基于大数据的虚实融合教学服务平台设计

袁 苗

(广西机电职业技术学院,广西 南宁 530000)

0 引言

随着网络时代的来临,很多学校已经构建了功能较为完整的教学服务平台。但是在大数据背景下,传统的教学服务平台已经不能够满足当今学校的教学需求,不能够客观反映学生的学习水平,从而导致教学误判、教学效果不佳等问题。为解决这一问题,本文分析了当前大数据应用于教学服务平台设计的必要性,提出了基于大数据技术的教学服务平台设计方式,从视图层、模型层等多个角度提高教学服务平台设计质量[1]。

1 教学平台构建意义

为了使教学平台更加“智慧”,在平台搭建过程中,设计人员需要对平台中的大数据检索、需求感知能力等方面进行技术升级。设计人员需要厘清教学平台搭建思路,创新技术形态、数据形态及组织形态,构建起以大数据为基础、云计算技术为支撑的教学服务平台,使教学服务平台更加契合当前的教育需求。基于大数据的教学平台设计需要遵循先进性、适用性、可扩展性原则。需要利用先进的技术构建教学服务平台,实现教学的现代化管理模式,构建能够满足海量资源数据的存储功能,建立相适应的维护管理系统,采用一站式设计原则,提供全方位教学服务。

2 平台总体设计

高职学校是培养技术人才的教学基地,为社会提供了大量的技术人才。高职学校以提高学生的实践能力为主,但受场地、资金等一系列条件的制约,高职学校实践教学内容比例较低,单纯的理论教学无法有效提高学生的知识应用能力。因此,本文将结合高职教学实际所需,对教学服务平台进行重新设计,对新教学服务平台设计整体框架进行深入分析。

2.1 视图层

视图层是学生、教师与教学服务系统之间的联系界面。视图层的设计较为简单,仅包含了一些简单的视觉元素。但随着科学技术的发展,当前视图层的界面内容逐渐变得丰富,视觉呈现方式更加复杂,起到吸引用户目光的作用。当前组成视图的元素包含HTML、Flash 和控件,这些元素可以精确处理不同视图的业务代码,使视觉层能够呈现出更加丰富的视觉元素。现代视图层设计过程中,设计人员需要将视图层中的视图和业务逻辑分开。然而视图层只是数据的一种呈现形式,其并不能够承担数据逻辑处理任务,所以这种区分使视图层变得更好管理,更加便于日后维护工作[2]。

2.2 控制层

控制层能根据映射关系了解用户的需求,从而调动相关的模型和视图来响应用户需求。但控制层只负责接收和发送请求,起到一种链接的作用。当控制层接收到请求之后,会将请求信息传输到模型组件中,然后使用视图显示模型处理返回的数据。由于高职专业多以实践教学为主,为了进一步提高学生的实践能力,平台可以根据课程的实际情况自动模拟学生学习实践所需要的训练环境。学生登录教学服务平台后,可以直接选择试验训练,控制层接收到信号后会将相关的实践模型与视图呈现在学生面前。本平台设计采用B/S结构,学生只需通过网络便可进行远程实践学习工作。这种方式突破了时间和空间的限制,有效地延长了学生的学习时间。

2.3 模型层

模型层是教学系统设计中最重要的环节,包含数据模型和运行逻辑模型,同时模型层还要对数据以及运行逻辑进行优先处理。当前,模型层构建过程中需要使用大数据技术,利用大数据技术的数据查找、处理功能构建起一个更加符合教学平台使用要求的模型层。模型层子数据处理过程中需要对数据的格式进行调整,根据不同的视图与需求进行不同的数据显示,一个模型允许包含多种视图。因为模型中的应用代码只能被多个视图使用一次,所以这种方式减少了代码重复使用,提高了模型层的运行效率。由于该模型层采用了大数据技术,所以模型层能够根据不同的学生学习需求检索出不同的资料、数据,提高了教学服务平台的使用质量。

2.4 处理层

用户将数据输入到视图层后,视图层会将搜索请求发送到服务器。服务器终端会有专门的控制器用来接收用户的请求信息,接收器接到请求会在后台调动相关模型应对用户的请求。最后控制器会将处理结果返回到控制层,并且将处理结果发送到相应的视图中,在整个过程中视图层只负责调整格式与数据显示。为了进一步提高处理层的处理质量,设计人员还对整个处理层作出了优化改进,将计算机的计算单元与存储单元、通信单元等核心模块作出了整体构建工作。设计人员对计算、储存和网络进行了集群化的交换,提高了处理层的运行效率[3]。这种设计可以随着学生使用人数的增加灵活扩展,有较高的线性度,在一定程度上解决了传统教学服务平台结构扩展的限制问题。同时柔性扩展设计也可以为大数据平台提供更加安全的控制机制,使数据库中的学生数据、教学数据等内容变得更加安全,不易泄露。系统还增加了自动稳压与断电保护机制,进一步保障了学习服务平台运行的稳定性。

3 平台功能设计

教学服务平台搭建需要用到C/S与 B/S 2层结构,还需要设计多种模块,例如维护模块、系统管理模块、学生管理模块等,这些模块的应用可以丰富教学服务平台功能,使平台发挥更好的效用。

