基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)研究

李文全，徐素萍，李 丹

(韶關(guān)學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005)

0 引 言

加強(qiáng)高校信息化建設(shè)，以教育信息化促進(jìn)教育現(xiàn)代化發(fā)展是當(dāng)前高等教育發(fā)展的主要目標(biāo)。高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)管理系統(tǒng)作為高校信息化建設(shè)的重要組成部分，對(duì)提高學(xué)生綜合素質(zhì)，深化教育與教學(xué)改革，推進(jìn)素質(zhì)教育發(fā)展，促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，實(shí)現(xiàn)教育水平的提升具有重要意義[1-3]。近年來(lái)，隨著高校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，在校學(xué)生數(shù)量迅速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的紙質(zhì)管理方式難于滿足管理人員的日常需求，多數(shù)高校已建立了自己的學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)[4-5]。但這些系統(tǒng)相互獨(dú)立，各自為政，造成高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)重復(fù)開(kāi)發(fā)現(xiàn)象，而且在實(shí)際應(yīng)用中還存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)資源浪費(fèi)嚴(yán)重，高校的軟件資源無(wú)法共享，硬件設(shè)備無(wú)法整合。

(2)維護(hù)成本高，各高校投入大量金錢(qián)和精力開(kāi)發(fā)軟件和購(gòu)買(mǎi)硬件設(shè)備，分散模式使各高校配備維護(hù)團(tuán)隊(duì)，維護(hù)成本費(fèi)用高。

(3)隨著學(xué)生人數(shù)的增加，出現(xiàn)原有軟件和存儲(chǔ)設(shè)備難于滿足用戶需求的現(xiàn)象。

云計(jì)算是通過(guò)把大量分布的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起，構(gòu)建一個(gè)或若干個(gè)大規(guī)模的資源池，通過(guò)分布式計(jì)算和虛擬化技術(shù)，以免費(fèi)或者按需租用的方式向用戶提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)和軟件服務(wù)，具有超大規(guī)模、高可擴(kuò)展性、海量存儲(chǔ)、資源共享等特點(diǎn)[6-9]。它可以有效地解決當(dāng)前高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)管理中存在的問(wèn)題，并最大程度地減少投入，共享軟件與硬件資源。因此，文中結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，研究與設(shè)計(jì)了一種基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合測(cè)評(píng)管理系統(tǒng)。

1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證平臺(tái)具有較高的可靠性、可伸縮性和擴(kuò)展性，根據(jù)云計(jì)算的設(shè)計(jì)思想[10-11]，結(jié)合綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)的實(shí)際需求，基于云計(jì)算的高校綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、管理層、應(yīng)用層、用戶層組成，具體如圖1所示。架構(gòu)將數(shù)據(jù)應(yīng)用與資源管理分離，便于協(xié)同工作與資源共享，并保證平臺(tái)具有較高的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)

(1)基礎(chǔ)設(shè)施層。

基層設(shè)施層處于平臺(tái)架構(gòu)的最底層，為上層提供基礎(chǔ)物理資源，包括硬件資源、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，采用虛擬化技術(shù)和集群技術(shù)，通過(guò)高性能的虛擬服務(wù)器，消除硬件資源限制，將底層物理資源進(jìn)行抽象[12]，以云計(jì)算資源池方式為上層提供服務(wù)。

(2)數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)層是影響測(cè)評(píng)結(jié)果是否正確的關(guān)鍵，包括高校數(shù)據(jù)信息庫(kù)、學(xué)生數(shù)據(jù)信息庫(kù)、測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)信息庫(kù)、學(xué)生成績(jī)信息庫(kù)，以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)或文件。各類數(shù)據(jù)是綜合測(cè)評(píng)平臺(tái)的基礎(chǔ)和核心，對(duì)于學(xué)生、教師等結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，對(duì)于綜合測(cè)評(píng)的相關(guān)佐證材料，則采用文件形式存儲(chǔ)。

