張勇波, 宋曉麗, 徐海

(中國石油大學(xué)(華東), 信息化建設(shè)處, 山東, 青島 266580)

0 引言

自21世紀(jì)以來,“互聯(lián)網(wǎng)+教育”對高等教育的影響逐漸加深,傳統(tǒng)的教學(xué)模式、人才培養(yǎng)方式等方面均受到了沖擊與挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)教育行業(yè)與信息化技術(shù)相結(jié)合,使得在線教育煥發(fā)出無比耀眼的光芒[1-2]。教育不受時空限制,學(xué)生能夠掌握學(xué)習(xí)的主動權(quán),把握學(xué)習(xí)的節(jié)奏和進(jìn)度。在線教育將進(jìn)一步促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源的傳播,促進(jìn)教育公平,促進(jìn)傳統(tǒng)教育模式變革。

2015年中國石油大學(xué)(華東)實施“全部課程上網(wǎng)”計劃,混合式教學(xué)成為了學(xué)校教學(xué)改革的主要方向之一,為此建設(shè)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺--石大云課堂,截至2020年已經(jīng)建設(shè)了1600門左右的課程。隨著“全部課程上網(wǎng)”計劃的實施,在線學(xué)習(xí)成為一種常態(tài),石大云課堂教學(xué)平臺已成為學(xué)校信息技術(shù)與課程教學(xué)深度融合的重要載體。但目前平臺無論在軟件功能性還是硬件架構(gòu)均存在一些缺陷,比如平臺的操作便捷性、交互性、安全性和并發(fā)數(shù)都存在一定的問題。另外,平臺已經(jīng)存有35 T的數(shù)據(jù)、幾十萬個資源文件、上千萬條數(shù)據(jù)庫記錄,對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析將會對教師教學(xué)提供更準(zhǔn)確有力的教學(xué)依據(jù)。因此,本文主要對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺在學(xué)校的軟硬件建設(shè)和學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)展開分析和研究,以保障師生混合式教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。

1 教學(xué)平臺硬件架構(gòu)設(shè)計部署

2015年教學(xué)平臺硬件一直部署在石大私有云上,通過組建虛擬化資源池為平臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供計算資源服務(wù),主要包括服務(wù)器和存儲的虛擬化,且平臺的設(shè)計和運行以它為基礎(chǔ)[3]。私有云的優(yōu)勢非常明顯,各類操作軟件和平臺可以共用虛擬化資源池,但是隨著內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)的容量擴(kuò)大,架構(gòu)升級和性能提升非常困難[4]。

為了改善原有平臺的架構(gòu)缺陷,在校園網(wǎng)基礎(chǔ)上,部署5臺服務(wù)器和統(tǒng)一存儲(見圖1),主要作用如下。

圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺硬件架構(gòu)圖

(1) 分發(fā)服務(wù)器

分發(fā)服務(wù)器用作負(fù)載均衡,可以提升平臺的并發(fā)量和穩(wěn)定性。在分發(fā)服務(wù)器上安裝運行Nginx,它可以起到一個分流指向的作用,以任務(wù)的相同性和壓力的大小去分派任務(wù),另一種分派方式就是哪個節(jié)點壓力最小分配給哪個,避免單節(jié)點任務(wù)繁重而其他節(jié)點沒有任何壓力。

(2) 節(jié)點服務(wù)器

節(jié)點服務(wù)器用作負(fù)載均衡,可以形成多個Tomcat負(fù)載,多任務(wù)多節(jié)點分批處理,避免教學(xué)平臺單節(jié)點訪問用戶過多而造成用戶界面卡頓無響應(yīng)。

(3) 流媒體服務(wù)器

流媒體服務(wù)器用作負(fù)載均衡,可以提升視頻轉(zhuǎn)換速度以及平臺處理視頻速度。

(4) 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用作數(shù)據(jù)庫大頁。數(shù)據(jù)交換不走Swap分區(qū),直接鎖死在內(nèi)存中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以提升數(shù)據(jù)庫處理速度,很大幅度減少宕機/卡頓風(fēng)險。負(fù)載均衡的部署流程是先部署單個節(jié)點(一個Tomcat),然后根據(jù)內(nèi)存大小作相對的配置修改,復(fù)制多個Tomcat,修改相應(yīng)端口,指定到分發(fā)的Nginx作對應(yīng)。

(5) 備份服務(wù)器

安裝Veritas備份軟件,增強數(shù)據(jù)安全性。教學(xué)平臺數(shù)據(jù)是學(xué)校的無形資產(chǎn),極其重要,在發(fā)生災(zāi)難性故障的情況下,可在幾分鐘之內(nèi)將基于磁盤的系統(tǒng)恢復(fù)到不同硬件,甚至虛擬服務(wù)器。

