CN111311996A - 基于大数据的线上教育信息化教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于大数据的线上教育信息化教学系统,包括数据库、搜索模块、数据储存模块、认证模块、教师模块、学生模块,所述搜索模块用于线上教学时搜索教学系统以外的教学资料,所述数据储存模块用于存储搜索模块搜索到所保存的教学资料,所述认证模块用于教师与学生进行系统认证,所述教师模块用于教学使用教学系统。本发明中,通过设置的认证模块,能够认证识别教师与学生的身份,通过每次认证密钥来提高该教学系统的安全性,通过设置的搜索单元与搜索模块能够帮助老师搜索到教学系统以外的教学资料,通过设置的信息上传单元,能够从搜索出来教学资料上传到该教学系统中,通过设置的实时互动单元能够实现学生与教师之间的互动。
Description
技术领域
本发明涉及教学系统技术领域,具体涉及基于大数据的线上教育信息化教学系统。
背景技术
专利文件(CN109064797A)公开了一种具有真人结合人工智能的教学系统及虚拟实景教学系统,其中,本具有真人结合人工智能的教学系统包括:课堂流程模块以及课程智能引导规则模块;课堂流程模块包括:用于引导课堂流程的课堂引导单元以及用于使学生与机器人进行互动训练的互动训练单元;课程智能引导规则模块包括学生交互判定识别规则单元,学生交互判定识别规则单元用于判断学生与机器人进行互动训练中学生是否参与互动。具有真人结合人工智能的教学系统及虚拟实景教学系统,解决现有技术中仅有一个老师情况下老师辅导一个学生时其他学生因无法继续上课的问题;但是该教学系统无法对教师、学生进行认真,从而导致该系统的安全性比较低,还无法搜索系统以外的教学资料,导致教学资源匮乏,还无法上传从外界搜索到的教学资料,还无法实现教师与学生之间的实时互动。
发明内容
为了克服上述的技术问题,本发明的目的在于提供基于大数据的线上教育信息化教学系统,通过设置的认证模块,能够认证识别教师与学生的身份,通过每次认证密钥来提高该教学系统的安全性,通过设置的搜索单元与搜索模块能够帮助老师搜索到教学系统以外的教学资料,通过设置的信息上传单元,能够从搜索出来教学资料上传到该教学系统中,通过设置的实时互动单元能够实现学生与教师之间的互动。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
基于大数据的线上教育信息化教学系统,包括数据库、搜索模块、数据储存模块、认证模块、教师模块、学生模块,所述搜索模块用于线上教学时搜索教学系统以外的教学资料,所述数据储存模块用于存储搜索模块搜索到所保存的教学资料,所述认证模块用于教师与学生进行系统认证,所述教师模块用于教学使用教学系统,所述学生模块用于学生使用教学系统;
所述教师模块与学生模块均包括账户管理单元、密码修改单元、登录单元,所述账户管理单元用于教师与学生管理账户资料,密码修改单元用于教师与学生修改账户的登录密码,所述登录单元用于教师与学生登录教学系统;
所述教师模块包括课程教学单元、搜索单元、评分单元、信息上传单元,所述课程教学单元用于教师为学生讲课,所述搜索单元用于配合搜索模块使用,用于教师搜索教学系统没有的课程资料,所述评分单元用于教师给学生的学习情况评分,所述信息上传单元用于教师上传搜索到教学信息到教学系统中;
所述学生模块包括考勤单元、评教单元、答题单元、实时互动单元,所述考勤单元用于学生上课考勤,所述评教单元用于学生给教师的教学质量评价,所述答题单元用于学生回答教师提出的问题,所述实时互动单元用于学生与教学进行实时互动。
进一步在于:所述认证模块的具体方法为:
步骤一:根据需要的安全级别,设定一个系统的安全参数n,根据给定的安全参数n,系统随机选取两个长度为n比特的大素数p和q,并计算x=pq和系统再随机选取一素数e,计算密钥d,d满足系统公开参数x、s、H和密钥中心的公钥e,将密钥d以专门的安全机制保存在密钥中心,同时销毁p和q;
步骤二:教师或学生li选择口令pi,然后由客户端将pi及其身份标志IDi传送给密钥中心,在确认li的有效身份后,密钥中心计算嵌入教师或学生的信息,其计算方法为:将密钥d、教师或者学生的身份标志、服务器端的身份标志进行串接后,用函数H()对其进行哈希运算,然后与pi进行异或运算,密钥中心计算嵌入教师或学生的信息后,将系统公开参数x、s、H和密钥中心的公钥e,信息hi写入教师或学生的账户中;
步骤三:当教学系统接收到用户教师或学生li发来的消息(ID,T)时,记下相应的接收时刻T',服务器按如下方式进行验证:根据给定的有效时间△T,检查T'是否满足T'-T≤△T,若条件不成立,则认证失败,设IDi和pi分别是教师或学生li认证阶段提交的身份标志和口令,则(ID,T)是合法教师或学生li提交的信息,则认证成功。
进一步在于:所述搜索模块与搜索单元的实现方法为:
步骤一:首先将网格化操作的目的区划分成若干个规则的子区,并为每一个子区建立一个子区数据点个数计数器(初值为零)和一个子区数据首地址指针。为便于计算,子区的划分应保证网格化时,在大多数情况下只需在一个子区中搜索网格点的相邻点,且每一个子区为一大小相同的矩形区域;
步骤二:系统依次读入教师输入的每一个数据点,判断其属于数据库中的哪一个子区,并将子区的计数器值加一,完成本步骤的工作后,各子区计数器的值即为该子区内所有数据点的个数;
步骤三:根据各子区计数器的值为每个子区分配数据存储空间,并使子区数据首地址指针指向新分配的数据存储空间首地址;
步骤四:依次判断每一个数据点属于哪一个子区,将其存入该子区的存储空间中,完成本步骤的工作后,各子区存储空间中将存放属于该子区的所有数据,且数据点的个数与子区计数器的值相同;
步骤五:对于每一个数据点,选择其所在子区加上与该区邻近的八个方面的子区作为网格化的搜索子区;
步骤六:最后选择某种规则在步骤五中确定的子区内寻找与其距离最近的若干个点,然后对这些点进行加权平均,得到数据点的值,若在搜索子区内找不到满足要求的点,则可根据搜索要求增加一到若干个子区作为搜索子区,直到搜索到需要的数据点。
进一步在于:所述实时互动单元的具体方法为:
步骤一:教学系统通过动作空间决定每个时隙分配给哪个数据流,即动作空间为A={f1,f2,…,fm},fi表示当前时隙第i个数据流进行数据传输,教学系统的空间大小为M;而超周期的每一个时隙映射到系统的状态空间,即状态空间为T={1,2,…,T},空间大小为T;
步骤二:系统空间由状态空间和动作空间共同构成一个T*M的二维表,表中的每一行表示当前系统状态所在时隙,每一列表示M个流中某一个流,二维表中的元素的值表示该元素所在行对应时隙能否分配时隙给其所在列对应数据流的值评价,对应到强化学习中的Q值,在某个状态系统会选取该状态对应行中Q值最大的元素所在列对应的数据流进行数据传输,从而实现学生与教师之间的实时互动。
进一步在于:所述信息上传单元的具体方法为:
步骤一:假设教学系统内教学信息的节点为自身权重W,通过Sink遍历选出系统内权重最大者当选为新的簇头,权重W表达式为其中dio指各单元内节点i距离该单元中心O的欧氏距离,α与β分别为可调的权重系数,且α+β=1;
步骤二:将数据上传至簇头,令节点Si、Sj的坐标为(Xi,Yi)和(Xj,Yj),dio、djo分别为Si、Sj与目的节点So的欧氏距离,r为节点的通信半径,ds即最大步进距离,从而将数据储存模块中的教学信息上传到教学系统中。
