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試論基于分布式數(shù)據(jù)倉庫的遠程教學系統(tǒng)模型研究論文
論文關鍵詞：分布式數(shù)據(jù)倉庫 數(shù)據(jù)挖掘 教學資源庫
論文摘要：本文闡述了如何將分布式多媒體技術與數(shù)據(jù)倉庫技術相結合，搭建一套適用于遠程教育的輔助管理系統(tǒng)，將最新的數(shù)據(jù)倉庫及數(shù)據(jù)挖掘技術應用于遠程教育領域中，使遠程教育實現(xiàn)教學質(zhì)量與學習效率科學的提高。
一、數(shù)據(jù)倉庫在遠程教學應用中的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著遠程教育技術的發(fā)展，教學數(shù)據(jù)不斷膨脹，目前，多媒體信息在整個遠程教育系統(tǒng)中，都是以文件形式存在，直接由操作系統(tǒng)管理，但是隨著分布式計算技術的發(fā)展，對多媒體信息進行高效的管理、存取和查詢已經(jīng)成了迫切的需求。因此，研究、引用并建立新型的基于分布式數(shù)據(jù)倉庫的遠程教學系統(tǒng)模型，將有助于提高遠程教育教學質(zhì)量與學習的效率。
二、數(shù)據(jù)倉庫及其為何適用于遠程教學系統(tǒng)
1。數(shù)據(jù)倉庫及其特點
“數(shù)據(jù)倉庫之父”W。H。Inmon在BuildingtheData}axehous。中提出：數(shù)據(jù)倉庫是支持管理決策過程的、面向主題的、整合的、穩(wěn)定的、隨時間不斷變化的數(shù)據(jù)集合。我們可以這樣了解數(shù)據(jù)倉庫的概念：數(shù)據(jù)倉庫為支持海量存儲和高層決策分析提供了一種解決方案。它抽取和凈化來自不同應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從事物發(fā)展和歷史的角度進行組織和存儲，并通過對這種集成化數(shù)據(jù)的分析和挖掘，為最終用戶提供綜合性和分析性的深層次信息，是基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術的一種應用拓展。根據(jù)以上概念分析出數(shù)據(jù)倉庫的四點精髓：
�。↖）面向主題；
�。�2）集成性；
�。�3）不易失性；
（4）時變性。[2]根據(jù)這四點精髓內(nèi)容，本文構建了基于分布式多媒體數(shù)據(jù)倉庫技術的遠程教育的教學輔助平臺。
2�；跀�(shù)據(jù)倉庫遠程教學系統(tǒng)實施的可行性
遠程教育中，教學是一個主要的活動，目前的教學模式主要分為同步型和異步型。無論是同步型還是異步型教學模式，為了更好地講授某個課題或者知識點，需要使用文字說明或動畫，甚至要配上音樂的解說，這時候就需要用到多媒體數(shù)據(jù)倉庫和多媒體信息處理技術。在日益膨脹的教學數(shù)據(jù)背后隱藏了許多重要的信息，如果我們希望能對數(shù)據(jù)資料進行更高層次的分析，以便更好地利用這些數(shù)據(jù)，反饋到教學活動中，就需要建立一個高效的多媒體數(shù)據(jù)倉庫模型。目前關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以高效率地實現(xiàn)數(shù)據(jù)操作的基本功能，但是無法發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的關系與規(guī)則，無法根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)預測未來的發(fā)展趨勢。
同樣在教學活動中，教師常常需要對學員的課堂學習反饋、理解能力、本身掌握的基礎知識、掌握的知識點、考試結構等各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，以便在教學活動中改進。這種統(tǒng)計的數(shù)據(jù)很多，而且是多面性的，只做簡單的分析很難得到所需要的指導性的教學改進。
三、基于分布式數(shù)據(jù)倉庫的遠程教學系統(tǒng)解決方案