2 教學(xué)平臺功能模塊設(shè)計

教學(xué)平臺從使用范圍可以分為四大類,分別為國外商業(yè)化平臺、國內(nèi)商業(yè)化平臺、高等學(xué)校自研平臺和開源軟件。選取有代表性的平臺,如Blackboard、智慧樹、超星泛雅、清華教育在線、Moodle等,這些平臺從系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)性、內(nèi)置工具、可用性等方面具有不同程度的差異,對其進(jìn)行橫向功能模塊比較,從而得出完善的教學(xué)平臺功能結(jié)構(gòu)。圖2是本次設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺功能結(jié)構(gòu)圖,它主要以課程建設(shè)、課程學(xué)習(xí)、隨堂教學(xué)、學(xué)習(xí)分析、運行監(jiān)測和課程管理等6個模塊為主,另有25個子模塊組成[5-6]。

圖2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺軟件功能模塊圖

3 學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)研究

基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)分析是近些年以來教育領(lǐng)域研究的熱點和難點,中國石油大學(xué)(華東)經(jīng)過幾年的混合教學(xué)實踐,在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺積累了大量學(xué)生線上學(xué)習(xí)日志數(shù)據(jù),通過建立中間數(shù)據(jù)庫收集學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù),構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)畫像,可協(xié)助教師動態(tài)調(diào)整教學(xué)策略,同時研究學(xué)生的在線學(xué)習(xí)時間與頻次[7]。

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)畫像研究

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺眾多線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中,描述學(xué)生學(xué)習(xí)的指標(biāo)較多,有登錄次數(shù)、在線時長、學(xué)習(xí)視頻次數(shù)、參與測試次數(shù)等20多項指標(biāo),但有哪些指標(biāo)對教學(xué)過程意義比較大,哪些指標(biāo)可以反饋給教師用于教學(xué)干預(yù)是無法得知的。

本文選取2021年春季學(xué)期20門混合課程共2000多名學(xué)生對整個線上學(xué)習(xí)過程持續(xù)跟蹤,學(xué)期結(jié)束后收集所有學(xué)生的線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),并通過教師獲取學(xué)生的線下期末考試成績。采用SPSS對學(xué)生的線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和最終考試成績進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,取其中一門課程“材料科學(xué)基礎(chǔ)”作分析,如表1所示。其中,“**”表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),“*”表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。由表1可知,“進(jìn)入課程次數(shù)”“在線時長”“閱讀教學(xué)資源次數(shù)”“學(xué)習(xí)播課視頻次數(shù)”“提交在線測試數(shù)量”這幾個統(tǒng)計指標(biāo)與學(xué)生最終考試成績相關(guān)性較強,在統(tǒng)計學(xué)上具有參考價值[8]。

表1 “材料”科學(xué)基礎(chǔ)課程相關(guān)性分析結(jié)果

繼續(xù)研究所有20門課程分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)20多項學(xué)習(xí)指標(biāo)中有多項與考試成績相關(guān)性較強,從側(cè)面印證了線上教學(xué)的有效性,打消了部分教師對混合課程的顧慮。根據(jù)相關(guān)性結(jié)果,最終確定“進(jìn)入課程次數(shù)”“在線時長”“閱讀教學(xué)資源次數(shù)”“學(xué)習(xí)播課視頻次數(shù)”“提交在線測試數(shù)量”這5個指標(biāo)作為學(xué)生畫像維度。以數(shù)據(jù)較好、較差的學(xué)生為例畫出雷達(dá)圖(見圖3),可以根據(jù)結(jié)果對較差的學(xué)生作出預(yù)警和提示,及時調(diào)整教師教學(xué)策略,也可根據(jù)客觀性指標(biāo)分配權(quán)重作出成績得分預(yù)測。

(a) 較好的學(xué)生

3.2 學(xué)生在線情況分析

為了進(jìn)一步了解學(xué)生的日常線上學(xué)習(xí)習(xí)慣,從教學(xué)平臺中抽取2021年春季學(xué)期學(xué)生登錄情況數(shù)據(jù),并采用R語言進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。圖4是借助R語言繪制的學(xué)生在線情況統(tǒng)計。從圖4可以看出,學(xué)生每天學(xué)習(xí)的高峰出現(xiàn)在10點、16點、19點至23點,周五和周六學(xué)習(xí)人數(shù)較少,周四人數(shù)最多。

圖4 學(xué)生在線情況統(tǒng)計圖

4 總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是高校信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的重要載體,平臺的硬件架構(gòu)部署和軟件功能至關(guān)重要,是學(xué)校大規(guī)模開展混合式教學(xué)的基礎(chǔ)。本文通過研究平臺內(nèi)部學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù),確定了多個學(xué)習(xí)指標(biāo)作為學(xué)生畫像參數(shù),為教師提供教學(xué)干預(yù)參考信息,并且較差學(xué)生會及時得到教師的幫助。本文采用R語言統(tǒng)計方法對學(xué)生的日常學(xué)習(xí)時間進(jìn)行了分析,為學(xué)校管理者和教師提供了學(xué)生學(xué)習(xí)狀況信息,為決策提供支持。本次研究可用于混合課程開展網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)評價,有助于提升教師開展混合式教學(xué)的積極性,進(jìn)而提升高等教育的教學(xué)質(zhì)量。