董 萍

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息傳媒學(xué)院，河南 三門峽 472000)

0 引 言

信息技術(shù)的飛速發(fā)展促使物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)逐漸應(yīng)用到人們的工作和生活中，同時在智能網(wǎng)絡(luò)終端不斷增加的背景下，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出“海量、類型繁多、價值量大和傳播速度快”的特征，互聯(lián)網(wǎng)進入了大數(shù)據(jù)時代。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展引領(lǐng)了信息技術(shù)的變革，大數(shù)據(jù)應(yīng)用的普及引領(lǐng)了社會的變革，大數(shù)據(jù)不僅使人們的生產(chǎn)和生活方式發(fā)生了重大變革，也促使教育領(lǐng)域發(fā)生了系統(tǒng)性的變革。

1 基本概念

1.1 大數(shù)據(jù)概述

1.1.1 大數(shù)據(jù)的含義

大數(shù)據(jù)(big data)，即海量數(shù)據(jù)，是信息技術(shù)的又一次飛躍。云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，移動智能終端的不斷增多，為大數(shù)據(jù)提供了多樣化的數(shù)據(jù)收集方式。穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸能力、海量的數(shù)據(jù)存儲空間和高效的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，為大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供了硬件支持[1]。同時，隨著社交網(wǎng)絡(luò)、位置服務(wù)、智慧城市、即時通訊等互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量呈爆發(fā)式增長狀態(tài)，為大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供了軟件基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)的核心是從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息[2]。

1.1.2 大數(shù)據(jù)的特征

大數(shù)據(jù)具有海量化(volume)、多樣性(variety)、速度(velocity)、價值(value)4個特征[3]。

(1)海量化。信息技術(shù)的高速發(fā)展，促使數(shù)據(jù)開始爆發(fā)式增長。微博、微信、推特等社交網(wǎng)絡(luò)及各種移動智能終端的使用等，都成為大數(shù)據(jù)的來源。目前數(shù)據(jù)儲存單位是通過PB、EB甚至ZB進行儲存。

(2)數(shù)據(jù)種類多。大數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化2種數(shù)據(jù)類型。其中身份證號、手機號碼等能夠用固定結(jié)構(gòu)加以表示的數(shù)據(jù)屬于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，微博日志、圖片、圖像、音頻、視頻、GPS等不能用固定結(jié)構(gòu)表示的數(shù)據(jù)屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

(3)速度快。網(wǎng)絡(luò)中各種平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息具有速度快的特點，在秒級時間內(nèi)快速有效地從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息并進行分析是大數(shù)據(jù)解決的關(guān)鍵問題。

(4)價值高。大數(shù)據(jù)最大的價值就是通過數(shù)據(jù)整合、分析和挖掘，從大量看似不相關(guān)的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)新規(guī)律和新知識，獲取其中隱藏的有價值的信息，對所面臨的問題進行分析與處理。

1.1.3 大數(shù)據(jù)的主要來源

大數(shù)據(jù)主要來源于商業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)3個方面。其中商業(yè)數(shù)據(jù)是指來自于企業(yè)ERP系統(tǒng)、各種POS終端及網(wǎng)上支付系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，是現(xiàn)在最主要的數(shù)據(jù)來源渠道；互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是指網(wǎng)絡(luò)空間交互過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，包括通信記錄及QQ、微信、微博等社交媒體產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且難以被利用；物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是指從多種數(shù)字設(shè)備中收集的數(shù)據(jù)，比如企業(yè)網(wǎng)站數(shù)據(jù)、智慧交通產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等[4-5]。

1.2 智慧課堂

1.2.1 智慧課堂的含義

智慧課堂將理論落實到課堂教學(xué)，聚焦于師生活動，是一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學(xué)手段[6]。通過學(xué)習(xí)通的移動課堂互動系統(tǒng)連接教師學(xué)生進行深度課堂互動，改變了傳統(tǒng)課堂的單向灌輸模式?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)集智慧教學(xué)、人員考勤、設(shè)備管理于一體的新型現(xiàn)代化智慧教學(xué)系統(tǒng)，是推進未來學(xué)校建設(shè)的重要組成部分。教師端以泛雅平臺為基礎(chǔ)、以資源為支撐、利用已有硬件，依托學(xué)習(xí)通集成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、師生交流互動、答疑和管理等功能，以課程為中心，開展作業(yè)、考試、答疑、討論、評價等互動教學(xué)活動[7]。利用新一代信息技術(shù)所打造的智慧課堂，能夠?qū)崿F(xiàn)課前、課中和課后的全過程跟蹤。

