績(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。第一次分析采用ALS 算法，第二次分析采用LR 算法。該系統(tǒng)對(duì)算法中的權(quán)重、隱式特征進(jìn)行了優(yōu)化，使得分析預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3.2 算法設(shè)計(jì)流程及數(shù)據(jù)測(cè)試

在本系統(tǒng)中集成java Spark 框架ALS 算法作為矩陣分解算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并且ALS 在處理隱式特征問(wèn)題時(shí)可簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。

ALS 算法是一個(gè)使用交替最小二乘法求解的系統(tǒng)過(guò)濾算法［20］，由于Spark millib 中的ALS 算法具有天然分布式的屬性，因此可很好地?cái)U(kuò)展到各類(lèi)分布式計(jì)算場(chǎng)景。ALS 的核心假設(shè)思想為矩陣是近似低秩的，一個(gè)mn 階的矩陣R 可用兩個(gè)小矩陣X 和Y 的乘積來(lái)近似，如式（1）所示。為了找到低維矩陣X 和Y，可采用式（2）對(duì)其作交替最小二乘法優(yōu)化，最大程度地逼近矩分矩陣R。

Fig.4 Optimization of upload functions圖4 上傳功能優(yōu)化

式中，aij表示第i個(gè)用戶對(duì)第j個(gè)物品的期望值，ui表示用戶i 的隱式特征向量，cj表示物品j 的隱式特征向量，表示用戶i 對(duì)物品j 的預(yù)測(cè)值。至此，為防止出現(xiàn)過(guò)擬合情況，使得L（U，C）具有更好的普適性，加入正則化參數(shù)，最終L（U，C）的表達(dá)式如式（3）所示。由于ui和cj耦合度高，不容易求解，故分別固定U 和C 對(duì)目標(biāo)函數(shù)求極值，如此交替逼近直到到達(dá)預(yù)先設(shè)置的迭代次數(shù)上限。測(cè)試流程如圖8所示。

Fig.5 Generic user creation and permission assignment design圖5 通用用戶創(chuàng)建與權(quán)限分配設(shè)計(jì)

Table 1 Course classification master table表1 課程分類(lèi)（category）主表

Table 2 Course chapter master table表2 課程章節(jié)（chapter）主表

Table 3 Course subsection master table表3 課程小節(jié)（section）主表

Table 4 Course master table表4 課程（course）主表

Table 5 Large categories of courses master table表5 課程大分類(lèi)（course_category）主表

步驟1：獲取原始數(shù)據(jù)集“dataExcel.xlsx”，同時(shí)在maven 中引入com.alibaba.easyexcel 準(zhǔn)備讀取原始數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)處理為符合Als算法的標(biāo)準(zhǔn)矩陣。

步驟2：獲取處理后的標(biāo)準(zhǔn)矩陣“handleData.xlsx”，并將其轉(zhuǎn)換為csv文件“handleData.csv”。

Table 6 Enrolled students master table表6 已報(bào)名學(xué)生（student_course）主表

Table 7 Course files master table表7 課程文件（file）主表

Table 8 Student master table表8 學(xué)生（student）主表

Table 9 Teacher master table表9 教師（teacher）主表

Table 10 User master table表10 用戶（user）主表

Table 11 Permissions master table表11 權(quán)限（permissions）主表

Table 12 Role master table表12 角色（role）主表

Table 13 Role users association master table表13 角色用戶關(guān)聯(lián)（role_user）主表

Table 14 Role permissions are association master table表14 角色權(quán)限關(guān)聯(lián)（role_ permissions）主表

Fig.6 System microservices design圖6 系統(tǒng)微服務(wù)設(shè)計(jì)

Fig.7 Portrait module architecture圖7 畫(huà)像模塊架構(gòu)

步驟3：在maven 中引入org.apache.spark，初始化spark運(yùn)行環(huán)境，準(zhǔn)備導(dǎo)入“handleData.csv”，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Als 召回訓(xùn)練。

步驟4：在AlsRecallTrain 模塊中建立Als 模型，配置Als 中的相關(guān)參數(shù)：迭代次數(shù)setMaxIter 為20，相關(guān)矩陣數(shù)setRank 為5，正則化系數(shù)setRegParam 為0.01。創(chuàng)建Rating類(lèi)，將其定義為訓(xùn)練后的數(shù)據(jù)類(lèi)型，其中包括id、courseId、piont。

步驟5：將“handleData.csv”導(dǎo)入模型中進(jìn)行訓(xùn)練，將數(shù)據(jù)集分別劃分為90%的訓(xùn)練集與10%的預(yù)測(cè)集，同時(shí)得到該模型rmse均方根誤差。

