一种课堂行为大数据分析系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及教育信息技术领域，具体涉及一种课堂行为大数据分析系统及方法。


背景技术：

[0002]
高等职业教育偏重于技术应用型人才，主要侧重于掌握主干技术和相关知识的实际应用，重视职业技能的训练，而传统的教学模式下，在专业课程教学的过程中，一位教师面对一个班级的学生集体。目前，课堂教学主要以讲授、实践、指导为主，一名教师对一个班级的教学模式使得课程讲授过程中教师难以完整掌握学生学情信息，正确评估教学效果，灵活控制课程进度。
[0003]
现代信息化教学评价方式大多建立在客观题基础之上，对学生的实训教学效果难以评估。现代信息化教学辅助系统往往通过客观题的形式随机对学生进行考核，并以此作为评价教学效果的依据。但客观题本身是建立在学生对知识理解的基础上的一种考核，这种方式无法实时考核学生的实际操作能力，对学生操作起不到监督监管作用，同时存在学生相互抄袭情况，在评估时信息呈现形式过于单一等问题。
[0004]
随着信息化技术的发展，大数据技术已经在各行各业得到了很好的应用。同样，教育大数据也在深刻地改变着教育理念和教育思维方式。在大数据时代，学生和教师的一言一行都可以转化为数据，通过对教育数据的分析，挖掘出授课、学习、评估等符合教师教学与学生实际的场景，这样就可以做到有的放矢地制定教育教学策略。但是，目前教育数据还更多的停留在学生日常生活、消费以及期末考试成绩等有限的几个方面。对学生学习过程中的过程数据收集较为有限，其主要原因在于缺乏学习过程数据的有效收集手段。因此，现有的教育数据分析体系还存在以下缺点：授课过程中，教师无法同时获得全部学生的学习进展状态；教师针对一个学生的指导过程中无法及时了解该学生的历史学习记录；目前的教学辅助系统尚无法自动完成主观题目的自动评价；课堂信息交互途径单一，信息来源随机性强，不能作为整个班级的代表等。


技术实现要素：

[0005]
为解决现有技术的不足，本发明提供一种课堂行为大数据分析系统及方法，能够实现教学评价过程化管理以及学生课堂行为全生命周期管理。
[0006]
为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：
[0007]
本发明提供一种课堂行为大数据分析系统，包括教师端系统和学生端系统；
[0008]
所述教师端系统包括教师端服务器以及通过容器部署在教师端服务器上的缓存数据库一、文件数据库、远程控制服务端和实训管理平台；所述缓存数据库一用于缓存学生行为数据；所述文件数据库用于存储学生行为数据；所述实训管理平台用于学生信息管理和实训任务管理，所述实训任务管理包括向学生端系统发送实训任务命令，获取命令运行结果和分析学生行为数据；
[0009]
所述学生端系统包括学生端服务器以及通过容器部署在学生端服务器上的缓存
数据库二、远程控制客户端和业务模块；所述缓存数据库二用于缓存学生行为数据；所述业务模块用于提供web页面，接收实训管理平台发送的实训任务命令，运行实训任务命令，以及向实训管理平台返回学生行为数据；
[0010]
所述远程控制服务端与远程控制客户端连接，所述远程控制服务端用于将学生端系统中的端口映射到教师端系统，以及通过桥接网络和教师端服务器进行数据传输；以及通过桥接网络和学生端服务器进行数据传输。
[0011]
进一步的，
[0012]
所述教师端服务器部署在公网主机上；
[0013]
所述文件数据库、缓存数据库一和实训管理平台通过容器的端口映射功能与教师端服务器进行数据传输；
[0014]
所述文件数据库和缓存数据库一数据同步；
[0015]
所述学生端服务器部署在内网主机上；
[0016]
所述缓存数据库二和业务模块通过容器的端口映射功能与学生端服务器进行数据传输；
[0017]
所述缓存数据库一和缓存数据库二主从同步。
[0018]
进一步的，所述实训任务命令包括创建任务目录、删除任务目录、创建任务文件、删除任务文件和拉取学生行为数据。
[0019]
进一步的，所述任务文件以容器编排脚本的形式发送至业务模块；
[0020]
所述容器编排脚本包括任务章节、任务标题、任务描述、输入格式和输出格式。
[0021]
进一步的，所述拉取学生行为数据指获取班级内所有学生的学生行为数据；所述拉取学生行为数据通过在业务模块执行预先编排的实训任务命令集合实现；
[0022]
所述学生行为数据指学生在web页面对任务文件所做的操作行为。
[0023]
进一步的，所述实训管理平台具体用于，
[0024]
将学生信息生成每个学生的端口映射账号，以及将学生的端口映射账号存储于实训管理平台；
[0025]
所述学生信息包括学生学号、学生姓名、学生班级和实训课程。
[0026]
进一步的，所述实训管理平台具体用于，
[0027]
将拉取的班级内所有学生的学生行为数据进行整合得到实时学生行为数据，并将实时学生行为数据进行展示；
