创新创业教学改革研究项目
基于大数据的高校教学资源库建设研究(王志强)
时间:2017年06月28日    来源:科研处      作者:      编辑:    审核:    点击:

 

课题编号

 

 

 

 

 

 

甘肃省2017年全省高校

创新创业教育教学改革研究项目

 

 

 

 

立项申请书

 

 

 

 

 

 

 

      基于云数据的高校教学资源库建设研究            

                 一般项目                       

                 王志强                     

             庆阳职业技术学院(盖章)   

                2017年6月21日                          

 

 

 

 

 

 

甘肃省教育厅制


填表说明:

 

1.填写此表时,不得减少栏目、改变内容,内容应论述充分。

2.使用A4纸双面印刷,中缝装订。

3.所有申请者签名处,不得用打印字和印刷体代替。

4. 本表须经课题负责人所在高校负责创新创业教学工作的部门审核,签署明确意见,并加盖学校公章后方可上报。

5. 课题的预期成果形式为研究报告、教改方案、教学计划、教学大纲、教材、讲义、课件、软件、实验报告、调研报告、著作、论文等(选填)。其中,研究报告、出版物或论文为必备成果。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


申请者的承诺:

 

    我承诺对本人填写的各项内容的真实性负责,保证没有知识产权争议。如获准立项,我承诺以本表为有约束力的协议,按计划认真开展研究工作,取得预期研究成果。

 

                申请者(签章):

 

                                             

 


项目负责人情况

 

 

 

 

 

 

 

姓名

王志强

性别

民族

汉族

出生年月

1971.04.03

学历

研究生

学位

 

行政职务

科研处处长

专业技术职务

副教授

研究专长

经济管理

信息技术

Email地址

469758996@qq.com

联系电话

13309340996

邮寄地址及邮编

745000庆阳职业技术学院

 

 

1990.07-1993.07  庆阳师专生物教育专业学习

1993.07-1997.05  华池县一中从事基础教学工作

1997.05-2004.12  庆阳财校从事信息技术、经济管理等专业课程教学工作

2004.12-2006.12  庆阳财校学生科副科长(其间:2000年12月取得经济管理专业本科学历)从事信息技术、经济管理等专业课程教学工作

2006.12-2010.10  庆阳财校电教科副科长(其间:2007年06月取得行政管理专业研究生学历)从事信息技术、经济管理等专业课程教学工作

2010.10-2015.9   庆阳理工中专实训科科长。从事信息技术、创业培训等专业课程教学工作

2015.10-至今  庆阳职业技术学院科研处处长。从事信息技术、经济管理、创业培训等专业课程教学工作

2009年9月庆阳市委、市政府授予“模范教师”荣誉称号

2013年6月获庆阳市首届社会科学优秀成果奖励

 

 

 

 

科研:

1.《盐酸氨溴索联合血必净注射液对慢性阻塞性肺疾病的治疗》获庆阳市科学技术进步二等奖;(2011(65)-2-3)

2.《庆阳市农民工教育培训与就业现状调查研究》甘肃职业教育与成人教育科研成果奖一等奖、庆阳市科技进步三等奖、庆阳市首届社会科学优秀成果奖、庆阳市青年创新人才培养扶持计划项目;(2013(89)-3-1)

3.《高职院校教学资源库建设研究》2016年甘肃省“十三五” 教育科学研究课题。             

专著:

1.《庆阳旅游资源》(2014年西南交大出版社ISBN 978-7-5643-3381-2)

2.《中国古代官吏制度研究》(2016年光明日报出版社ISBN 978-7-5194-2260-8)

 

项目主要成员情况

姓  名

年龄

专业技术职务

行政职务

工作单位

主要教育

研究领域

承担工作

签名

王志强

46

副教授

科研处处长

庆阳职业技术学院

信息技术

主持

 

白旭宁

48

副教授

副院长

庆阳职业技术学院

经济管理

理论研究

 

詹  静

33

讲师

信息中心副主任

庆阳职业技术学院

信息与计算机科学

技术支持

 

曹  强

52

副教授

副院长

庆阳职业技术学院

经济管理

政策研究

 

丁发红

41

副教授

成教与培训处副处长

庆阳职业技术学院

电子技术

数据分析

 

段晓东

45

副教授

信息工程系副系主任

庆阳职业技术学院

信息工程

技术支持

 

赵玮玮

30

讲师

教师

庆阳职业技术学院

机械设计制造及其

自动化

资料整理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、立项依据及目标

1.现状与背景分析(包括已有研究实践基础)

