Sbir 海量運算的雲端學習歷程與評量分析app開發0124簡報v2.01
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本計劃藉由雲端資料庫管理系統提供學習歷程查詢與分析的技術，配合非關聯度工具來分析巨量資料，達到預測學生學習成果，SQLMR雲端資料庫儲存及管理系統，不僅結合傳統資料庫工具的便利性與MapReduce的可容錯性、延展性和異質性，它混合傳統資料管理工具與雲端運算的解決方案。 除了能夠提供高階且容易使用的程式介面外，也能夠支援各種不同SQL語法規則，針對目前常見的特殊語法規則做分析處理，讓系統能夠應用在各種主流的關聯式資料管理與巨量的資料分析，使用者不需修改現存的程式，便可在此系統上直接執行，藉由系統無縫式轉移而進行學習歷程資料的探勘。大量的學習歷程資料中透過Aggregation Tree，探勘出「有效學習行為模式」並萃取出值得「推薦的學習路徑」，以達到預期的學習成效；探勘所得的學習路徑型樣，在前端以支援iOS、Android等行動載具APP，將分析資訊傳遞給使用者，使學生了解自己的學習成效，教師則作為教學策略的依據，以達到更經濟有效「行動化教與學」
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- 1. 海量運算的雲端學習歷程 與評量分析APP開發 經濟部科技研究發展專案小型企業創新研發計畫■創新技術■先期研究(Phase 1) 全慧資訊股份有限公司 / 劉邦龍 2013/01/24
- 2. 大 綱 ? 壹、公司概況 ? (一)基本資料 ? (二)組織架構 ? 貳、研發能力與實績 ? 參、計畫內容 ? (一)背景與說明 ? (二)國內外產業現況發展趨勢及競爭力分析 ? 肆、實施方法 ? (一)計畫目標與規格 ? (二)計畫架構與實施方式 ? 伍、預定進度及查核點 ? 陸、總人力與經費需求 ? 柒、預期效益
- 3. 壹、公司概況 (一)基本資料 全慧資訊股份有限公司成立於2007年，提供數位學習建置服務，教材委製 及資訊相關硬體設備資訊整合服務包括:Content供應服務包合各式教材、數 位內容供應商、教材開發及代工。Authoring & Development Tools供應服務 各項軟體平台開發及教材編輯工具供應，Delivery &Collaboration Tools提供 服務學習傳送工具之供應服務，Learning Specific Hardware供應服務包含各 式學習科技設備供應，Cloud Services提供服務主要包含顧問諮詢服務、系 統建置、整合服務及線上經營管理。
- 4. 壹、公司概況 (二)組織架構 整整合合行行銷銷 管理平台研發 管理平台研發 應用平台研發 應用平台研發 客戶服務管理 客戶服務管理 教育訓練服務 教育訓練服務 系統平台整合銷售 系統平台整合銷售 專案資源整合 專案資源整合 業務推廣與通路管理 業務推廣與通路管理 產品行銷策略規劃及執行 產品行銷策略規劃及執行 客戶需求分析 客戶需求分析 產品及 專案管理 產品及 專案管理 產品規劃管理 產品規劃管理 技技術術研研發發 核心技術研發 核心技術研發 經經 營 營 管 管 理 理 營營 運 運 策 策 略 略 規 規 劃 劃 行行 政 政 及 及 財 財 務 務 管 管 理 理 系統工程 客戶服務 系統工程 客戶服務 系統整合及技術諮詢 系統整合及技術諮詢
