基于大數據方法的校園數字化學習港構建研究

姚慶安,鄭 虹,徐中宇,鄭山紅

(長春工業大學 計算機科學與工程學院,吉林 長春 130012)

基于大數據方法的校園數字化學習港構建研究

姚慶安,鄭 虹,徐中宇,鄭山紅

(長春工業大學 計算機科學與工程學院,吉林 長春 130012)

研究了數字化校園的網絡配備和學生按需學習特點對數字化校園建設的影響,分析了數字化學習目標及配套資源表示和配套服務建設,構建了基于大數據方法的統一身份識別、集群學習資源、滿足個性學習需求的校園數字化學習平臺。適應了學生課堂正式學習、課堂外或其他場合的非正式學習等泛在化學習的新學習方式。對數字化校園建設和數字型社會建設都具有一定的示范性意義。同時該平臺是基于大數據方法構建的,對擴充人群和擴充資源是有效的,對平臺的擴展是可復用的。

大數據方法；數字化學習港;群建共享

隨著信息技術的發展,學生的學習方式也正發生轉變,移動學習(mobile learning, M-Learning)電子學習(electronic Learning, E-Learning),泛在學習(ubiquitous learning ,U-Learning)已經成為各高校學生的新的重要的學習方式。大數據方法的提出為實現教學和實驗新技術做了更好的保證[1-2]。“積件”提出了小素材組合重用的理念,為大數據的教育資源的信息提取、分割、重組、共享等問題做了研究[3]。“學習對象”在結構化和信息交互中,為海量學習資源的數據交換和建設方法提出了技術方案,并為大量資源的共享在工程的層面上得以實現[4]。而“學習活動”在教學層面上實現了教育過程與活動的高水平共享,它支持教學策略、教學方法、教學活動的重用[5]。IMS-LD的出現使教育研究中學習支持系統的研究從關注學習對象轉換到關注學習活動[6]。泛在化學習空間AULS(ambient ubiquitous learning space)則來自于普適計算技術[7]。將來的學校,有海量的學習資源(視頻、音頻、圖像、課件、文檔等),蘊含大量的知識和信息,每一個學習者都處于一個信息生態環境之中[8]。這些都給依托于網絡的校園學習環境建設提供了應用空間,主要是給電子學習系統提供了技術支持。

本文依據學生目前向泛在學習的狀態轉變、使用學習設備變化及對電子學習資源的新要求,給出了校園數字化學習港電子學習平臺,并根據平臺的資源需求,分析了平臺在MESH校園網絡環境下的可構建性,設計了平臺構建方案,給出了具體的構建策略,并分析了系統的應用前景及進一步研究的問題。

1 校園數字化學習港

1.1 新型校園學習平臺構建的迫切性

許多教學支持系統主要是發揮教師主導作用,未能充分體現學生的主體地位,在E-Learning環境的研究與構建中,單打系統很多,但生命周期短,實施效果不佳,同時暴露出很多問題:

(1) 共享基礎學習資源與身份認證的不方便;

(2) 應用軟件之間的互操作性問題;

(3) 與“數字校園”(digital campus)其他應用系統存在協同問題,且數據交換困難。

學生按需學習的要求越來越高,校園網的無線化程度越來越高,無線覆蓋的面積越來越大,基于新的WLAN校園網的電子學習形式也開始轉變,計算機、掌上電腦、PDA、手機等無線化終端請求顯示設備在學生中的普及也正改變著學生的生活和學習方式。這些都給新型數字化校園建設提出了新要求,同時也需要有新型校園教育學習平臺的出現,來改善單打系統的弊端,滿足學生學習的新需求。

1.2 校園數字化學習港定義

校園數字化學習港是為了滿足校園學習者日益增長的學習需求而打造的一個面向全校學習個體(這里指學生、有時是教師或其他在學校學習的人),在離學習個體最近的地方,為各種專業、各類課程、各種層次的學習個體提供他們各自所需的信息和知識。

校園數字化學習港是一個以校園網絡為依托,在大數據資源的基礎上,并且有效地整合校園中已有的最優秀的教育教學資源,增加最新最方便學習模塊,并預留系統擴充接口,供學生自由選擇、自主學習的綠色教育學習新平臺。通過對校園數字化學習港的建設推動校園數字化教育體系的形成,最終形成網絡學習型校園學習環境,加快數字化校園的建設進程。