通過數(shù)據(jù)倉庫技術構建一套對文本、數(shù)字、文檔、圖像、聲音和影像進行綜合處理，并提供強大的數(shù)據(jù)管理和檢索功能的遠程教育輔助平臺。系統(tǒng)主要包括教學信息的采編與整合、非結構化及多媒體信息管理與用戶管理、信息資源服務與利用等幾個模塊組成，實現(xiàn)信息資源的采集、管理與服務一體化；多媒體技術是目前比較熱門的課題，它允許信息以文字、圖像、聲音等多種形式表現(xiàn)，并能將這些多媒體信息保存、管理、加工和傳輸。多媒體數(shù)據(jù)倉庫將多媒體信息保存在計算機數(shù)據(jù)庫中，用統(tǒng)一的機制管理和控制數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的安全和正確，并給數(shù)據(jù)的使用和維護帶來極大的方便。
1。系統(tǒng)的外部結構
分布式多媒體數(shù)據(jù)倉庫技術平臺的外部結構體系可以分為四個部分：
�。�1）數(shù)據(jù)采集處理部分；
�。�2）數(shù)據(jù)存儲加工部分；
�。�3）數(shù)據(jù)輸出部分；
�。�4）數(shù)據(jù)反饋部分。
其結構如圖1所示。
在數(shù)據(jù)采集處理部分，需要對各種異構數(shù)據(jù)資源進行標準化與規(guī)范化標引，采用基于XML數(shù)據(jù)交換處理方式；在數(shù)據(jù)存取加工方面，采用分布式海量非結構化的資源管理模式，整個數(shù)據(jù)加工過程中，要全面整合各種標準的信息資源，如MS—Office，S2，PS2，PS，PDF，HTML，TXT，XMI，，MARC，BMP，JPG，JPEG等；實現(xiàn)圖像、文字、音頻、視頻等多媒體信息的關聯(lián)管理，并根據(jù)遠程學員的需要，實現(xiàn)智能地提取、檢索需要的教學資源，實現(xiàn)各種異構資源的統(tǒng)一化管理，實現(xiàn)整個資源的完整不可分割性。
2。系統(tǒng)的功能
�。�1）多媒體數(shù)據(jù)的處理方式
1）視頻資源播放
學員可以根據(jù)自己的需要選擇某個教師、某個教育實驗的錄像或者自己感興趣的資料來進行播放。播放時用戶可以自由選擇一定的播放速度。系統(tǒng)為用戶提供了暫停、慢放、快放的功能。播放模塊中，在用戶面前主要有三類庫：授課資源庫（正常上課講授，也可以選擇教師）、課件資源庫和習題講授庫。授課資源庫存儲了各科按照教學大綱的書本講授資源，它以章節(jié)為單位存儲在多媒體數(shù)據(jù)庫中。課件資源庫存儲著各個科目對應的課件，同樣這些課件資源也按照各個科目的章節(jié)存儲在數(shù)據(jù)庫中，學員從數(shù)據(jù)庫中檢索授課知識要點的時候，系統(tǒng)可以列出相關的課件供學員參考學習。習題講授庫以題為單位存儲在數(shù)據(jù)庫中，它與授課資源庫同樣是緊密結合的，學員可以根據(jù)自身的學習情況，查看相關的習題講授資源，這樣就實現(xiàn)了從學習到自身檢驗的一個過程。
2）資源的檢索
學員可以根據(jù)課程的各類信息對多媒體數(shù)據(jù)庫中的信息進行檢索、播放。系統(tǒng)提供對基于信息內(nèi)容與關鍵字段的邏輯組合查詢、任意詞查詢、二次查詢、多字段復合查詢與距離查詢等靈活簡便的查詢方式，滿足不同層次用戶的查詢需要，提供關聯(lián)檢索功能，方便學員能快速搜索到自己需要的學習信息。
課程資源庫的檢索主要包括：學校、科目、授課教師、授課內(nèi)容及內(nèi)容的深淺度；
課件資源庫的檢索主要包括：學校、科目、制作教師、課件名稱、課件大小、課件類型及格式；
習題講授課的檢索主要包括：學校、科目、講授教師、題目類型、難易度、相關的課程
3）視頻編輯
通過對相關的錄像資源進行編輯可以使之更加緊湊。整個平臺的視頻主要涉及到這三塊：課程視頻資源庫的編輯、課件視頻資源庫的編輯和習題資源庫的編輯。課程視頻資源庫的編輯將為學員提供大量的課堂講授視頻資料，它是以課程的章節(jié)為單位來分割編輯，然后通過格式轉(zhuǎn)換及接口程序存儲到多媒體數(shù)據(jù)庫中；課件資源編輯同樣也以章節(jié)為單位，通過平臺的格式轉(zhuǎn)換和接日程序存儲到多媒體數(shù)據(jù)庫中；習題講授課可以編輯成以題為單位，存儲到多媒體庫中。
4）存儲接口處理
目前在實際應用中，我們可以參照Oracle8i系統(tǒng)中的intermedia多媒體部件來處理統(tǒng)一的接口問題，然后所有資源數(shù)據(jù)由多媒體數(shù)據(jù)庫來統(tǒng)一維護，統(tǒng)一備份，這樣就可以簡化管理。