   1.1伴随着计算机和网络技术的普及,高校的网络教学资源得到了迅速的发展,主要体现在校园网络、多媒体课件和分散独立的教学系统的建设。在大数据、云计算、移动互联网等新型信息技术的带领下,校园的信息化发展有了新的方向和动力,大数据背景下新的教学体系的建立,和"以学生为中心"的新型教学模式被提出和重视。本课题依托学院已建成的教学资源库,针对教学资源库建设过程中存在的设备投入成本高、资源数据没有统一的标准规范、“数据孤岛”等问题,以大数据技术为背景,采用云计算基础架构方法,从高职院校教学云平台建设,大数据分析应用,立体化数字资源、数据的整合共享三个方面,探讨如何构建新型的立体化教学资源库,实现真正意义上的高校资源库数据共建共享。

   1.2  2013——2014年学院在实施国家中职示范校建设项目及实施庆阳市教育局下达的《中职教学资源库建设研究》课题期间,与高等教育出版社采取校企合作共建共享方式共同完成了我校“课程体系建设和数字化校园学习平台开发”项目。其中:

(1)完成一个统一的、规范化的数字课程建设标准;

(2)构建一个面向专业的开放的共享型数字资源平台;

(3)建成一个传统课堂模式与在线数字课程学习相结合的新的混合式教学模式;

(4)搭建一个新型教学方法融合教育信息化与网络技术应得实时动态管理课程过程的标准;

(5)建成高职共享型教学资源库;

(6)完成数字课程建设,完成我院高职四个专业(会计、建筑、电子、煤炭矿山机电)32门数字课程建设,每个专业1门精品课,12门专业级核心课程;

1.3  2015年——2016年学院随着高职专业建设要求,在原建成中职教学资源库的基础上,对数据集系统进行了整合及升级改造,期间完成了“2016年度甘肃省“十三五”教育科学规划课题《高职院校教学资源库建设研究》”。

1.4  高校教学资源库是一个管理教学相关资源,为师生提供资源访问的信息化平台,传统教学资源库建设多为高校内部建设,本课题提出共建共享教学资源库的概念是为了更好地实现教学数据资源的共享,同时通过共建可以丰富教学资源库内容,通过建设建设立体化教学资源库,实现教情分析、学情分析,构建高效的反馈通道,形成“成长性”专业教学资源库。

 

 

 

 

2.研究内容、目标、要解决的问题和主要特色

2.1研究内容

2.1.1高校教学资源库的共建共享模式建设

    针对目前高校教学资源库存在的诸多问题,课题从管理模式上对高校教学资源库建设工作进行了改进,将原来相对孤立的资源库建设模式变成一种共同建设一起分享的模式,再加上云计算的相关技术构建一套基于云计算技术的开放性管理模式,该模式有效地解决了资源的建设成本问题、重复建设问题、共享性问题和安全性问题根据这一思路,设计云平台下高校教学资源库建设模式,整体模式结构如图1所示。

                          

2.1.2高校教学资源库的框架模型建设

面对错综复杂的数据资源,“云计算”的运用具有降低成本、可靠安全、兼容性强和海量存储等优势。经过充分分析调研,设计思路是以面向服务的架构为核心,涉及访问层、应用层、资源整合层、云平台层以及物理层五个模块,具体的情况如图 1 所示

 

 

 

2.1.3 高校信息资源库的关键技术

    在对高校信息资源库构建的过程中,虚拟化技术、分布式技术、数据计算等技术会运用在物理层、云平台层以及应用层当中。

1.物理层。物理层中运用到的技术是虚拟化技术,现阶段较为主流的虚拟化软件有 Xen Server 平台、v Sphere 系列以及 Hyper系列等管理软件,实现了对物理设备的虚拟化管理。具体来说,在服务器虚拟化技术中,主要的原理是将服务器虚拟为多个虚拟机,在此基础上根据应用层中用户的实际需求来合理准确地对硬件资源进行分配,最终实现大幅度提升服务器利用率的目标。在执行虚拟化的过程中,具体操作是在物理层中架构虚拟化平台,并且原有的 US 不需要做改动便可在虚拟化平台中运行。举例来说,当前运用比重较大的是 VMware ESX 虚拟化软件,在此类型软件对虚拟机构建的过程中,可划分为虚拟机管理器与 VMkermel。其中,前者的功能是对内存、CPU 等进行虚拟化操作,后者则是实现虚拟机的托管。关于物理层中服务器虚拟化见图 2所示。

 

 

 

 

 

 