[0028]
以及，
[0029]
基于文件数据库存储的所有班级学生的学生行为数据进行学生异常行为分析，基于聚类方法进行学生行为分类。
[0030]
本发明另一方面提供一种课堂行为大数据分析方法，包括，
[0031]
1)教师通过实训管理平台向学生分发实训任务；
[0032]
2)学生在业务模块进行实训，文件数据库周期性存储学生行为数据；
[0033]
3)教师通过实训管理平台拉取学生行为数据，并通过实训管理平台对拉取的学生行为数据进行分析形成实时学生行为数据；
[0034]
4)教师通过实时学生行为数据判断实训任务是否结束；若是，转步骤5)；否则，转步骤2)；
[0035]
5)教师将实时学生行为数据进行可视化展示。
[0036]
进一步的，还包括，
[0037]
教师在实训管理平台导入学生信息，实训管理平台创建学生的端口映射账号；
[0038]
所述学生信息包括学生学号、学生姓名、学生班级和实训课程；
[0039]
所述学生端口映射账号包括用户名和密码。
[0040]
进一步的，还包括，
[0041]
教师通过实训管理平台，基于文件数据库存储的所有班级学生的学生行为数据进行学生异常行为分析，基于聚类方法进行学生行为分类。
[0042]
本发明的有益效果：
[0043]
1)本发明建设了完整的过程性数据收集体系：搭建实训管理平台，在提供学生实训环境的同时实时记录学生行为数据，形成全体学生的学生行为数据，实现学生异常值检测、行为聚类分析、典型行为检索等功能，实现教学评价过程化管理。
[0044]
2)本发明采用文件数据库存储学生行为数据，对学生以及班级的历史行为数据进行分析，形成完整的个人历史记录以及班级的历史记录，为课题教学成果提供依据，便于建立学生的自我评价体系、教学水平的自动体系以及教学诊断与改进的数据支撑体系，实现学生课堂行为全生命周期管理。
[0045]
3)本发明可形成客观可量化的学生行为数据评判标准，以信息化手段建立教师与学生之间的实时信息交换机制，从而实现信息驱动下的教学方法实施和教学水平提升。
附图说明
[0046]
图1是本发明提供的课堂行为大数据分析系统的系统架构图；
[0047]
图2是本发明提供的文件数据库、缓存数据库一和缓存数据库二之间的数据传输关系；
[0048]
图3是实施例1中学生行为数据的示意图；
[0049]
图4是实施例1中实时学生行为数据的示意图；
[0050]
图5是实施例1中学生个人行为数据的示意图；
[0051]
图6是本发明提供的课堂行为大数据分析方法的流程图。
具体实施方式
[0052]
下面结合实施方式对本发明作进一步描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0053]
本发明实施例提供一种课堂行为大数据分析系统，参加图1，包括教师端系统和学生端系统；
[0054]
其中，参见图1，教师端系统包括教师端服务器以及通过容器部署在教师端服务器上的缓存数据库一、文件数据库、远程控制服务端和实训管理平台。教师端服务器部署在公网主机上。
[0055]
参见图1，学生端系统包括学生端服务器以及通过容器部署在学生端服务器上的缓存数据库二、远程控制客户端和业务模块。学生端服务器部署在内网主机上，如可以部署在学生自己的电脑上。
[0056]
实训管理平台用于学生信息管理和实训任务管理。其中，实训任务管理包括向学生端系统发送实训任务命令，获取命令运行结果和分析学生行为数据。教师可通过浏览器登录实训管理平台，登录后教师可在实训管理平台中导入学生信息，进行创建班级、切换班级、开始实训等动作。
[0057]
业务模块用于提供web页面，接收实训管理平台发送的实训任务命令，运行实训任务命令，以及向实训管理平台返回学生行为数据。
[0058]
缓存数据库二用于缓存学生行为数据。
[0059]
参见图2，缓存数据库一和缓存数据库二之间主从同步，缓存数据库一周期性将缓存数据库二同步过来的数据存储到文件数据库中。先用缓存数据库二缓存学生行为数据可以减小缓存数据库一的压力。
[0060]
参见图2，文件数据库和缓存数据库一之间数据同步，文件数据库用于永久性存储学生行为数据。
[0061]
远程控制服务端与远程控制客户端连接，远程控制服务端用于将学生端系统中的端口映射到教师端系统。
[0062]
文件数据库、缓存数据库一和实训管理平台通过容器的端口映射功能与教师端服务器进行数据传输；远程控制服务端通过桥接网络和教师端服务器进行数据传输。
[0063]
缓存数据库二和业务模块通过容器的端口映射功能与学生端服务器进行数据传输；远程控制客户端通过桥接网络和学生端服务器进行数据传输。
[0064]
学生端系统部署在内网中，外界无法直接访问和操作，远程控制客户端将学生端系统的端口映射到教师端系统，教师可以通过访问教师端系统的指定端口来访问对应的学生端系统的端口，在学生端系统中远程执行实训任务命令并获取命令运行的结果。
[0065]
