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

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)分析的大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計方法。進行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體設(shè)計描述和功能模塊化分析，系統(tǒng)設(shè)計包括MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊、信息處理模塊和人機交互模塊，采用Android操作系統(tǒng)進行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的底層模塊設(shè)計，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行海量MOOC自主學(xué)習(xí)資源檢索設(shè)計，在MVB總線控制協(xié)議下進行進程管理和文件配置，實現(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計。軟件測試結(jié)果表明，該自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行海量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； 大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程； 自主學(xué)習(xí)； 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN711?34； TP311 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 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)教育和遠程現(xiàn)代化教學(xué)不斷升級和普及的當(dāng)今社會，采用遠程網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)是人們進行課程教學(xué)和自我學(xué)歷提升的一種主要方式，大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程（Massive Open Online Courses，MOOC）的出現(xiàn)有效滿足了人們對知識文化和課程學(xué)習(xí)的個性化需求。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體遠程教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過智能地自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計，并通過網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代化媒體進行教學(xué)資源傳輸以及共享，實現(xiàn)遠程網(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這中開放式教學(xué)模式下的智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計方法在促進大型開放式網(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)分析的大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計方法，通過軟件系統(tǒng)設(shè)計和仿真測試，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計描述與功能構(gòu)成

本文設(shè)計的基于大數(shù)據(jù)分析的MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用開源代碼交互性設(shè)計方法。首先給學(xué)習(xí)用戶終端裝載一張電子標(biāo)簽卡，進行用戶的身份識別和個性化自主學(xué)習(xí)定制。采用非接觸式的射頻識別技術(shù)激活電子標(biāo)簽，寫入大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程的自主學(xué)習(xí)資源信息。基于AV890網(wǎng)絡(luò)服務(wù)鏈接協(xié)議進行自主學(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)進行自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的集成控制，設(shè)計系統(tǒng)驅(qū)動程序進行上位機通信與信息交互，最后在人機交互終端進行學(xué)習(xí)進程管理和文件配置，實現(xiàn)MOOC網(wǎng)絡(luò)課程智能化配置和學(xué)習(xí)資源的自動更新，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)計原理和自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架，進行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)的移動智能終端，通過4G和WiFi網(wǎng)絡(luò)進行數(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，與移動智能終端進行通信[3]。綜上分析，得到本文設(shè)計的系統(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交互模塊。其中，學(xué)習(xí)資源的信息檢索模塊主要實現(xiàn)的是學(xué)習(xí)資源智能檢索、數(shù)據(jù)庫訪問和大數(shù)據(jù)挖掘功能，信息處理模塊是通過智能算法進行大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)MOOC智能自主學(xué)習(xí)資源的調(diào)度和訪問控制，人機交互模塊是實現(xiàn)信息交互和人機對話功能，并根據(jù)用戶身份和學(xué)習(xí)需求進行進程管理配置。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

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

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型號的閱讀器進行學(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，調(diào)整執(zhí)行命令進行標(biāo)簽識別，資源檢索模塊部分的GUI類窗口主要分為主窗口、標(biāo)準(zhǔn)對話框、基本控件窗口，構(gòu)建包括日期、時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行應(yīng)用程序的框架設(shè)計和圖形用戶界面開發(fā)，開發(fā)工具選擇上層的API嵌入式設(shè)計方法，采用MVB總線控制協(xié)議的總線傳輸技術(shù)進行組件式的架構(gòu)[6]。通過接口將不同組件聯(lián)接起來，通過高層次的主動消息組件（Active Message）執(zhí)行自主學(xué)習(xí)命令，實現(xiàn)MOOC資源調(diào)用，學(xué)習(xí)資源檢索的實現(xiàn)進程如圖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線消息包交互，并在MVB總線控制協(xié)議下進行進程管理和文件配置。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)度程序下進行語義聲明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議庫開發(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、協(xié)議庫、核心庫和資源庫，如圖4所示，而信息處理模塊的TinyOS組件庫包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議庫、傳感器驅(qū)動庫。通過硬件抽象組件對底層硬件進行調(diào)試和平臺庫開發(fā)，使用unique（）函數(shù)初始化運行任務(wù)，進行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)測試分析

對MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件測試建立在開放源碼的Linux操作系統(tǒng)上，系統(tǒng)測試主要完成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），使用兩個進程來進行讀寫TCP服務(wù)進程和數(shù)據(jù)分發(fā)緩存進程，兩個進程函數(shù)是：readerThread和writerThread，在TCP服務(wù)進程中，ServerThread負(fù)責(zé)客戶端的連接，進行自主學(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)境中進行系統(tǒng)調(diào)試，以系統(tǒng)響應(yīng)的魯棒性曲線為測試指標(biāo)，得到測試結(jié)果如圖5所示。分析圖5結(jié)果得知，本文設(shè)計的自主學(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題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于大數(shù)據(jù)分析的大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計方法。進行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的總體設(shè)計描述和功能模塊化分析，系統(tǒng)設(shè)計包括了MOOC學(xué)習(xí)資源檢索模塊、信息處理模塊和人機交互模塊。采用Android操作系統(tǒng)進行MOOC智能自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的底層模塊設(shè)計，基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行海量MOOC自主學(xué)習(xí)資源檢索設(shè)計，在MVB總線控制協(xié)議下進行進程管理和文件配置，實現(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件開發(fā)設(shè)計。軟件測試結(jié)果表明，該自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行海量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。

參考文獻

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