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2016年第八屆云計算大會，錦囊專家特承辦大數(shù)據(jù)與教育創(chuàng)新論壇。本次專題論壇將匯聚產(chǎn)學(xué)研用四方智慧資源，邀請國內(nèi)外在互聯(lián)網(wǎng)教育領(lǐng)域的權(quán)威專家、知名企業(yè)家等，以全方位的視角，從趨勢觀察、實踐共享、技術(shù)變革等多維度展開深度探索，搭建政府、學(xué)校、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)的高端交流平臺，推動"互聯(lián)網(wǎng)+教育"的均衡發(fā)展。

非常高興今天下午有機(jī)會跟諸位分享我們在云計算和大數(shù)據(jù)方面做的一些主要工作。我已經(jīng)是第三次參加這個論壇了，前兩年在很多論壇講了很多高大上的理念，過了兩三年以后，希望能夠更加具體的讓大家看到實踐成果。

我今天的報告顯示了大規(guī)模在線學(xué)習(xí)幾個方面需要的服務(wù)。

首先需要有環(huán)境。這個環(huán)境包括各種各樣的課程資源，以及在線的實驗部分。現(xiàn)在大家都拿著手機(jī)和IPAD這樣的移動設(shè)備，移動部分的學(xué)習(xí)是非常重要的。在這之上就會有各種跟學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析、收集、個性化的導(dǎo)學(xué)，項目的互評，群體式的學(xué)習(xí)方式等等，在整個的過程中作為支撐存在。

我們知道教育本身是高度創(chuàng)新、不斷發(fā)展的行業(yè)。每個人都可以因地制宜地根據(jù)自己的學(xué)生、學(xué)校資源，面對不同的教學(xué)目標(biāo)來設(shè)置自己的教育理念、方法和模式。比如可以開展積極項目學(xué)習(xí)，包括像一些競賽、創(chuàng)課學(xué)習(xí)等等。

這里面有三方面主要的技術(shù)，跟云計算、大數(shù)據(jù)相關(guān)的。首先是云流媒體技術(shù)，沒有云流媒體的技術(shù)，就沒有今天MOOC時代。還有虛擬方針和在線實驗技術(shù)，第三塊就是我們每天都在講的云大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)。

首先給大家講云流媒體。以前視頻都通過FLASH來傳遞，現(xiàn)在轉(zhuǎn)到HTML5，同時跟HTML5相生的就是自適應(yīng)傳輸技術(shù)。根據(jù)終端網(wǎng)絡(luò)情況可以自動地調(diào)整傳輸?shù)馁|(zhì)量、速度，使得它能夠更好地適應(yīng)。當(dāng)然要實現(xiàn)這個技術(shù)也涉及到云轉(zhuǎn)碼技術(shù)的支持。

它把需要傳的視頻切分成不同的塊，根據(jù)不同的質(zhì)量事先給它壓縮成面向不同傳輸數(shù)據(jù)、不同傳輸質(zhì)量的視頻單元。同時根據(jù)DTML5的結(jié)果進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整，當(dāng)你在一個合適的帶寬，可以達(dá)到這個帶寬最優(yōu)化的使用，以及最佳用戶使用效率，這就是一個基本的架構(gòu)。

這個東西跟MOOC有什么關(guān)系？首先因為它本身是一個底層的支撐技術(shù)，隨著MOOC的興起，我們知道MOOC跟土豆、優(yōu)酷是類似的，每年MOOC的開發(fā)者要花很多錢，保證服務(wù)質(zhì)量。如果你可以使用DASH技術(shù)進(jìn)行傳輸，一方面可以保證質(zhì)量，同時可以優(yōu)化你的運營成本。

目前MOOC就是這四大類，包括講師、PPT，像電影一樣的視頻播放資料，還有混合型的，每一類都可以定義成不同的分類，來適應(yīng)最佳的網(wǎng)絡(luò)帶寬的傳輸。這是非常簡單的識別算法。

我們知道現(xiàn)在有深度學(xué)習(xí)，這些非常智能的識別算法，這四類劃分是非常容易做到的，能夠?qū)σ曨l的區(qū)域進(jìn)行有效的識別計算，包括人臉計算以后，就可以對不同的識別區(qū)域定義不同的編碼參數(shù)和帶寬要求，最終實現(xiàn)剛才我講的最優(yōu)化的內(nèi)容自適應(yīng)傳輸。