5）教案資料信息采集
主要是將一些由Office辦公系統(tǒng)編輯的電子教案文檔通過格式轉(zhuǎn)換后存儲到多媒體數(shù)據(jù)庫中。
6）師資及課程管理
提供課程介紹，包括課程的整體框架、內(nèi)容要求及考試方法等；推薦課程學習進度表和指導性建議；發(fā)布教師授課要點，包括多媒體課件的組成框架及使用提示、教案提綱和補充材料索引等。師資管理：提供教師介紹，包括本院校各學科優(yōu)秀教師和聘請的全國知名專家教授情況介紹；各學科任課教師的基本情況，包括職稱學歷、學識水平及教學能力等。
�。�2）習題庫統(tǒng)計、分析與反饋
授課教師可以根據(jù)學員的考試情況來統(tǒng)計考試中的各類信息，從而了解學員對知識的掌握程度，并且根據(jù)學員的掌握情況，調(diào)整自己的教學方式或角度，讓學員更易接受新的知識點，提高了遠程教學的質(zhì)量與效率。在遠程教育中，由于學員的價值觀、生存發(fā)展狀況、興趣愛好等存在著差異，以及學員的社會角色、所處的社會環(huán)境、本身的受教育程度、學習的能力各不相同，因此學員的學習存在著需求的多元化，如何能做到多元化的學習呢？
第一是通過系統(tǒng)反饋，在同步教學中對各個層次的學員做到有針對性的講授；
第二是在異步教育中，根據(jù)知識的難易度制作不同的視頻資源及各種擴充知識點；
第三是在查詢系統(tǒng)中，教學輔助系統(tǒng)平臺根據(jù)學員查詢條件自動把查詢結果及相關聯(lián)的資源（如課后問題、測試題目）提供給學員，學員可以根據(jù)系統(tǒng)提供的資源有針對性地學習； 第四是類別分組，采用數(shù)據(jù)倉庫技術可以對具有相似查詢?yōu)g覽記錄的學員進行分組，系統(tǒng)還可以分析他們的共同特征，反饋給教師及平臺管理者，以便提供更適合、更面向?qū)W員的講學或者課件資源等；系統(tǒng)記錄瀏覽者的身份，如果有相關資源更新后，系統(tǒng)自動將相關資源信息以電子郵件等多種形式發(fā)送給關注學員，以便能讓學員學習和了解更多的知識。
3。系統(tǒng)的內(nèi)部處理流程
系統(tǒng)內(nèi)部處理流程如圖2所示。
用戶在使用系統(tǒng)時，通過Web方式提出查詢要求，系統(tǒng)通過外部接口程序生成查詢條件，根據(jù)查詢的條件自動檢索相關庫，并綜合分類臨時庫（如教學安排庫等）后確定數(shù)據(jù)挖掘目標與主題，系統(tǒng)根據(jù)目標主題建立挖掘模型，然后建立臨時數(shù)據(jù)倉庫，通過數(shù)據(jù)處理相關工具進行下一步的分析，建立與原始庫的數(shù)據(jù)處理通道，如多線程查詢知識庫、系統(tǒng)庫、視頻庫等，然后再通過建立的臨時數(shù)據(jù)處理通道，將通過此查詢條件的結果存儲于大型分布式數(shù)據(jù)倉庫，再通過OLAP處理服務器進一步處理由原始倉庫得來的數(shù)據(jù)，可以使用聯(lián)機分析及OLAP分析工具或者深層數(shù)據(jù)挖掘工具等進行分析，將處理好的一定范圍內(nèi)的結果以多種形式顯示在用戶界面上，用戶可以打印結果、制作相關的報表或者獲取各種統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。如果無法根據(jù)查詢條件查詢到匹配的內(nèi)容，系統(tǒng)將根據(jù)查詢結果自動反應給系統(tǒng)管理員或者決策分析者；還可以將分析結果反饋給系統(tǒng)分析庫；管理者可以根據(jù)系統(tǒng)反饋的結果來相應地調(diào)整教學內(nèi)容、教學安排等，并根據(jù)各種統(tǒng)計分析報表來增加或者調(diào)整原始資源庫的內(nèi)容。通過這樣的手段，一方面，教學資源庫不斷完善；另一方面，在教學上，教師也能不斷地調(diào)整自己的教學方式，以便能讓更多的學生接受更多的知識。同樣，考試處理模塊也能形成這樣的數(shù)據(jù)挖掘方式。使用系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能后，用OLAp數(shù)據(jù)挖掘工具加以分析，可以得出學員對各個知識點的掌握程度，便于在試題評測時，能有重點地加以分析，讓學員將此知識點掌握得更牢固。
4數(shù)據(jù)倉庫在遠程教學系統(tǒng)中的運用
