面向大數據的高等學校網絡工程課程慕課平臺構建研究

摘 "要 "分析網絡工程課程教學現狀，詳細闡述網絡工程課程的慕課平臺建設，主要包括平臺的模塊劃分、內容規劃、資源設計、交互活動設計、創新設計以及對應的問題與挑戰，為構建基于大數據的慕課平臺提供支撐。

關鍵詞 "慕課；大數據；網絡工程課程；智慧教育

中圖分類號：G642.0 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）11-0046-05

0 "引言

當前，智慧教育成為教育界討論的主要話題。社會對學習方式、學習環境以及未來擴展的關注度越來越高。就高等教育而言，實現獨立的終身學習和數字化學習十分關鍵，因此亟待設計一套新型的開放式終身學習模式。慕課、翻轉課堂、微課等概念引入后，智慧教育的優越性得到充分體現。

慕課，即大規模開放在線課程（Massive Open Online Course，MOOC），是一種新的在線教育方法，旨在為分布在網絡上的各類學習者提供高質量交互式課程服務。慕課是開放式教育資源的發展和突破，反映了從純資源到課程和教學的過渡[1]。慕課通過網絡無限制參與和開放訪問的在線課程，實現課程的多樣化，以高效的在線課程組織形式改變和影響著當前的教育體系，最大限度地滿足了學生、教育工作者、專業人士甚至相關領域研究人員的需求。慕課還開辟了教育的新領域，在該模式下，信息和知識以極快的速度進行流動和擴展，通過網絡便捷地獲得一流、高質量的課程內容。

大數據是信息時代海量數據的收集，是指在給定的時間段內無法使用傳統方法存儲或處理的大量數據。大數據可以通過體積、速度、多樣性和準確性四個主要因素表征。大數據慕課平臺可以將相關課程資源借助大數據技術進行挖掘、分類、整理并集成到慕課系統中，實現慕課資源的實效性[2]，同時提高資源的全面性和新穎性。基于大數據的慕課系統可以提供慕課數據的標準方法，定義統一的數據格式，最大限度地實現慕課資源的深層次集成。

1 "研究現狀

1.1 "慕課發展現狀

Coursera、Udacity和edX是全球著名的三大慕課平臺。我國非常重視慕課工程建設，早在2013年就上線一批慕課，部分課程加入edX平臺。2015年，教育部工作要點中首次明確提出“加大優質數字教育資源開發和應用力度，探索在線開放課程應用帶動機制，加強‘慕課’建設、使用和管理”。在大數據背景下，對海量數據資源進行整合和分類，然后將有效的知識資源呈現給受教者[3]，以提供更加廣泛和優良的教學資源，吸引更多網絡用戶使用。當前國內的慕課平臺主要有中國大學MOOC、慕課網（IMOOC）、MOOC學院、學堂在線、MOOC中國等。

中國大學MOOC是國內優質中文慕課學習平臺，由愛課程網攜手網易云課堂打造。平臺擁有包括985高校在內的眾多高校提供的千余門課程，其中首批獲得認定的國家精品在線開放課程有322門。

慕課網是面向IT技能學習的平臺，其課程涉及JAVA、前端、Python、大數據等60類主流技術語言，覆蓋面試就業、職業成長、自我提升等需求場景。

MOOC學院是果殼網旗下的一個討論慕課課程的學習社區。MOOC學院收錄了主流的三大課程提供商Coursera、Udacity、edX的所有課程，并將大部分課程的簡介翻譯成中文。用戶可以在MOOC學院給學習過的慕課點評打分，在學習的過程中和同學討論課程問題，記錄上課筆記。

學堂在線是由清華大學研發的中文慕課平臺，是教育部在線教育研究中心的研究交流和成果應用平臺。目前，學堂在線運營了來自清華大學、北京大學、復旦大學、中國科技大學以及麻省理工學院、斯坦福大學、加州大學伯克利分校等國內外一流大學的超過3 000門優質課程，覆蓋13大學科門類。

此外，北京大學聯合阿里巴巴公司推出華文慕課，通過聚集國內名校的師資和課程資源，為用戶提供免費、高質量的課程。

1.2 "網絡工程課程現狀

網絡工程課程是面向信息與計算機相關學科專業開設的專業選修課，為學生從事網絡工程開發、管理、維護提供基礎支撐，課程教學目的是讓學生理解并掌握網絡工程技術的基礎知識和基本技能。網絡工程課程的內容主要包括綜合布線系統的基本概念與規劃、綜合布線施工、案例設計、交換機與路由器的基本配置、VLAN技術、路由協議及其

