一种数字化教学系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种数字化教学系统及方法，属于教育领域，所述的数字化教学系统包括应用层，用于教师进行教学使用；数据传输层，用于各类教学资源的数据传输和共享；基础层，用于整个系统的数据存储和教学资源分类。本系统实现数学教学资源的有效归并分类，实现了多校区数字化教学资源共享，提升了教学质量。提升了教学质量。提升了教学质量。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化教学系统及方法


[0001]本专利技术属于数字化教育领域，更具体的说涉及一种数字化教学系统及方法。

技术介绍

[0002]充分利用数字化教学资源，提升授课过程中课程直观性，具有开阔视野、增强学生思维能力的优势。数字化数学教学资源指针对数学课程所制定的数字化资源，学生学习数学课程时需具有较高的学习兴趣。数学课堂教学的生动性极为重要，对数学教学资源实施数字化处理，有助于提升数学教学质量。
[0003]智能化条件下的教学活动将教学内容与网络技术结合，以多媒体设备作为演示依托，实现数字化的多媒体资源共享。新的教学资源具有数字化、多样化、时代性、开放性以及多元性特征。
[0004]现有的数字化教学系统对于跨校区的数据传输以及教育资源分类及共享方面还存在着很多的不完善领域。

技术实现思路

[0005]本专利技术将移动通信网络融入到共享系统当中，该网络可以实现固定用户之间的数据交流，保证资源共享的精确性；基于两步聚类算法的数字化数学教学资源归并分类方法。提取数字化数学教学资源特征，依据所提取特征利用两步聚类算法对资源实施归并分类。特征提取可将具有较高维度的数字化数学教学资源降低至较低维度中，依据固定变换规则，降低原始教学资源数据维数，为后续数字化数学教学资源的精准归并分类提供数据技术。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：所述的数字化教学系统包括
[0007]应用层，用于教师进行教学使用；
[0008]数据传输层，用于各类教学资源的数据传输和共享；
[0009]基础层，用于整个系统的数据存储和教学资源分类。
[0010]进一步地，所述的应用层包括教学装置，教学资源下载与上传模块；所述的教学装置包括多媒体教学设备，教师学生互动设备；所述的教学资源下载和长传模块包括教学资源数据采集器，用于采集课堂内的教学音视频，USB数据下载模块。
[0011]进一步地，所述的数据传输层采用5G通信网络进行数据传输，能够在各校区之间进行实时的教学数据传输。
[0012]进一步地，所述的基础层包括用于对整个系统内不同教学资源进行分类的教学资源分类模块；用于对分类完成后的教学资源进行各个校区间进行资源共享的教学资源共享模块。
[0013]另一方面，一种数字化教学方法，该方法适用于所述的数字化教学系统，数据传输层在进行教学资源共享时需要良好的资源缓存和传输功能，所以需要在数据传输层中设置
教学资源缓存与传输逻辑，具体传输逻辑如下：选定一个度量标准，将系统中的服务器Ai按照度量标准排序，得到内容序列，默认系统正确共享教学资源，需要Wi(m)个编码包；当系统成功解码多校区中，不超过Ai的缓存存储空间，则可以将所有教学资源的编码包都上传到本地缓存；否则Ai将教学资源编码包上传到缓存单元。若这些资源不能被完全存储，则将部分正解码Om装入缓存，根据上述设计思路得到初始时刻的教学资源缓存方案：
[0014][0015]公式中：s表示编码包尺寸；Si表示系统缓存空间；Wi(n)表示总数据包数量；[*]表示向下取整，设置资源传输逻辑，将传输开销作为度量标准，当用户向服务器请求有序序列中第m个教学资源时，在本地缓存中搜索Om的编码包，当Ci(m)≥Wi(m)时，则将成功解码后的教学资源传输给用户，否则从其他校区的服务器中，拉取缺失的编码包。
[0016]进一步地，所述的方法包括用于教学资源共享模块的教学资源共享方法，具体方法如下：建立一个资源有限集合，用X来表示，设置为第i组教学资源的共享策略集，Z表示共享策略空间，则利用收益函数集，描述多校区数字化教学资源的分配问题，该函数为：
[0017]H＝{X,{λ
i
}
i∈X
,{Z
i
}
i∈X
}(2)
[0018]上述函数只是对接受方的资源分配描述，而资源发送方的资源分配描述，可通过下列函数实现
[0019][0020]公式中：表示激励强度；β
x
表示反应门限函数；x表示门限值的梯度，且存在x＞1，当时，分配的资源量趋近于0，不能实现教学资源的多校区共享分配；当时，此时的计算结果趋近于1，系统得到该数值后，迅速向多个校区共享数字化教学资源。
[0021]进一步地，所述的方法包括用于教学资源分类模块的教学资源分类方法，具体方法如下：S1对数学教学资源特征提取：用矩阵X1＝[x1,x2,
…
,x
m
]表示原始窗口数据，矩阵X2＝[x
m+1
,x
m+2
,
…
,x
m+r
]表示增量窗口数据；数字化数学教学资源中所包含全部数据用X＝[X1,X2]表示；Z1与Z2分别表示数字化数学教学资源原始窗口数据以及新增窗口数据的互信息矩阵；Z表示全部数字化数学教学资源样本的互信息矩阵；
