基于大數據背景下智慧教育云平臺的設計與實現

楊青云 成都航空職業技術學院

我國已經進入了大數據時代，在大數據時代的背景下，互聯網和云技術得到了快速的發展，這對我國的教育領域和教育事業也帶來了很大的影響，智慧教育也朝著網絡化、數字化和智能化的方向發展，而要想實現智慧教育的云時代，就要做好智慧教育云平臺的設計和實現，這就要求人們要熟悉大數據下智慧教育云平臺的設計原則，并遵循相關的設計原則來開展設計工作，實現智慧教育云平臺。

1 大數據和智慧教育概述

1.1 大數據的定義與應用

大數據最早是用來描述網絡搜索引擎更新時需要處理和分析的大量的數據集，目前大數據已經成為了非常流行的詞匯，是IT界和學術界研究的熱點問題，大數據是指海量和復雜的數據集合，采用現有的軟件還不能進行有效的搜索、存儲和共享。大數據包括非結構化數據、結構化數據和半結構化數據，種類比較多樣，具有重要的信息價值。充分利用大數據技術能夠構建復雜的模型，利用相關的知識計算能夠從大數據中提取出有用的價值，并實現對這些數據價值的應用，構建成一個知識庫，這個知識庫可以供人們查詢相關數據，并對相關的數據集進行分析和計算[1]。

要想充分利用這些大數據的價值，就要先構建一個數據庫，將多元的知識和信息進行有效整合，以此來發揮作用，供人們使用。將非結構化的數據和結構化的數據存儲在數據中心之后，就可以充分利用數據挖掘技術來分析和挖掘數據，這樣教師就可以對學習者的學習動態相關數據熟悉掌握，從而了解學習者的學習狀況，以此為依據來評估學習者的學習效果和掌握的技能水平。對于學習者在學習過程中出現的問題，也可以利用大數據技術來進行智能診斷，并將診斷的結果推送到用戶端，方便人們了解。

1.2 智慧教育的概念與研究意義

智慧教育是一種新型的教育行為，其是由國家、學校和區域共同提供的一種教育方式和教學模式，具有非常高的教學效率，同時教育內容的適配性非常高，可以給學習者提供良好的學習體驗。智慧教育充分利用各種先進的教學教育技術來為教師、學生提供各種服務，教師可以結合自己的教育需求來選擇相應的教學資源，而學生也可以根據自己的需求和興趣來選擇學習內容，這種教育方式能夠提供差異化的服務和支持，可以促進公平教育，有效改善教育效果。

智慧教育的教育最終目標是培養創新型和智慧型的人才，利用的核心技術主要包括移動通信、物聯網、云計算和大數據等，構建了智慧學習環境，并且采用智慧教育方法來實現教學。智慧教育云平臺就是元計算在教育領域的應用，是一種新型的服務平臺，利用虛擬化技術、云計算技術和分布式存儲技術等構建智能化的學習平臺，可以實現智慧學習和智慧教學，同時加強智慧管理和智慧評價，能夠有效解決現階段教育領域中的各種弊端和問題，實現了教育資源的最大化利用，體現了教育資源的有效共享和按需使用，人們可以結合自己的實際需求來查詢使用相關的教育資源[2]。

2 大數據下智慧教育云平臺的設計原則

2.1 可行性原則

大數據背景下的智慧教育云平臺設計應該遵循可行性的原則，考慮這個平臺的設計是可行的，在設計和實現過程中需要使用到哪些關鍵的技術，設計出來的平臺實用，能夠發揮優勢為人們提供智慧教育和智慧學習環境。

2.2 綜合性原則

智慧教育云平臺的設計實現還應該遵循綜合性的原則，智慧教育云平臺是同時為學生和教師、家長等提供的服務平臺，因此在設計過程中一定要從不同用戶的角度考慮來設計開發，要綜合考慮，設計出能夠同時滿足學生、教師和家長的支持平臺，要結合學生的學習需求和教師的教學需求來進行設計，從整體層面來考慮，不能僅僅從一個用戶群體來設計，所以智慧教育云平臺的設計要遵循綜合性原則。

2.3 可拓展性原則

一個優秀、良好的智慧教育云平臺要能夠按照實際需求來進行部署，對一些動態資源能夠進行智慧管理控制和重新構建，這就要求智慧教育云平臺就有良好的可拓展性，在平臺設計過程中，要充分利用人工智能技術、虛擬化技術、大數據技術和云技術等來設計出可拓展的云平臺[3]。

2.4 易操作性原則

智慧教育云平臺是一種提供智慧學習、智慧教學和智慧管理、智慧評估的平臺，在設計過程中，要確保學生和教師在利用這個平臺來學習、教學時的操作是簡單的，不能太復雜，否則教師和學生不能靈活應用，智慧教育云平臺也就不能發揮應有的作用，會嚴重影響學習效果和教學進度。因此智慧教育云平臺應該遵循易操作性的原則。

2.5 安全性原則

在智慧教育云平臺設計中還應該遵循安全性的原則，以保障用戶在使用這個平臺學習和教學時的安全性，因此設計時要區分不同用戶的權限，做好安全防護，避免整個云平臺遭受黑客的攻擊或者受到計算機病毒的侵害[4]。對于一些比較重要的信息一定要進行加密處理，確保相關大數據的安全性和完整性。