(3)管理層。

管理層負(fù)責(zé)整個(gè)云平臺(tái)的管理工作，對(duì)硬件資源、存儲(chǔ)資源等資源進(jìn)行按需調(diào)度與任務(wù)分配，為上層的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供運(yùn)行環(huán)境與服務(wù)支撐，在整個(gè)平臺(tái)的體系架構(gòu)中起著核心作用。它主要包括用戶管理、安全管理、服務(wù)管理、資源管理、任務(wù)管理、容災(zāi)支持、負(fù)載均衡、平臺(tái)管理。

(4)應(yīng)用層。

應(yīng)用層是整個(gè)綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)平臺(tái)的支架，提供各類與綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)有關(guān)的服務(wù)，該層包含了管理服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)兩層。管理服務(wù)主要是為用戶提供綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)的業(yè)務(wù)功能，包括高校信息管理、學(xué)生信息管理、課程成績(jī)管理、綜合測(cè)評(píng)管理、評(píng)優(yōu)評(píng)先管理等功能服務(wù)；應(yīng)用服務(wù)主要為用戶提供訪問(wèn)控制和數(shù)據(jù)服務(wù)。訪問(wèn)控制通過(guò)限制用戶的訪問(wèn)能力，防止非授權(quán)用戶的非法訪問(wèn)與授權(quán)用戶的非授權(quán)訪問(wèn)；數(shù)據(jù)服務(wù)將平臺(tái)中的數(shù)據(jù)封裝成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，支持新的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和為其他應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

(5)用戶層。

用戶層是平臺(tái)的終端用戶，主要包括高校教師、學(xué)生、班主任、輔導(dǎo)員、學(xué)生處、高校其他管理部門(mén)，如教務(wù)處、財(cái)務(wù)處等。登錄學(xué)生能實(shí)現(xiàn)在線申報(bào)個(gè)人德育、智育、文體、能力素質(zhì)分?jǐn)?shù)；高校教師、班主任和輔導(dǎo)員可對(duì)學(xué)生申報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核與管理；學(xué)生處與其他管理部門(mén)可依據(jù)綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)輔助決策。平臺(tái)支持PC端、移動(dòng)端等多種方式的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與管理操作。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)是通過(guò)自評(píng)和民主評(píng)議方式，結(jié)合學(xué)習(xí)課程成績(jī)和平時(shí)表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)德育、體育、智育、能力等方面素質(zhì)的數(shù)量化評(píng)價(jià)。目前，高校的測(cè)評(píng)方式普遍是紙質(zhì)收集，表格統(tǒng)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。其業(yè)務(wù)流程大致如圖2所示。學(xué)生處依據(jù)本校制定的綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)方法，設(shè)計(jì)紙質(zhì)測(cè)評(píng)表，并通過(guò)院系輔導(dǎo)員下發(fā)至班級(jí)測(cè)評(píng)小組；測(cè)評(píng)小組組織本班同學(xué)實(shí)事求是地填報(bào)德育、體育、智育、能力方面的基本分、獎(jiǎng)勵(lì)分和扣分情況，并標(biāo)注清楚獎(jiǎng)勵(lì)理由和扣分原因；測(cè)評(píng)小組在查閱相關(guān)記錄和佐證材料后，依據(jù)測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)權(quán)重,公開(kāi)公平公正地計(jì)算出每位學(xué)生的測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù),并上交至本院系班主任或輔導(dǎo)員審核，審核通過(guò)后，將測(cè)評(píng)結(jié)果上報(bào)到學(xué)生處，完成學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)的收集工作。學(xué)生處根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并上報(bào)至學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)。通過(guò)業(yè)務(wù)流程的分析可知，整個(gè)過(guò)程存在數(shù)據(jù)采集效率低，易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，不夠公開(kāi)透明等問(wèn)題，因此，迫切需要高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)的管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的信息化管理。

圖2 業(yè)務(wù)流程

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)高校實(shí)地調(diào)查和人員訪談，在詳細(xì)分析數(shù)據(jù)流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了高校高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)平臺(tái)的功能，主要包括系統(tǒng)管理、身份認(rèn)證、綜合測(cè)評(píng)管理、評(píng)優(yōu)評(píng)先管理、網(wǎng)上咨詢管理、數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)交換六大模塊。

(1)系統(tǒng)管理。

提供系統(tǒng)正常運(yùn)行所必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和安全性管理。它包括高校信息管理、學(xué)生信息管理、課程成績(jī)管理、測(cè)評(píng)政策管理、授權(quán)訪問(wèn)、角色管理。