- 5. 貳、研發能力與實績 計畫 類別 計畫名稱 計畫執行期 間(年度) 計畫經費(千元) 計畫研發重點 (並請說明與本計畫之相 關性或差異性) 計畫 投入 人力 (人 月) 政府 補助款 廠商 自籌款 計畫 總經費 D 中小企業即時技術輔 導計畫技轉案SCORM 1.2 模組(PHP 版) 97.10.1~ 98.2.28 200 50 250 教材SCORM標準化導 入有助於內容的共通性 5 D 經濟部中小企業處雲 端運算推廣服務計畫- 以SCORM 為標準的 雲端學平台 100.5~100.1 1 3,800 4148 7,948 雲端學習平台開發有助於 後台管理及維運功能擴充 75.5 C 經濟部科技研究發展 專案服務業創新研發 計畫- 雲端育成平台 (研發聯盟) 100.3~102.1 1 5,402 5,401 10,803雲端學習平台開發有助於 知識產權管理與促成專利 買賣 108
- 6. 參、計畫內容 (一)背景與說明 本計劃藉由雲端資料庫管理系統提供學習歷程查詢與分析的技術，配合 非關聯度工具來分析巨量資料，達到預測學生學習成果，SQLMR雲 端資料庫儲存及管理系統，不僅結合傳統資料庫工具的便利性與 MapReduce的可容錯性、延展性和異質性，它混合傳統資料管理工具 與雲端運算的解決方案。 除了能夠提供高階且容易使用的程式介面外，也能夠支援各種不同 SQL語法規則，針對目前常見的特殊語法規則做分析處理，讓系統能 應用在各種主流的關聯式資料管理與巨量的資料分析，使用者不需修夠改 現存的程式，便可在此系統上直接執行，藉由系統無縫式轉移而進行 學習歷程資料的探勘。大量的學習歷程資料中透過Aggregation Tree，探勘出「有效學習行為模式」並萃取出值得「推薦的學習路 徑」，以達到預期的學習成效；探勘所得的學習路徑型樣，在前端以支 援iOS、Android等行動載具APP，將分析資訊傳遞給使用者，使學 生了解自己的學習成效，教師則作為教學策略的依據，以達到更經濟有 效「行動化教與學」！
- 8. 參、計畫內容(二)國內外產業現況、 競爭優勢分析 公司名稱 項目 SQLMR HBase Cassandra MongoDB 1.價格( 單位： ) NA NA NA NA 2.產品/服務上市時 間 2010 2007 2009 2009 3.市場占有率(%) NA NA NA NA 4.市場區隔 可能的應用對象： OLAP 查詢類型的使用 者、資料探勘型的系統 、多人同時上線之服務 系統( 如 Online-Game System 、Online- Shopping Website 等 等) 適用於偏好BigTable:) 並且需要對大資料進行隨 機、即時訪問的場合。例 如： Facebook 消息資料 庫（更多通用的用例即將 出現） 採用分散式架構 Map/reduce 當使用寫操 作多過讀操作（記錄日 誌）如果每個系統組建都 必須用 Java 編寫例如： 銀行業，金融業寫比讀更 快，所以一個自然的特性 就是即時資料分析 適用於需要動態查詢支 援；需要使用索引而不 是 map/reduce 功能； 需要對大資料庫有性能 要求；需要使用 CouchDB 但因為資料改 變太頻繁而占滿記憶體 的應用程 5.行銷管道 SQL-to-MapReduce SQL-to-HBase facebook 銀行業，金融業 取代MySQL 或 PostgreSQL 6.技術或服務優勢所用語言： PHP,Java 特點：支持數十億行X 上百萬列對即時查詢進行 優化特點：所用語言： Java 所用語言： Java 對大型 表格和 Dynamo 支援得 最好 所用語言： C++ 特點： 保留了SQL 查詢，索引 的特性 7.關鍵零組件之掌握中研院資科所使用許可： Apache 協議： HTTP/REST Apache Apache AGPL
