基于云計(jì)算的高職校際公共選修課平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高登+徐德智

摘要：通過(guò)對(duì)已有云計(jì)算平臺(tái)或產(chǎn)品的測(cè)試，查閱國(guó)內(nèi)外校際公共選修課管理最新進(jìn)展相關(guān)資料，吸收相關(guān)的研究成果，以Hadoop和Hbase為基礎(chǔ)對(duì)高職校際公共選修課平臺(tái)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于Hadoop和Hbase的高職校際公共選修課平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：校際公共選修課；云計(jì)算；Hadoop

1概述

自2006年Google公司提出“云計(jì)算”概念之后，“云計(jì)算”這個(gè)詞語(yǔ)迅速成為IT屆全球關(guān)注度最高的詞語(yǔ)，并廣泛地應(yīng)用于教育、醫(yī)療、電力、商務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域。

目前，省內(nèi)高職院?；径奸_(kāi)設(shè)了公共選修課，但湖南省內(nèi)高職院校校際公共選修鮮見(jiàn)先關(guān)報(bào)道，有以下幾個(gè)方面原因，首先，評(píng)價(jià)制度不健全，知識(shí)產(chǎn)權(quán)難保護(hù)，教師參與共建的熱情不高；投人高、風(fēng)險(xiǎn)大、收益低，社會(huì)機(jī)構(gòu)參與共建的意愿不強(qiáng)。從資源共享層面看：部分高校思想偏狹，心態(tài)不一，不愿讓自有優(yōu)質(zhì)資源參與共享；協(xié)同合作受限，共享平臺(tái)匱乏，大多數(shù)高校無(wú)處參與共享。

因而緊抓高職教學(xué)教育改革的契機(jī)，引入建構(gòu)主義、關(guān)聯(lián)主義和行為主義等理論，基于M00C課程形式，以Hadoop和Hbase為基礎(chǔ)對(duì)高職校際公共選修課平臺(tái)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，形成高職校內(nèi)、校際公共選修課建設(shè)與共享的有效模式；二是可以為高職院校公共選修課開(kāi)設(shè)與管理提供新途徑，可以改變傳統(tǒng)教師教室授課的方式，增加學(xué)生選課范圍、靈活授課時(shí)間和方式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)參與度，只要學(xué)校間在學(xué)分互認(rèn)、繳費(fèi)、選課管理上能互通，勢(shì)必可以共享本校優(yōu)質(zhì)公共選修課資源；三是為高職校際教學(xué)資源整合提供新視野，校際間公共選修課的整合可以促進(jìn)校際同類專業(yè)進(jìn)行教學(xué)資源共享，既可以促進(jìn)本專業(yè)教師業(yè)務(wù)水平提升，也可以給學(xué)生更多資源選擇，從而最終促進(jìn)省內(nèi)同專業(yè)教學(xué)水平的提高。

2基于云計(jì)算的公共選修課平臺(tái)的需求分析

2.1功能需求

基于云計(jì)算的校際公共選修課平臺(tái)除了要為各類用戶提供完善的功能以外，還需要借助云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)提供更便捷、更快速的服務(wù)。平臺(tái)用戶主要包括超級(jí)管理員、管理員、學(xué)生用戶和教師用戶。下面將從不同用戶的角度來(lái)分析基于云計(jì)算的公共選修課平臺(tái)的功能需求。

1）學(xué)生功能需求分析：學(xué)生登陸平臺(tái)后可以進(jìn)行個(gè)人信息修改、已選課程信查詢息、在線選課、評(píng)價(jià)課程、在線視頻觀看、在線交流、教師課件下載等。

2）教師功能需求分析：教師登陸后需要修改密碼、分環(huán)節(jié)或課程查找并打印課程表，查詢學(xué)生信息、錄入學(xué)生成績(jī)、上傳教學(xué)視頻和課件等資料、查詢學(xué)生上課進(jìn)度、設(shè)定考核方式、在線交流等。

3）管理員功能需求分析：管理員需要錄入和查詢學(xué)生、教師、課程信息，管理學(xué)生選課結(jié)果，統(tǒng)計(jì)教師任課反饋，導(dǎo)人與維護(hù)各成員校學(xué)生信息，實(shí)現(xiàn)學(xué)生選課的身份認(rèn)證等。

4）超級(jí)管理員功能需求分析：超級(jí)管理員在管理員權(quán)限的基礎(chǔ)上完成教師排課、學(xué)期學(xué)年設(shè)置、最多選課數(shù)上限設(shè)置、選課期間設(shè)置等參數(shù)設(shè)置功能。

2.2性能需求

隨著校際公共選修課平臺(tái)使用時(shí)間的推移，用戶數(shù)量、上傳的資源數(shù)目、資源訪問(wèn)率不斷增加，學(xué)生在線學(xué)習(xí)課程或在線觀看視頻資源時(shí)，平臺(tái)必須具有一定的負(fù)載能力才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此平臺(tái)應(yīng)該滿足以下性能要求：1）響應(yīng)速度快。要求對(duì)100GB以下數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單查詢分析時(shí)能夠在1分鐘內(nèi)完成，對(duì)復(fù)雜作業(yè)要求能夠在20分鐘內(nèi)完成。頁(yè)面響應(yīng)速度保證在3秒以內(nèi)；2）可靠性好。要求平臺(tái)每月宕機(jī)次數(shù)不能超過(guò)一次。宕機(jī)時(shí)間不能超過(guò)2小時(shí)。宕機(jī)時(shí)能通過(guò)重啟系統(tǒng)使系統(tǒng)重新恢復(fù)正常工作狀態(tài)。宕機(jī)、服務(wù)停止不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況；3）安全性高。平臺(tái)的資源只能分配給合法身份的用戶使用，未注冊(cè)的用戶或未獲得相應(yīng)權(quán)限的用戶無(wú)法占用資源和獲取資源；4）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)。要求能夠動(dòng)態(tài)地增加節(jié)點(diǎn)來(lái)提高系統(tǒng)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力；5）系統(tǒng)的易用性和易維護(hù)性。要求平臺(tái)具備布局美觀、界面友好的特點(diǎn)，方便各類用戶使用或管理平臺(tái)。

