基于大數(shù)據(jù)在線分析學(xué)習(xí)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)研究*

黃鴻凌 王科 劉祥程 朱從秋

湖南城市學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 湖南 益陽(yáng) 413000

1 背景

國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃提出，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)，推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”發(fā)展，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源共建共享。最近，因?yàn)橐咔閷?dǎo)致許多學(xué)校采用線上學(xué)習(xí)，這使許多的學(xué)校選擇線上平臺(tái)，但大部分平臺(tái)僅僅提供教學(xué)、布置作業(yè)和考試等功能，期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并沒(méi)有有效的利用。為了更好地利用這些數(shù)據(jù)，本文采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、分析，并利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)清晰地把用戶的教學(xué)或?qū)W習(xí)情況反饋給用戶，提高教學(xué)質(zhì)量。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于大數(shù)據(jù)在線分析學(xué)習(xí)管理平臺(tái)，教師可以發(fā)布教學(xué)資源（教學(xué)視頻和作業(yè)）到平臺(tái)，學(xué)生利用平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。其視頻點(diǎn)擊記錄、學(xué)生寫(xiě)作業(yè)和答題的信息能夠自動(dòng)地記錄，對(duì)記錄進(jìn)行系統(tǒng)的分析，從中揭示學(xué)生的學(xué)習(xí)模式，從而幫助老師優(yōu)化教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。

3 系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該平臺(tái)采用了B/S開(kāi)發(fā)模式[1]，利用SSM（SpringBoot+Spring+Mybatis）[2]框架。平臺(tái)采用分層設(shè)計(jì)模式，主要用到技術(shù)如下：

3.1 HLS 技術(shù)

HLS（HTTP Live Streaming）是Apple的動(dòng)態(tài)碼率自適應(yīng)技術(shù)。主要用于PC和Apple終端的音視頻服務(wù)。包括一個(gè)m3u(8)的索引文件，TS媒體分片文件和key加密串文件。本文使用FFmpeg對(duì)視頻進(jìn)行編碼處理，生成m3u8文件及ts文件，使用Nginx作為媒體服務(wù)器，客戶端使用video.js播放視頻。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)與文件系統(tǒng)

mybatis數(shù)據(jù)庫(kù)，mongodb數(shù)據(jù)庫(kù)，Hbase數(shù)據(jù)庫(kù)，HDFS文件系統(tǒng)（數(shù)據(jù)的處理），fastDFS（圖片的存儲(chǔ)），GridFS（模板頁(yè)面的存儲(chǔ)）。

3.3 SSI服務(wù)端技術(shù)

將頁(yè)面拆分成很多小頁(yè)面，通過(guò)cms去管理這些小頁(yè)面，當(dāng)要更改部分頁(yè)面內(nèi)容時(shí)只需要更改具體某個(gè)小頁(yè)面即可，使用web服務(wù)（例如nginx）的SSI技術(shù)，將多個(gè)子頁(yè)面合并渲染輸出。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用SSM框架，采用Hadoop云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)在線分析學(xué)習(xí)管理平臺(tái)。具體分為課程管理模塊、交互式系統(tǒng)模塊、學(xué)習(xí)分析可視化模塊、學(xué)習(xí)答疑共享貼吧模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架

課程管理模塊：老師錄制教學(xué)視頻并發(fā)布到平臺(tái)上，可根據(jù)課程計(jì)劃布置作業(yè)。學(xué)生可以通過(guò)平臺(tái)回顧上課內(nèi)容，預(yù)習(xí)新知識(shí)，完成作業(yè)。

交互式系統(tǒng)模塊：上課期間，老師可以通過(guò)該模塊與學(xué)生交流，學(xué)生有問(wèn)題可以咨詢老師，老師把問(wèn)題答案反饋給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)師生之間互動(dòng)。

學(xué)習(xí)分析可視化模塊：分析學(xué)生數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，用Hightchar工具繪制可視化圖表，老師能夠直觀的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法，從而提高教學(xué)效果。

學(xué)習(xí)答疑共享貼吧模塊：學(xué)生遇到問(wèn)題不僅可以咨詢老師，也可以把問(wèn)題發(fā)到改模塊內(nèi)的貼吧上，同學(xué)們可以根據(jù)自己的心得來(lái)進(jìn)行交流自由言論，解決問(wèn)題。

5 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

5.1 個(gè)人學(xué)習(xí)管理模塊

從學(xué)生角色登錄平臺(tái)，系統(tǒng)會(huì)收集學(xué)生在平臺(tái)上提交作業(yè)、討論、觀看視頻等行為來(lái)收集數(shù)據(jù)，為學(xué)生展示數(shù)據(jù)圖，并同時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后， 會(huì)推送相關(guān)通知和預(yù)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)趨勢(shì)給學(xué)生或老師。

5.2 課程管理模塊

從老師角色登錄平臺(tái)，老師可以上傳視頻、資料等資源，并可以對(duì)上傳的資源進(jìn)行增刪改查等操作。

5.3 視頻播放模塊

學(xué)生可以觀看平臺(tái)推送的視頻，也可以對(duì)任課老師發(fā)布的視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)收集學(xué)生與老師的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與可視化，同時(shí)也為學(xué)生提供了貼吧交流、學(xué)習(xí)答疑等功能，而對(duì)于教育管理人員來(lái)說(shuō)，可以為他們提供更全面的數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)功能，并針對(duì)性的幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提供建議，為線上教育提供可持續(xù)性的發(fā)展。