配置技術、IPv6技術及無線網絡技術等，要求學生

全面掌握主流的路由和交換技術，能夠勝任網絡工程的規劃、設計、部署及測試工作，掌握相應的操作技能，提高實際動手能力。由于網絡工程技術貼近實際工程技術，網絡工程課程現狀如下。

1.2.1 "市場主流平臺技術不斷變化，對應路由與交換基礎平臺也在不斷變化 "早期的網絡工程交換平臺大多選擇Cisco公司的產品，因此，對應的課程教學大多也以Cisco的產品為藍本。然而，隨著網絡技術的發展變化，Cisco的路由和交換產品已經基本上退出國內市場，如果繼續以Cisco的產品為藍本實施教學，對學生就業缺乏指導性。就當前國內的路由和交換產品市場來看，華為、H3C是主要的一線路由和交換產品品牌[4]。因此，以華為等國內一線品牌為藍本實施網絡工程課程教學成為關鍵。

1.2.2 "網絡工程技術的飛速發展要求知識體系不斷更新 "當前，網絡工程技術發展飛快，很多原有的技術方案已經被全面淘汰[5]，如基于電話線的撥號上網、窄帶Modem、電力線上網等。此外，早期的共享式網絡結構很多相關體系已經見不到網絡原型和產品，因此，在理論講授上及時淘汰這些內容是適宜的。此外，新產生的網絡工程技術必須及時添加到教學體系中，如當前流行的PoE技術可以實現基于以太網的網絡供電，因此，在PoE下規劃網絡部署和傳統網絡環境存在差異。另外，5G移動通信技術、IPv6技術、無線網絡技術等目前在網絡工程技術上所占比重越來越大，這些內容應全面納入授課體系。

1.2.3 "學習環境的變化導致網絡工程課程教學需要改革 "近年來，隨著課程教學要求和教學條件的變化，學生的學習環境發生較大變化。相較于傳統課程，網絡工程課程是一門理論和實踐高度結合的課程，要求精講理論，大量實踐[6]，在理論下反復實踐，在實踐中驗證和領悟理論。因此，網絡工程課程的教學應該在實踐場所進行，講練結合、邊講邊練。部分內容需要學生到實際網絡場地靶機實操，如服務器等設備的安裝、綜合布線等；部分內容可以在計算機上采用模擬器和虛擬機進行仿真，如交換機和路由器的組網配置等；還有部分內容需要學習完整的理論知識，如網絡規劃選址等。目前基于虛擬仿真（VR）環境構建網絡工程課程教學成為新的趨勢，然而市場上缺乏完整的網絡工程虛擬仿真平臺，因此，嘗試構建新型虛擬仿真實驗平臺是當前網絡工程課程教學的重要任務。

2 "基于大數據的網絡工程課程慕課平臺

構建

2.1 "網絡工程課程慕課平臺模塊規劃

基于大數據的網絡工程課程慕課平臺主要包括四個模塊，如圖1所示。

2.1.1 "基于大數據的網絡工程課程慕課數據

來源 "在慕課系統中，大量的結構化數據、半結構化

數據以及非結構化數據通過學習者與學習者、學習者與教師、學習者與資源之間交互生成。大數據下

的網絡工程課程資源主要來自網絡挖掘的課程視頻、音頻、動畫、圖片以及相關文本資源（如PPT、

PDF、Word）等。早期的精品課程資源以及在線課程，包括目前上線的慕課資源、課程在線資源庫等，均是基于大數據的網絡工程課程慕課數據來源。

2.1.2 "基于大數據的網絡工程課程慕課數據特征 "基于大數據的網絡工程慕課數據主要特征表現在數據容量、種類、密度值以及速度等方面。在大數據環境下，慕課根據大量的教育資源和行為數據進行實時記錄和分析，其數據容量極大，TB級的

數據量是大數據慕課資源的基本特征。在基于大數據的網絡工程課程慕課平臺中既包含有用邏輯表顯示并存儲的結構化數據，也包含大量的非結構化課程數據[7]，如課程的音頻和視頻文件等。

