基于大數據的虛實融合教學服務平臺設計

袁 苗

(廣西機電職業技術學院,廣西 南寧 530000)

0 引言

隨著網絡時代的來臨,很多學校已經構建了功能較為完整的教學服務平臺。但是在大數據背景下,傳統的教學服務平臺已經不能夠滿足當今學校的教學需求,不能夠客觀反映學生的學習水平,從而導致教學誤判、教學效果不佳等問題。為解決這一問題,本文分析了當前大數據應用于教學服務平臺設計的必要性,提出了基于大數據技術的教學服務平臺設計方式,從視圖層、模型層等多個角度提高教學服務平臺設計質量[1]。

1 教學平臺構建意義

為了使教學平臺更加“智慧”,在平臺搭建過程中,設計人員需要對平臺中的大數據檢索、需求感知能力等方面進行技術升級。設計人員需要厘清教學平臺搭建思路,創新技術形態、數據形態及組織形態,構建起以大數據為基礎、云計算技術為支撐的教學服務平臺,使教學服務平臺更加契合當前的教育需求?；诖髷祿慕虒W平臺設計需要遵循先進性、適用性、可擴展性原則。需要利用先進的技術構建教學服務平臺,實現教學的現代化管理模式,構建能夠滿足海量資源數據的存儲功能,建立相適應的維護管理系統,采用一站式設計原則,提供全方位教學服務。

2 平臺總體設計

高職學校是培養技術人才的教學基地,為社會提供了大量的技術人才。高職學校以提高學生的實踐能力為主,但受場地、資金等一系列條件的制約,高職學校實踐教學內容比例較低,單純的理論教學無法有效提高學生的知識應用能力。因此,本文將結合高職教學實際所需,對教學服務平臺進行重新設計,對新教學服務平臺設計整體框架進行深入分析。

2.1 視圖層

視圖層是學生、教師與教學服務系統之間的聯系界面。視圖層的設計較為簡單,僅包含了一些簡單的視覺元素。但隨著科學技術的發展,當前視圖層的界面內容逐漸變得豐富,視覺呈現方式更加復雜,起到吸引用戶目光的作用。當前組成視圖的元素包含HTML、Flash 和控件,這些元素可以精確處理不同視圖的業務代碼,使視覺層能夠呈現出更加豐富的視覺元素?，F代視圖層設計過程中,設計人員需要將視圖層中的視圖和業務邏輯分開。然而視圖層只是數據的一種呈現形式,其并不能夠承擔數據邏輯處理任務,所以這種區分使視圖層變得更好管理,更加便于日后維護工作[2]。

2.2 控制層

控制層能根據映射關系了解用戶的需求,從而調動相關的模型和視圖來響應用戶需求。但控制層只負責接收和發送請求,起到一種鏈接的作用。當控制層接收到請求之后,會將請求信息傳輸到模型組件中,然后使用視圖顯示模型處理返回的數據。由于高職專業多以實踐教學為主,為了進一步提高學生的實踐能力,平臺可以根據課程的實際情況自動模擬學生學習實踐所需要的訓練環境。學生登錄教學服務平臺后,可以直接選擇試驗訓練,控制層接收到信號后會將相關的實踐模型與視圖呈現在學生面前。本平臺設計采用B/S結構,學生只需通過網絡便可進行遠程實踐學習工作。這種方式突破了時間和空間的限制,有效地延長了學生的學習時間。

2.3 模型層

模型層是教學系統設計中最重要的環節,包含數據模型和運行邏輯模型,同時模型層還要對數據以及運行邏輯進行優先處理。當前,模型層構建過程中需要使用大數據技術,利用大數據技術的數據查找、處理功能構建起一個更加符合教學平臺使用要求的模型層。模型層子數據處理過程中需要對數據的格式進行調整,根據不同的視圖與需求進行不同的數據顯示,一個模型允許包含多種視圖。因為模型中的應用代碼只能被多個視圖使用一次,所以這種方式減少了代碼重復使用,提高了模型層的運行效率。由于該模型層采用了大數據技術,所以模型層能夠根據不同的學生學習需求檢索出不同的資料、數據,提高了教學服務平臺的使用質量。

2.4 處理層

用戶將數據輸入到視圖層后,視圖層會將搜索請求發送到服務器。服務器終端會有專門的控制器用來接收用戶的請求信息,接收器接到請求會在后臺調動相關模型應對用戶的請求。最后控制器會將處理結果返回到控制層,并且將處理結果發送到相應的視圖中,在整個過程中視圖層只負責調整格式與數據顯示。為了進一步提高處理層的處理質量,設計人員還對整個處理層作出了優化改進,將計算機的計算單元與存儲單元、通信單元等核心模塊作出了整體構建工作。設計人員對計算、儲存和網絡進行了集群化的交換,提高了處理層的運行效率[3]。這種設計可以隨著學生使用人數的增加靈活擴展,有較高的線性度,在一定程度上解決了傳統教學服務平臺結構擴展的限制問題。同時柔性擴展設計也可以為大數據平臺提供更加安全的控制機制,使數據庫中的學生數據、教學數據等內容變得更加安全,不易泄露。系統還增加了自動穩壓與斷電保護機制,進一步保障了學習服務平臺運行的穩定性。

3 平臺功能設計

教學服務平臺搭建需要用到C/S與 B/S 2層結構,還需要設計多種模塊,例如維護模塊、系統管理模塊、學生管理模塊等,這些模塊的應用可以豐富教學服務平臺功能,使平臺發揮更好的效用。

