基于LNMP架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的智聯(lián)云系統(tǒng)

劉晨旭，黃 磊，胡占斌

（邵陽學(xué)院，湖南 邵陽 422099）

0 引 言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代教育技術(shù)領(lǐng)域中的前沿技術(shù)，因具有資源共享性、開放性和交互性而成為21世紀(jì)的主流。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的結(jié)合促使各個(gè)行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)變成為當(dāng)前的研究熱潮，新時(shí)代教育智能化也正在成為教育行業(yè)發(fā)展的新航向。雖然基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的線上考試和測評(píng)系統(tǒng)近些年已經(jīng)得到普及，而結(jié)合智能化技術(shù)對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行優(yōu)化則成為教育發(fā)展的新突破口，尤其是在教學(xué)過程中對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡的記錄、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計(jì)、學(xué)習(xí)能力數(shù)據(jù)分析等可以更加客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。針對(duì)線上測評(píng)，如何減少主觀偏差，提高效率和科學(xué)性成為研究熱點(diǎn)[1-5]。

借助教育信息化和智能化技術(shù)，替代以往只能由知識(shí)傳授者完成的教學(xué)分析等工作，使得教學(xué)分析可以以每個(gè)具體的學(xué)生為主體進(jìn)行針對(duì)性分析并給出學(xué)習(xí)指導(dǎo)[6]。AIED覆蓋教、學(xué)、考、評(píng)、管全流程，構(gòu)建不同的教育AI場景，智能化批改、在線自動(dòng)測評(píng)系統(tǒng)是其中比較典型的應(yīng)用細(xì)分領(lǐng)域。在線測評(píng)系統(tǒng)（Online Judge）起源于國家大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽（ACM/ICPC），是一種采用黑盒測試原理進(jìn)行計(jì)算機(jī)程序正確性判斷的自動(dòng)化程序[7]。

智能作業(yè)評(píng)測領(lǐng)域內(nèi)[8]，英語寫作自動(dòng)評(píng)價(jià)在線寫作訓(xùn)練平臺(tái)應(yīng)用最廣泛，國際上以PEG、E-rater、Writing Roadmap、My Access！ Criterion、Holt Online Essay soring、IEA 等系統(tǒng)為代表，國內(nèi)以新東方作文批改網(wǎng)、冰果英語作文智能評(píng)閱系統(tǒng)、句酷批改網(wǎng)等為代表，還有東方訊飛教育科技有限公司的RealSkill支持作文拍照上傳批閱。在漢語作文批改方面，2016年中國語言智能研究中心發(fā)布了面向中小學(xué)生、海外華裔、二語學(xué)習(xí)者三類群體的中文作文智能評(píng)測系統(tǒng)及漢語寫作教學(xué)綜合智能訓(xùn)練系統(tǒng)，借助語言大數(shù)據(jù)可對(duì)作文自動(dòng)評(píng)級(jí)、打分、糾錯(cuò)[9]。教育領(lǐng)域的信息化發(fā)展正迅速從移動(dòng)學(xué)習(xí)過渡到AI，未來4～5年將會(huì)通過AI與混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有教育階段的全方位影響，AIED是未來推動(dòng)教育信息化改革的關(guān)鍵力量。AI應(yīng)用具有高度遷移能力。非教育領(lǐng)域的AI應(yīng)用成果在經(jīng)過適當(dāng)改造后可迅速進(jìn)入教育領(lǐng)域，這為AIED發(fā)展帶來無限機(jī)遇[2]。

智能化在線測評(píng)通過及時(shí)反饋評(píng)價(jià)結(jié)果并形成閉環(huán)，科學(xué)決策輔助教學(xué)管理，可以綜合培養(yǎng)學(xué)生探索、分析、認(rèn)知能力，使得綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)更加公平、科學(xué)合理，對(duì)于全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)有著很強(qiáng)的指導(dǎo)與促進(jìn)作用。未來構(gòu)建與學(xué)校常態(tài)化教育教學(xué)活動(dòng)結(jié)合的數(shù)據(jù)采集方案，通過科學(xué)有效的內(nèi)容監(jiān)管和誠信體系完整記錄學(xué)生成長數(shù)據(jù)，開展過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)；引進(jìn)學(xué)生、家長、學(xué)校、第三方等多元評(píng)價(jià)主體，并能夠基于國家和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)提供評(píng)價(jià)結(jié)果的智能試算[10]。