进一步在于:该教学系统的具体使用方法为:
步骤一:教师与学生均通过认证模块进行用户认证,认证通过后,教师与学生分别进入教师模块与学生模块,教师与学生均可以通过账户管理单元、密码修改单元、登录单元对自己账户进行操作修改;
步骤二:教师通过课程教学单元对学生进行授课,教师通过评分单元给学生的学习情况评分,通过信息上传单元上传搜索到教学信息到教学系统中,通过搜索单元配合搜索模块从系统外搜到教学资料,并选择合适的教学资料保存到数据储存模块中;
步骤三:学生进入系统通过考勤单元进行考勤,教学中通过答题单元回答教师提出的问题,互动单元用于学生与教学进行实时互动,教学结束后通过评教单元给教师的教学质量评价。
本发明的有益效果:
1、通过设置的认证模块,能够认证识别教师与学生的身份,通过每次认证密钥来提高该教学系统的安全性,将密钥d、教师或者学生的身份标志、服务器端的身份标志进行串接后,用函数对其进行哈希运算,然后与pi进行异或运算,密钥中心计算嵌入教师或学生的信息后,将系统公开参数x、s、H和密钥中心的公钥e,信息hi写入教师或学生的账户中,从而实现认证;
2、通过设置的搜索单元与搜索模块能够帮助老师搜索到教学系统以外的教学资料,首先将网格化操作的目的区划分成若干个规则的子区,并为每一个子区建立一个子区数据点个数计数器和一个子区数据首地址指针。为便于计算,子区的划分应保证网格化时,在大多数情况下只需在一个子区中搜索网格点的相邻点,且每一个子区为一大小相同的矩形区域;系统依次读入教师输入的每一个数据点,判断其属于数据库中的哪一个子区,并将子区的计数器值加一,完成本步骤的工作后,各子区计数器的值即为该子区内所有数据点的个数;根据各子区计数器的值为每个子区分配数据存储空间,并使子区数据首地址指针指向新分配的数据存储空间首地址;依次判断每一个数据点属于哪一个子区,将其存入该子区的存储空间中,完成本步骤的工作后,各子区存储空间中将存放属于该子区的所有数据,且数据点的个数与子区计数器的值相同;对于每一个数据点,选择其所在子区加上与该区邻近的八个方面的子区作为网格化的搜索子区;最后选择某种规则在步骤五中确定的子区内寻找与其距离最近的若干个点,然后对这些点进行加权平均,得到数据点的值,若在搜索子区内找不到满足要求的点,则可根据搜索要求增加一到若干个子区作为搜索子区,直到搜索到需要的数据点;
3、通过设置的信息上传单元,能够从搜索出来教学资料上传到该教学系统中,系统空间由状态空间和动作空间共同构成一个T*M的二维表,表中的每一行表示当前系统状态所在时隙,每一列表示M个流中某一个流,二维表中的元素的值表示该元素所在行对应时隙能否分配时隙给其所在列对应数据流的值评价,对应到强化学习中的Q值,在某个状态系统会选取该状态对应行中Q值最大的元素所在列对应的数据流进行数据传输,通过设置的实时互动单元能够实现学生与教师之间的互动。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明基于大数据的线上教育信息化教学系统的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示,基于大数据的线上教育信息化教学系统,包括数据库、搜索模块、数据储存模块、认证模块、教师模块、学生模块,所述搜索模块用于线上教学时搜索教学系统以外的教学资料,所述数据储存模块用于存储搜索模块搜索到所保存的教学资料,所述认证模块用于教师与学生进行系统认证,所述教师模块用于教学使用教学系统,所述学生模块用于学生使用教学系统;