目前遠程教育中的教學任務主要是以下幾個方面：教學任務安排、教學講義制作（課程安排）、多媒體課件制作、作業(yè)管理、考試管理和成績考核等。在這些活動中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)并形成了各自的事務型數(shù)據(jù)倉庫，如考試庫、成績庫等。從這些數(shù)據(jù)庫中獲取有用的知識并用于相關的教學活動，是遠程教育提高教學質(zhì)量與學習效率的重要手段。數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)倉庫在遠程教育中的應用主要有以下幾個步驟，如圖3所示。
（1）由事務型數(shù)據(jù)庫作為源系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)集市；
（2）根據(jù)具體的業(yè)務需求確定數(shù)據(jù)挖掘目標，并由此采取相應的數(shù)據(jù)挖掘方法對數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集市中的數(shù)據(jù)進行分析以得到相關知識，并由此構成事件處理庫，如考試中的錯題分析、知識點的歸納等；
�。�3）將獲取的相關信息再應用到遠程教學中，如提高課件質(zhì)量、轉(zhuǎn)變授課模式，對考試中犯同樣錯誤的學員進行歸類，做有針對性的講解等；
�。�4）評價應用結果再次反饋到數(shù)據(jù)挖掘過程以改進數(shù)據(jù)挖掘方法。
練習和測試是遠程教育中一項基本的教學活動，也是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘和分析的重要應用，是評測教學活動的成功標準之一。為了能了解學員的學習情況，練習和測試是必不可少的。目前對于統(tǒng)計考試情況（正確率、錯誤率、各種題型等）采用的分析方法常常是粗略的，往往也只是根據(jù)報表憑經(jīng)驗做出決策，這不僅是相當困難的，而且不夠客觀。數(shù)據(jù)挖掘提供了進行練習與測試組合數(shù)據(jù)庫分析的環(huán)境，其多種方法可以為此進行測試分析通過數(shù)據(jù)挖掘技術，可以從錯題量、錯題類型、知識點出發(fā)，利用近鄰算法尋找歸類，從課程分析一直到試題分析，并把可能會影響正確結果的相關支持集中歸類，如果數(shù)據(jù)庫中沒有，則補充，再講解（視頻資源），如果有問題，則由系統(tǒng)自動反饋給學員，讓其充分掌握。
四、系統(tǒng)的特點
1。強大的數(shù)據(jù)處理能力
系統(tǒng)與強大的分布式多媒體數(shù)據(jù)庫相連，可以由多臺機器分布式地聯(lián)機操作處理數(shù)據(jù)，處理速度快，操作方便。
2。統(tǒng)計準確
手工統(tǒng)計除面臨統(tǒng)計工作量大之外，還有一個重要的問題就在統(tǒng)計過程中容易出錯；有時候可能因為統(tǒng)計的出錯，導致分析決策的失誤〕在幾萬甚至幾十萬的數(shù)據(jù)面前，要想完全精確是非常困難的但是運用計算機系統(tǒng)來統(tǒng)計便可完全克服這個困難。只需要制定相關的統(tǒng)計規(guī)則，系統(tǒng)便可以根據(jù)規(guī)則來統(tǒng)計出我們所需要的教學數(shù)據(jù)。
3�？焖�、高效
傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法需要人工去處理，所以從統(tǒng)計完畢到處理結果需要一段時間。而使用計算機系統(tǒng)統(tǒng)計后。就能很方便很快速地從數(shù)據(jù)庫中得出各種教學統(tǒng)計結果，從而大大提高遠程教學中對各種教學數(shù)據(jù)統(tǒng)計的工作效率。
五、結束語
系統(tǒng)的設計可以針對不同的情況選用不同的挖掘模型，如知識庫查詢挖掘模型，考試結果挖掘模型，教學資源反饋挖掘模型等，又如考試挖掘模型可以用不同的題型建立挖掘模型，系統(tǒng)將根據(jù)不同的情況，選用最合適的挖掘分析模型，以提高決策分析能力。系統(tǒng)的建立將為教師講學、決策分析提供可靠的依據(jù)。通過此系統(tǒng)，學員也能迅速掌握自己需要的知識點，對提高遠程教育教學質(zhì)量與學習效率有非常大的幫助。
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