基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高職院校O2O智慧教學(xué)平臺構(gòu)建

諶順周，吳 云，謝紅英，姜 莉

（湖南懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與藝術(shù)設(shè)計系，湖南 懷化 418000）

0 引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，信息技術(shù)的快速發(fā)展為高職教育教學(xué)改革提供了先進(jìn)技術(shù)支撐和新的發(fā)展方向。隨著信息技術(shù)和職業(yè)教育教學(xué)的不斷融合，MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等在線學(xué)習(xí)方式越來越多地應(yīng)用在職業(yè)教育中，改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)理念和學(xué)習(xí)方式，突出了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的特點。但是，這并不意味著以互聯(lián)網(wǎng)為依托的在線學(xué)習(xí)就完全可以取代傳統(tǒng)的線下教學(xué)。雖然過去以講授為主的教學(xué)方式已經(jīng)難以滿足“互聯(lián)網(wǎng)+”時代學(xué)生發(fā)展新要求，但是在線學(xué)習(xí)要求學(xué)生高度誠實和自律，這對于職業(yè)院校的學(xué)生來說是個較大的考驗。因此，職業(yè)教育教師很有必要對傳統(tǒng)線下教學(xué)和現(xiàn)代線上學(xué)習(xí)做進(jìn)一步的結(jié)合起來，構(gòu)建既符合“互聯(lián)網(wǎng)+”時代發(fā)展要求又符合職業(yè)教育發(fā)展特點的教學(xué)平臺?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+教育”是指將互聯(lián)網(wǎng)基因注入時代教育中去，運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息手段實現(xiàn)與課堂教學(xué)內(nèi)容的高度整合，以促進(jìn)教育理念、教學(xué)過程、教學(xué)方式、教學(xué)評價的創(chuàng)新。本文立足于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合高職院校線上線下教育實踐，對智慧型O2O教學(xué)平臺的構(gòu)建和建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)和問題進(jìn)行研究，并提出平臺的設(shè)計思路和總體框架[1]。

1 O2O智慧教學(xué)平臺概述

O2O模式即Online to Offline，最早是美國電子商務(wù)領(lǐng)域提出的概念，在互聯(lián)網(wǎng)廣泛發(fā)展的今天，O2O模式已經(jīng)不僅僅是針對商業(yè)領(lǐng)域，對于傳統(tǒng)教育同樣適用，教育O2O模式在社會培訓(xùn)市場已經(jīng)興起，但是這些商家大多數(shù)是將O2O模式應(yīng)用在對自身課程產(chǎn)品的銷售上，沒有對教學(xué)過程或者教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效的促進(jìn)與改善。O2O 智慧教學(xué)平臺是指集智慧學(xué)習(xí)、智慧答疑、精準(zhǔn)教學(xué)、在線討論、個性化練習(xí)測試、多維度評價等多項服務(wù)在內(nèi)的一體化教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)[2]。通過實現(xiàn)教學(xué)資源和學(xué)習(xí)內(nèi)容的個性供紀(jì)念品，以及線上自主學(xué)習(xí)與線下課堂教學(xué)打通。在這種互動共享空間里，學(xué)生通過平臺線上自主學(xué)習(xí)、多方討論、多維度評價，教師通過平臺進(jìn)行學(xué)情分析、問題答疑、教學(xué)設(shè)計，通過線上線下有機(jī)結(jié)合，形成閉環(huán)，有效推進(jìn)個性化精準(zhǔn)教學(xué)，提升教學(xué)質(zhì)量和效果。

2 大數(shù)據(jù)學(xué)情分析在 O2O 智慧教學(xué)平臺中的應(yīng)用分析

通過對學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)、練習(xí)測試數(shù)據(jù)、互動問答數(shù)據(jù)、教師教學(xué)課堂數(shù)據(jù)、搜索提問數(shù)據(jù)等教學(xué)數(shù)據(jù)的進(jìn)行記錄采集，形成教學(xué)大數(shù)據(jù)，再通過大數(shù)據(jù)挖掘分析，實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)情、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)行為、教師課堂效果等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)教學(xué)資源的精準(zhǔn)推送，個性化學(xué)習(xí)資源推送、精準(zhǔn)練習(xí)測試、測量與記錄，智慧答疑系統(tǒng)自主問題搜索，有效促進(jìn)教師根據(jù)學(xué)情分析數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)課程設(shè)計、精準(zhǔn)課堂把握，并為課堂上的教學(xué)決策和學(xué)習(xí)干預(yù)提供數(shù)據(jù)支持，為教學(xué)評價提供數(shù)據(jù)支撐，為教學(xué)管理提供決策依據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)線上線下相結(jié)合的智慧教學(xué)。