2 校園數字化學習港平臺的建設

2.1 建設目標與常用功能

校園數字化學習港平臺建設的目標是以學習者需求為驅動,使學習過程數字化、使教學過程數字化、使校園環境數字化。所以要滿足學生新學習方式的需要，滿足數字化學習環境下展開學習的需要，滿足變革教育與學習模式的需要，滿足利用數字化學習環境改變現有課堂教學模式的需要，滿足數字化校園建設的需要。平臺以學習資源存儲為基礎,以MESH校園網絡為運行環境,滿足學生常用配套功能系統的服務支持,同時預留擴展功能接口模塊,見圖1。

圖1 校園數字化學習港平臺基本配套功能

2.2 資源構建及獲取形式

平臺要面向的學校全體學生具有不同的專業和方向,所以資源上要涵蓋所有專業的相關課程資源,這樣內容會非常多,包含文檔、圖像、音頻、視頻等,是成PG的大數據量,而學生在層次上具有不同水平,同樣課程知識對不同專業也有不同要求,所以資源也要分層次、廣覆蓋,由簡單到復雜分層次、由基礎到提高分層次、由分散到綜合分層次。

往往這些分層都是相對的,本專業的不同學生或其他專業的學生對同一問題的分層是不同的,因此在建立這些資源庫的時候采取“群建”策略,即讓所有的學習者都參與到資源的建設中來,通過大家對同一資源或問題的分層來綜合評定資源分層級別。同時為了資源利用率的最大化,存儲空間的極小化,引入平臺的所有存儲設備上的學習資源都是“共享”的。“群建共享”是校園數字化學習港資源建設的最大特征,也是大數據下的一個構建基本方法。

學習港平臺中海量豐富的學習資源是滿足學生個性化學習的保障,但是這些都給存儲帶來了困難,所以在該學習平臺中要求利用一切可以利用的資源存儲節點。校園數據庫服務器、數字圖書館、公共信息平臺、接入該平臺的個人電腦和移動存儲設備等,都可以作為該平臺的存儲設備。利用該平臺學習不必關注資源來自于哪個具體存儲位置,這些對學習者是透明的,由校園數字化學習港通過統一的方式經過數據交換去獲取。

3 校園網校園數字化學習港平臺的設計

3.1 MESH網的可應用性

無線MESH校園網與傳統的無線局域網(WLAN)不同,它改變了每個客戶通過一個統一的接入點相連的無線鏈路方式,在MESH網絡中,任何無線的設備節點都可以同時作為接入點和路由器,并且他們都可以接收和發送信號,這就使得每個節點可以與一個或多個節點進行直接通信[9]。這種多跳訪問方式的最大特點就是,如果由于網絡流量過大而導致最近AP擁塞的話,數據可以自動重新路由到一個就近的通信流量較小的鄰近節點。這些都使得MESH校園網成為建立支持泛在學習和移動學習的新型電子學習平臺的依托。校園數字化學習港正是這樣一個平臺,而MESH網的無可比擬的優勢(快速部署和易于安裝、非視距離傳輸NLOS、健壯性、結構靈活、高帶寬)為平臺的泛在可訪問性、移動可訪問性、穩定性、海量數據的存儲分配、快速穩定運行提供了保證。

3.2 校園數字化學習港的設計

MESH網下的學習空間是一個普適計算[7]的學習空間,學習將不受時間和空間的限制,可隨時隨地在校園中享用學習資源[10-11],其基本框架見圖2。

圖2 校園數字化學習港的架構

4 校園數字化學習港平臺的構建

4.1 整合現有電子學習系統

在我國,教育信息化已經開展了很多年,各高校充分利用校園中的網絡資源,都在開展電子學習環境的研究與構建,并且開發了很多電子學習系統,經歷過也正經歷著實驗—探索—積累—發展等一系列過程。近幾年電子學習系統激增,但是實施具有強烈的針對性(如精品課網站教學系統)和實域性(如課堂同步教學系統)。這些都屬于單打系統,其生命周期較短,導致了最終的實施效果不夠理想。但是這些都為校園數字化學習港的構建積累了大量的資源,把這些系統按信息港的構建擴展需求做一定的修改,將資源經過分裂再聚合,動態形成新的學習資源,其處理模型見圖3。這樣就能把包含在大數據中的最有用的資源輕松整合到校園數字化學習港中,這也是實現“群建共享”和平臺構建的第一步。

圖3 資源分裂聚合處理模型

4.2 資源存儲系統選擇

平臺目標是面向全校各專業各層次學生,這樣就要有大數據量的學習資源需要存儲。在存儲系統的選擇上,首先考慮利用現有存儲系統,與數字化圖書館、數據庫服務器進行數據的無縫銜接,作為平臺的一部分資源,這樣能有效避免數據的重復存儲。再次考慮加入新的存儲系統,其核心邏輯是進行數據交換,把在不同存儲節點的數據以統一的方式映像成校園數字化學習港平臺資源存儲數據庫。這樣就構成網絡大數據[12]存儲系統。