1.2.2 智慧課堂的優(yōu)勢

在使用智慧課堂時，電腦和手機是同步的。手機具有簡單易用、功能強大、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的特點。各類MOOC、教學(xué)ppt、作業(yè)、視頻、期刊、圖書、考試等信息存儲在云端，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身需要進行上傳或者瀏覽使用。能夠?qū)φn程的課前、課中、課后進行有效的管理。

課前，推送資源與交流。從“一平三端”智慧教學(xué)系統(tǒng)中發(fā)放任務(wù)、通知、資料和課前交流。

課中，授課教師通過電腦或者手機終端與學(xué)生完成簽到、投票、搶答、討論、交流的互動環(huán)節(jié)。并將教學(xué)資料通過文字、圖片、視頻、語音進行推送。

課后，對所學(xué)知識點進行小組討論。學(xué)生完成授課教師布置的測驗習(xí)題和課后作業(yè)。同時，學(xué)生能夠?qū)φn程進行評價，激發(fā)學(xué)生角色互換。學(xué)生也可對任課教師進行網(wǎng)上評價。

1.3 “一平三端”

“一平三端”是以泛雅平臺為基礎(chǔ)，通過學(xué)習(xí)通作為移動工具，大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為管理工具，智慧課堂作為激活傳統(tǒng)教室的工具，最終實現(xiàn)學(xué)生端、教室端、管理端的平臺應(yīng)用。

2 “一平三端”智慧教學(xué)系統(tǒng)采用的技術(shù)及其功能架構(gòu)

“一平三端”智慧教學(xué)平臺具有先進性、可移植性、開放性和兼容性，支持標(biāo)準(zhǔn)化多媒體課件。用最少的代碼量實現(xiàn)需要的功能模塊，盡量減輕頁面的質(zhì)量，減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，提高頁面響應(yīng)速度。系統(tǒng)采用Java作為主要的后端開發(fā)語言，前端界面的開發(fā)使用標(biāo)準(zhǔn)的HTML，支持Oracle、SQL Server、MySql等主流數(shù)據(jù)庫，采用B/S結(jié)構(gòu)，基于J2EE架構(gòu)，頁面采用Web2.0 AJAX開發(fā)。這樣不需要另行安裝插件就可以支持IE9及以上版本、Safari、Firefox、Chrome等瀏覽器。

2.1 采用的技術(shù)

2.1.1 Java

Java是一種被廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)編程語言，具有面向?qū)ο?、可移植性好、與硬件無關(guān)、系統(tǒng)強健安全、提供了并發(fā)機制、性能高的優(yōu)點，并提供分布性、多線程、動態(tài)性的支持，是一種新一代的編程語言[8]。

2.1.2 HTML

HTML是超文本標(biāo)記語言的簡稱，是目前互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)應(yīng)用最為廣泛的一種前端開發(fā)語言，大多數(shù)瀏覽器均能直接識別，不需要服務(wù)器做任何處理，能夠減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。使用HTML編寫的代碼，便于用戶進行修改和管理，減少網(wǎng)絡(luò)流量，減輕服務(wù)器壓力。

2.1.3 數(shù)據(jù)庫

基于“一平三端”智慧教學(xué)系統(tǒng)平臺支持Oracle、MySQL、SQL Server等主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和Web服務(wù)器集群。具有安全策略和備份機制，可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)要求采用不同的安全措施，保證發(fā)生故障時不影響整個系統(tǒng)的正常運行。

2.2 “一平三端”功能架構(gòu)

“一平三端”以在線教學(xué)平臺為中心，融合教室端、移動端、管理端各類教學(xué)應(yīng)用，涵蓋課前、課中、課后的日常教學(xué)全過程，建構(gòu)起完整的課堂智慧教學(xué)生態(tài)[9]。“一平三端”功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 “一平三端”功能架構(gòu)

