在线学习业务分析与系统设计

丁为民

在线学习业务分析与系统设计

丁为民

巢湖学院，安徽 巢湖 238000

以在线学习系统项目为原型，对在线学习系统的学习业务服务进行了设计和实现，然后分析了宏观背景，指出国内现有的在线教育学习存在服务标准不统一、资源浪费、信息孤岛等核心问题，阐述了研究目的和意义。最后对在线学习系统的业务背景和关键技术进行了分析，并建立了系统设计模型。

在线学习；信息孤岛；教育资源

引言

近年来，网络在线概念在城市、学习、生活等方面频频涌现，同样也正逐步加快我国教育信息化建设的步伐。相对于国外在线学习侧重网络技术、智能化应用而言，国内的在线学习难以应付大量学习者的高访问数据量的高速增长，各类学习资源分散形成信息孤岛的现象日趋严重，一定程度上影响着教育资源的分配与共享。此外，环境各异、扩展困难也加重了运营与维护的负担[1]。在这样的宏观背景下，对在线学习系统的设计与实现，具有一定的意义和价值。

1 业务背景介绍

（1）在线教育。在线教育要求资源最大化的开放和共享，同时在学习过程中实现师生交互与协作。它不同于传统的教育信息系统，在线教育对各种教学设备、教育资源进行良好的组织与管理，同时，能够根据情景智能识别用户的终端设备、软件环境、访问请求、服务需求等信息。在线学习具备多种学习应用模块，并能够对学生、教师等用户参与信息化的学习与教育辅助活动中产生的各类信息进行智能搜索，再按一定逻辑进行分类、解析与归纳，将学习者的在线活动归整出规律并据此设计未来学习计划。这是在线学习所特有的服务功能[2]。此外，在线教育以用户为中心，能够结合用户的个体特征，有针对性地提供资源检索、信息推送等服务，以模拟人脑思维的方式打造智能的教育生态系统。

（2）“二网融合”。在线学习系统支持学习者通过互联网或移动互联网完成学习计划。注册学员可以通过手机、平板机和电脑等终端随时随地完成学习内容，学习者的业余空闲时间被充分利用，而且不受终端设备的影响。

（3）分布式流媒体系统。分布式流媒体系统的组成部分主要有流媒体服务访问中心、流媒体资源中心和访问终端，流媒体服务访问中心负责将流媒体资源中心的视频分发到访问终端，用户不需要承担高昂的软硬件费用，就能看到清晰顺畅的学习资源。

（4）多维度内容。学习平台将学习内容以电子期刊、PPT课件、讨论集、音频指导以及视频等多种形式展示，从不同角度反映同一学习内容。学习者根据自身情况选择相应学习资源[3]。同时，采用图片、视频以及动画从不同维度展示同一学习内容，使得抽象的教学内容不再枯燥，便于自学和记忆。

（5）“在线学习”网络平台的高体验度。系统设计满足50万注册用户量，单个业务延时范围1～5秒。同时，支持多种形式上网访问，教学资源丰富、教学流程互动性强。除了教育教学过程中受理、咨询、人员管理的主要流程以及业务管理的流程外，在在线学习运行过程中，系统自带学习档案管理、听课券管理以及学习记录等辅助管理业务[4]。

2 关键技术介绍

本系统借助腾讯云服务的支持为海量用户提供在线学习服务，组织和计算业务数据的同时统计与分析服务记录的信息，最终使得服务内容得以优化。大规模数据集并行运算编程模型MapReduce通过映射与规约完成任务的分解与结果的汇总操作，极大地提高了大数据的处理能力。海量教育资源的存储与访问是用分布式技术实现的，即用多台服务器分开存储所有数据，从而构建一个高效、稳定、可扩展的存储系统架构，利用多台存储设备分担数据的存储压力，提升存取性能，同时通过冗余存储、容错备份等技术，保证数据存储的质量与安全[5]。系统采用了粗粒度松耦合的设计模式，能快速方便、安全可靠且能重复使用地搭建在线学习系统的整体架构。

