面向高職高專的慕課大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

引 言

教育部在 2015年年度工作要點中明確提出要 繼續(xù)加大優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源開發(fā)和應(yīng)用力度，探索在線開放課程應(yīng)用帶動機制，加強 慕課 （MOOC）建設(shè)、使用和管理。 國家隨之確定了 慕課 建設(shè)框架，其中涵蓋了高職高專等職業(yè)教育的內(nèi)容。國務(wù)院參事湯敏老師 2015倡導(dǎo)的 慕課最大的空間和機會實際上是在職業(yè)教育 ，鼓勵高職優(yōu)質(zhì)慕課資源和平臺的建設(shè)。此舉對于完善終身教育體系，提高國民的職業(yè)技術(shù)和能力，乃至學(xué)習(xí)型社會的建設(shè)都有重要意義。

目前國內(nèi)MOOC的研究主要包括MOOC平臺建設(shè)研究、MOOC教學(xué)模式研究、 翻轉(zhuǎn)課堂 實現(xiàn)方式研究等。清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等很多高水平大學(xué)都設(shè)置了 MOOC，并進(jìn)行了深入研究。同時，在國家積極倡導(dǎo) 互聯(lián)網(wǎng)+ 教育 的時代背景下， 更具特色的高職高專院校如何結(jié)合自身學(xué)科建設(shè)特點與優(yōu)勢，發(fā)揮 重技能，強能力 的培養(yǎng)特點，提供更優(yōu)質(zhì)的開放性遠(yuǎn)程教育服務(wù)是各高職高專院校面臨的一項挑戰(zhàn)，從大量MOOC 課程建設(shè)的嘗試中探索自己的 MOOC 之路。

MOOC 不是單純的教師講課，而是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將課堂教學(xué)、學(xué)習(xí)體驗、師生互動等不同教學(xué)環(huán)節(jié)通過編排完整呈現(xiàn)，從而在線產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。這些大數(shù)據(jù)中蘊含了大量的對教育教學(xué)具有普遍意義的規(guī)律和價值，通過對這些慕課大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，教師可以有效掌握教學(xué)規(guī)律、預(yù)測教育活動、進(jìn)行教育管理和決策等。

1 高職高專院校慕課物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)

目前， 大多數(shù)高職高專院校都有自己的圖書館， 而MOOC 學(xué)習(xí)需要學(xué)生進(jìn)行登錄、學(xué)習(xí)、進(jìn)行互動等。將MOOC 的平臺建設(shè)與學(xué)校已有的圖書館平臺相結(jié)合，充分利用已有資源，進(jìn)行統(tǒng)一資源平臺登錄，可有效降低學(xué)校建設(shè)MOOC 平臺的成本，提高資源使用率。MOOC 與圖書館統(tǒng)一物聯(lián)建設(shè)平臺如圖 1 所示。

統(tǒng)一MOOC 教育平臺與圖書館系統(tǒng)，學(xué)生通過圖書館統(tǒng)一登錄賬戶登錄，通過MOOC 教室進(jìn)行MOOC 課程在線學(xué)習(xí)。慕課教育平臺包括在線教學(xué)、課輔教學(xué)、社交媒體（包括微信、QQ 等）、知識分析與綜合等，最終形成知識的積累信息。

MOOC 教學(xué)平臺與大數(shù)據(jù)分析平臺直接相連，將學(xué)生學(xué)習(xí)記錄以及圖書借閱記錄等提交大數(shù)據(jù)分析平臺進(jìn)行分析。此外，大數(shù)據(jù)分析平臺還包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析與可視化等功能。

學(xué)生可以通過客戶端、瀏覽器及移動端等設(shè)備，形成一個綜合的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺。

2 慕課大數(shù)據(jù)分析

通過MOOC 平臺可以獲得學(xué)校學(xué)生對于MOOC 課程學(xué)習(xí)的有效記錄，包括學(xué)生的學(xué)號、姓名、登錄時間、下線時間、學(xué)習(xí)課程名稱，學(xué)習(xí)課程知識點記錄、在線互動內(nèi)容、在線互動次數(shù)、做作業(yè)次數(shù)、做作業(yè)時長、做作業(yè)成績、學(xué)生考試課程名稱，課程期中考試成績、期末考試成績、課程綜合成績、課程成績排名等內(nèi)容。由于學(xué)生使用的是與圖書館平臺進(jìn)行綜合統(tǒng)一登錄的平臺，還可以獲取學(xué)生的圖書借閱情況，如借閱圖書名稱、借閱日期、還書日期等。