從圖1中可以看出，“一平三端”的功能體系包括如下。

教室端：基于新媒體技術(shù)的課堂教學(xué)。

移動端：基于移動互聯(lián)技術(shù)的教學(xué)互動。

管理端：基于云計算的教學(xué)監(jiān)管。

云平臺：基于大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)云平臺。

3 “一平三端”系統(tǒng)功能模塊

“一平三端”智慧教學(xué)系統(tǒng)功能設(shè)計是以泛雅平臺為基礎(chǔ)，移動端學(xué)習(xí)通為突觸，智慧教務(wù)作為管理決策中心，智慧課堂作為教室端激活傳統(tǒng)課堂，重新定義信息化背景下教學(xué)活動的進行。即教室端利用普通教室內(nèi)已有硬件設(shè)置電腦屏幕，可以實現(xiàn)智慧課程，升級傳統(tǒng)課堂，為實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)提供可能。

學(xué)生利用移動端通過泛雅平臺實現(xiàn)慕課學(xué)習(xí)、提交作業(yè)、參與考試，通過學(xué)習(xí)通實現(xiàn)智慧課堂的參與，進行課堂在線簽到、討論、投票、回答提問、測試等環(huán)節(jié)，并留下學(xué)習(xí)記錄，形成學(xué)習(xí)檔案。亦可將學(xué)習(xí)通作為移動圖書館，利用碎片化的時間，完成課外拓展閱讀、知識自主獲取、加入興趣小組、分享學(xué)習(xí)心得等。

管理端可以通過智慧教務(wù)，實現(xiàn)教學(xué)大數(shù)據(jù)的分析，進行教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，實現(xiàn)過程中的教學(xué)評估，進行教學(xué)改革等。并配合學(xué)習(xí)通，實現(xiàn)教務(wù)教學(xué)管理、數(shù)據(jù)查看、辦公應(yīng)用，整合其他系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一移動入口，便于數(shù)據(jù)采集、一鍵辦公。

4 “一平三端”的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

當(dāng)學(xué)習(xí)者使用計算機終端進行學(xué)習(xí)時，所涉及的一切活動包括上課、讀書、寫筆記、做作業(yè)、發(fā)微博、進行實驗、討論問題、參加各種活動等都將成為教育大數(shù)據(jù)的來源。隨著信息化2.0的發(fā)展，學(xué)校建立起多個業(yè)務(wù)平臺，推進“互聯(lián)網(wǎng)+教育”。人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)迅猛發(fā)展，使得各個信息平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)得以采集分析。

大數(shù)據(jù)中心將采集包括泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、學(xué)習(xí)通移動學(xué)習(xí)平臺、教學(xué)資源庫、爾雅通識課、頂崗實習(xí)、評價系統(tǒng)、智慧教室以及第三方平臺在教學(xué)運行過程中產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)，使用信息化手段將教學(xué)的全過程進行數(shù)據(jù)的跟蹤管理，后臺進行數(shù)據(jù)的匯總，以期進行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)類型包括以下幾個方面(圖2)。

圖2 “一平三端”的數(shù)據(jù)類型

統(tǒng)計數(shù)據(jù)以全流程多維度的方式，貫穿課前課中課后，融合線上線下，打通課內(nèi)課外，以教學(xué)數(shù)據(jù)為總線，服務(wù)于教學(xué)評估。最終實現(xiàn)學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控與管理提供數(shù)據(jù)的分析展現(xiàn)，實時為學(xué)校的科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

5.1 教學(xué)大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)清洗、深度的機器學(xué)習(xí)，有效剔除冗余數(shù)據(jù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)高效的統(tǒng)計分析功能，進行有效的數(shù)據(jù)挖掘。教學(xué)大數(shù)據(jù)分析中心如圖3所示。

圖3 教學(xué)大數(shù)據(jù)分析中心

教學(xué)大數(shù)據(jù)分析分為4部分：教學(xué)數(shù)據(jù)、學(xué)情分析、課程學(xué)習(xí)情況分析、簽到分析(以下分析都以三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例)。

(1)教學(xué)數(shù)據(jù)