- 9. SWOT分析 優勢 Strengths 劣勢 Weaknesses 1. 使用者不需要學習新的資料庫語言，即可從現有的 SQL 語言中獲得各種雲端資料庫的好處及特性。 2. 使用者只需要按照原本的使用方式及操作環境，並 不需要知道SQLMR 雲端資料庫的存在，也不需 要知道資料是如何運算及儲存。 3.SQLMR 相較於原有的SQL 資料庫系統，具備更大 的效能延展性，並能夠確保資料的儲存的安全性 。 5.SQLMR 相較於現有的NoSQL 資料庫系統，具備 User Friendly 的特性。 6. 在關鍵字的資料探勘探勘系統上，在某些查詢條件 下能比MySQL 的查詢時間快六倍以上。 1. 品牌形象、企業財力、現金週轉率。 2. 本公司的非關聯式資料庫學習歷程分析發展 起步稍晚。 3.NoSQL 非關聯式資料庫尚未普及化。 4. 雲端彈性計價商業模式有待消費者接受。 5. 教育人員對雲端化服務接受程度低。 機會 Opportunities 威脅 Threats 1. 未來雲端化高效能低成本需求，數位學習歷程分析 抬頭。 2. 市場無同質性產品，新世代對雲端化接受度高。 3. 國內的線上教學資料探勘市場還未開拓，行動學習 4. 以學習成效分析成就以學習者為中心的適性化學習 1. 國際大廠競爭品牌財力、技術資源、行銷資 源。 2. 雲端服務免費與降價、後進者削價競爭。 3.NoSQL 非關聯式資料庫發展還未形成主流。 4. 教育IT 預算降低、大環境不景氣。
- 10. 技术(服务)应用范围
- 11. 肆、實施方法 (一)計畫目標與規格 本計畫的目的是發展類似資料庫的資料儲存及管理系統，不僅 結合傳統資料庫工具的便利性與MapReduce的可容錯性、延 展性和異質性，提出一個混合傳統資料管理工具與MapReduce 的解決方案。 這個混合型的雲端資料管理系統除了能夠提供高階且容易使用 的程式介面外，也能夠支援各種不同SQL語法規則(標準SQL 語言下，經由資料庫廠商提供的衍伸額外特殊功能的語法規 則)，針對目前常見的特殊語法規則做分析處理，讓系統能夠應 用在各種主流的關聯式資料管理與巨量資料分析。使用者便可 很容易的撰寫資料管理程式，現存的程式在不需要經過修改 (能夠有效節省移植修改特定標準SQL語法規則)的情況下，便 可在此系統上直接執行。
- 12. 云端学习歷程与评量分析应用情境
- 13. 肆、實施方法 (一)計畫目標與規格 系統簡介 雲端資料庫的儲存及管理系統，不僅結合傳統資料庫工具的便利性與 MapReduce的可容錯性、延展性和異質性，還提出一個混合傳統資料 管理工具與MapReduce的解決方案符合類似於SQL的查詢到的序列 MapReduce工作，現有的基於SQL的應用程序兼容和用戶無縫地管理 上億類SQL的查詢數據，而不是寫PataByte規模MapReduce的代碼。 除了能夠提供高階且容易使用的程式介面外，也能夠支援各種不同SQL 語法規則(標準SQL語言下，經由資料庫廠商提供的衍伸額外特殊功能 的語法規則)，本計畫針對目前常見的特殊語法規則做分析處理，讓系 統能夠應用在各種主流的關聯式資料管理與大尺度的資料分析。使用者 便可很容易的撰寫資料管理程式，現存的程式在不需要經過修改 ( 能 夠有效節省移植修改特定標準SQL語法規則)的情況下，便可在此系統 上直接執行。同時我們還制定了一些優化技術以改善系統性能。實驗結 果表明：系統無論是性能和可擴展性優勢相比，都較MySQL、Hive 和HadoopDB等為佳。
- 14. 肆、實施方法 (一)計畫目標與規格 系統優點： 1.使用者不需要學習新的資料庫語言，即可從現有的SQL語言中獲得 各種雲端資料庫的好處及特性。 2.使用者只需要按照原本的使用方式及操作環境，並不需要知道雲端資 料庫的存在，也不需要知道資料是如何運算及儲存。 3.相較於原有的SQL資料庫系統，具備更大的效能延展性。 4.相較於原有的SQL資料庫系統，能夠確保資料的儲存的安全性 5.相較於現有的NoSQL資料庫系統，具備User Friendly 的特性 6.在科技關鍵字的資料探勘探勘系統上，在某些查詢條件下能比 MySQL的查詢時間快六倍以上。