步驟6：從預(yù)測(cè)集中隨機(jī)抽取15 個(gè)學(xué)生作離線的召回結(jié)果預(yù)測(cè)，利用訓(xùn)練好的模型對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行3 門(mén)課程推薦，并按照預(yù)測(cè)值大小對(duì)課程進(jìn)行排序，預(yù)測(cè)結(jié)果如表15所示。

Fig.8 Test flow discipline圖8 測(cè)試流程

Table 15 Prediction results表15 預(yù)測(cè)結(jié)果

其中，id 表示隨機(jī)抽取的學(xué)生id，Recommend 表示推薦的課程id，point 表示預(yù)測(cè)值，point 越大代表該學(xué)生對(duì)該課程感興趣的可能性越高。課程id（201-207）的含義分別對(duì)應(yīng)為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)挖掘與分析、高等數(shù)學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器、英語(yǔ)。

3.3 章節(jié)小結(jié)

畫(huà)像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是整個(gè)“全棧式”系統(tǒng)的重要組成部分，使用畫(huà)像系統(tǒng)可更好地幫助管理者或教學(xué)工作者掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)效率，因材施教。從技術(shù)架構(gòu)角度而言，畫(huà)像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)符合“全棧分布式架構(gòu)”的整體技術(shù)架構(gòu)理念。畫(huà)像系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的Springboot 應(yīng)用，在保證獨(dú)立部署、運(yùn)行的同時(shí)，可很好地融入智慧教育系統(tǒng)中，從而大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性與可迭代性。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)分別針對(duì)學(xué)生、教師及管理人員設(shè)計(jì)了不同的前端界面及操作邏輯。學(xué)生、教師和管理人員可通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)完成日常的教學(xué)交互。

4.1 智慧教育系統(tǒng)：學(xué)生端

學(xué)生通過(guò)對(duì)應(yīng)端口可完成日常操作，以下展示部分功能及界面。

（1）教育平臺(tái)（學(xué)生端）主界面如圖9所示。

Fig.9 Student-side main interface圖9 學(xué)生端主界面

（2）登錄、注冊(cè)及忘記密碼（學(xué)生端）界面如圖10所示。

Fig.10 Login，registration and forgot password interface圖10 登錄、注冊(cè)及忘記密碼界面

（3）查詢?nèi)空n程界面如圖11所示。

Fig.11 Course query interface圖11 查詢課程界面

（4）課程詳情界面如圖12 所示。教師可在教師端口設(shè)置課程播放權(quán)限，當(dāng)學(xué)生登錄后點(diǎn)擊“立即報(bào)名”才可獲得課程播放權(quán)限，并自動(dòng)加入到課程所對(duì)應(yīng)的班級(jí)中。

Fig.12 Course registration and video viewing interface圖12 報(bào)名課程及觀看視頻界面

4.2 智慧教育系統(tǒng)：教師及管理員端

教師及管理員可登錄相應(yīng)的管理系統(tǒng)進(jìn)行日常的課程安排及班級(jí)管理，以下展示部分功能及界面。

（1）用戶角色管理界面：可通過(guò)該界面完成注冊(cè)，并將用戶與對(duì)應(yīng)角色進(jìn)行綁定，使用戶獲得相應(yīng)權(quán)限。

（2）課程管理界面：教師與管理人員可通過(guò)該界面進(jìn)行課程創(chuàng)建以及視頻、文件上傳等操作，如圖13所示。

Fig.13 Course management interface圖13 課程管理界面

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于云服務(wù)器、SpringCloud、Springboot、Java、Vue、Nginx、Nacos、Spark、MySQL 等相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)“全棧式智慧教育系統(tǒng)”，并基本實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的功能。在疫情防控常態(tài)化背景下，學(xué)生和教師可通過(guò)該系統(tǒng)完成日常的教學(xué)活動(dòng)，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。其中，學(xué)生畫(huà)像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模數(shù)據(jù)分析并達(dá)到了預(yù)期效果。最后，由于該系統(tǒng)基于微服務(wù)分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，使得該系統(tǒng)不僅具有較高的穩(wěn)定性，而且有很好的擴(kuò)展性與可迭代性。在今后實(shí)際使用過(guò)程中，該系統(tǒng)可通過(guò)不斷迭代、部署和整合Springboot 應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的“全棧式應(yīng)用場(chǎng)景”，在分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)下提供更多的“全棧式技術(shù)解決方案”。