教學(xué)數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)采集到整個教學(xué)過程中教師建課、網(wǎng)絡(luò)課程運行、上課互動、課外使用等全流程多維度的教學(xué)數(shù)據(jù)，用于分析統(tǒng)計，該模塊支持從橫向縱向多個層次查看分析結(jié)果。例如查看授課教師對《計算機與大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程成績綜合情況的對比(圖4)。

圖4 課程成績綜合情況對比

(2)學(xué)情分析

通過采集學(xué)生在課內(nèi)課外參與課程學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，分析學(xué)生活躍度、課程學(xué)習(xí)、課堂活動參與度等情況。例如統(tǒng)計學(xué)生進度頁面和學(xué)生學(xué)習(xí)頁面的訪問次數(shù)(以2018級語文教育3班為例)，如圖5所示。

圖5 統(tǒng)計學(xué)生進度頁面和學(xué)生學(xué)習(xí)頁面的訪問次數(shù)

(3)課程學(xué)習(xí)情況

統(tǒng)計學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成的網(wǎng)絡(luò)課程數(shù)、任務(wù)點完成情況、作業(yè)提交情況等?！耙黄饺恕逼脚_作業(yè)統(tǒng)計情況如圖6所示。

圖6 “一平三端”平臺作業(yè)統(tǒng)計情況

(4)簽到分析

按照活動類型，分析各個活動在教學(xué)活動中的比重，能夠很好地反映教學(xué)活動的整體狀況。也可以統(tǒng)計授課教師對教授班級進行師生互動的出勤率、簽到率情況(圖7)。

圖7 簽到情況

5.2 移動分析系統(tǒng)

移動分析系統(tǒng)提供多個監(jiān)控入口，包括實時課堂、網(wǎng)絡(luò)課程、教學(xué)數(shù)據(jù)、學(xué)情分析、簽到監(jiān)控、資源監(jiān)控、評價分析、教學(xué)預(yù)警、項目分析、實習(xí)分析、日常監(jiān)控等。教務(wù)管理者使用移動端即可對教學(xué)運行狀況進行實時監(jiān)控。

5.3 數(shù)據(jù)大屏管理

根據(jù)學(xué)校需要可提供學(xué)校數(shù)據(jù)統(tǒng)計的展示大屏，該數(shù)據(jù)大屏可自由選擇展示整個平臺中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，可通過大屏或者拼接屏的形式展示學(xué)校中各項資源的建設(shè)情況、數(shù)字化建設(shè)情況以及教學(xué)情況等，以最直觀的方式展示學(xué)校最核心的內(nèi)容。

(1)大屏展示

通過后臺控制，配合專業(yè)硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的常態(tài)化展示。

根據(jù)全校學(xué)生數(shù)、教師數(shù)、網(wǎng)絡(luò)課程數(shù)、本校信息化建設(shè)中資源數(shù)量、教學(xué)題庫數(shù)量、系統(tǒng)的訪問情況及全校按照時間為單位的學(xué)生出勤情況、本校教育資源的建設(shè)情況、師生間的互動數(shù)量可分為5塊大屏：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)監(jiān)控、活躍度監(jiān)控、全校資源監(jiān)控、實時課堂監(jiān)控、簽到率監(jiān)控。

(2)數(shù)據(jù)大屏控制后臺

根據(jù)學(xué)校對數(shù)據(jù)展示項的不同需求，數(shù)據(jù)大屏控制后臺能夠輕松實現(xiàn)對展示頁面的規(guī)劃設(shè)計。

5 結(jié)論與討論

智慧課堂是信息化發(fā)展的產(chǎn)物，是以泛雅超星學(xué)習(xí)通平臺為基礎(chǔ)，以各類教學(xué)資源為支撐，充分利用Linux云服務(wù)器等軟硬件信息平臺展開作業(yè)、考試、答疑、討論、評價等互動教學(xué)活動。本文從智慧教學(xué)系統(tǒng)的基本概念、采用的技術(shù)及其功能架構(gòu)、功能模塊、大數(shù)據(jù)分析幾個方面對“一平三端”智慧教學(xué)系統(tǒng)進行闡述，重點從教學(xué)大數(shù)據(jù)、移動分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)大屏管理3個方面對該系統(tǒng)進行了分析。