這可以看到，當(dāng)你做這樣的工作以后，如果你再把一些MOOC的學(xué)習(xí)者來進(jìn)行所謂的測量，你就會發(fā)現(xiàn)，實際上在比較低的帶寬底下，像PPT，用戶同樣可以達(dá)到非常滿意的效果，你不需要花費很高的帶寬來傳輸。由于在MOOC里面有很多是老師的視頻，在不同的區(qū)域可以采用不同的編碼，在低帶寬的情況下也可以達(dá)到很好的效果，這是我們做的一些方法和傳統(tǒng)的OSMF的比較，由于時間關(guān)系我就不詳細(xì)講了。

第二部分是虛實融合的云在線實驗平臺和教學(xué)實踐，這跟我講的第二項技術(shù)密切相關(guān)。這張圖顯示了我們北航在過去的幾年當(dāng)中，在MOOC跟在線學(xué)習(xí)方面的實踐情況。其實從2012年開始，我們就投入這個工作，2014年建立自己的平臺，上面有很多相應(yīng)的課程，特別重要的是，隨著這個工作的逐漸進(jìn)展，我們意識到僅僅一般的MOOC，包括錄制、播放，很難滿足理工科學(xué)習(xí)特點的在線需要，特別是對實驗的支持是非常薄弱的。

大家上MOOC平臺上看，除了軟件編成，可以搞個筆記本來編，如果想做硬件的實驗根本是不可能的，所以我們當(dāng)時把在線的硬件實驗平臺作為我們MOOC實驗平臺中非常重要的內(nèi)容來推進(jìn)。

目前在MOOC平臺里我們可以把跟實驗有關(guān)的平臺分這么幾類。你可以到真正的機(jī)房里面，像每個大學(xué)都有它實驗中心、實驗機(jī)房，讓學(xué)生來進(jìn)行學(xué)習(xí)。我們上大學(xué)的嘉賓都有體會，這可以做很復(fù)雜的實驗。但是你只能在規(guī)定的時間內(nèi)，規(guī)定的空間內(nèi)，它不可能給你開放到晚上十二點，讓你做實驗。

MOOC上面大部分是軟件和仿真性的實驗，但是很難支持復(fù)雜的實驗，真實感比較差。我們這里重點強(qiáng)調(diào)的是軟硬結(jié)合的、虛實結(jié)合的實驗，能夠更好地結(jié)合我剛才提到的既能提審實驗的真實感，又可以使學(xué)生隨時隨地操作試驗設(shè)備，同時使試驗設(shè)備的用率得到提高。

這是現(xiàn)實我們在線實驗的基本架構(gòu)圖很簡單。我們需要有一個試驗設(shè)備的管理層，把這些設(shè)備進(jìn)行抽象，納入到核心服務(wù)層，這里面包括實驗課程的管理、接入，實驗設(shè)計、導(dǎo)學(xué)等等，在上面用戶看到的是完全網(wǎng)頁式的，比如原來的操控板就變成了一個網(wǎng)頁，路由器就變成一個可以編輯的可視化的界面，實現(xiàn)學(xué)生對設(shè)備的訪問。

這是我們使用了在線實驗和MOOC教學(xué)以后，教學(xué)效果的一個評價分析，大家可以看到，從2010年到2014年，基本上優(yōu)秀、良好、中等的情況沒有太大的變化，可能稍許有些波動，但是通過了MOOC和在線平臺相結(jié)合，我們的優(yōu)秀人數(shù)明顯增加了，同時不及格的人數(shù)明顯減少，整體的學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)都有很大的提升。

實際上我們在開展在線學(xué)習(xí)的同時，實際上把實驗的本身難度和深度是增加了，在過去很多復(fù)雜的實驗做不下去，很難完成。有了這個以后，使得教學(xué)的效果得到了明顯的改善。

這是我們在在線平臺上開展的計算機(jī)組成原理的實驗情況，這個實驗對學(xué)生難度要求非常高，學(xué)生要在一學(xué)期的實驗里面完成十個這樣的組成設(shè)計，要把從部件級的設(shè)計向加法器，包括CPU的設(shè)計器，流水線，都要一步一步地設(shè)計出來，同時要把它裝在一起，能夠形成一個至少支持四十條到五十條MIPS指令，這在目前大部分學(xué)校能夠做到，能做的學(xué)校大概只有十幾條CPU，CPU的指定條路增加以后，整個系統(tǒng)的設(shè)計難度也有很大的提高。

在2014年到2015年，我們增加了一些難度，在多周期的CPU流水線方面都有很大的難度增加。

同樣，我們看到難度增加的情況下，學(xué)生的優(yōu)秀率也有明顯的提高，從2014年的10%，到2015年的17%，不及格率有了明顯的下降，同時愿意參加比較難的提高級的實驗人數(shù)明顯增加，達(dá)到了23%，這些都是非常歡欣鼓舞的效果。