1 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

本系統(tǒng)用到的工具與技術(shù)主要有：（1）整體上的LNMP架構(gòu)：是一組通常一起部署使用來運(yùn)行動(dòng)態(tài)異步/同步網(wǎng)站或者是服務(wù)器上的自由軟件。其中L表示Linux，是一類Unix計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱，也是目前最流行的免費(fèi)操作系統(tǒng)。N表示Nginx，是一個(gè)小巧而高效的Linux下的Web服務(wù)器軟件，它作為負(fù)載均衡服務(wù)器，既可以在內(nèi)部直接支持Rails和Python，也可以作為 HTTP代理服務(wù)器對(duì)外進(jìn)行服務(wù)；Nginx 是用C語言編寫的，不管是系統(tǒng)資源開銷，還是CPU使用效率都比Perlbal要好得多。M表示MySQL，是一個(gè)小規(guī)模關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用來存放各數(shù)據(jù)之間的關(guān)系映射。P表示Python，其解釋器易于擴(kuò)展，可以使用C或C++（或者其他可以通過C調(diào)用的語言）擴(kuò)充為新的功能和數(shù)據(jù)類型。（2）前臺(tái)搭建的Vue框架：是—套用于構(gòu)建用戶界面（UI）的漸進(jìn)式JavaScript框架。與其他大型框架的差異是本框架被設(shè)計(jì)成可以自底向上逐層沿用。它的主要庫只關(guān)注視圖層，不僅易于上手，還便于與第三方庫或既有項(xiàng)目進(jìn)行整合。另一方面，當(dāng)與較流行的技術(shù)棧以及各類支持類庫彼此結(jié)合使用時(shí)，它也能夠全方位為不同應(yīng)用場景的單頁應(yīng)用（SPA）提供驅(qū)動(dòng)。（3）中間件技術(shù)Node.JS：通過面向一些較特殊的用例優(yōu)化改進(jìn)，支持可替代的API，使得V8在非瀏覽器環(huán)境下能夠更好地運(yùn)行，V8引擎執(zhí)行JavaScript的速度非常快、性能非常好，是基于Chrome JavaScript運(yùn)行時(shí)建立的環(huán)境，可方便地建立起響應(yīng)速度快、便于擴(kuò)充的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。（4）后臺(tái)搭建的Django框架：是一個(gè)開放源代碼的Web應(yīng)用框架，由Python編寫而成。結(jié)合了MTV的框架模式，即模型Model、視圖View和模版Template，它使開發(fā)者可以高效、便捷地實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、易運(yùn)維、結(jié)合數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用程序，構(gòu)建用戶界面的Element-UI以及一些高彈性的技術(shù)，如Redis數(shù)據(jù)庫、異步Ajax以及易班開發(fā)者平臺(tái)、GitHub等各大互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的API調(diào)用，還可以配合目前主流的容器技術(shù)Docker進(jìn)行快速定制化部署實(shí)現(xiàn)。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 前臺(tái)模塊實(shí)現(xiàn)

2.1.1 首頁界面的實(shí)現(xiàn)

通過首頁URL進(jìn)入平臺(tái)就可以清楚地看到本智聯(lián)云系統(tǒng)涵蓋的一些基本功能，如圖1所示。前臺(tái)界面中的項(xiàng)目根系統(tǒng)可以個(gè)性化定制知識(shí)競賽試題模塊、用戶管理（注冊(cè)、登錄、注銷等）模塊，每位用戶都能夠擁有屬于自己的世界；三大子系統(tǒng)分別為AI領(lǐng)域論文提交模塊、團(tuán)隊(duì)風(fēng)貌模塊和輔導(dǎo)員問卷調(diào)查模塊；結(jié)合Element-UI框架實(shí)現(xiàn)的中間的大滾屏、高質(zhì)感矢量圖等主要為了提升用戶體驗(yàn)度。

圖1 智習(xí)室首頁

2.1.2 競賽答題頁面的實(shí)現(xiàn)

學(xué)生成功登錄平臺(tái)后可以在平臺(tái)首頁選擇熱門比賽來進(jìn)行隨機(jī)試題測試；進(jìn)入相應(yīng)的電子試卷后，確認(rèn)過信息即可開始答題，根據(jù)試題的難易程度會(huì)分配不同的答題時(shí)間；完成答題并提交后，能夠看到自己的成績以及相應(yīng)的排行榜，在會(huì)員中心點(diǎn)擊“發(fā)布成績”，選擇指定的學(xué)生和要錄入的相應(yīng)科目，輸入分?jǐn)?shù)，若有其他備注可以填寫進(jìn)去，最后確認(rèn)提交即可，如圖2所示。

圖2 競賽答題界面

2.1.3 論文提交子模塊頁面的實(shí)現(xiàn)