為進行慕課系統的用戶學習特征分析，通常需要挖掘學習者數據，通過數據密度值分析來揭示資源的熱度和學習者的關注程度，為慕課資源建設提供數據支撐。即時性和互動性是慕課系統的關鍵特征，因此，對資源進行高速的數據處理是關鍵。另外，如何在多數據集環境下實施慕課資源數據分類，也是當前亟待解決的重要問題。如何實現慕課資源歸類，剔除重復數據，同樣是課程建設重點研究的問題。

2.1.3 "網絡工程課程慕課數據處理 "網絡工程課程慕課數據處理方法主要包括統計分析、社交網絡分析、內容分析、數據挖掘以及數據可視化等。統計分析法主要利用相關分析和回歸分析來找出影響學習者成績和互動行為的相關因素，并構建預測模型，促進學習者的知識轉移和自我建構，使知識更易于理解。社交網絡分析用于掌握學習者如何建立和維護在線學習環境中的支持關系，還可以判斷學習者在哪個方面認知困難、哪些因素影響學習過程。內容分析是一種定量和定性的分析方法，可以研究慕課平臺中整個課程過程的互動，分析學習者的行為模式、學習特征和興趣，以提高學習效率，改進教學環境。數據挖掘的目的是處理和分析交互行為并提取有價值的信息，了解學習者掌握的知識，但缺乏實施教學干預的能力。數據挖掘的重點是開發新工具、算法和模式，以合理快速的方式發現慕課數據的相關知識[8]。數據可視化主要目的是使用圖形顯示數據以及清晰有效地傳達信息。

2.1.4 "大數據分析應用程序 "大數據分析應用程序通過采集學習者行為習慣的變化數據向學習者推薦所需資源，實現基于慕課的個性化教育。在面向網絡工程的慕課平臺建設中，主要構建學習行為分析系統和學習資源個性化推薦系統[9]。學習行為分析系統通過使用大數據分析方法和工具對變量進行相關性分析，預測學習者的未來趨勢，以獲得對學習過程的反饋、預測和干預。學習資源個性化推薦系統用于構建個性化環境和自主學習資源，自動向學習者推薦適合的學習資源。

2.2 "網絡工程慕課內容規劃

分析當前市場需求及課程現狀，將網絡工程課程內容規劃成幾個部分：綜合布線基礎、網絡綜合布線系統設計、綜合布線施工及案例設計、網絡設備基本配置（路由器、交換機、防火墻、服務器等）、以太網組網與VLAN技術、靜態路由與RIP路由協議配置、OSPF路由協議配置、BGP路由協議配置、IS-IS路由協議配置、網絡服務配置（DNS、DHCP、VRRP、Web服務配置）、IPv6技術、無線局域網技術及網絡安全等。

2.3 "網絡工程課程慕課資源設計

根據課程內容，實現知識分片，采用同步課程錄制、單獨錄制，通過大數據的網絡資源獲取來實現網絡工程課程慕課資源的設計過程。同步錄制中，采用知識點分割方法進行，做到知識精講精練。主要分為原理性慕課資源和實踐指導性慕課資源兩類，可利用視頻、動畫、PPT帶配音、Web頁面或帶步驟的詳細文檔列表（Word、PDF等）實現資源構建和設計。微視頻中，設計基于大數據平臺搜索該課程知識點關聯內容，以加深學生對知識點的理解及擴充，如選取與該知識點關聯的講座、新聞、紀錄片等。考慮到平臺設計的容量等問題，擴充知識點主要采用超鏈接方式實現網絡關聯。

2.4 "網絡工程課程慕課學習

網絡工程課程慕課學習主要包括在線學習慕課知識點、完成基于知識點配套設計實驗項目和完成測試練習題三個方面。其中，實驗項目和測試題目是對知識點的鞏固。實操過程中，部分小型認知性項目采用Telnet連接到真實網絡設備進行，如刀片服務器的基本配置、交換機和路由器的基本認知配置等。其他相關大型項目均放置在構建的慕課平臺上，采用虛擬機實現資源組織，如采用Oracle的

Virtual Box構建虛擬機，在其上構建Red Hat Linux。值得一提的是，當前華為出品的路由與交換平臺eNSP也放置在Virtual Box虛擬機平臺上，可以方便地構建網絡工程實驗環境。

