網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在高校中的建設(shè)與學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)研究

張勇波, 宋曉麗, 徐海

(中國(guó)石油大學(xué)(華東), 信息化建設(shè)處, 山東, 青島 266580)

0 引言

自21世紀(jì)以來(lái),“互聯(lián)網(wǎng)+教育”對(duì)高等教育的影響逐漸加深,傳統(tǒng)的教學(xué)模式、人才培養(yǎng)方式等方面均受到了沖擊與挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)教育行業(yè)與信息化技術(shù)相結(jié)合,使得在線(xiàn)教育煥發(fā)出無(wú)比耀眼的光芒[1-2]。教育不受時(shí)空限制,學(xué)生能夠掌握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán),把握學(xué)習(xí)的節(jié)奏和進(jìn)度。在線(xiàn)教育將進(jìn)一步促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源的傳播,促進(jìn)教育公平,促進(jìn)傳統(tǒng)教育模式變革。

2015年中國(guó)石油大學(xué)(華東)實(shí)施“全部課程上網(wǎng)”計(jì)劃,混合式教學(xué)成為了學(xué)校教學(xué)改革的主要方向之一,為此建設(shè)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)--石大云課堂,截至2020年已經(jīng)建設(shè)了1600門(mén)左右的課程。隨著“全部課程上網(wǎng)”計(jì)劃的實(shí)施,在線(xiàn)學(xué)習(xí)成為一種常態(tài),石大云課堂教學(xué)平臺(tái)已成為學(xué)校信息技術(shù)與課程教學(xué)深度融合的重要載體。但目前平臺(tái)無(wú)論在軟件功能性還是硬件架構(gòu)均存在一些缺陷,比如平臺(tái)的操作便捷性、交互性、安全性和并發(fā)數(shù)都存在一定的問(wèn)題。另外,平臺(tái)已經(jīng)存有35 T的數(shù)據(jù)、幾十萬(wàn)個(gè)資源文件、上千萬(wàn)條數(shù)據(jù)庫(kù)記錄,對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析將會(huì)對(duì)教師教學(xué)提供更準(zhǔn)確有力的教學(xué)依據(jù)。因此,本文主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在學(xué)校的軟硬件建設(shè)和學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析和研究,以保障師生混合式教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。

1 教學(xué)平臺(tái)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)部署

2015年教學(xué)平臺(tái)硬件一直部署在石大私有云上,通過(guò)組建虛擬化資源池為平臺(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供計(jì)算資源服務(wù),主要包括服務(wù)器和存儲(chǔ)的虛擬化,且平臺(tái)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行以它為基礎(chǔ)[3]。私有云的優(yōu)勢(shì)非常明顯,各類(lèi)操作軟件和平臺(tái)可以共用虛擬化資源池,但是隨著內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)的容量擴(kuò)大,架構(gòu)升級(jí)和性能提升非常困難[4]。

為了改善原有平臺(tái)的架構(gòu)缺陷,在校園網(wǎng)基礎(chǔ)上,部署5臺(tái)服務(wù)器和統(tǒng)一存儲(chǔ)(見(jiàn)圖1),主要作用如下。

圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)硬件架構(gòu)圖

(1) 分發(fā)服務(wù)器

分發(fā)服務(wù)器用作負(fù)載均衡,可以提升平臺(tái)的并發(fā)量和穩(wěn)定性。在分發(fā)服務(wù)器上安裝運(yùn)行Nginx,它可以起到一個(gè)分流指向的作用,以任務(wù)的相同性和壓力的大小去分派任務(wù),另一種分派方式就是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)壓力最小分配給哪個(gè),避免單節(jié)點(diǎn)任務(wù)繁重而其他節(jié)點(diǎn)沒(méi)有任何壓力。

(2) 節(jié)點(diǎn)服務(wù)器

節(jié)點(diǎn)服務(wù)器用作負(fù)載均衡,可以形成多個(gè)Tomcat負(fù)載,多任務(wù)多節(jié)點(diǎn)分批處理,避免教學(xué)平臺(tái)單節(jié)點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)過(guò)多而造成用戶(hù)界面卡頓無(wú)響應(yīng)。

(3) 流媒體服務(wù)器

流媒體服務(wù)器用作負(fù)載均衡,可以提升視頻轉(zhuǎn)換速度以及平臺(tái)處理視頻速度。

(4) 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用作數(shù)據(jù)庫(kù)大頁(yè)。數(shù)據(jù)交換不走Swap分區(qū),直接鎖死在內(nèi)存中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以提升數(shù)據(jù)庫(kù)處理速度,很大幅度減少宕機(jī)/卡頓風(fēng)險(xiǎn)。負(fù)載均衡的部署流程是先部署單個(gè)節(jié)點(diǎn)(一個(gè)Tomcat),然后根據(jù)內(nèi)存大小作相對(duì)的配置修改,復(fù)制多個(gè)Tomcat,修改相應(yīng)端口,指定到分發(fā)的Nginx作對(duì)應(yīng)。

(5) 備份服務(wù)器

安裝Veritas備份軟件,增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性。教學(xué)平臺(tái)數(shù)據(jù)是學(xué)校的無(wú)形資產(chǎn),極其重要,在發(fā)生災(zāi)難性故障的情況下,可在幾分鐘之內(nèi)將基于磁盤(pán)的系統(tǒng)恢復(fù)到不同硬件,甚至虛擬服務(wù)器。