2.云平台层。

   云平台层在整个核心架构中承担对上层应用的托管和对下层虚拟资源实现对系统管理的重要功能,提供面向服务的 Paa S 平台,一般通过模块化、集成化、动态组装等构建模式来获得云应用系统的重用性、可靠性、可扩展性和开放性。当前较为成熟的技术有 GAE、Hadoop 平台等,可实现对网络应用程序的开发、测试以及部署等。以当前较主流的 Hadoop 平台为例,该平台可借助于具体日志、结构化以及可扩展的功能,比较适用于大数据集应用程序的分布式文件系统,在数据读写与容错能力方面具有较大的优势。除此之外,该平台还包含对文件与目录进行创建、修改、删除以及复制等,用户使用浏览器或命令接口的方式来对HDFS 进行浏览。当然,在 HDFS 中运行的 HBase 分布式数据库,在有序性、可用性以及伸缩性等方面是其他平台无法相对比的。此外,MapReduce 分布式计算模型的运用也较多,多数情况下是在对数据计算需求较大的系统中使用。作为数据分析人物的编程模型,为计算机集群提供了分布式并行处理的方式,具体情况如图 3 所示。其中包含主服务器与子服务器两个方面,主服务器则是对所有任务进行调度,而后者的功能则是对 Map 任务和 Reduce 任务进行执行。

                    

3.应用层。应用层的功能是提供 Saa S 服务 ( Software as a Service,软件即服务) ,根据用户的实际需求来制定智能检索、个性化定制等服务,在特点方面尤其突出,包含一站式访问、统一接口以及单点登录等。现阶段在应用层运用的核心技术是 web2.0 技术与多租户技术、服务整合技术等。具体来说,web2.0 技术是基于互联网技术而构建的,在社会性与交互性方面都具有较大的优势。而应用层中采用 web2.0技术的最终目的是对界面灵活性、交互性的提升。而多租户技术的功能是对软件资源、硬件资源的共享,并且可根据用户的实际需求来对资源合理配置,最大限度地提升资源利用率。Force.com 多租户架构为当前较为常用的技术,实现了借助元数据驱动的体系结构,构建出共享数据库。需注意的是,在运行过程中引擎调度的情况下会使得用户的元数据处于相互隔离状态,最终达到构建可扩展、高性能以及按需定制的多租户应用的目标,具体情况如图 4 所示。

     

 

2.研究目标

2.1研究目的:

 高校信息资源库的建设呈现出结构复杂化、形式多样化以及内容多元化的特点。高校信息资源数据库在建设的过程中,存在基础设施更新较快导致建设成本增加、各系统之间资源重复建设、信息系统相对独立形成“信息孤岛”导致信息使用率不高等问题,本课题将数据的存储、数据挖掘、管理以及利用等作为研究中心,在大数据环境下利用云计算这种新的共享基础架构方法,解决如何发挥信息资源库在高校运行中共建共享的作用。

2.2研究意义及成果:

   课题研究云计算环境下的高校教学资源库的建设策略,制定教学资源标准、创建综合云管理平台、缝合资源库与互联网、开发移动客户软件四方面进行了分析;课题对运行管理机制管理从完善运行维护机制、规范考核评价机制、建立共享激励机制、强化知识产权保护四个方面进行了探讨。

    3.要解决的问题和主要特色

3.1云计算下共建共享高校资源库建设方案

高校教学资源库是一个统一的数据资源库,需要用来存储试卷库、课件库、素材库等教学资源。对数据存储能力有着较高的要求,同时前面也提到,高校资源库的建设存在投人大利用率低的特点,有部分高校资源存储量大但高质量资源少,也有部分高校资源严重不足,如何能够充分利用各个高校的存储资源来实现一个非常迫切需要解决的问题。课题针对这一需求提出了教学资源库的云存储,利用云存储特征来提高高校数据资源库的存储能力和处理能力,存储结构设计如图3所示。

 

 
 
通过云存储技术实现了存储的虚拟化,解决了三个问题:

 

(1)提高利用率.由于采用虚拟化技术可以根据;各个高校的实际存储需求动态分配存储空间,从而大大提高了存储空间的实际利用率。

(2)提高共享性。通过构建统一分布式教学资源库能方便各个高校分享资源库中的教学资源,同时也可以实现高校本地资源库数据的上传,不断丰富教学资源库内容的建设,突出了教学资源库建设的共享性和共建性。

(3)提高安全性.云存储具有更好的数据安全性,云存储提供多种数据备份方式,可以大大提高数据存储的安全性。

3.2实验环境搭建与数据分析

针对前面提出的相关设计思路,通过实验来验证传统教学资源库与云计算教学资源库之间的差异。

(1)环境搭建

 

 
 
实验的Hadoop集群共包括1个NameNode,1个Jobtracker和2个DataNode组成,所有节点的硬件配置全部采用Inter双核3.0GHZ,内存4GB,硬盘500GB,整体配置如表:

 

Hadoop集群采用Master/Slave模式,即云平台上的虚拟计算节点包括Master和Slave,其中Maste存储系统的元数据,而Slav节点则作为Maste节点的备份。上表中可以看出,整个Hadoop集群是由Maste一个节点和3个Slave节点构成通过集群系统,可以构建基础的云计算平台,任何平台使用者都可以通过云平台请求资源,具体如图所示

 

 

 

 

 
 
 

 