4.3 增加新系統并預留系統擴展接口

整個平臺要完成統一身份識別、統一管理,必須在整合現有系統的同時增加新系統,以適應電子學習的變化和改進,滿足數字化校園的建設目標。統一門戶系統作為平臺入口要首先構建,其次以專業為主線的課程群資源建設系統、基于活動的教學環節支持系統、對“質量工程”教學改革信息化支持系統、支持平臺運轉的數據交換系統等都要建立起來。此外,預留擴展接口以適應新學習要求以及平臺擴展與整合的需要。最終的校園數字化學習港的基本結構見圖4。

5 總結及存在問題

隨著信息與網絡的飛速發展,數字化學習的優勢越顯突出,數字化學習方式也發生了轉變。文中研究構建的校園數字化學習港是一個電子學習平臺,支持泛在學習與移動學習,對未來的校園群數字學習平臺和社會數字學習平臺的構建具有先驗性和可用性,為未來大數據化的數字化校園和數字化社會建設積累了一定的經驗和資源。

受依托的網絡本身問題(互操作性、通信延遲、安全性等)給系統的安全快速運行帶來了影響、學習港平臺最終要完成與其他校園平臺協同工作、要完成學習資源數據庫與其他平臺數據庫的無縫鏈接,這些都給平臺的設計和實現帶來了困難，而資源存儲建設過程對許多存儲設備節點的協作也是難題之一。

圖4 校園數字化學習港的結構

References)

[1] 趙秀娟.大數據,健康新聞傳播新機遇[J].電子測試,2013(16):244-245.

[2] 劉瓊.大數據環境下圖書館面臨的影響與挑戰[J].理論觀察,2013(8):112-113.

[3] 黎加厚.從課件到積件:我國學校課堂計算機輔助教學的新發展[J].電化教育研究,1997(4):50-53.

[4] Advanced Distributed Learning.SCORM 2004 4th Edition[EB/OL].http://www.adlnet.gov/,2004.

[5] Sandy Britain.A Review of Learning Design: Concept,Specifications and Tools[EB/OL].http://www.jisc.ac.uk/uploaded_documents/ACF1ABB.doc,2004.

[6] MS Global Learning Consortium. IMS Learning Design Specification[EB/OL].http://www.imsglobal.org/learningdesign/,2003.

[7] 徐光佑,許元春,謝偉凱.普適計算[J].計算機學報.2003,26(9),1042-1050.

[8] Tak-Wai Chan,Jeremy Roschelle,Sherry Hsi,et al. One-to-one technology enhanced learning: An opportunity for global research collaboration[J].Research and Practice in Technology Enhanced Learning,2005,1(1):3-29.

[9] Bruno R,Conti M,Gregori E.Mesh networks:Commodity multihop Ad Hoc networks[J].IEEE Communications Magazine,2005,43(3):123-131

[10] 余勝泉,楊現民,程罡.泛在學習環境中的學習資源設計與共享:“學習元”的理念與結構[J].開放教育研究,2009(1):47-53.

[11] 余勝泉,程罡,董京.e-Learning新解:網絡教學范式的轉換[J].遠程教育雜志,2009(3):3-15.

[12] 王元卓,靳小龍,程學旗.網絡大數據:現狀與展望[J].計算機學報,2013(6):1125-1138.

Research on construction of campus digital learning hub based on big data method

Yao Qing’an,Zheng Hong,Xu Zhongyu,Zheng Shanhong

(College of Computer Science and Engineering,Changchun University of Technology,Changchun 130012,China)

This paper researches on the network configuration of digital campus,as well as the effect on digital campus construction caused by on-demand learning style, analyzes the target of digital learning,resources expression and service development,and constructs the model of Campus Digital Learning Hub(CDLH) platform including uniform identity recognition and clustering learning resources which can meet the need for personalized learning based on big data method. CDLH supports many kinds of learning styles such as formal learning,informal learning,mobile learning(M-learning),electronic learning(E-learning) and ubiquitous learning(U-learning). It has exemplariness significance for digital campus and digital society development. CDLH platform is effective for user extension and reusable.

big data method;digital learning hub;group contribution and sharing

2014- 05- 21 修改日期：2014- 07- 15

教育部高職高專計算機類專業教指委2012年度規劃課題(JZW590112);吉林省教育科學“十二五”規劃2013年度課題(GH13134)

姚慶安(1975-),男,吉林磐石,碩士,講師,主要從事數字圖像處理、智能計算及生物信息方面的研究.

E-mail：yao@mail.ccut.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)1- 0199- 03