所述教师模块与学生模块均包括账户管理单元、密码修改单元、登录单元,所述账户管理单元用于教师与学生管理账户资料,密码修改单元用于教师与学生修改账户的登录密码,所述登录单元用于教师与学生登录教学系统;
所述教师模块包括课程教学单元、搜索单元、评分单元、信息上传单元,所述课程教学单元用于教师为学生讲课,所述搜索单元用于配合搜索模块使用,用于教师搜索教学系统没有的课程资料,所述评分单元用于教师给学生的学习情况评分,所述信息上传单元用于教师上传搜索到教学信息到教学系统中;
所述学生模块包括考勤单元、评教单元、答题单元、实时互动单元,所述考勤单元用于学生上课考勤,所述评教单元用于学生给教师的教学质量评价,所述答题单元用于学生回答教师提出的问题,所述实时互动单元用于学生与教学进行实时互动。
所述认证模块的具体方法为:
步骤一:根据需要的安全级别,设定一个系统的安全参数n,根据给定的安全参数n,系统随机选取两个长度为n比特的大素数p和q,并计算x=pq和系统再随机选取一素数e,计算密钥d,d满足系统公开参数x、s、H和密钥中心的公钥e,将密钥d以专门的安全机制保存在密钥中心,同时销毁p和q;
步骤二:教师或学生li选择口令pi,然后由客户端将pi及其身份标志IDi传送给密钥中心,在确认li的有效身份后,密钥中心计算嵌入教师或学生的信息,其计算方法为:将密钥d、教师或者学生的身份标志、服务器端的身份标志进行串接后,用函数H()对其进行哈希运算,然后与pi进行异或运算,密钥中心计算嵌入教师或学生的信息后,将系统公开参数x、s、H和密钥中心的公钥e,信息hi写入教师或学生的账户中;
步骤三:当教学系统接收到用户教师或学生li发来的消息(ID,T)时,记下相应的接收时刻T',服务器按如下方式进行验证:根据给定的有效时间△T,检查T'是否满足T'-T≤△T,若条件不成立,则认证失败,设IDi和pi分别是教师或学生li认证阶段提交的身份标志和口令,则(ID,T)是合法教师或学生li提交的信息,则认证成功。
所述搜索模块与搜索单元的实现方法为:
步骤一:首先将网格化操作的目的区划分成若干个规则的子区,并为每一个子区建立一个子区数据点个数计数器(初值为零)和一个子区数据首地址指针。为便于计算,子区的划分应保证网格化时,在大多数情况下只需在一个子区中搜索网格点的相邻点,且每一个子区为一大小相同的矩形区域;
步骤二:系统依次读入教师输入的每一个数据点,判断其属于数据库中的哪一个子区,并将子区的计数器值加一,完成本步骤的工作后,各子区计数器的值即为该子区内所有数据点的个数;
步骤三:根据各子区计数器的值为每个子区分配数据存储空间,并使子区数据首地址指针指向新分配的数据存储空间首地址;
步骤四:依次判断每一个数据点属于哪一个子区,将其存入该子区的存储空间中,完成本步骤的工作后,各子区存储空间中将存放属于该子区的所有数据,且数据点的个数与子区计数器的值相同;
步骤五:对于每一个数据点,选择其所在子区加上与该区邻近的八个方面的子区作为网格化的搜索子区;
步骤六:最后选择某种规则在步骤五中确定的子区内寻找与其距离最近的若干个点,然后对这些点进行加权平均,得到数据点的值,若在搜索子区内找不到满足要求的点,则可根据搜索要求增加一到若干个子区作为搜索子区,直到搜索到需要的数据点。
所述实时互动单元的具体方法为:
步骤一:教学系统通过动作空间决定每个时隙分配给哪个数据流,即动作空间为A={f1,f2,…,fm},fi表示当前时隙第i个数据流进行数据传输,教学系统的空间大小为M;而超周期的每一个时隙映射到系统的状态空间,即状态空间为T={1,2,…,T},空间大小为T;