[0022]依据互信息定义可得互信息矩阵表达式如下；
[0023][0024]对角化处理利用单位阵表示Z1的特征分解公式如下:
[0025][0026]利用G1所张成的空间接收Z2的投影，可得公式如下
[0027][0028]求公式(4)与公式(5)之和可得：
[0029][0030]特征分解公式如下：
[0031][0032]将公式(8)代入公式(7)，获取表达式如下：
[0033][0034]通过以上过程即可获取全部数字化数学教学资源特征分解结果。
[0035]通过公式(5)可知:
[0036][0037]公式(10)中，Λ1∈R
m
×
k
与B1∈R
n
×
k
分别表示数量为前k个特征值所组成的矩阵以及原始数字化数学教学资源主成分决策矩阵；
[0038]通过以上过程获取新增窗口数据互信息矩阵的特征值Λ2以及特征向量P2，且Λ2＝[μ1,μ2,
…
,μ
n
]，P2＝[β1,β2,
…
,β
n
]；
[0039]依据特征向量以及特征值获取全部数字化数学教学资源样本特征值公式如下；
[0040][0041]公式(11)中，m表示历史数字化数学教学资源样本数据；r表示新增数字化数学教学资源样本数据，可得数字化数学教学资源特征向量公式如下：
[0042]P＝G1β
i
ꢀꢀ
(12)
[0043]利用所获取的特征向量建立主成分决策矩阵，将数字化数学教学资源映射至所建立的主成分决策矩阵即可实现数据降维。后续窗口重复迭代以上过程实现全部数字化数学教学资源样本特征提取；
[0044]S2两步聚类算法的归并分类。
[0045]进一步地，所述的教育资源分类方法S2两步聚类算法的归并分类：S201(1)构建特征树，利用所提取的数字化数学教学资源样本特征构建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化教学系统，其特征在于：所述的数字化教学系统包括应用层，用于教师进行教学使用；数据传输层，用于各类教学资源的数据传输和共享；基础层，用于整个系统的数据存储和教学资源分类。2.根据权利要求1所述的一种数字化教学系统，其特征在于：所述的应用层包括教学装置，教学资源下载与上传模块；所述的教学装置包括多媒体教学设备，教师学生互动设备；所述的教学资源下载和长传模块包括教学资源数据采集器，用于采集课堂内的教学音视频，USB数据下载模块。3.根据权利要求1所述的一种数字化教学系统，其特征在于：所述的数据传输层采用5G通信网络进行数据传输，能够在各校区之间进行实时的教学数据传输。4.根据权利要求1所述的一种数字化教学系统，其特征在于：所述的基础层包括用于对整个系统内不同教学资源进行分类的教学资源分类模块；用于对分类完成后的教学资源进行各个校区间进行资源共享的教学资源共享模块。5.一种数字化教学方法，该方法适用于如权利要求1
‑
4所述的数字化教学系统，其特征在于：数据传输层在进行教学资源共享时需要良好的资源缓存和传输功能，所以需要在数据传输层中设置教学资源缓存与传输逻辑，具体传输逻辑如下：选定一个度量标准，将系统中的服务器Ai按照度量标准排序，得到内容序列，默认系统正确共享教学资源，需要Wi(m)个编码包；当系统成功解码多校区中，不超过Ai的缓存存储空间，则可以将所有教学资源的编码包都上传到本地缓存；否则Ai将教学资源编码包上传到缓存单元。若这些资源不能被完全存储，则将部分正解码Om装入缓存。根据上述设计思路得到初始时刻的教学资源缓存方案：公式中：s表示编码包尺寸；Si表示系统缓存空间；Wi(n)表示总数据包数量；[*]表示向下取整，设置资源传输逻辑，将传输开销作为度量标准，当用户向服务器请求有序序列中第m个教学资源时，在本地缓存中搜索Om的编码包，当Ci(m)≥Wi(m)时，则将成功解码后的教学资源传输给用户，否则从其他校区的服务器中，拉取缺失的编码包。6.根据权利要求5所述的一种数字化教学方法，其特征在于：所述的方法包括用于教学资源共享模块的教学资源共享方法，具体方法如下：建立一个资源有限集合，用X来表示，设置为第i组教学资源的共享策略集，Z表示共享策略空间，则利用收益函数集，描述多校区数字化教学资源的分配问题，该函数为：H＝{X,{λ
i
}
i∈X
,{Z
i
}
i∈X
}(2)上述函数只是对接受方的资源分配描述，而资源发送方的资源分配描述，可通过下列
函数实现公式中：表示激励强度；β
x
表示反应门限函数；x表示门限值的梯度，且存在x＞1，当时，分配的资源量趋近于0，不能实现教学资源的多校区共享分配；当时，此时的计算结果趋近于1，系统得到该数值后，迅速向多个校区共享数字化教学资源。7.根据权利要求5所述的一种数字化教学方法，其特征在于：所述的方法包括用于教学资源分类模块的教学资源分类方法，具体方法如下：S1对数学教学资源特征提取：用矩阵X1＝[x1,x2,
…
,x
m
]表示原始窗口数据，矩阵X2＝[x
m+1
,x
m+2
,
…
,x
m+r
]表示增量窗口数据；数字化数学教学...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敖，金文玥，
申请(专利权)人：宿迁学院，
类型：发明
国别省市：