論文提交子模塊主要提供各種形式的數(shù)據(jù)接收和可視化渠道，后臺(tái)算法分析是由另一臺(tái)服務(wù)器支持的。以某課題組導(dǎo)師和研究生共同合作開展的人工智能生物工程領(lǐng)域的研究項(xiàng)目論文為例，展示部分實(shí)現(xiàn)界面效果如圖3所示。

圖3 論文提交子界面

2.1.4 輔導(dǎo)員評(píng)測模塊的實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)導(dǎo)航欄中選擇了問卷調(diào)查之后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)基于純前端三件套實(shí)現(xiàn)的微動(dòng)態(tài)界面，用手機(jī)易班APP掃描其上的二維碼之后，隨即自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)界面（PC端設(shè)置管理員后臺(tái)，不支持用戶使用），可根據(jù)相對(duì)應(yīng)的個(gè)人、輔導(dǎo)員信息填寫問卷（部分?jǐn)?shù)據(jù)通過易班平臺(tái)接口授權(quán)后間接實(shí)現(xiàn)采集獲取）；在線提交后，會(huì)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)分渲染，相應(yīng)的數(shù)據(jù)也通過后臺(tái)管理。問卷的內(nèi)容可定制化，可以根據(jù)需求進(jìn)行替換。界面顯示如圖4所示。

圖4 輔導(dǎo)員測評(píng)界面

2.2 后臺(tái)模塊實(shí)現(xiàn)

2.2.1 后臺(tái)管理模塊的實(shí)現(xiàn)

后臺(tái)管理模塊主要為了簡便控制各數(shù)據(jù)模型，若直接操作數(shù)據(jù)庫會(huì)非常麻煩，同時(shí)還需要具有扎實(shí)專業(yè)素養(yǎng)的人才。實(shí)現(xiàn)了專門的后臺(tái)管理系統(tǒng)后，主管理員可以根據(jù)需求下放權(quán)限，減少不法分子由于權(quán)限過高而胡亂操作的行為；并且這樣的界面十分友好，即使沒有計(jì)算機(jī)專業(yè)能力基礎(chǔ)，稍加學(xué)習(xí)即可快速上手，進(jìn)而操作各數(shù)據(jù)模型的增刪改查，如圖5所示。

圖5 試題相關(guān)管理界面

2.2.2 后臺(tái)各路由API接口的實(shí)現(xiàn)

由于該項(xiàng)目目前已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了前后端分離開發(fā)，因此一個(gè)優(yōu)良的API接口文檔便是二者之間的核心樞紐。在此后臺(tái)REST Framework框架中，根據(jù)最新JSON數(shù)據(jù)格式，針對(duì)不同的請(qǐng)求應(yīng)用場景，設(shè)計(jì)了不同的接口文檔，并且在其中嵌入核心的請(qǐng)求頭，提升安全性和兼容性的同時(shí)，也增強(qiáng)了接口的準(zhǔn)確性，所有數(shù)據(jù)皆通過其訪問，可以實(shí)現(xiàn)程序內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞和操作界面手動(dòng)提交這兩種功能，如圖6所示。

圖6 后臺(tái)各路由API接口界面

3 結(jié) 語

目前教育領(lǐng)域的智能化應(yīng)用已經(jīng)處于從教學(xué)輔助階段到價(jià)值創(chuàng)造階段的過渡時(shí)期，因此在線教育只是一個(gè)過渡，未來一定會(huì)結(jié)合更加個(gè)性智能化的技術(shù)，現(xiàn)已在線下智能課堂、智能測評(píng)、智能題庫、智能錯(cuò)因診斷、智能課堂質(zhì)量評(píng)估、智能排課等場景實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用并形成了一批可復(fù)制、可推廣的解決方案。未來隨著知識(shí)圖譜、認(rèn)知計(jì)算、自然語言處理等技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化將覆蓋教學(xué)流程的更多場景、接入更多教學(xué)環(huán)節(jié)。本文基于當(dāng)前疫情形勢下的線上學(xué)習(xí)背景，研究國內(nèi)目前已有的線上教學(xué)和測評(píng)的成果，分析線上教學(xué)測評(píng)特點(diǎn)和不足，結(jié)合數(shù)據(jù)分析、人工智能等智能教育創(chuàng)新手段，采用Django + Vue.js + Element-UI + Linux + Nginx +Node.js + MySQL架構(gòu)實(shí)現(xiàn)開發(fā)理念和技術(shù)手段先進(jìn)的智聯(lián)云系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有新型、方便、高效、實(shí)用的特點(diǎn)，以現(xiàn)代化教學(xué)模式進(jìn)行線上教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了以“學(xué)生為主，教師為輔”的教學(xué)方式。