互聯(lián)網(wǎng)+時代基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)測和決策系統(tǒng)的研究

1、    “互聯(lián)網(wǎng)+”時代基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)測和決策系統(tǒng)的研究    【摘 要】本文在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下對基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)測和決策系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先闡述了該系統(tǒng)研究的意義、大數(shù)據(jù)概念和特點，構(gòu)建了系統(tǒng)的總體框架，最后設(shè)計了系統(tǒng)的部分特色功能。【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng)+；大數(shù)據(jù)；學(xué)習(xí)過程；監(jiān)測和決策0 引言當(dāng)今社會，科技進(jìn)步日新月異，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為引領(lǐng)的大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，改變了我們的思維方式，一場信息化的教育革命，正在教育的各個領(lǐng)域展開。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”這種新型教學(xué)模式下，老師面臨的一大難題是：如何精準(zhǔn)的了解每個

2、學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、優(yōu)缺點、興趣愛好和學(xué)習(xí)需求，與人才培養(yǎng)目標(biāo)和就業(yè)市場需求相結(jié)合，有針對性地提供個性化和分層次的教學(xué)。而本文就是在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的背景下，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算能等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建高職學(xué)生學(xué)習(xí)過程智慧監(jiān)測和決策的系統(tǒng)和云平臺，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，進(jìn)行全方位的大數(shù)據(jù)挖掘、智能分析，以“精準(zhǔn)”的了解學(xué)生學(xué)習(xí)的動態(tài)需求，預(yù)判學(xué)生的潛在學(xué)習(xí)需求，同時結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，使教師很快能根據(jù)差異化的評估信息做出有針對性的教學(xué)方案，對每個學(xué)生開展個性化的教學(xué)和分層次的教學(xué)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)質(zhì)量。1 大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)是指海量數(shù)據(jù)的集合，是需要具有很強(qiáng)的洞

3、察發(fā)現(xiàn)、流程改進(jìn)和優(yōu)化等能力的新管理模式才能發(fā)現(xiàn)的高價值性的信息資產(chǎn)。它的關(guān)鍵在于對這些大數(shù)據(jù)用新的挖掘和處理方法對其進(jìn)行處理，并發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和奧秘。如果把它作為一種投資，那么這種投資要實現(xiàn)高增長率必須提高大數(shù)據(jù)的處理能力，通過加工和處理發(fā)現(xiàn)其中的關(guān)聯(lián)關(guān)系和價值，實現(xiàn)增值。當(dāng)然，大數(shù)據(jù)技術(shù)與云計算技術(shù)的是相輔相成的，大數(shù)據(jù)需要采用云計算技術(shù)對龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式處理。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的背景下，學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多種多樣，包括上課、考試、晨練、借閱圖書、購物、吃飯、出入寢室等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用傳統(tǒng)技術(shù)很難被關(guān)聯(lián)起來，彼此是相對獨立的?，F(xiàn)在以“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)為支撐，借助諸如

4、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)的新型管理模式，打通各類師生業(yè)務(wù)之間的數(shù)據(jù)孤島，挖掘和分析其中的規(guī)律，并將大數(shù)據(jù)挖掘和分析的結(jié)果運用到日常的教學(xué)、教務(wù)的管理和師生的服務(wù)中，為老師和學(xué)生提供了精準(zhǔn)和高效的服務(wù)，同時也提高了學(xué)校的管理水平，推動了學(xué)校的內(nèi)涵式發(fā)展。2 總體框架設(shè)計在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，運用大數(shù)據(jù)和云計算等新一代信息技術(shù)來構(gòu)建學(xué)習(xí)過程監(jiān)測和決策系統(tǒng)需要整合學(xué)?，F(xiàn)有的資源，例如在線學(xué)習(xí)與考試、在線教學(xué)資源庫（微課、慕課、協(xié)同學(xué)習(xí)交流和在線教學(xué)視頻等），并且需要有新一代信息技術(shù)的技術(shù)支撐，同時需要開發(fā)符合要求的功能模塊（智慧監(jiān)測與決策、人才培養(yǎng)規(guī)格等），其頂層設(shè)計的技術(shù)體系與服務(wù)體系框架，主要由基