例如，假设教师端服务器的ip地址为183.208.181.230，远程控制服务端的功能端口为7000，由于部署远程控制服务端的容器使用桥接网络，故其网络环境与教师端服务器完全一样，远程控制客户端可以通过访问183.208.181.230:7000访问远程控制服务端。假设文件数据库的功能端口为3306，缓存数据库一的功能端口为6379，由于部署文件数据库和缓存数据库一的容器使用容器默认网络，故外界无法直接访问这两个服务，通过容器端口映射能够将文件数据库所在容器的3306端口映射到教师端服务器的3306端口，将缓存数据库一所在容器的6379端口映射到教师端服务器的6379端口，则可通过183.208.181.230:3306访问文件数据库，通过183.208.181.230:6379访问缓存数据库一。
[0066]
具体的，学生信息管理包括，实训管理平台将学生信息生成每个学生的端口映射账号，并将学生的端口映射账号存储于实训管理平台。学生信息包括学生学号、学生姓名、学生班级和实训课程。学生可通过浏览器打开业务模块所提供的web页面访问学生端系统，假设某学生端系统的内网ip为10.16.82.44，则学生通过浏览器访问http://10.16.82.44:8888即可进入学生端系统。
[0067]
当学生登录学生端系统时，学生端系统自动将学生的端口映射账号发送到教师端系统，并通过远程控制客户端向远程控制服务端发出请求，教师端系统为该学生分配对应的端口。教师可在实训管理平台查看已在线的学生信息及对应的端口信息。
[0068]
教师端系统端口分配的原则是：假设当前学生的学号后三位为abc，该学生在教师端系统的对应端口为：60000+abc。例如，登录学号为161308030006的学生在教师端系统的
对应端口为60006。由于教师端在公网，故任何可以连接互联网的设备(包括教师端)都可以通过访问教师端的60006端口访问登录学号为161308030006学生端系统。
[0069]
优选的，以学生学号为端口映射账号的账号和密码，学生登录学生端系统后可修改密码。
[0070]
优选的，学生端系统基于linux，linux已开启ssh服务，故教师端系统可以主动、完全控制所有学生的端口。
[0071]
具体的，实训任务命令包括创建任务目录、删除任务目录、创建任务文件、删除任务文件和拉取学生行为数据。对于创建任务目录、删除任务目录、创建任务文件、删除任务文件等命令，当命令运行正常时不会有命令运行结果。拉取学生行为数据是指获取班级内所有学生的学生行为数据。对于拉取学生行为数据命令，其命令结果是获得班级内所有学生根据任务文件所做的操作行为。
[0072]
实训管理平台提供了两种执行实训任务命令的方法，可根据需要选择执行单个实训任务命令或执行编排好的实训任务命令集合。
[0073]
其中，任务文件以容器编排脚本的形式发送至业务模块，容器编排脚本包括任务章节、任务标题、任务描述、输入格式和输出格式。
[0074]
任务文件的示例如下：
[0075]
cd/task
[0076]
mkdir${任务章节}&&cd$(任务章节}
[0077]
cat>${任务标题}.md<<eof
[0078]
#${任务标题}
[0079]
>${任务描述}
[0080]
>输入示例：${输入格式}
[0081]
>输出示例：${输出格式}
[0082]
eof
[0083]
其中，${xxx}表示教师在实训平台中填入的信息。
[0084]
具体的，拉取学生行为数据通过在业务模块执行预先编排的实训任务命令集合实现，实训任务命令集合的一个示例如下：
[0085]
cd/task
[0086]
cd$(任务章节}
[0087]
cat${任务标题}.md
[0088]
教师通过执行实训任务命令集合，获取班级内所有学生的学生行为数据。
[0089]
具体的，学生行为数据指学生根据任务文件所做的操作行为，具体指学生在web页面中对任务文件所做的操作行为。
[0090]
业务模块根据教师端系统发送的任务文件，运行编排脚本，在对应目录下创建一个以任务章节为名的目录，并创建一个以任务标题.md命名的文件，该文件中保存了任务文件的信息，业务模块将任务信息显示在学生端web页面中，学生可在web页面中根据任务信息进行代码编写、调试，学生编写的内容首先存放于任务标题.md文件中。学生端系统会周期性将学生在任务标题.md文件中编写的内容作为学生行为数据保存到缓存数据库二中并记录保存的时间戳，学生主动的保存动作也能触发缓存数据库存储二的储存动作。
[0091]
具体的，分析学生行为数据包括学生行为数据初步可视化和学生行为数据综合分析。
[0092]
其中，学生行为数据初步可视化用于将拉取的班级内所有学生的学生行为数据进行整合得到实时学生行为数据，并将实时学生行为数据进行展示。学生行为数据初步可视化用于课堂教学过程中展示和讲评学生任务完成情况。
[0093]
