基于大數(shù)據(jù)分析的MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬蓮姑　杜鋒　黃壽孟

摘 要： 為了提高網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)自主學(xué)習(xí)平臺(tái)的穩(wěn)定性和資源利用效率，提出一種基于大數(shù)據(jù)分析的大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)描述和功能模塊化分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊、信息處理模塊和人機(jī)交互模塊，采用Android操作系統(tǒng)進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的底層模塊設(shè)計(jì)，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行海量MOOC自主學(xué)習(xí)資源檢索設(shè)計(jì)，在MVB總線控制協(xié)議下進(jìn)行進(jìn)程管理和文件配置，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。軟件測(cè)試結(jié)果表明，該自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行海量MOOC學(xué)習(xí)資源大數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定收斂性較好，魯棒性較高。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù)分析； 大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程； 自主學(xué)習(xí)； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN711?34； TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）20?0064?03

Abstract： In order to improve the stability and resource utilization efficiency of autonomous learning platform for network course teaching， a design method of massive open online course （MOOC） intelligent autonomous learning system based on large data analysis is presented. The overall design description and the functional module analysis of the MOOC intelligent autonomous learning system are conducted in this paper. The system is composed of MOOC learning resource retrieval module， information processing module and human?computer interaction module. Android operating system is adopted to design the bottom module of MOOC intelligent autonomous learning system. The massive MOOC autonomous learning resources retrieval design is realized based on big data analysis technology. The process management and file configuration are performed according to the MVB bus control protocol to implement software development and design of the learning system. The software testing results show that the autonomous learning system has high stability and strong robustness for large data processing of MOOC learning resources.

Keywords： big data analysis； massive open online courses； autonomous learning； system design

0 引 言

在網(wǎng)絡(luò)教育和遠(yuǎn)程現(xiàn)代化教學(xué)不斷升級(jí)和普及的當(dāng)今社會(huì)，采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)是人們進(jìn)行課程教學(xué)和自我學(xué)歷提升的一種主要方式，大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（Massive Open Online Courses，MOOC）的出現(xiàn)有效滿足了人們對(duì)知識(shí)文化和課程學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)智能地自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代化媒體進(jìn)行教學(xué)資源傳輸以及共享，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和教育，提高自主學(xué)習(xí)的有效性，改善當(dāng)前教學(xué)資源分布不均衡的現(xiàn)狀[1]。因此，研究MOOC這中開(kāi)放式教學(xué)模式下的智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在促進(jìn)大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)資源優(yōu)化配置方面具有重要意義，相關(guān)的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究受到人們的重視。本文提出一種基于大數(shù)據(jù)分析的大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)描述與功能構(gòu)成

本文設(shè)計(jì)的基于大數(shù)據(jù)分析的MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用開(kāi)源代碼交互性設(shè)計(jì)方法。首先給學(xué)習(xí)用戶終端裝載一張電子標(biāo)簽卡，進(jìn)行用戶的身份識(shí)別和個(gè)性化自主學(xué)習(xí)定制。采用非接觸式的射頻識(shí)別技術(shù)激活電子標(biāo)簽，寫(xiě)入大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程的自主學(xué)習(xí)資源信息?；贏V890網(wǎng)絡(luò)服務(wù)鏈接協(xié)議進(jìn)行自主學(xué)習(xí)用戶的身份、學(xué)科信息以及學(xué)習(xí)集成等信息的智能感知，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的反饋控制[2]。采用MUC主控系統(tǒng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的集成控制，設(shè)計(jì)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行上位機(jī)通信與信息交互，最后在人機(jī)交互終端進(jìn)行學(xué)習(xí)進(jìn)程管理和文件配置，實(shí)現(xiàn)MOOC網(wǎng)絡(luò)課程智能化配置和學(xué)習(xí)資源的自動(dòng)更新，MOOC智能自主學(xué)習(xí)的總體系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理和自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的功能模塊化分析，在自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的移動(dòng)智能終端，通過(guò)4G和WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在控制中心把學(xué)習(xí)資源上傳到統(tǒng)一的接口，與移動(dòng)智能終端進(jìn)行通信[3]。綜上分析，得到本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能模塊主要包括了MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊、信息處理模塊和人機(jī)交互模塊。其中，學(xué)習(xí)資源的信息檢索模塊主要實(shí)現(xiàn)的是學(xué)習(xí)資源智能檢索、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)和大數(shù)據(jù)挖掘功能，信息處理模塊是通過(guò)智能算法進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)MOOC智能自主學(xué)習(xí)資源的調(diào)度和訪問(wèn)控制，人機(jī)交互模塊是實(shí)現(xiàn)信息交互和人機(jī)對(duì)話功能，并根據(jù)用戶身份和學(xué)習(xí)需求進(jìn)行進(jìn)程管理配置。系統(tǒng)功能模塊構(gòu)成如圖2所示。endprint