步骤二:系统空间由状态空间和动作空间共同构成一个T*M的二维表,表中的每一行表示当前系统状态所在时隙,每一列表示M个流中某一个流,二维表中的元素的值表示该元素所在行对应时隙能否分配时隙给其所在列对应数据流的值评价,对应到强化学习中的Q值,在某个状态系统会选取该状态对应行中Q值最大的元素所在列对应的数据流进行数据传输,从而实现学生与教师之间的实时互动。
所述信息上传单元的具体方法为:
步骤一:假设教学系统内教学信息的节点为自身权重W,通过Sink遍历选出系统内权重最大者当选为新的簇头,权重W表达式为其中dio指各单元内节点i距离该单元中心O的欧氏距离,α与β分别为可调的权重系数,且α+β=1;
步骤二:将数据上传至簇头,令节点Si、Sj的坐标为(Xi,Yi)和(Xj,Yj),dio、djo分别为Si、Sj与目的节点So的欧氏距离,r为节点的通信半径,ds即最大步进距离,从而将数据储存模块中的教学信息上传到教学系统中
该教学系统的具体使用方法为:
步骤一:教师与学生均通过认证模块进行用户认证,认证通过后,教师与学生分别进入教师模块与学生模块,教师与学生均可以通过账户管理单元、密码修改单元、登录单元对自己账户进行操作修改;
步骤二:教师通过课程教学单元对学生进行授课,教师通过评分单元给学生的学习情况评分,通过信息上传单元上传搜索到教学信息到教学系统中,通过搜索单元配合搜索模块从系统外搜到教学资料,并选择合适的教学资料保存到数据储存模块中;
步骤三:学生进入系统通过考勤单元进行考勤,教学中通过答题单元回答教师提出的问题,互动单元用于学生与教学进行实时互动,教学结束后通过评教单元给教师的教学质量评价。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.基于大数据的线上教育信息化教学系统,其特征在于,包括数据库、搜索模块、数据储存模块、认证模块、教师模块、学生模块,所述搜索模块用于线上教学时搜索教学系统以外的教学资料,所述数据储存模块用于存储搜索模块搜索到所保存的教学资料,所述认证模块用于教师与学生进行系统认证,所述教师模块用于教学使用教学系统,所述学生模块用于学生使用教学系统;
所述教师模块与学生模块均包括账户管理单元、密码修改单元、登录单元,所述账户管理单元用于教师与学生管理账户资料,密码修改单元用于教师与学生修改账户的登录密码,所述登录单元用于教师与学生登录教学系统;
所述教师模块包括课程教学单元、搜索单元、评分单元、信息上传单元,所述课程教学单元用于教师为学生讲课,所述搜索单元用于配合搜索模块使用,用于教师搜索教学系统没有的课程资料,所述评分单元用于教师给学生的学习情况评分,所述信息上传单元用于教师上传搜索到教学信息到教学系统中;
所述学生模块包括考勤单元、评教单元、答题单元、实时互动单元,所述考勤单元用于学生上课考勤,所述评教单元用于学生给教师的教学质量评价,所述答题单元用于学生回答教师提出的问题,所述实时互动单元用于学生与教学进行实时互动。
2.根据权利要求1所述的基于大数据的线上教育信息化教学系统,其特征在于,所述认证模块的具体方法为:
步骤一:根据需要的安全级别,设定一个系统的安全参数n,根据给定的安全参数n,系统随机选取两个长度为n比特的大素数p和q,并计算x=pq和系统再随机选取一素数e,计算密钥d,d满足系统公开参数x、s、H和密钥中心的公钥e,将密钥d以专门的安全机制保存在密钥中心,同时销毁p和q;
步骤二:教师或学生li选择口令pi,然后由客户端将pi及其身份标志IDi传送给密钥中心,在确认li的有效身份后,密钥中心计算嵌入教师或学生的信息,其计算方法为:将密钥d、教师或者学生的身份标志、服务器端的身份标志进行串接后,用函数H()对其进行哈希运算,然后与pi进行异或运算,密钥中心计算嵌入教师或学生的信息后,将系统公开参数x、s、H和密钥中心的公钥e,信息hi写入教师或学生的账户中;