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高職 O2O 智慧教學(xué)平臺框架設(shè)計

3.1 O2O智慧教學(xué)平臺建設(shè)目標(biāo)

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高職 O2O智慧教學(xué)平臺構(gòu)建是將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于O2O教學(xué)平臺中，旨在通過該系統(tǒng)構(gòu)建能讓教師在實施教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)情數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)差異化的教學(xué)，使教學(xué)更精準(zhǔn)化[3]。學(xué)生可在系統(tǒng)中根據(jù)自身基礎(chǔ)進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)，系統(tǒng)可為學(xué)生進(jìn)行量身定制學(xué)習(xí)、練習(xí)內(nèi)容。教學(xué)管理者可根據(jù)教師教學(xué)數(shù)據(jù)和學(xué)生學(xué)習(xí)反饋數(shù)據(jù)，對課堂教學(xué)質(zhì)量把控，實施更精準(zhǔn)化教學(xué)決策。

3.2 O2O智慧教學(xué)平臺關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 學(xué)情分析系統(tǒng)

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)行學(xué)情分析，能夠讓每一個學(xué)生根據(jù)自身知識結(jié)構(gòu)量身定制一套學(xué)習(xí)資源和課程，還能夠及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)習(xí)慣，提前預(yù)警和提示，依靠大數(shù)據(jù)驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)，促進(jìn)教師改善教學(xué)方法和手段，進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量。學(xué)情分析系統(tǒng)可通過對預(yù)測、聚類、相關(guān)性挖掘、數(shù)據(jù)判斷、用模式進(jìn)行發(fā)現(xiàn)等技術(shù)實施學(xué)情分析[4]。

3.2.2 個性知識供給模型

個性化推薦在各個領(lǐng)域都能看到，如商品推薦、新聞推薦、電影推薦，系統(tǒng)會根據(jù)你最近瀏覽信息和搜索內(nèi)容進(jìn)行綜合分析，推斷出你所關(guān)注的內(nèi)容，精準(zhǔn)推送相關(guān)內(nèi)容給你。O2O智慧教學(xué)系統(tǒng)個性知識供給系統(tǒng)也是根據(jù)你最近瀏覽內(nèi)容、搜索關(guān)鍵詞和錯誤練習(xí)題等綜合判斷，為學(xué)生推薦相關(guān)學(xué)習(xí)資源和內(nèi)容。構(gòu)建一種高效可靠的個性化知識推薦模型對智慧教學(xué)平臺的構(gòu)建起到很關(guān)鍵的作用，符合“以生為本、因材施教、自主學(xué)習(xí)”的教育理念[5]。

3.2.3 知識圖譜智慧答疑系統(tǒng)

O2O智慧教學(xué)平臺來說，學(xué)生答疑是其中的重要模塊，學(xué)生碰到問題可在線咨詢老師，但老師不可能24小時在線，如不能及時回答，可能會造成學(xué)生因為學(xué)習(xí)困難而放棄，影響學(xué)習(xí)興趣和積極性，通過智慧答疑系統(tǒng)開發(fā)能夠有效解決類似問題，有助于提高教學(xué)效能，普通答疑系統(tǒng)無法對課程知識進(jìn)行全面表示，缺乏對問題答案的歸納功能，在答疑系統(tǒng)中引入知識圖譜，把學(xué)生提的問題以知識點樹的形式展現(xiàn)，結(jié)合樸素貝葉斯算法進(jìn)行文本分類，歸類問題相關(guān)知識點，搜索相匹配的教學(xué)視頻或課件，能夠更好的為學(xué)生解決問題，學(xué)生還可進(jìn)行相關(guān)知識點的擴(kuò)展學(xué)習(xí)，有效提升系統(tǒng)的智能化[6]。

3.3 O2O智慧教學(xué)平臺技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

高職 O2O智慧教學(xué)平臺技術(shù)框架采取分布式大數(shù)據(jù)集群技術(shù)框架，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算機(jī)平臺使用Hadoop技術(shù)，通過與其相關(guān)的數(shù)據(jù)處理和工具，使用HDFS分布式文件存儲，ETL進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理、MapReduce分布式計算框架，系統(tǒng)還包括大數(shù)據(jù)訪問框架和數(shù)據(jù)安全保障體系等。如圖1所示。