3.1 系统维护模块

系统维护模块具有系统设置、系统初始化、密码修改、安全备份等多种功能,学生在使用维护模块过程中,可以设置登录密码,同时可以利用安全备份功能将学习资料、考试资料等进行备份[4]。教学平台还添加了“学习时长设置”选项,学生可以自由设置学习时长,学习时间结束后系统会自动发起提醒通知,让学生注意劳逸结合。教学服务平台主要面向全校师生以及管理人员,为了提高平台系统的运行效率、减少系统管理功能重复现象,系统还设计了一套统一的登录功能,根据不同用户的需要采用不同模式,确定用户权限。用户权限设置如表1所示。

表1 用户权限设置

3.2 系统管理模块

系统管理模块主要对用户进出系统进行管理。学生可以通过学号、密码等登录系统。在系统管理模块中还加入了后台管理模式,教师可以通过后台查看学生的学习时长,了解学生学习内容,并且还能够在后台看到学生的模拟考试成绩,了解学生的学习状态、学习水平,使教学变得更加有针对性。

3.3 学生管理模块

学生管理模块主要用于采集学生的注册信息,对学生的身份进行核对。该模块会记录学生的姓名、年龄、学号以及专业系别。学生管理模块能够使教学服务平台推送的学习资料、学习内容更加精确,满足学生不同的学习需求。

3.4 资料库管理模块

资料库管理模块会记录学生的考试成绩,能够为学生推荐本专业学习所需要的资料内容,还能够根据学生的考试成绩分析学生的学习能力。对于学习能力较强的学生,资料库会自动检索难度较高的题目与其匹配。对于学习能力较薄弱的学生,资料库会更倾向于提供相对基础的知识内容的检索[5]。通过资料库管理模块学生可以了解自身的学习水平、以往的学习成绩,有效帮助学生优化学习策略,提高学习成绩。

3.5 任务生成模块

由于高职学校对于学生的专业实践能力要求较高,所以基于大数据技术的教学服务平台在功能设计中加入了任务生成模块,该模块能够根据教师的要求自动生成实践内容,自动调整实践难度,之后系统会按照教师的预先设定从题库中选择相应的实践题目进行组合,形成实践任务。

4 云计算资源算法

教学服务平台设计以大数据、云计算技术为基础,其中数据中心是整个系统的核心。为了进一步提高数据中心数据的使用质量,提高数据应用能力,本设计使用虚拟化技术,构建了一套完整的网络资源库,充分发挥云计算、大数据的作用,通过算法实现了问题描述、虚拟机动态调度等多种功能。

4.1 问题描述

教学平台中数据中心应当重点考虑不同目标的排列组合问题,对多个问题作出整合。利用CPU、内存以及数据传输等资源,系统采用公式(1)进行多个目标的虚拟机分配。

(1)

(2)

其中,n为虚拟节点数;Pi为第i维性能特征平均值。为了凸显性能特征的规范稳定,在虚拟节点中用第i维资源剩余分配量,除以i维总资源,最后计算出第i维性能的特征值,用Pi,j表示。

(3)

(4)

在采用云资源动态调度的特定算法中,对资源监视器进行合理使用,以实现对系统运行状态下的实时监控,并在发生过载时,通过新的虚拟机来分摊过多的资源。当学校资讯系统网站存取资源比率降低时,亦须符合公式(4),方可减少虚拟机数目。

4.2 虚拟机动态调度步骤

虚拟机动态调度步骤:首先,会对设备运行状态进行监测,以获取相应的负载信息;其次,对智慧校园运营情况进行监测,对算法库中的资源重新分配,达到对智慧校园的动态可调。在此基础上,结合云计算平台的监控数据,实现数据的有效存储与配置,以及对网络资源的动态分配与调度。本课题以云计算为背景,围绕动态任务调度问题展开研究,主要内容有:任务容量评估、任务开销动态评估、内存数据驱动的任务迁移与定点选择等[6]。通过一系列的任务调度研究,建立一个新的、有意义的、有目标的、有组织的、有计划的、有规律的新虚拟动态模拟系统。云计算环境下的虚拟动态模型可以减少虚拟机的移植次数,提高智慧校园的运营稳定性和容量。

5 平台设计效果分析

本文为了验证基于大数据的教学服务平台搭建质量,了解平台运行效果,以某高职院校计算机专业50名学生为实验对象作进行分析。实验将50名学生学生平均分为A、B 2组,每组25人。A组采用基于大数据技术的教学服务平台进行专业学习,B组则采用传统教学方式进行学习。在学习内容一致的情况下,对2组学生的学习成绩进行对比分析。A、B 2组学生考试成绩对比如表2所示。

表2 A、B 2组学生考试成绩对比 单位:分

比较A、B 2组学生的学习总成绩与平均成绩,传统教学模式B组比A组成绩低,且A组平均成绩比B组高出接近10分,2组成绩差异较为明显。由此可以得知,利用知识服务平台教学效果比传统教学效果更好。同时教师可以利用平台对学生进行更加有针对性地训练,提高了学生的学习成绩。

6 结语

基于大数据技术的教学服务平台设计过程中,设计人员需要建立完整的设计流程,厘清教学服务平台的基础运行逻辑。在此基础上还要加入更多的功能模块,使平台设计更符合当前高职教学需要。通过对比实验可以发现,高职院校学生通过使用服务教学平台成绩得到了明显提升。