(2)性能分析

    教学资源库建设中资源存储和检索能力是非常要的指标,实验对云平台下海量教学资源的存储和检索能力进行分析,以此分析传统数据平台下数据存储与云平数据存储的差异。得出结论性结果传统方式下随着用户数量和数据的不断增加,数据读取性能会快速下降,同时也导致系统响应速度下降严重,而云平台下数据存取下降速度较慢,对客户的响应时间影响也不大,在云计算平台下还可以通过增加虚拟机数量来提高数据检索速度和系统响应时间。

 

 

 

 

3.预期效果与具体成果

3.1制定教学资源标准。

在云计算环境下,共享的教学资源必须具备较强的数据通用性,该课题制定出统一建立元数据标准和数据接口标准,真正实现资源整合。为保证云端服务器中不同管理系统之间可以实时地交换和共享数据,还建立数据接口标准,即制定体系结构规范、接口规范、通信协议和数据模型等。【基于云平台的高校教学资源库建设标准书】

                    

3.2创建综合的云管理平台

对前期已建设完成如“教务管理系统”、“OA办公系统”、“学生信息管理系统”等。将各应用系统的数据集中采集到云端服务器,实现校园内各类信息管理系统数据的互连互通,并可按照应用程序的优先级动态分配资源,从而以其科学有序的管理机制、自动化模式和高技术的虚拟化手段,为网络协同工作提供了强有力的支撑。用户可根据权限级别在资源库中快速地查询、获取不同管理系统中的信息,拓展人机交互机制。同时建成利用大数据进行教情及学情分析系统。【云管理平台技术实验报告】

     

    3.3资源库与互联网紧密缝合

    在云计算的背景下,实现院校的教学资源库通过与互联网紧密缝合,用户可以不受本机设备的存储容量软件环境的限制,随时随地将资源上传保存在云端服务器中。教师、教辅人员、学生都可自主、快捷地参与教学资源库的建设、更新和维护工作,从而使资源的共享宽度和广度达到最大化。【研究报告、实验报告、论文】

   3.4开发基于移动设备的客户端软件

    利用云计算具有灵活性高、扩展性强和可基于浏览器的操作系统等优点,建成用户只需通过移动设备的客户端软件连接互联网,便可随时随地地获取云端资源和信息服务、构建个性化的学习环境,有利于学习型社会的创建。【软件开发使用书】

 

 

二、具体安排及进度

 

(1)内容规划:确定资源建设的具体内容。确定教育信息的学科范围、按教学大纲和课程目录的顺序划分各学科要建设的资源的详细内容。(2017.7—2017.10)【制定规划书】

(2)确定标准:根据国家教育部颁布的《现代远程教育资源建设规范》在云计算环境下,共享的教学资源必须具备较强的数据通用性,该课题制定出统一建立元数据标准和数据接口标准,真正实现资源整合高职院校数字课程资源建设的标准,细化对资源每个属性的具体要求。(2017.11—2017.12)【制定资源库标准】

(3)编制评价指标:编制资源库中教情分析、学情分析的评价指标,利于大数据进行分析。促进立体化教学资源建设的改革。(2018.1—2018.2)【制定教情、学情及教学模式评价标准】

(4)创建综合的云管理平台:各应用系统的数据集中采集到云端服务器,实现校园内各类信息管理系统数据的互连互通,并可按照应用程序的优先级动态分配资源,从而以其科学有序的管理机制、自动化模式和高技术的虚拟化手段,为网络协同工作提供了强有力的支撑。

【建设数字化网络云学习管理平台】(2018.3—2018.5)

(5)资源库建设及使用培训:对资源建设有关人员(如老师、技术组人员)进行有针对性的培训,使各部分人员掌握工作的技术细节,明确资源建设项目的目的、任务和整体实施计划等。

  (6)开发基于移动设备的客户端软件

利用云计算具有灵活性高、扩展性强和可基于浏览器的操作系统等优点,建成用户只需通过移动设备的客户端软件连接互联网,便可随时随地地获取云端资源和信息服务、构建个性化的学习环境。【建设大数据环境下高校智慧移动学习平台】

 

 

 

三、经费预算

序号

经费开支科目

经费预算金额(元)

1

开发软件费

30000

2

信息调研费(数据采集、数据维护、数据输入、数据校对)

10000

3

资料、材料(书籍、资料、仪器、设备、各种耗材)

5000

4

其它(差旅费、项目鉴定、会务费、劳务费)

5000

5

 

 

6

 

 

 

总   计

50000

  

 

四、项目负责人所在学校意见

 

 

(公章)

负责人签字:

                             

年  月  日

 

                 

五、省教育厅专家组评审意见

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 组长签字:

                                                        

 

 

六、省教育厅审核意见

 

 

 

 

 

 

 

  (公章)

负责人签字:

                           年  月  日

 

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