針對獲取的學(xué)生學(xué)習(xí)MOOC 的綜合大數(shù)據(jù)，需要采用大數(shù)據(jù)分析平臺進(jìn)行處理。圖 2 所示為基于分布式集群處理的大數(shù)據(jù)處理平臺架構(gòu)圖。平臺采用大數(shù)據(jù)生態(tài)圈的Python， 數(shù)據(jù)庫采用MongDB，存儲動態(tài)常用分析所用的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)預(yù)處理與存儲模塊包括用于大數(shù)據(jù)分布式存儲的分布式文件系統(tǒng)（Hadoop Distributed File System，HDFS）和 Tachyon 分布式內(nèi)存管理系統(tǒng)，可對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗并提供存儲服務(wù)；在計算處理方面，采用 UC Berkeley 提出的基于內(nèi)存計算的Spark。Spark 所有作業(yè)都在內(nèi)存中完成，通過分布式彈性數(shù)據(jù)集（Resilient Distributed Dataset，RDD），Spark 能夠?qū)ψ鳂I(yè)流程進(jìn)行掃描并根據(jù)作業(yè)的先后次序進(jìn)行優(yōu)化，加快在內(nèi)存中的運算速度。利用Spark 中的MLlib 和Graphx 提供機器學(xué)習(xí)、優(yōu)化和圖計算等方面的功能，并輔以 Mahout 和HadoopMapReduce 框架進(jìn)行其他算法的補充 ；可視化模塊以JavaScript 為手段，采用D3 和 Processing 將整個過程中產(chǎn)生的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行可視化展示。

數(shù)據(jù)挖掘子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)是整個框架的核心， 整個大數(shù)據(jù)處理平臺以Spark 分布式集群為主體，由1 臺主節(jié)點，8 臺子節(jié)點組成，其中主節(jié)點與子節(jié)點機器均為 4 核 Intel Xeon E7-8837，2.67 GHz，16 G 內(nèi)存，HDFS 存儲容量為 2.5 T。

此外，學(xué)生還可以在線下根據(jù)自身需求選擇不同的教學(xué)資源、方式、媒介，亦可自行決定課程學(xué)習(xí)時間，加之網(wǎng)絡(luò)論壇的輔助和課上網(wǎng)絡(luò)平臺的使用，使得教學(xué)更富成效。

3 計算機媒體類課程慕課的應(yīng)用推廣

針對計算機類課程，通過圖 1 所示的MOOC 與圖書館統(tǒng)一資源平臺，借助大數(shù)據(jù)分析平臺，對于獲取的學(xué)生的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計基礎(chǔ)等課程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理， 得到準(zhǔn)確的學(xué)生學(xué)習(xí)喜好模式，及對教師 MOOC 課程水平進(jìn)行準(zhǔn)確分級。

4 結(jié) 語

基于這些計算機類課程大數(shù)據(jù)分析的結(jié)論，梳理出計算機媒體處理類課程MOOC 教學(xué)的特點，結(jié)合MOOC 的獨特優(yōu)勢與媒體處理類課程需要大量視頻、圖像、PPT、音頻等綜合展示的特色，將其他類課程MOOC 建設(shè)模式和大數(shù)據(jù)分析的結(jié)論，靈活遷移到媒體類課程教學(xué)中，幫助教師探尋學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，調(diào)整教學(xué)，提高教學(xué)效率，提出具體的教學(xué)方法改進(jìn)措施，使得課程的講授更加靈活、開放、動態(tài)，更加具有針對性，方便教師更好地滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求，真正做到因材施教，取得事半功倍的成效，在減少教師負(fù)擔(dān)的同時， 也讓學(xué)生能夠?qū)W的更直觀，更深入，更扎實。