5、礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（iaas）層、平臺即服務(wù)（paas）層和軟件即服務(wù)（saas）層組成。2.1 iaas層iaas層是硬件基礎(chǔ)設(shè)施層，提供硬件基礎(chǔ)服務(wù)，包含虛擬數(shù)據(jù)中心和基礎(chǔ)平臺兩部分。虛擬數(shù)據(jù)中心的硬件基礎(chǔ)是普通服務(wù)器集群、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和其它的計算資源等。普通服務(wù)器集群和基于眾核的并行處理系統(tǒng)gpu等并行計算設(shè)施相結(jié)合，組成混合式的大數(shù)據(jù)并行處理系統(tǒng)。同時使用用虛擬化和并行資源調(diào)度技術(shù)，更好的調(diào)度和管理底層計算資源，為大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和處理提供按需分配的基礎(chǔ)設(shè)施?；A(chǔ)平臺包含云服務(wù)管理平臺、集群管理、計算服務(wù)和存儲服務(wù)等，實現(xiàn)資源監(jiān)控、負(fù)載管理、數(shù)據(jù)管理、資源部署、安全管理和計費管理等功能。通

6、過基礎(chǔ)平臺的管理，能夠保證虛擬數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施能更好地利用系統(tǒng)資源，更好地應(yīng)對突發(fā)情況，保證基礎(chǔ)設(shè)施和其提供的資源能被合法和靈活地訪問和使用，保證其底層能高效率的運行，同時滿足系統(tǒng)的完整性，可靠性和可管理性的要求。2.2 paas層paas層提供基礎(chǔ)平臺服務(wù)和開發(fā)環(huán)境服務(wù)。該層是整個系統(tǒng)架構(gòu)的中間層，起到承上啟下的作用，向下根據(jù)用戶需求計算需要的計算資源，并調(diào)用iaas層提供的虛擬化計算資源，向上向saas層提供平臺服務(wù)和開發(fā)環(huán)境服務(wù)，同時實時監(jiān)控平臺的正常運行。paas提供商主要是搭建paas基礎(chǔ)平臺并負(fù)責(zé)該平臺的正常運行，將paas基礎(chǔ)平臺以服務(wù)的方式提供給saas層運營商或用戶，同時還

7、提供對該平臺的技術(shù)支持和技術(shù)咨詢等服務(wù)，以保證paas平臺以及應(yīng)用系統(tǒng)能夠長期、穩(wěn)定和可靠的運行。paas層是以編程接口的形式為第三方提供有商業(yè)價值的資源、服務(wù)平臺和應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，不但為第三方提高了應(yīng)用開發(fā)的效率，還為第三方節(jié)約了大量的開發(fā)成本。2.3 saas層saas層主要提供在云計算基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用程序和具體的教學(xué)業(yè)務(wù)服務(wù)，用戶可以在pc機(jī)、筆記本和手機(jī)等設(shè)備上通過瀏覽器訪問。學(xué)校不需要管理和維護(hù)任何包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)和存儲等的云計算基礎(chǔ)設(shè)施。該層主要構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)過程智慧監(jiān)測和決策的系統(tǒng)，首先整合學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)、在線教學(xué)資源庫、學(xué)生管理系統(tǒng)和在線學(xué)習(xí)與考試系統(tǒng)等，同時開發(fā)協(xié)同學(xué)習(xí)