3.1 系統維護模塊

系統維護模塊具有系統設置、系統初始化、密碼修改、安全備份等多種功能,學生在使用維護模塊過程中,可以設置登錄密碼,同時可以利用安全備份功能將學習資料、考試資料等進行備份[4]。教學平臺還添加了“學習時長設置”選項,學生可以自由設置學習時長,學習時間結束后系統會自動發起提醒通知,讓學生注意勞逸結合。教學服務平臺主要面向全校師生以及管理人員,為了提高平臺系統的運行效率、減少系統管理功能重復現象,系統還設計了一套統一的登錄功能,根據不同用戶的需要采用不同模式,確定用戶權限。用戶權限設置如表1所示。

表1 用戶權限設置

3.2 系統管理模塊

系統管理模塊主要對用戶進出系統進行管理。學生可以通過學號、密碼等登錄系統。在系統管理模塊中還加入了后臺管理模式,教師可以通過后臺查看學生的學習時長,了解學生學習內容,并且還能夠在后臺看到學生的模擬考試成績,了解學生的學習狀態、學習水平,使教學變得更加有針對性。

3.3 學生管理模塊

學生管理模塊主要用于采集學生的注冊信息,對學生的身份進行核對。該模塊會記錄學生的姓名、年齡、學號以及專業系別。學生管理模塊能夠使教學服務平臺推送的學習資料、學習內容更加精確,滿足學生不同的學習需求。

3.4 資料庫管理模塊

資料庫管理模塊會記錄學生的考試成績,能夠為學生推薦本專業學習所需要的資料內容,還能夠根據學生的考試成績分析學生的學習能力。對于學習能力較強的學生,資料庫會自動檢索難度較高的題目與其匹配。對于學習能力較薄弱的學生,資料庫會更傾向于提供相對基礎的知識內容的檢索[5]。通過資料庫管理模塊學生可以了解自身的學習水平、以往的學習成績,有效幫助學生優化學習策略,提高學習成績。

3.5 任務生成模塊

由于高職學校對于學生的專業實踐能力要求較高,所以基于大數據技術的教學服務平臺在功能設計中加入了任務生成模塊,該模塊能夠根據教師的要求自動生成實踐內容,自動調整實踐難度,之后系統會按照教師的預先設定從題庫中選擇相應的實踐題目進行組合,形成實踐任務。

4 云計算資源算法

教學服務平臺設計以大數據、云計算技術為基礎,其中數據中心是整個系統的核心。為了進一步提高數據中心數據的使用質量,提高數據應用能力,本設計使用虛擬化技術,構建了一套完整的網絡資源庫,充分發揮云計算、大數據的作用,通過算法實現了問題描述、虛擬機動態調度等多種功能。

4.1 問題描述

教學平臺中數據中心應當重點考慮不同目標的排列組合問題,對多個問題作出整合。利用CPU、內存以及數據傳輸等資源,系統采用公式(1)進行多個目標的虛擬機分配。

(1)

(2)

其中,n為虛擬節點數;Pi為第i維性能特征平均值。為了凸顯性能特征的規范穩定,在虛擬節點中用第i維資源剩余分配量,除以i維總資源,最后計算出第i維性能的特征值,用Pi,j表示。

(3)

(4)

在采用云資源動態調度的特定算法中,對資源監視器進行合理使用,以實現對系統運行狀態下的實時監控,并在發生過載時,通過新的虛擬機來分攤過多的資源。當學校資訊系統網站存取資源比率降低時,亦須符合公式(4),方可減少虛擬機數目。

4.2 虛擬機動態調度步驟

虛擬機動態調度步驟:首先,會對設備運行狀態進行監測,以獲取相應的負載信息;其次,對智慧校園運營情況進行監測,對算法庫中的資源重新分配,達到對智慧校園的動態可調。在此基礎上,結合云計算平臺的監控數據,實現數據的有效存儲與配置,以及對網絡資源的動態分配與調度。本課題以云計算為背景,圍繞動態任務調度問題展開研究,主要內容有:任務容量評估、任務開銷動態評估、內存數據驅動的任務遷移與定點選擇等[6]。通過一系列的任務調度研究,建立一個新的、有意義的、有目標的、有組織的、有計劃的、有規律的新虛擬動態模擬系統。云計算環境下的虛擬動態模型可以減少虛擬機的移植次數,提高智慧校園的運營穩定性和容量。

5 平臺設計效果分析

本文為了驗證基于大數據的教學服務平臺搭建質量,了解平臺運行效果,以某高職院校計算機專業50名學生為實驗對象作進行分析。實驗將50名學生學生平均分為A、B 2組,每組25人。A組采用基于大數據技術的教學服務平臺進行專業學習,B組則采用傳統教學方式進行學習。在學習內容一致的情況下,對2組學生的學習成績進行對比分析。A、B 2組學生考試成績對比如表2所示。

表2 A、B 2組學生考試成績對比 單位:分

比較A、B 2組學生的學習總成績與平均成績,傳統教學模式B組比A組成績低,且A組平均成績比B組高出接近10分,2組成績差異較為明顯。由此可以得知,利用知識服務平臺教學效果比傳統教學效果更好。同時教師可以利用平臺對學生進行更加有針對性地訓練,提高了學生的學習成績。

6 結語

基于大數據技術的教學服務平臺設計過程中,設計人員需要建立完整的設計流程,厘清教學服務平臺的基礎運行邏輯。在此基礎上還要加入更多的功能模塊,使平臺設計更符合當前高職教學需要。通過對比實驗可以發現,高職院校學生通過使用服務教學平臺成績得到了明顯提升。