步骤三:当教学系统接收到用户教师或学生li发来的消息(ID,T)时,记下相应的接收时刻T',服务器按如下方式进行验证:根据给定的有效时间△T,检查T'是否满足T'-T≤△T,若条件不成立,则认证失败,设IDi和pi分别是教师或学生li认证阶段提交的身份标志和口令,则(ID,T)是合法教师或学生li提交的信息,则认证成功。
3.根据权利要求1所述的基于大数据的线上教育信息化教学系统,其特征在于,所述搜索模块与搜索单元的实现方法为:
步骤一:首先将网格化操作的目的区划分成若干个规则的子区,并为每一个子区建立一个子区数据点个数计数器(初值为零)和一个子区数据首地址指针。为便于计算,子区的划分应保证网格化时,在大多数情况下只需在一个子区中搜索网格点的相邻点,且每一个子区为一大小相同的矩形区域;
步骤二:系统依次读入教师输入的每一个数据点,判断其属于数据库中的哪一个子区,并将子区的计数器值加一,完成本步骤的工作后,各子区计数器的值即为该子区内所有数据点的个数;
步骤三:根据各子区计数器的值为每个子区分配数据存储空间,并使子区数据首地址指针指向新分配的数据存储空间首地址;
步骤四:依次判断每一个数据点属于哪一个子区,将其存入该子区的存储空间中,完成本步骤的工作后,各子区存储空间中将存放属于该子区的所有数据,且数据点的个数与子区计数器的值相同;
步骤五:对于每一个数据点,选择其所在子区加上与该区邻近的八个方面的子区作为网格化的搜索子区;
步骤六:最后选择某种规则在步骤五中确定的子区内寻找与其距离最近的若干个点,然后对这些点进行加权平均,得到数据点的值,若在搜索子区内找不到满足要求的点,则可根据搜索要求增加一到若干个子区作为搜索子区,直到搜索到需要的数据点。
4.根据权利要求1所述的基于大数据的线上教育信息化教学系统,其特征在于,所述实时互动单元的具体方法为:
步骤一:教学系统通过动作空间决定每个时隙分配给哪个数据流,即动作空间为A={f1,f2,…,fm},fi表示当前时隙第i个数据流进行数据传输,教学系统的空间大小为M;而超周期的每一个时隙映射到系统的状态空间,即状态空间为T={1,2,…,T},空间大小为T;
步骤二:系统空间由状态空间和动作空间共同构成一个T*M的二维表,表中的每一行表示当前系统状态所在时隙,每一列表示M个流中某一个流,二维表中的元素的值表示该元素所在行对应时隙能否分配时隙给其所在列对应数据流的值评价,对应到强化学习中的Q值,在某个状态系统会选取该状态对应行中Q值最大的元素所在列对应的数据流进行数据传输,从而实现学生与教师之间的实时互动。
6.根据权利要求1所述的基于大数据的线上教育信息化教学系统,其特征在于,该教学系统的具体使用方法为:
步骤一:教师与学生均通过认证模块进行用户认证,认证通过后,教师与学生分别进入教师模块与学生模块,教师与学生均可以通过账户管理单元、密码修改单元、登录单元对自己账户进行操作修改;
步骤二:教师通过课程教学单元对学生进行授课,教师通过评分单元给学生的学习情况评分,通过信息上传单元上传搜索到教学信息到教学系统中,通过搜索单元配合搜索模块从系统外搜到教学资料,并选择合适的教学资料保存到数据储存模块中;
步骤三:学生进入系统通过考勤单元进行考勤,教学中通过答题单元回答教师提出的问题,互动单元用于学生与教学进行实时互动,教学结束后通过评教单元给教师的教学质量评价。
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