高職 O2O智慧教學(xué)平臺通過對學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程、課堂教學(xué)過程、測試考試、頭腦風(fēng)暴、在線答疑、問答搜索等教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，形成海量的教學(xué)大數(shù)據(jù)，通過過濾算法和去噪手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到數(shù)據(jù)集合，再利用 Hadoop分布式存儲數(shù)據(jù)，使用MapReduce分布式計算，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)算法中的分類、回歸分析和相關(guān)性分析算法對教學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模，通過挖掘分析結(jié)果，為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)知識推薦，為教師提供教學(xué)數(shù)據(jù)支撐，為教學(xué)管理者提供教學(xué)決策參考，形成線上線下教學(xué)學(xué)習(xí)閉環(huán)。

圖1 O2O智慧教學(xué)平臺技術(shù)架構(gòu)圖Fig.1 O2O intelligent teaching platform technology architecture

3.3.1 平臺基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)庫層

平臺的基礎(chǔ)設(shè)施層是整個平臺架構(gòu)的根基，為整個服務(wù)平臺能夠高效穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)支持和有力保障[7]。平臺的基礎(chǔ)設(shè)施層主要包含以下幾個方面。

①服務(wù)器：服務(wù)器是服務(wù)平臺賴以運行的容器。

②網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)是用戶和服務(wù)平臺之間交互的媒介。

③數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫存儲了服務(wù)平臺上所有學(xué)習(xí)、教學(xué)相關(guān)的信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

④虛擬化軟件：使用VM集群技術(shù)虛擬一個統(tǒng)一的服務(wù)平臺，來滿足系統(tǒng)的服務(wù)需求。

3.3.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集服務(wù)是保證數(shù)據(jù)來源的重要手段，本系統(tǒng)通過使用ETL數(shù)據(jù)采集工具、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等對各類學(xué)習(xí)、教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)抽取、清洗、轉(zhuǎn)換后放到數(shù)據(jù)倉庫中存儲起來，采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接決定數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.3.3 數(shù)據(jù)計算服務(wù)層

數(shù)據(jù)計算服務(wù)層是該平臺的核心，采用以HDFS分布式數(shù)據(jù)存儲為基礎(chǔ)，通過MapReduce分布式計算，為應(yīng)用呈現(xiàn)層提供可靠的、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)精準(zhǔn)化服務(wù)。

3.3.4 數(shù)據(jù)分析層

過大數(shù)據(jù)技術(shù)對學(xué)習(xí)行為分析，實現(xiàn)教學(xué)資源的精準(zhǔn)推送，個性化學(xué)習(xí)、精準(zhǔn)練習(xí)、測量與記錄，通過智慧答疑系統(tǒng)自主問題搜索，教師根據(jù)學(xué)情分析數(shù)據(jù)精準(zhǔn)課程設(shè)計、課堂精準(zhǔn)把握，并為線下課堂上的教學(xué)決策和學(xué)習(xí)干預(yù)提供數(shù)據(jù)支持；數(shù)據(jù)處理模塊主要包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)據(jù)應(yīng)用等。

3.3.5 應(yīng)用呈現(xiàn)層

應(yīng)用層是服務(wù)平臺向租戶提供的業(yè)務(wù)服務(wù)層，根據(jù)不同租戶的需求，該層為用戶提供不同的服務(wù)功能，如線下學(xué)習(xí)子系統(tǒng)、課堂教學(xué)子系統(tǒng)、智能問答子系統(tǒng)、教學(xué)決策子系統(tǒng)，該層對內(nèi)向數(shù)據(jù)提供各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對外向?qū)W生、教師和教學(xué)管理者提供各項業(yè)務(wù)服務(wù)，實現(xiàn)O2O智慧教學(xué)學(xué)習(xí)。

3.3.6 系統(tǒng)安全保障體系

系統(tǒng)安全保障體系包含系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)運行安全兩個模塊，系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全主要包括學(xué)生和教師個人相關(guān)信息安全不被泄漏，系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)不被盜取。系統(tǒng)運行安全包括系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)備份和恢復(fù)等。

4 結(jié)束語

本文立足于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合高職院校線上線下教育實踐，對智慧型O2O教學(xué)平臺的構(gòu)建和建設(shè)中的大數(shù)據(jù)學(xué)情分析、知識圖譜答疑系統(tǒng)、個性化知識供給模型等關(guān)鍵技術(shù)和問題進(jìn)行研究，并提出關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用策略、平臺的設(shè)計思路和總體框架。