基于大数据技术的教学资源共享平台初探

钱汉伟



基于大数据技术的教学资源共享平台初探

钱汉伟

通过设计了一个以各类多媒体、教案课件为主要内容的资源共享平台，可以解决网络教育资源缺乏有效评价机制、质量参差不齐、数据规范不一、内容重复度高等问题。该平台主要包括系统管理、用户主界面、资源库、交流论坛等功能模块，能够用于对各类学习资源的收集、整理和评价，从而提高教学素材的丰富性，降低重复素材和低价值素材对学生学习效率的负面影响。实践表明，平台的应用在促进教学质量持续提升方面发挥了重要作用。

资源库;共享平台;大数据;教学

互联网和大数据技术的广泛运用对现代教育产生了深刻的影响。美国的Coursera、edX和Udacity三大课程提供商的崛起，国内网易云课堂、MOOC学院和中国大学MOOC等网站的启动都给更多学生提供了线上学习的可能。通过教、学、评、测、练、认证、小组和社交等环节，教育的全过程在互联网上得以实施，改变了学校师生的传统教学方式、学习方式、思维方式和交流方式，并且取得了良好的教学效果，“互联网+教育”已经是一个不可逆转的趋势。进一步探究如何充分发挥互联网等现代信息技术的作用以及高效利用互联网数量庞大、类别丰富的教学资源，将成为一个重要的研究内容。

一、网络教育资源使用中的主要问题

网络教育资源虽然数量巨大，但是存在缺乏有效评价机制、质量参差不齐、数据规范不一、内容重复度高等问题。从技术和实现角度来说，资源分类不规范，相似的资源便可能属于不同资源目录。各个资源平台没有统一的接口标准，资源数据格式兼容性差，就很难实现不同资源的整合和互通。从用户角度来说，没有统一的门户网站提供资源的入口，各类教学资源分散且描述信息不够丰富，教师指导参与度低，学习者便无法通过有效的搜索引擎，方便准确地获取教学资源和教师指导。资源之间关联度低，也使得学习者无法就某个专题进行深入学习。

传统教学过程中，在线网络教育与课堂教学相互分离。一方面由于课堂教学方式因循守旧，课堂教学并没有成为网络教育资源的受益者。另一方面，由于技术手段限制等原因，绝大部分课堂教学也没有成为网络教育资源的共享者。因此，以SPOC（小规模限制性在线课程）教学改革为契机，通过互联网和大数据技术与实际教学活动深度融合，实现优质教学资源共享和教师间的指导交流，同时建立起以教学视频和课件教材为主要内容的资源共享平台以促进教学质量的持续提升便显得十分必要。

二、教学资源共享平台的功能设计

（一）系统管理

系统管理主要提供用户管理和系统设置的功能。其主要实现用户增加、删除和权限管理等功能。系统的权限管理采用基于角色的访问控制方式，每个用户属于特定角色，每个角色拥有若干权限，用户通过与角色的关联获得相应权限。主要的角色包括系统管理员、管理员、教师、学生和访客等五类。管理员拥有系统的最高权限，主要对系统进行正常维护和配置，统计监视系统的运行和使用情况。

系统设置主要包括系统模块和节点的通讯与性能参数设置，界面展示语言的选择，风格界面模板的添加、删除，系统安全模式设置和系统预警设置。系统采用分布式方式部署，可以根据实际情况选择部署节点数量，但是全部节点共享一份全局的配置。在服务器CPU或者内存负荷超过系统设置的预警值时，系统会发送预警信息。

（二）用户主界面

用户主界面是用户登录之后的默认界面，主要包括用户相应的个人信息、资源推送、学习进度、当前计划、浏览记录和任务处理等功能，并根据用户的权限自动展示相应的系统设置、资源库等模块链接。系统提供了多种风格的界面，用户可以根据个人喜好选择合适的展示风格。

教师用户可以建立班级群组，并选择资源推送给相应的班级群组。学生用户可以选择加入班级群组，并接受教师推送的资源。在教师设置课堂模式后，学生只能打开教师推送的资源，教师则可以查看学生资源浏览的进度。

（三）资源库

资源库主要包括多媒体资源库、教案课件资源库和文献资源库等三个部分。多媒体资源库主要以短视频为主，可以用于教师课堂教学和学生自学。视频播放支持实名弹幕功能，学生或者教师观看视频的发言可以弹幕形式出现在视频中。教师可以删除其学生的发言弹幕，学生也可以有选择的显示某几位用户的发言弹幕。

教案课件包括各类PPT，Word等素材，支持全文搜索，可以根据任意关键词搜索标题或者内容相关的教案课件。相互关联的教案课件提供链接功能，在浏览过程中可以直接跳转查看相关的材料。文献资源库主要以论文、报纸和网页链接等材料为主。

（四）交流论坛

论坛主要服务于学习资源的共享和专业学习心得交流。其按照学科和专业设立多个版面，由教师用户对各自预设的版面进行管理，同时教师也可以创建新的课程讨论版面。用户对资源的评论会自动同步到论坛的版面，论坛也会对各个学科的热门话题进行实时排序，并在主界面展示。

三、基于大数据的平台建设关键技术

（一）系统架构

整个系统分为数据存储层、业务处理层和接口及呈现层（见下图），每层分别实现不同的功能。接口及呈现层主要完成平台与用户的各种交互业务和呈现逻辑处理。业务处理层主要完成平台系统的各种业务处理功能。全文检索提供了对教案课件的内容检索功能。下载管理是根据用户下载链接数和数据内容，对用户进行预下载等自动优化。安全策略是对系统的访问策略、用户权限等进行控制和执行。数据存储层为上层应用提供文件存储和数据库存储支撑功能，通过调用底层的Memcached和分布式文件系统HDFS的接口实现文件的存取功能，调用数据库访问接口实现数据库访问功能。