8、交流模塊、學(xué)生課堂實時監(jiān)測模塊和人才培養(yǎng)規(guī)格模塊等。并在此基礎(chǔ)上，開發(fā)智慧決策模塊，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的所有大數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的大數(shù)據(jù)挖掘和智能分析，以“精準(zhǔn)”的了解學(xué)生學(xué)習(xí)的動態(tài)需求，預(yù)判學(xué)生的潛在學(xué)習(xí)需求，并結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)和職業(yè)崗位能力要求給出相應(yīng)的建議和處理意見。3 特色功能設(shè)計基于大數(shù)據(jù)的學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)測和決策系統(tǒng)主要特色功能模塊包括學(xué)習(xí)過程線下智慧監(jiān)測模塊、學(xué)習(xí)過程歷史數(shù)據(jù)即在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)收集模塊、學(xué)生學(xué)習(xí)過程評估模塊、學(xué)習(xí)個性化推薦和決策模塊和教師決策等模塊，具體功能介紹如下：3.1 學(xué)習(xí)過程線下智慧監(jiān)測模塊通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器或可穿戴設(shè)備收集學(xué)生線下即課堂內(nèi)學(xué)習(xí)行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)（什么時

9、候翻書、點頭、開小差、心率、血壓等）和情緒態(tài)度數(shù)據(jù)（微笑、溫和、煩躁）表情， 通過網(wǎng)絡(luò)將收集到的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)實時存儲到云平臺存儲系統(tǒng)中，然后通過挖掘和決策模塊對這些行為數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷出學(xué)生的情緒狀態(tài)和行為動作， 然后做出相應(yīng)的決策分析。endprint3.2 學(xué)習(xí)過程在線學(xué)習(xí)智慧監(jiān)測模塊在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)云平臺中，收集已有的學(xué)生基本情況歷史數(shù)據(jù)，同時實時跟蹤學(xué)生在線學(xué)習(xí)的情況，實時收集學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，例如學(xué)習(xí)了哪些課程、瀏覽過哪些視頻、復(fù)習(xí)過哪些知識點、做過哪些練習(xí)題以及進(jìn)行了哪些測試，這些數(shù)據(jù)都將發(fā)送到大數(shù)據(jù)云平臺中。3.3 學(xué)生學(xué)習(xí)過程評估模塊綜合線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，利用大數(shù)

10、據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行高效的學(xué)習(xí)過程評估，并結(jié)合人才培養(yǎng)規(guī)格和職業(yè)崗位能力要求，給出定量評價并匯總，做到全程評價。3.4 學(xué)習(xí)個性化推薦和決策模塊利用云計算技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等高新技術(shù)，設(shè)計一個學(xué)習(xí)個性化推薦和決策模塊。首先，根據(jù)已有的線上和線下學(xué)生學(xué)習(xí)的監(jiān)測大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)一些特定的算法，以學(xué)生的各項特征為基礎(chǔ)，通過計算得到某一權(quán)值，并以這個權(quán)值作為依據(jù)，并結(jié)合人才培養(yǎng)規(guī)格和職業(yè)崗位能力要求，為學(xué)生推薦合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并將個性化結(jié)果顯示在界面上，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)推薦模塊。3.5 教師決策模塊教師決策模塊主要使用人工智能算法對學(xué)生數(shù)據(jù)進(jìn)行智能挖掘和分析。首先建立學(xué)習(xí)模型并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程監(jiān)測到的大數(shù)據(jù)，測算出學(xué)生目前學(xué)習(xí)狀態(tài)，包括學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些知識點、哪些知識點沒有掌握、學(xué)生對哪些內(nèi)容感興趣，并結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，分析出學(xué)生與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)規(guī)定的職業(yè)崗位能力要求的差距，并將決策和分析結(jié)果輸出供教師參考，使教師能做出合適的教學(xué)方案和教學(xué)策略，對每個學(xué)生開展個性化的教學(xué)和分層次的教學(xué)。4 結(jié)束語本文在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等新一代信息技術(shù)引入了高職學(xué)生學(xué)習(xí)過程智慧監(jiān)測和決策系統(tǒng)的建設(shè)中。首先闡述了該系統(tǒng)研究的意義、大數(shù)據(jù)概念和特點，構(gòu)建了系統(tǒng)的總體框架，最后設(shè)計了系統(tǒng)的部分特色功能，希望能對學(xué)生行為和狀態(tài)大數(shù)據(jù)的監(jiān)測和決策