目前我們在計算機(jī)，特別是像網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)組成原理這樣的課程實驗，在計算機(jī)教學(xué)領(lǐng)域得到高度重視，因為我們國家計算機(jī)教育很重要的是要對標(biāo)國際標(biāo)準(zhǔn)，在國際標(biāo)準(zhǔn)一個非常重要的指標(biāo)，就是提高學(xué)生解決復(fù)雜工程的能力，也就是給一個比較復(fù)雜的工程問題，計算機(jī)專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生，應(yīng)該東西怎么樣用手頭的工具創(chuàng)造性地解決。

你給他一個組網(wǎng)任務(wù)他可以很快地完成，你給他一個CPU設(shè)計任務(wù)，他也可以很快的完成。這里頭僅僅靠簡單的教學(xué)模式調(diào)整是不行的，必須要有很好的在線教育手段，配合教學(xué)改革的調(diào)整，才能使學(xué)生得到解決復(fù)雜工程問題的程度。所以我覺得推廣虛實結(jié)合的實驗，對于提高我們國家計算機(jī)專業(yè)人才的培養(yǎng)有非常重要的意義。

最后一部分，我給大家介紹的是學(xué)生行為數(shù)據(jù)分析和學(xué)習(xí)效果的評價。有了MOOC，有了在線實驗以后，除了我們能夠提高學(xué)習(xí)效率以外，還能夠幫助我們對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行定量的分析，使得我們走入自由王國，你可以更好地了解教學(xué)教育，大數(shù)據(jù)的手段可以幫助我們更好地改進(jìn)教學(xué)。

這是我們學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析和教學(xué)干預(yù)的基本概念圖，我們知道加上MOOC和在線實驗以后，學(xué)生的無是觀看視頻行為，還是在線討論行為，以及剛才講的作業(yè)和實驗等很多行為，都可以捕捉到數(shù)據(jù)，過去在課堂教學(xué)就很困難，現(xiàn)在也有很多中小學(xué)推一些IPAD可以一部分解決這些問題。

但是課堂的行為從實踐上非常難以做到，有了在線平臺以后這個問題得到明顯的解決。得到了學(xué)生的行為以后，就可以利用我們的大數(shù)據(jù)技術(shù)對學(xué)生的行為特征進(jìn)行分析，就可以更深入地了解到，學(xué)生在完成教學(xué)任務(wù)認(rèn)知過程當(dāng)中的一系列變化，基于不同變化和狀態(tài)劃分，就可以制定相應(yīng)的教學(xué)政策，這就是所謂的科技化學(xué)習(xí)。

通常我們都會采用隨機(jī)圖的模式，根據(jù)教學(xué)的知識表格劃分，同時把他每一步的學(xué)習(xí)行為納入到學(xué)習(xí)狀態(tài)的觀測當(dāng)中，通過學(xué)習(xí)狀態(tài)，通過學(xué)業(yè)表現(xiàn)，分析他在每一個知識點上認(rèn)知狀態(tài)的變化，有了這個變化以后，我們就可以做學(xué)業(yè)的規(guī)劃，輔導(dǎo)答疑，包括作業(yè)評判等等。

最后總結(jié)一下，我們認(rèn)為MOOC教育不光是讓大家看視頻做練習(xí)，替代簡單的課堂學(xué)習(xí)就完了，很重要的一塊，它可以改變我們的實驗教學(xué)，實驗教學(xué)比課堂學(xué)習(xí)重要得多。

所以我們需要大力地推廣在線實驗，真正把我們所在實驗室、所在機(jī)房里面的剩余資源釋放出來，可以讓學(xué)生二十四小時使用資源、儀器設(shè)備，讓老百姓的納稅錢得到更好的利用，同時能夠讓學(xué)生有更多的時間學(xué)習(xí)、嘗試解決復(fù)雜工程，這是我們教學(xué)探索最重要的一點。

另外一點，有了MOOC平臺在線學(xué)習(xí)以后，真正使得我們學(xué)習(xí)過程的個各種行為交互，包括教師的傳業(yè)授道過程，以及學(xué)生的交互討論，過去這都是寫在《論語》里面，這些都可以數(shù)字化，定量的記錄下來。

最大的好處是它能夠使得我們進(jìn)行分析，能夠?qū)ξ覀兊恼n堂教學(xué)情況給予定量的評判，教學(xué)方法效率進(jìn)行定量的比較，對每個學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)和學(xué)習(xí)情況進(jìn)行咨詢調(diào)整，如果真做到這一天，我們的云計算和大數(shù)據(jù)才是智慧的使用。

錦囊專家原創(chuàng)文章，歡迎聯(lián)系小錦轉(zhuǎn)載