考慮到實際知識點的特殊性，不同內容對應的工具應該基于Web嵌套慕課平臺，例如：在IP地址規劃模塊，應該嵌入Excel實現子網地址的快速規劃設計；在數據捕包模塊，應該嵌入Ethereal或者Wireshark。無線模塊上，華為的eNSP提供基于云端口連接本地計算機的Web管理方式，可方便地進行無線實驗。網絡安全方面的內容相對存在較大差異，部分防火墻等設備提供虛擬機資源，可以采用Virtual Box等實現加載。

2.5 "網絡工程課程慕課交互活動設計

對于課程慕課系統來說，設計師生之間的交互互動模塊非常關鍵，設計在線交流和離線交流兩種方式。在線交流可以結合音頻、視頻及屏幕共享等方式實現在線提問、在線答疑等功能。在線交流可以是一對一的單播模式，也可以靈活地分組討論，實現一對多的廣播模式。在線互動中可以開啟遠程協調等功能，實現基于網絡的互動處理過程。此外，為方便后續學習使用，提供互動錄播功能。

離線互動可使學生在系統交流論壇上發布對應互動問題，對相應教師發送站內郵件等。離線交流可以發送問題、圖片和小容量視頻等相關交流資源。對于離線互動應設置對應的響應時間，互動信息在給定時間范圍內提示，發送站內短消息，或采用郵件、短信等形式給予提示。

2.6 "網絡工程課程慕課創新設計

慕課平臺的創新設計非常關鍵，創新設計可激發師生使用系統的興趣。教師的創新設計主要表現在教學方法、教學組織等方面。同一知識點基于大數據挖掘，教師可采用不同的方法步驟，以激發學生對于該知識點的興趣。例如：在OSPF路由協議的多區域配置教學過程中，教師可設置各種區域進行靈活劃分，使學生領悟骨干區域0的物理連接及非骨干區域的虛鏈路設計等；對于相同的網絡拓撲，教師可按照任務驅動方式給學生下達任務，學生按照不同的網絡協議進行配置，對配置效率、配置準確性等方面進行量化，如基于IPv4和IPv6的量化、基于不同路由協議的量化等，以此來提高知識點的掌握程度。學生的創新設計可通過平臺積分激勵方式進行加分獎勵。在考核方面，建議課程采用理論測試、上機測試、項目驅動、競賽學分兌換等多種形式進行綜合評價。

3 "大數據慕課系統的問題與挑戰

在大數據背景下，構建網絡工程課程慕課系統使教學效率明顯提高，同時，其知識的廣度和深度也有所增加，但是仍存在一些問題和挑戰。

3.1 "大數據背景下，知識的重復度問題

相同的知識點基于大數據會搜索到很多視頻、文本等資源，相同的內容來源于不同的講授者。如果大量的內容關聯到該系統平臺，對學生而言，知識點完全重復。當前，大數據對于視頻內容的理解仍然存在缺失，無法針對內容實現甄別。常見的做法是實現數據的人工標記和甄別，但是這種處理方式效率低下，對基于大數據的慕課系統資源構建造成障礙。

3.2 "大數據背景下，慕課平臺資源設計對學習者的

吸引程度問題

在大數據背景下，構建慕課平臺可以融合百家之言，實現百花齊放，可構建較為完整的知識庫和資源庫，在此基礎上仍以自身構建的慕課視頻等資源為中心。這對慕課本身的開發提出較高要求。對于網絡工程課程而言，如果自身沒有做出完備的資源庫，或設計的資源庫不足以引起學生的興趣，就不能實現對學生的引導。對于慕課開發者而言，如何基于大數據學習提高自身的資源建設質量是極為重要的挑戰。

3.3 "大數據背景下，慕課的評價維度問題

就目前而言，慕課的評價維度仍然存在較多問題，如何實現合理評價對慕課的開發者和學習者都至關重要。科學、精準的合理評價需要全面掌握基于慕課平臺學習者的數據分析，從關注度、學習成效等多個維度進行分析處理。不同課程、不同學習群體本身就存在差異，因此，如何合理評價，促使慕課全面發展，是當前需要研究的重要課題。

4 "結束語

網絡工程課程是電子與計算機相關專業的核心骨干課程，構建基于大數據的高等學校網絡工程課程慕課平臺，可以加速該課程體系化高質量發展。本文從網絡工程課程現狀出發，介紹基于大數據的課程慕課平臺建設，詳細描述慕課平臺模塊規劃、內容規劃、資源設計、交互活動設計、創新設計以及對應的問題與挑戰，為構建基于大數據的課程慕課平臺提供支撐。

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