系统架构图

（二）高性能集群组网

平台的访问量非常大，在系统处理能力遇到瓶颈时，需要通过增加硬件处理节点能够提高整个系统的处理能力。系统采用开源LVS软件进行IP负载均衡，实现了高性能的集群组网架构。

LVS组网运行时包括调度器和后端服务器两部分。后端服务器是真实运行业务的服务器，由若干个相同的并行节点机器组成。调度器负责前端接入，客户端访问平台时，首先向调度器发起请求，调度器根据一定的调度算法，指定实际为客户端服务的真实服务器，因此调度器更像一台虚拟服务器。根据IP数据包传输方式不同，LVS分为VS/NAT、VS/TUN和VS/DR三种工作模式。①其中，后两种工作模式调度器只需要负责处理接入请求，因此性能更好。

（三）分布式文件系统

平台系统的底层存储需要极大的存储空间，采用云存储架构是大数据量资源存储系统的必然选择。系统采用开源分布式文件系统HDFS实现底层的云存储架构。HDFS分布式文件系统中，每个文件存储在一组机器上，多台机器协同为上层应用提供服务。同时，它为上层应用提供了一系列文件操作API，上层应用通过简单的API操作实现文件和目录的删除、增加和修改功能。

实际上，HDFS文件系统将文件分成若干个大小相同的数据块进行存储，每一个块称为一个CHUNK，块大小可以根据实际情况进行设置。按目录可以设置CHUNK副本个数，可以按目录设置存储的物理位置。采用HDFS分布式文件系统，通过文件副本和切片存储，可以实现节点级的数据可靠性和文件系统内部的自动负载均衡。在增加存储服务器节点数，云存储系统的容量和吞吐性可以线性扩展。

四、教学资源共享平台的应用

实践中，为了推动课程与教学改革，以资源共享平台为基础，笔者协助建设了与网络安全相关的专业教学资源库，以探索现代信息技术与课程教学有效整合的教学模式。根据学科专业目录和教学资源类型，由教师把现有的视频、课件、教案和讲稿等资料分门别类存储到资源共享平台中，按照学科、专业、课程目录建立相应的课件库、素材库和题库等内容。同时，要求教师把自己的优秀课件和教案上传到资源共享平台。以教研室为单位，组织任课教师就某个教学专题在互联网上搜索下载相关的教学课件和视频，鼓励学生将平时在学习过程中发现的优秀互联网教学资源上传到资源共享库，补充完善教学资源。共享资源库的建设为学生学习和教师课堂教学提供了大量优质教学资源。

在教学模式改革过程中，部分对多媒体资源依赖较多的课程，如网络犯罪侦查，首先进行了尝试。备课过程中，教师把资源平台作为重要的教学工具，将平台使用融入课堂。课堂在多媒体教室进行，学生能够在自己的多媒体终端观看教师推送的视频和课件，按照教师的要求对资源进行备注和评论。课堂问题交流结束后，学生可在相应资源加入笔记备注，便于课后复习。课堂教学结束，教师将需要学生课后学习的资源和习题推送给学生，学生完成相应任务后，教师能够查看相关的情况。教学模式改革将平台的使用作为课堂教学的一部分，经过多门课程实践的检验与完善，确定了平台资源库等现代信息技术与学科教学整合的基本教学模式。

五、结语

共享资源库的建设实现了优质教学资源的共享与交流，结合现代化SPOC教学手段与方法，能够全方位满足教师教学、学生学习和在职民警培训等自主学习需求。学校组织的电子数据取证，网络犯罪侦查技术等专业领域的教学资源开发和共享，进一步丰富了资源库的内容与素材。未来，可以此平台为基础，进一步完善系统功能，继续整合对接现有的教学资源和平台，如CST wiki知识平台，从而使平台成为提高教学质量，丰富学习资源的有力保障。

①于天放、芮兰兰、邱雪松：《基于软件定义网络的服务器集群负载均衡技术研究》，《电子与信息学报》2018年第8期。

Research and Application of Resource Sharing Platform Based on Big Data Technology

QIAN Han-wei

By designing a resource-sharing platform with various kinds of multimedia and teaching plan courseware as the main content, we can solve the problems of network education resources, which include lack of effective evaluation mechanism, uneven quality, different data specifications and high content repeatability. The platform includes system management, user main interface, resource library, communication forum and other functional modules, which are used to collect, organize and evaluate various learning resources, improve the richness of teachers’ materials, and reduce the duplication and low-value material pairs. In addition, it reduces the negative impact of duplication and low-value material on student learning efficiency. Practice has shown that the application of the platform has played an important role in promoting the continuous improvement of teaching quality.

resource library; shared platform; big data; teaching

江苏省现代教育技术研究重点课题“面向SPOC的微课资源开发及应用研究”（编号：2017-R-59211）；江苏警官学院重点项目“大数据时代公安信息化建设研究”（编号：2016SJYZZ02）。

2018-09-07

钱汉伟（1984-），男，江苏扬州人，汉族，江苏警官学院计算机信息与网络安全系工程师，南京，210031。

D523.34

A

1672-1020(2018)05-0118-04

[责任编辑：王 焱]