2.3數(shù)據(jù)需求

公共選修課平臺(tái)的數(shù)據(jù)形式主要是文本數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)。因此系統(tǒng)對(duì)于用戶提取和發(fā)布的數(shù)據(jù)需求應(yīng)該滿足如下幾個(gè)方面的要求：1）數(shù)據(jù)的安全性。為保證數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)按用戶權(quán)限分為超級(jí)管理員、管理員、教師用戶、學(xué)習(xí)者用戶。各類用戶分別授予不同的權(quán)限；2）數(shù)據(jù)一致性與完整性。在資源上傳時(shí)，對(duì)于資源去向，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行完整的描述。在刪除用戶相關(guān)信息時(shí)，必須同步刪除與之有關(guān)聯(lián)的其他信息；3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)一旦開(kāi)始使用，就會(huì)隨著時(shí)間的日積月累而產(chǎn)生大量的系統(tǒng)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等信息。所以必須由管理員及時(shí)對(duì)相關(guān)資源進(jìn)行審核，才能保證數(shù)據(jù)的輸入準(zhǔn)確使系統(tǒng)得到正常運(yùn)行。

3基于云計(jì)算的校際公共選修課平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1校際公共選修課平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)前面的業(yè)務(wù)需求分析及功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮到數(shù)據(jù)量大、反應(yīng)速度快、平臺(tái)共享性高等原因，公共選修課平臺(tái)采用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行部署。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，從上到下分為數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)導(dǎo)入層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)獲取層、數(shù)據(jù)管理層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。

數(shù)據(jù)源主要是學(xué)生、課程、教師等相關(guān)信息的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和和交流、日志、評(píng)價(jià)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)導(dǎo)人層主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)源定時(shí)導(dǎo)人到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的HDFS中。數(shù)據(jù)獲取層是將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，得到干凈、可用的數(shù)據(jù)，以Hbase表的形式輸出到數(shù)據(jù)管理層。數(shù)據(jù)服務(wù)層則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)挖掘，并將結(jié)果導(dǎo)回到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，再在數(shù)據(jù)應(yīng)用層

通過(guò)簡(jiǎn)單的二次分析生成報(bào)表。用戶在數(shù)據(jù)訪問(wèn)層通過(guò)瀏覽器查看生成的報(bào)表。

3.2功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

用分布式的設(shè)計(jì)理念對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分布式處理和集中管理的部署和開(kāi)發(fā)。根據(jù)系統(tǒng)需求分析的結(jié)果，確定如下功能模塊：系統(tǒng)維護(hù)模塊、用戶管理模塊、管理基礎(chǔ)模塊、課表管理模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、作業(yè)提交管理；報(bào)表生成模塊、選課模塊、排課模塊、成績(jī)模塊、收費(fèi)管理模塊和進(jìn)度管理、考核管理、在線輔導(dǎo)，針對(duì)具體課程的論壇的權(quán)限管理、交流信息自動(dòng)過(guò)濾等。

3.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)是目前應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)導(dǎo)人層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層均需要用到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server，而在數(shù)據(jù)管理層則采用的Hbase數(shù)據(jù)庫(kù)，兩者的數(shù)據(jù)模型基本相同。圖2所示的數(shù)據(jù)模型關(guān)系圖是公共選修課平臺(tái)主要業(yè)務(wù)表的ER圖。

4基于云計(jì)算的校際公共選修課平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建

開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建主要包括以下部分：

1）選擇4臺(tái)配置高的服務(wù)器構(gòu)建云計(jì)算集群，配置虛擬機(jī)使之可以在云計(jì)算集群上應(yīng)用；2）依據(jù)已建立的云計(jì)算架構(gòu)，建立集群平臺(tái)；3）將設(shè)計(jì)好的公共選修課平臺(tái)安裝在一臺(tái)PC機(jī)上，采用配置高額的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并且測(cè)試好各個(gè)服務(wù)器都與網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)接通；搭建云計(jì)算集群，做好各臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器的地址解析；安裝相關(guān)軟件統(tǒng)一管理云計(jì)算集群；4）為提高運(yùn)行管理的效率，將需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行密集操作要求的服務(wù)器整合到云集群中，利用軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)撥。5）配置計(jì)算機(jī)并部署應(yīng)用。

4.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于云計(jì)算的校際公共選修課平臺(tái)采用T/C架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，包括WebTerminal終端和Hadoop集群兩部分。WebTerminal終端實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)維護(hù)、用戶管理、課表管理、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表生成、選課、排課、成績(jī)、收費(fèi)管理；考核等功能，并將業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理后提交到平臺(tái)；Hadoop集群是實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)設(shè)施，由許多節(jié)點(diǎn)按相對(duì)固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的集群。經(jīng)過(guò)集群分析得到的結(jié)果再由服務(wù)器導(dǎo)出到WebTerminal終端，展示給用戶，系統(tǒng)前端頁(yè)面首頁(yè)如圖3所示。

以Hadoop和Hbase為基礎(chǔ)對(duì)高職校際公共選修課平臺(tái)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，形成高職校內(nèi)、校際公共選修課建設(shè)與共享的有效模式，既可以促進(jìn)本專業(yè)教師業(yè)務(wù)水平提升，也可以給學(xué)生更多資源選擇，從而最終促進(jìn)省內(nèi)同專業(yè)教學(xué)水平的提高。