- 15. 肆、實施方法 (一)計畫目標與規格 系統架構 系統架構主要有四個組 成部分：SQL到 MapReduce的編譯器 查詢結果管理，資料庫 分區和索引管理器，以 及優化的Hadoop系統。 分區/索引資料庫管理 器維護計劃表，索引的 文件和資訊，其他三個 組件交互的數據庫分區 /索引管理獲得必要的 資訊處理查詢時，為了 簡便起見我們沒有資料 庫分區在圖索引管理和 其他三個組成部分之間 繪製箭頭。
- 16. Hadoop MapReduce優化技術 為了實現高性能的資料處理，設計優化技術如下： (一)一個 SQL MapReduce的編譯器和運行時框架，所謂SQLMR足以 支援各種大型分析資料管理應用，如線上分析處理，SQL查詢的一個子 集（OLAP），資料挖掘等。低成本的文件資料處理，實現了快速動態 轉換SQL數據庫文件到HDFS（Hadoop分佈式文件系統）可以接受的 MapReduce運行 engine.This技術文件作為輸入文件，在SQL和 MapReduce之間顯著降低了資料的轉換時間。 (二)有效的資料庫分區和索引技術，用於快速定位在HDFS中查詢資料 (三)減少硬碟 I / O範圍查詢。 (四)查詢結果的暫存機制，可避免後處理多餘的查詢。 (五)Hadoop的MapReduce的運行優化技術系統，以進一步減少查詢處 理時間。
- 17. 學習分析科技帶來個人化學習環境 實體描述層 由於學習記錄都是存放在資料庫中，為避免使用者需要對於資 料庫進行參數或是權限設定等技術性的工作，降低使用的複雜 度，實體描述層的目的就是要將使用者與底層資料庫隔絕開， 使用者不需要也不能和資料庫直接溝通。在實體描述層中會描 述資料庫的規格、存取方式、權限設定等資訊，使用者不需要 動用資料庫的管理工具就能進行設定。 參數定義層 在資料庫中所儲存的學習記錄都是存放在表格(table)中，並 且以欄位(Field)區隔每項的資料。這些表格與欄位也是屬於 技術性的描述，使用者也很難理解何謂資料型別(type)、何謂 欄位名稱(Field name)。 特徵描述層 在資料庫中要查詢所需的資料，必須要給予限制的條件，資料 庫則會過濾出符合條件的資料。 抽象查詢層 當使用者把各種的學習特徵都定義好之後，接下來就是要進行 查詢，料庫的查詢指令，只需選取定義好的學習特徵，就可以 進行資料庫的查詢。
- 18. CLAS雲端學習能力診斷APP Cloud Learning Analyzing System 服務：雲端學習力診斷報告APP 學生測驗的成績，自動化地快速產生學習力診斷關鍵報告︰學校管理者可從 學 年綜合資訊報告看全校的學習力分析，豐富的統計報表、精美的彩色分析圖表 ，檢視報告一目了然。診斷報告可針對學習者深入分析測驗表現和試題的優劣 。 CLAS APP是一套即時的學習力診斷與分析應用程式，這是一個針對雲端運算 服務所設計的系統引擎，使用者可以隨時使用這個便利的學習診斷分析，將期 中考、模擬考或IRS即時反饋系統的作答資料匯入系統，可立即產生各種學習 診斷分析圖表，例如：學生的注意力分析、試題落點分析、試題施測統計圖、 作答明細、學習診斷落點等，可針對老師、學生、家長輸出學習力關鍵報告。 內容包含：1.學年綜合資訊報告2.學年學習力診斷報告3.試題分析報告4.班 級比較統計報告5.多次測驗比較表報告，規劃合適的學習力診斷報告，關鍵報 告還可以讓學生充分了解該學科學習程度較不足的部分，並建議學生重新復習 相對應單元或是相關知識點(Key Concept)。