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在Android操作系統(tǒng)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，采用嵌入式的Bootloader驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的底層模塊設(shè)計(jì)，調(diào)用進(jìn)程管理程序?；诖髷?shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行海量MOOC自主學(xué)習(xí)資源檢索設(shè)計(jì)，根據(jù)ROMFS文件系統(tǒng)執(zhí)行進(jìn)程管理、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理，MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的一個(gè)組件使用post關(guān)鍵字mach?mini2440.c進(jìn)行編譯[4?5]。利用Busybox的安裝腳本進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的工程管理應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，在程序開(kāi)發(fā)之前，進(jìn)行中斷位控制設(shè)計(jì)和根文件系統(tǒng)配置。通過(guò)VME總線或局部總線傳輸技術(shù)進(jìn)行信息采集，結(jié)合上述設(shè)計(jì)原理，對(duì)MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊、信息處理模塊和人機(jī)交互模塊的軟件設(shè)計(jì)分布描述如下：

2.1 MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊

MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊選用AOSID?1709型號(hào)的閱讀器進(jìn)行學(xué)習(xí)資源檢索，當(dāng)電子標(biāo)簽信息的初始狀態(tài)Flag=0時(shí)，調(diào)整執(zhí)行命令進(jìn)行標(biāo)簽識(shí)別，資源檢索模塊部分的GUI類窗口主要分為主窗口、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框、基本控件窗口，構(gòu)建包括日期、時(shí)間以及鏈表等自主學(xué)習(xí)信息的標(biāo)準(zhǔn)控件。在可視化的界面下進(jìn)行應(yīng)用程序的框架設(shè)計(jì)和圖形用戶界面開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)工具選擇上層的API嵌入式設(shè)計(jì)方法，采用MVB總線控制協(xié)議的總線傳輸技術(shù)進(jìn)行組件式的架構(gòu)[6]。通過(guò)接口將不同組件聯(lián)接起來(lái)，通過(guò)高層次的主動(dòng)消息組件（Active Message）執(zhí)行自主學(xué)習(xí)命令，實(shí)現(xiàn)MOOC資源調(diào)用，學(xué)習(xí)資源檢索的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程如圖3所示。

2.2 信息處理模塊

信息處理模塊作為MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主控模塊，實(shí)現(xiàn)信息處理和大數(shù)據(jù)分析功能，采用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和信息處理，采用Android操作系統(tǒng)發(fā)送命令給相關(guān) I/O引腳，并以字節(jié)為單位與上層組件無(wú)線消息包交互，并在MVB總線控制協(xié)議下進(jìn)行進(jìn)程管理和文件配置。在TinyOS 2.x中調(diào)用TaskBasic.postTask（）任務(wù)的TaskBasic（）.runTask（）事件觸發(fā)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的TaskBasic接口程序，在標(biāo)準(zhǔn)的TinyOS調(diào)度程序下進(jìn)行語(yǔ)義聲明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議庫(kù)開(kāi)發(fā)。信息處理模塊的操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)主要包括通信庫(kù)、協(xié)議庫(kù)、核心庫(kù)和資源庫(kù)，如圖4所示，而信息處理模塊的TinyOS組件庫(kù)包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議庫(kù)、傳感器驅(qū)動(dòng)庫(kù)。通過(guò)硬件抽象組件對(duì)底層硬件進(jìn)行調(diào)試和平臺(tái)庫(kù)開(kāi)發(fā)，使用unique（）函數(shù)初始化運(yùn)行任務(wù)，進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)管理和學(xué)習(xí)資源調(diào)度。

3 系統(tǒng)測(cè)試分析

對(duì)MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件測(cè)試建立在開(kāi)放源碼的Linux操作系統(tǒng)上，系統(tǒng)測(cè)試主要完成Linux內(nèi)核的裁剪與編譯、根文件系統(tǒng)的配置。系統(tǒng)主程序的編寫(xiě)采用linux內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議棧，底層模塊連接網(wǎng)絡(luò)的API接口，串口讀取代碼basecomm：（class SerialComm ： public BaseComm），使用兩個(gè)進(jìn)程來(lái)進(jìn)行讀寫(xiě)TCP服務(wù)進(jìn)程和數(shù)據(jù)分發(fā)緩存進(jìn)程，兩個(gè)進(jìn)程函數(shù)是：readerThread和writerThread，在TCP服務(wù)進(jìn)程中，ServerThread負(fù)責(zé)客戶端的連接，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)資源的內(nèi)存管理與資源配置。最后在調(diào)試器和嵌入式模擬仿真環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，以系統(tǒng)響應(yīng)的魯棒性曲線為測(cè)試指標(biāo)，得到測(cè)試結(jié)果如圖5所示。分析圖5結(jié)果得知，本文設(shè)計(jì)的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)具有較好的魯棒性響應(yīng)能力，收斂性較好，而傳統(tǒng)模型的振蕩較大，導(dǎo)致自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)穩(wěn)定性不好，本文方法有效解決了這一問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出一種基于大數(shù)據(jù)分析的大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)描述和功能模塊化分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括了MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊、信息處理模塊和人機(jī)交互模塊。采用Android操作系統(tǒng)進(jìn)行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的底層模塊設(shè)計(jì)，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行海量MOOC自主學(xué)習(xí)資源檢索設(shè)計(jì)，在MVB總線控制協(xié)議下進(jìn)行進(jìn)程管理和文件配置，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。軟件測(cè)試結(jié)果表明，該自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行海量MOOC學(xué)習(xí)資源大數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)定收斂性較好，魯棒性較高，具有較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

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