(2)身份認(rèn)證。

通過(guò)多種身份論證方式，認(rèn)證登錄用戶的身份，只有合法授權(quán)人員才能進(jìn)入平臺(tái)。認(rèn)證方式包括郵箱認(rèn)證、短信認(rèn)證、微信認(rèn)證等。

(3)綜合測(cè)評(píng)管理。

學(xué)生在指定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)個(gè)人德育成績(jī)、智育成績(jī)、文體成績(jī)、能力成績(jī)的在線填報(bào)，具有審核權(quán)限的測(cè)評(píng)小組、輔導(dǎo)員和學(xué)生處根據(jù)學(xué)生上交的佐證材料和上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性和真實(shí)性審核。審核通過(guò)后的數(shù)據(jù)將是最終查詢統(tǒng)計(jì)的來(lái)源數(shù)據(jù)。

(4)評(píng)優(yōu)評(píng)先管理。

實(shí)現(xiàn)學(xué)生評(píng)優(yōu)秀和評(píng)先進(jìn)的在線申請(qǐng)和審核。平臺(tái)將根據(jù)學(xué)生個(gè)人課程成績(jī)和綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)排名羅列其可以申請(qǐng)的評(píng)優(yōu)評(píng)先項(xiàng)目，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間申報(bào)后，院系輔導(dǎo)員將根據(jù)學(xué)校文件要求審核每位申報(bào)者的資格條件，學(xué)生處確認(rèn)并發(fā)文公示。

(5)網(wǎng)上咨詢管理。

對(duì)綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)填報(bào)，學(xué)校政策，評(píng)優(yōu)秀、評(píng)先進(jìn)的過(guò)程不清楚或?qū)Y(jié)果有疑問(wèn)，可以進(jìn)行在線咨詢和投訴，避免在評(píng)價(jià)過(guò)程中的主觀隨意性，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的公正性和權(quán)威性。

(6)數(shù)據(jù)報(bào)表。

各類成員在權(quán)限范圍內(nèi)對(duì)綜合測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)和評(píng)優(yōu)評(píng)先信息進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)，按要求生成各類數(shù)據(jù)報(bào)表，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供數(shù)據(jù)支持。

(7)數(shù)據(jù)交換。

將平臺(tái)中形成的各類數(shù)據(jù)封裝，以Web服務(wù)形式向外部提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，為數(shù)字化校園建設(shè)的其他應(yīng)用提供數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)的共享。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)的功能需求，在Hadoop上搭建了分布式云計(jì)算平臺(tái)，通過(guò)Hadoop在現(xiàn)有服務(wù)器上構(gòu)建了集群環(huán)境，充分利用了大規(guī)模集群的能力進(jìn)行高速運(yùn)算和存儲(chǔ)[13-14]。云服務(wù)器端采用Linux操作系統(tǒng)，Web應(yīng)用服務(wù)器采用Apache，平臺(tái)頁(yè)面采用Asp.net開(kāi)發(fā)。由于平臺(tái)數(shù)據(jù)具有海量性特征，因此云數(shù)據(jù)服務(wù)器采用了SQL Server管理。在數(shù)據(jù)庫(kù)中主要建立了德育測(cè)評(píng)表、智育測(cè)評(píng)表、文體測(cè)評(píng)表、能力測(cè)評(píng)表、綜合測(cè)評(píng)表、獎(jiǎng)項(xiàng)表、評(píng)優(yōu)表、成績(jī)表、課程表、學(xué)生表、班級(jí)表、學(xué)院表、教師表、高校表等數(shù)據(jù)庫(kù)表。平臺(tái)部署在專門(mén)機(jī)房，當(dāng)接收到用戶請(qǐng)求時(shí)，平臺(tái)將根據(jù)用戶的角色和身份，接入相應(yīng)高校，并提供相應(yīng)的操作功能。