本系统设计过程中的点播和直播功能都需要借助分布式流媒体技术。直播（Live Video Broadcasting）系统架构首先需要如电视信号源、摄像机信号源、电脑、移动端等桌面捕捉的内容作为服务器端的信号源，然后通过推拉流工具将信息流推送到一个视频处理的中心。视频处理中心将学习资源进行编解码操作，或进行一些防伪的水印操作的视频处理[6]。具体方法如打点的数据、字幕以及一些特殊说明标注等，处理后的视频转换成H.264编码和音频AAC编码的直播流。

3 系统架构设计

本系统依托腾讯教育云服务提供的软件架构，实现远程课堂、教务管理、门户系统等教育云服务业务，其逻辑关系可以分为底层的设施层、系统构建层与业务服务层[7]。底层设施层是软硬件设施的支撑基础，提供虚拟存储环境和分布式云计算服务器设备；系统构建层负责规范学习者业务的数据格式以便服务监控和资源调度；应用服务层对下层提供的基础教育服务接口进行组合编排，形成面向教育云用户的各种教育应用服务。本系统设计能较好地实现学习者、教育者、教育管理者以及学习服务资源多方协同；服务可灵活配置、可伸缩，可持续化演进和扩展；云平台可以支持海量教育资源分配共享与管理，实现超大规模教育应用请求并发处理[8]。在线学习系统包括以下几层：终端访问设备、数据表现层、中间件层以及硬件基础设施层。在线学习系统的软硬件架构图如图1所示：

图1 在线学习系统软硬件架构图

4 总结

相对于国外的在线学习侧重于高科技、智能化应用而言，国内的在线学习平台在教育教学业务方面由于学校体制、教学管理职能的不同，而更侧重于教育主管部门或教学机构如何通过信息化手段和途径对资源进行整合，将学习各方面的服务向多渠道、多层次进行延伸和应用，同时目前国内各类学习服务普遍存在着服务标准不统一、资源浪费、信息孤岛等核心问题。在这样的宏观背景下，基于云平台下在线学习平台的设计与实现，具有一定的现实意义和价值。

[1]张进宝，黄荣怀，张连刚.智慧教育云服务：教育信息化服务新模式[J].开放教育研究，2012，18（3）：20-26.

[2]郑晓萍.云计算在教育领域的应用初探[J].电脑知识与技术，2014（1）：99-101.

[3]2016年中国在线教育行业市场现状及发展趋势分析[EB/OL].http：//www.qianzhan.com/analyst/det ail/220/160524-6481830d.html，2016.

[4] 2016年中国在线教育行业市场现状及发展趋势预测[EB/OL].https：//sanwen8.cn/p/1b3Ur7b.html，2016.

[5]卢蓓蓉，任友群．中国教育信息化的云中漫步——教育云建设的困境及探析[J].远程教育杂志，2012，30（1）：62-67.

[6]王继鹏.高等教育云计算服务平台构建策略初探[J].安阳师范学院学报，2011（5）：82-86.

[7]中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划（2010-2020年）[Z].2010.

[8]李松，王莉娟．在线学习活动设计与网络教学平台的功能[J].现代远距离教育，2011（3）：57-58.

Online Learning Business Analysis and System Design

Ding Weimin

Chaohu College, Anhui Chaohu 238000

Taking online learning system project as the prototype, the paper designs and implements the learning system service for online learning. Then，the paper analyzes the background, points out core issues of disunited online education service standards waste of resources and information silos that exists in domestic, and expounds the purpose and significance of the study. At last, the business background and key technology of the online learning system are analyzed, and the system design model is set up.

online learning; information silos; educational resources

TP311.5

A

1009-6434（2017）10-0057-02

丁为民（1971—），男，汉族，安徽巢湖人，巢湖学院讲师，计算机应用硕士，主要研究方向为计算机软硬件应用研究。