2 教學(xué)平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

教學(xué)平臺(tái)從使用范圍可以分為四大類(lèi),分別為國(guó)外商業(yè)化平臺(tái)、國(guó)內(nèi)商業(yè)化平臺(tái)、高等學(xué)校自研平臺(tái)和開(kāi)源軟件。選取有代表性的平臺(tái),如Blackboard、智慧樹(shù)、超星泛雅、清華教育在線(xiàn)、Moodle等,這些平臺(tái)從系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)性、內(nèi)置工具、可用性等方面具有不同程度的差異,對(duì)其進(jìn)行橫向功能模塊比較,從而得出完善的教學(xué)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)。圖2是本次設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖,它主要以課程建設(shè)、課程學(xué)習(xí)、隨堂教學(xué)、學(xué)習(xí)分析、運(yùn)行監(jiān)測(cè)和課程管理等6個(gè)模塊為主,另有25個(gè)子模塊組成[5-6]。

圖2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)軟件功能模塊圖

3 學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)研究

基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)分析是近些年以來(lái)教育領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn),中國(guó)石油大學(xué)(華東)經(jīng)過(guò)幾年的混合教學(xué)實(shí)踐,在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)積累了大量學(xué)生線(xiàn)上學(xué)習(xí)日志數(shù)據(jù),通過(guò)建立中間數(shù)據(jù)庫(kù)收集學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù),構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)畫(huà)像,可協(xié)助教師動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略,同時(shí)研究學(xué)生的在線(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)間與頻次[7]。

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)畫(huà)像研究

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)眾多線(xiàn)上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中,描述學(xué)生學(xué)習(xí)的指標(biāo)較多,有登錄次數(shù)、在線(xiàn)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)習(xí)視頻次數(shù)、參與測(cè)試次數(shù)等20多項(xiàng)指標(biāo),但有哪些指標(biāo)對(duì)教學(xué)過(guò)程意義比較大,哪些指標(biāo)可以反饋給教師用于教學(xué)干預(yù)是無(wú)法得知的。

本文選取2021年春季學(xué)期20門(mén)混合課程共2000多名學(xué)生對(duì)整個(gè)線(xiàn)上學(xué)習(xí)過(guò)程持續(xù)跟蹤,學(xué)期結(jié)束后收集所有學(xué)生的線(xiàn)上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),并通過(guò)教師獲取學(xué)生的線(xiàn)下期末考試成績(jī)。采用SPSS對(duì)學(xué)生的線(xiàn)上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和最終考試成績(jī)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,取其中一門(mén)課程“材料科學(xué)基礎(chǔ)”作分析,如表1所示。其中,“**”表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),“*”表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。由表1可知,“進(jìn)入課程次數(shù)”“在線(xiàn)時(shí)長(zhǎng)”“閱讀教學(xué)資源次數(shù)”“學(xué)習(xí)播課視頻次數(shù)”“提交在線(xiàn)測(cè)試數(shù)量”這幾個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)與學(xué)生最終考試成績(jī)相關(guān)性較強(qiáng),在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有參考價(jià)值[8]。

表1 “材料”科學(xué)基礎(chǔ)課程相關(guān)性分析結(jié)果

繼續(xù)研究所有20門(mén)課程分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)20多項(xiàng)學(xué)習(xí)指標(biāo)中有多項(xiàng)與考試成績(jī)相關(guān)性較強(qiáng),從側(cè)面印證了線(xiàn)上教學(xué)的有效性,打消了部分教師對(duì)混合課程的顧慮。根據(jù)相關(guān)性結(jié)果,最終確定“進(jìn)入課程次數(shù)”“在線(xiàn)時(shí)長(zhǎng)”“閱讀教學(xué)資源次數(shù)”“學(xué)習(xí)播課視頻次數(shù)”“提交在線(xiàn)測(cè)試數(shù)量”這5個(gè)指標(biāo)作為學(xué)生畫(huà)像維度。以數(shù)據(jù)較好、較差的學(xué)生為例畫(huà)出雷達(dá)圖(見(jiàn)圖3),可以根據(jù)結(jié)果對(duì)較差的學(xué)生作出預(yù)警和提示,及時(shí)調(diào)整教師教學(xué)策略,也可根據(jù)客觀性指標(biāo)分配權(quán)重作出成績(jī)得分預(yù)測(cè)。

(a) 較好的學(xué)生

3.2 學(xué)生在線(xiàn)情況分析

為了進(jìn)一步了解學(xué)生的日常線(xiàn)上學(xué)習(xí)習(xí)慣,從教學(xué)平臺(tái)中抽取2021年春季學(xué)期學(xué)生登錄情況數(shù)據(jù),并采用R語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。圖4是借助R語(yǔ)言繪制的學(xué)生在線(xiàn)情況統(tǒng)計(jì)。從圖4可以看出,學(xué)生每天學(xué)習(xí)的高峰出現(xiàn)在10點(diǎn)、16點(diǎn)、19點(diǎn)至23點(diǎn),周五和周六學(xué)習(xí)人數(shù)較少,周四人數(shù)最多。

圖4 學(xué)生在線(xiàn)情況統(tǒng)計(jì)圖

4 總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是高校信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的重要載體,平臺(tái)的硬件架構(gòu)部署和軟件功能至關(guān)重要,是學(xué)校大規(guī)模開(kāi)展混合式教學(xué)的基礎(chǔ)。本文通過(guò)研究平臺(tái)內(nèi)部學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù),確定了多個(gè)學(xué)習(xí)指標(biāo)作為學(xué)生畫(huà)像參數(shù),為教師提供教學(xué)干預(yù)參考信息,并且較差學(xué)生會(huì)及時(shí)得到教師的幫助。本文采用R語(yǔ)言統(tǒng)計(jì)方法對(duì)學(xué)生的日常學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行了分析,為學(xué)校管理者和教師提供了學(xué)生學(xué)習(xí)狀況信息,為決策提供支持。本次研究可用于混合課程開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),有助于提升教師開(kāi)展混合式教學(xué)的積極性,進(jìn)而提升高等教育的教學(xué)質(zhì)量。