3 系統(tǒng)測(cè)試

(1)測(cè)試環(huán)境。

基于Hadoop的高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)平臺(tái)是基于主從架構(gòu)，包含一個(gè)單獨(dú)的Master節(jié)點(diǎn)和多個(gè)Slave節(jié)點(diǎn)服務(wù)器。在測(cè)試過(guò)程中共使用了現(xiàn)有的5臺(tái)普通服務(wù)器，將其中一臺(tái)作為Master服務(wù)器，負(fù)責(zé)平臺(tái)的Name Node 和Job Tracker工作，另外4臺(tái)作為Salve服務(wù)器，負(fù)責(zé)平臺(tái)的Data Node和 Task Tracker工作。Master服務(wù)器分配4CPU、13 G內(nèi)存、3 T容量大小的硬盤(pán)；Slave服務(wù)器分配2 G內(nèi)存、4CPU、1 T容量大小的硬盤(pán)。所有服務(wù)器采用Linux發(fā)行的CentOS6.1操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用100 Mbps以上的SAN交換機(jī)和路由器，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2008，由以上軟硬件共同搭建系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境。對(duì)Hadoop平臺(tái)配置完成后，將高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)平臺(tái)部署到云平臺(tái)中。性能測(cè)試軟件采用LoadRunner11，通過(guò)模擬大量用戶實(shí)施并發(fā)訪問(wèn)與執(zhí)行平臺(tái)的各項(xiàng)功能，對(duì)平臺(tái)的負(fù)載和性能指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以評(píng)估系統(tǒng)的性能。

(2)測(cè)試結(jié)果分析。

利用LoadRunner11測(cè)試軟件，分別模擬出大量用戶并發(fā)訪問(wèn)和隨機(jī)執(zhí)行平臺(tái)功能，對(duì)云平臺(tái)的負(fù)載壓力進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)，將平臺(tái)的壓力測(cè)試結(jié)果與傳統(tǒng)的基于Web方式的高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較分析。在測(cè)試過(guò)程中，分別模擬了1 000，3 000，5 000，7 000，9 000個(gè)客戶端用戶訪問(wèn)云平臺(tái)和傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)，以評(píng)估在不同壓力梯度下的負(fù)載性能，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 性能測(cè)試結(jié)果

從圖3可以看出，當(dāng)用戶數(shù)在1 000時(shí)，基于Web方式的和基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間基本相同；隨著用戶數(shù)的增加，響應(yīng)時(shí)間也在增長(zhǎng)，但基于Web方式的增長(zhǎng)較快；當(dāng)用戶量達(dá)到5 000時(shí)，基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合素質(zhì)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，說(shuō)明云平臺(tái)的負(fù)載均衡能力發(fā)揮了作用；當(dāng)用戶數(shù)達(dá)到7 000時(shí)，基于Web方式的系統(tǒng)負(fù)載明顯加大，響應(yīng)時(shí)間延時(shí)明顯；當(dāng)用戶數(shù)據(jù)達(dá)到9 000時(shí)，CPU高速運(yùn)轉(zhuǎn)，占用大量?jī)?nèi)存，客戶端的響應(yīng)時(shí)間延遲嚴(yán)重，而基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合素質(zhì)平臺(tái)運(yùn)行基本正常，響應(yīng)時(shí)間稍有延遲，但不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。說(shuō)明云計(jì)算充分利用了各服務(wù)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，將大量的并發(fā)訪問(wèn)分?jǐn)偟蕉嗯_(tái)服務(wù)節(jié)點(diǎn)上分別處理，減少了用戶等待的響應(yīng)時(shí)間。因此，隨著用戶數(shù)的增長(zhǎng)，基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)系統(tǒng)的性能優(yōu)于基于傳統(tǒng)方式的測(cè)評(píng)系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)管理中存在的問(wèn)題，為了最大程度避免資源浪費(fèi)，減少高校投入，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件資源的共享，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)平臺(tái)。通過(guò)實(shí)際環(huán)境測(cè)試，比較與分析了基于Web方式和基于云計(jì)算的高校學(xué)生綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)的壓力性能，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的云計(jì)算平臺(tái)能夠充分利用已有設(shè)備，具有較強(qiáng)的負(fù)載均衡能力，可以有效地提高平臺(tái)的整體性能。通過(guò)該平臺(tái)的應(yīng)用，可以有效減輕相關(guān)管理人員的工作量，提高工作效率。