3 大數據下智慧教育云平臺的設計與實現

3.1 智慧教育云平臺的總體構架

大數據下的智慧教育云平臺總體構架一共包括七層，分別為網絡層、應用層、物理層、用戶層、邏輯層、虛擬資源層、展現層。其中（1）網絡層：網絡層在展現層和用戶層之間，用戶可以通過CTNEF和CMNET來網絡接入智慧教育云平臺；（2）應用層：應用層在展現層和邏輯層之間，主要由智慧管理、智慧學習、智慧教學、智慧環境、智慧服務和智慧評價等組成，是為家長、教師和學生提供各種應用服務的模塊，可以結合用戶的身份來提供個性化的智慧服務；（3）物理層：物理層主要包括一些硬件設備，計算機、網絡設備、海量數據存儲設備和服務器等；（4）用戶層：用戶層在網絡上上面，支持PC機和手機等多種終端設備接入訪問，進入到整個智慧教育云平臺；（5）邏輯層：邏輯層是在應用層和虛擬資源層之間，是負責對平臺的資源和任務進行管理，為用戶提供安全有效的服務，是整個智慧教育云平臺的核心管理層，能夠及時響應用戶提出的各種請求；（6）虛擬資源層：虛擬資源層是在邏輯層和物理層之間，這個部分是為整個云平臺的正常運行提供保障，包括存儲資源池、網絡資源池、計算資源池和數據資源池這幾個部分；（7）展現層：展現層包括接入模塊、展現模塊和可視化模塊這三個部分，其中接入模塊又包括接入授權、服務接入和接入配置等，展現模塊主要包括個性化設置、欄目展現、個人信息管理、信息推送、欄目管理、注冊登入和內容搜索等部分，可視化模塊主要包括可視化智慧教育管控和在線數據信息可視化等組成，整個展現層主要是為WEB門戶、手機客戶端和WAP門戶提供展現方式。

3.2 智慧教育云平臺開發和測試

智慧教育云平臺的技術路線是采用統一的數據管理，整個系統的不同功能模塊能夠實現數據的共享，為了提高數據的獲取速度，避免不同數據之間同批次獲取，使數據的互相覆蓋率提升，因此可以采用互享和數據共通的技術，實現對數據結構的統一管理，不僅能夠提高數據的處理效率，同時還能夠確保數據是統一處理的[5]。系統構架設計采用多層多階，結合具體的功能來對系統進行分層，在同一層中可以構建不同的功能階。劃分不同階段的業務需求，組成階。架構采用開放的系統，應用程序采用基于組件的技術，采用面向對象的技術來提高整個架構的可延展性和合規性，大大提高系統的開發效率。

基于組件的開發能夠有效對系統內部的不同功能子模塊進行重復調用。系統構架的設計可以從用戶界面集成、應用集成和數據集成來設計，在用戶選擇界面的規劃時應該使用統一的設計思路，系統設計采用SOA軟件構架來實現，使子系統的功能簡化和精確，區分存儲不同系統模塊的功能數據。整個平臺的不同子系統會產生各種不同類型的數據，數據量非常大，對于數據的準確性和完整性可以通過在各個子功能模塊輸出功能后端設置實時數據變動預警模塊來實現，并且不同功能子模塊產生的數據是互通的[6]。

在完成系統的開發和設計之后，還要對系統進行測試，測試環節是一個非常重要的環節，是檢測智慧教育云平臺能否正常為人們提供智慧服務的重要過程，如果測試不合格，就要對系統進行重新設計或者改造，直到合格為止。智慧教育云平臺測試因素包括智慧教育云平臺的完整度、授權、性能和是否易于操作等，其中完整度測試是檢測云平臺是否符合實現的準確程度，檢測結果為符合，授權測試顯示各種級別的授權可以完成不同級別，性能檢測的結果是云平臺對系統資源的占用比較低，并且系統的延時短。系統測試的內容包括對各個模塊功能的測試，檢查不同模塊是否有重復互通的問題。測試方法可以采用漸增式測試。

4 結語

智慧教育云平臺是為學生、家長和教師提供的服務平臺，能夠實現智慧學習、智慧教育、智慧管理和智慧評估等服務，在智慧教育云平臺的系統設計中，應該遵循可行性原則、綜合性原則、可拓展性原則、易操作原則和安全性原則，設計出滿足智慧服務的教育平臺，為智慧教育奠定良好的基礎，提供技術支持。

[1]龍虎，梁麗香.大數據背景下智慧教育云平臺的設計與實現[J].福建電腦，2015，31(9)：30-31.

[2]胡伏湘.基于大數據平臺的智慧教育方法研究[J].湖南行政學院學報，2017，24(1)：30-34.

[3]閆羽中.基于大數據的市級智慧教育平臺的設計與實現[D].吉林大學，2016.

[4]胡伏湘.基于大數據的智慧職教——內涵、平臺設計與應用[J].中國職業技術教育，2017，13(3)：85-91.

[5]龍虎，張小梅，唐林海.大數據背景下智慧教育云平臺的構建研究[J].電腦知識與技術，2015，11(7X)：109-111.

[6]胡伏湘.基于大數據的智慧校園平臺設計與應用[J].長沙民政職業技術學院學報，2016，23(4)：128-131.