- 19. CLAS雲端學習力診斷APP (1)成績分析：老師從今以後，不需再花時間辛苦建立報表，來分析班 上學生的學習狀 況，只要將學生的作答資料上傳，即可立即產生分析報表，節省時間。 (2)學習診斷分析：對學生的考試成績進行落點分析， 由學生的得分百分比及注意係數的不同落點，可診斷出 學生的學習問題，輕鬆掌握學生的學習狀況，針對不同 學生的學習問題，給予個別輔導。 (3)試題分析：針對考試題目進行落點分析，了解老師的 出題品質，以及題目難易度，以便適時修正，更客觀地 測驗學生的理解程度，達到測驗的目的。 (4)個別分析：除了班級總表分析之外 ，還可執行每位學生的個別學習分析 ，產生學習診斷書，詳細記載學生的 學習狀況，提供給家長參考。
- 20. 學習歷程分析應用效益 對老師的助益 1.節省製作成績分析表 的時間。 2.發現學生的學習問題 ，適時輔導。 3.分析題目難易度，有 效測驗學生程度。 4.建立學習診斷書，提 升專業形象。 對學生的助益 1.針對考試成績， 進行自我檢討。 2.解自己的學習弱 點，調整學習重點 。 對家長的助益 1.提供學習診斷書 ，孩子學習的優缺 點一目瞭然。 2.針對孩子學習優 缺點，適時給予鼓 勵與協助。 Cloud Learning Analyzing System
- 22. 伍、預定查核點說明 階 段查核具體內容時 間 (A) 系統規劃1. 系統範圍及定義 2. 系統開發時程表 22001133//0011//33 11 (B) 系統需求分析1. 資料收集訪查開會 2. 確認範圍和目標 22001133//0022//22 88 (C) 系統設計1. 建構流程與軟體功能 2. 系統設計規格書 22001133//0055//33 11 (D) 系統建置與測 試 1. 系統整合環境測試 2. 文件撰寫和測試結果22001133//0066//33 00
- 23. 陸、計劃總經費預算表 金額單位：千元 會計科目政府 補助款 公司 自籌款 合計各科目 補助比例% 1. (1) 研發人員485 495 990 人 事 小計485 495 990 費 2. 消耗性器材及原材料費0 0 0 3. 研發設備使用費24 24 48 4. 研發設備維護費0 0 0 5. (1) 技術或智慧財產權購買費400 400 800 技術 (2) 委託研究費50 50 100 引進 (3) 委託勞務費0 0 0 及委 小計25 25 50 託研 究費 合 計994 994 1988 百 分 比50% 50% 100% (註)計劃總經費$1,988,000 預估投入總24人月
- 24. 柒、預期產出效益說明 ? 量化效益 ? 1.增加產值 10000 千元 ? 2.產出新產品或服務共 2 項 ? 3.衍生商品或服務數共 2 項 ? 5.促成投資額 10000 千元 ? 6.降低成本 500 千元 ? 7.增加就業人數 10 人 ? 8.新型、新式樣專利共 1 件 ? 非量化效益 ? (1)計畫成果對公司的獻度 ? (2)計畫成果對導入企業之實用性 ? (3)本計畫執行成果對重大產業政策支持度以及對中小企業發 展與經濟活動貢獻度
- 25. ?感谢聆听
- 26. 審查結果 ? 計畫編號：1Z1021010 ? 契約編號： E10200008043-215 ? 本案擬藉由SQLMR提供學習歷程查詢與分析的雲端運算技術 ，配合非關聯度工具來分析巨量資料，以預測學生學習成果。 本案擬研發之巨量Data Model與SQL/SCORM應用程式介面 技術對數位學習產業具創新性。綜上所述，故予以推薦。 ? 查核點需增加兩項量化指標:1.結案時需提供兩家(含)以上學 習機構使用之佐證資料，2.結案時需提供1000G Query 巨量 Data分析，以上請修正於計畫書查核點中。 ? 轉委託部份因先期研究尚不需要，故請刪除。
Editor's Notes
- #26: 我们从软体代理、自行开发系统建置、到础厂笔线上服务，一路走来对於小厂商而言相当辛苦，所幸我们有一群有热情、而且专业的工作伙伴，虽然我们是小公司，但是我们有信心可以胜任这次计划！