学生行为数据综合分析包括，分析文件数据库存储的所有班级学生的学生行为数据，对学生异常行为进行检测，采用聚类的方法对学生行为进行分类，以及检测学生行为典型错误。
[0094]
同时结合学生行为数据初步可视化和学生行为数据综合分析，可以形成学生和班级的横向、纵向数据体系，从而实现教学评价过程化管理，便于建立学生学习状态的全生命周期管理模型。结合全生命周期管理模型可以建立学生的自我评价体系，教学水平的自动体系，以及教学诊断与改进的数据支撑体系。
[0095]
本发明实施例还提供一种课堂行为大数据分析方法，参加图6，包括以下步骤：
[0096]
301)教师登录实训管理平台，如果实训管理平台中已有当前班级的学生端口映射账号，则执行303，否则执行302。
[0097]
302)教师在实训管理平台导入学生信息，创建学生端口映射账号。其中，学生信息包括学生学号、学生姓名、学生班级和实训课程；学生端口映射账号包括用户名和密码。
[0098]
303)教师通过实训管理平台向学生分发实训任务。
[0099]
304)学生在业务模块进行实训，缓存数据库二周期性存储的学生行为数据。缓存数据库二存储的学生行为数据会进一步缓存至缓存数据库一，最终在文件数据库中永久性储存。
[0100]
305)教师通过实训管理平台拉取学生行为数据，并通过实训管理平台对拉取的学生行为数据进行分析形成实时学生行为数据。
[0101]
306)教师通过实时学生行为数据判断实训任务是否结束；若是，转步骤307)；否则，转步骤304)。具体的，若教师通过分析实时学生行为数据得出大部分学生的学生行为数据已经不再变化时，可以认为大部分学生的学生实训任务已经完成。
[0102]
307)教师整合分析结果并展示，具体包括：
[0103]
教师将实时学生行为数据进行展示；
[0104]
教师通过实训管理平台，基于学生行为数据分析模型分析文件数据库存储的学生行为数据得到学生行为数据分析结果，并将学生行为数据分析结果进行展示。学生行为数据分析结果包括学生个人行为数据、学生历史行为数据、学生异常行为数据、学生聚类行为数据和学生典型行为数据。
[0105]
实施例1
[0106]
学生根据教师发布的实训任务命令进行代码编写，学生编写的代码即为学生行为数据。图3是学生行为数据的一个示例，其中左侧的第x分钟时是为方便说明添加的，实际学生行为数据并不包含这一项。当教师下发实训任务后，一分钟后学生端系统的缓存数据库二自动进行一次学生行为数据存储，此时学生编写了第一行内容，第二分钟进行学生行为数据存储时，学生已编写了第二、三行内容，之后记录的第三、第四分钟的内容类似。学生端系统的缓存数据库二每分钟进行一次学生行为数据存储，在缓存数据库二中共存储了四条
数据。学生也可以主动将编写的代码进行保存。
[0107]
教师在实训任务进行到一定程度后，可拉取学生行为数据并进行整合，将所有学生的实训情况汇总到一个文件中形成实时学生行为数据，图4为实时学生行为数据的示意图，该文件为每个学生分配了一个区域，在区域的开头显示了学生姓名和学号，区域剩余部分展示了学生的任务完成情况，包括任务标题、描述、输入输出格式、学生编写代码及代码输出结果，如张三执行的指令是mkdir stu01，指令没有输出，李四执行的指令是mkdirstu02，指令输入错误，因此下方提示错误信息mkdirstu02:command not found，错误代码为127。通过实时学生行为数据，教师可了解当前班级内所有学生的实训情况。
[0108]
教师通过实训管理平台，基于学生行为数据分析模型可对学生行为数据进一步分析得出客观的学生行为数据，完成主观题目的自动评价。图5为某一个学生的学生个人行为数据的示意图，图5展示了每一次保存(每一分钟)时学生所输入的字符总量及两次保存之间的字符增量，从图5中可以看出，学生在第一分钟到第二分钟之间的字符增量较多，第二分钟到第三分钟之间的字符增量较少，说明该学生对第一分钟、第二分钟之间编写的内容较为熟悉，第二分钟到第三分钟之间的编写的内容不太熟悉。
[0109]
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0110]
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0111]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0112]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0113]
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
[0114]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本
发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。