基于Hadoop的教學(xué)質(zhì)量管理平臺研究

呂太之，李慶照，張 娟

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，南京 211170）

0 引言

21世紀(jì)以來，中國的發(fā)展日新月異，尤其是近幾年，隨著新一代信息技術(shù)的普及和應(yīng)用，各行各業(yè)更是有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。社會的進(jìn)步與發(fā)展需要更多高素質(zhì)的技能人才，這就對職業(yè)教育人才培養(yǎng)提出了更高的要求。教育部為貫徹落實《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》，于2015年編制了《全國高等職業(yè)教育創(chuàng)新行動與發(fā)展規(guī)劃（2015-2018年）》。該規(guī)劃明確提出高職院校應(yīng)遵循需求導(dǎo)向、自我保證、多診斷、注重改進(jìn)的指導(dǎo)原則。2015年，教育部發(fā)布《高等職業(yè)院校內(nèi)部質(zhì)量保證體系診斷與改進(jìn)指導(dǎo)方案》（教職成〔2015〕168號），明確提出要提升教學(xué)質(zhì)量管理信息化水平，為高職院校內(nèi)部管理與決策提供支持[1]。2019年國務(wù)院印發(fā)的《國家職業(yè)教育改革方案》（“職教20條”）將進(jìn)一步推動職業(yè)教育的改革，讓職業(yè)教育符合社會發(fā)展的需求[2]。

當(dāng)前職業(yè)教育現(xiàn)狀窘迫，除了社會對職業(yè)教育存在誤解之外，也與職業(yè)教育自身的教學(xué)質(zhì)量有著密切的關(guān)系。隨著“職教20條”的貫徹落實，職業(yè)教育的地位也將會得到提升，職業(yè)教育的春天即將到來[2]。高職院校教學(xué)質(zhì)量管理是保證教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是高職教育改革的重要方面[3]。作為高等職業(yè)院校，要抓住時機，不斷深化教學(xué)質(zhì)量管理，從根本上提升教學(xué)質(zhì)量。

信息化技術(shù)已在高職教育中廣泛應(yīng)用，如在線開放課程的開發(fā)、教學(xué)資源庫的建設(shè)等。通過信息化建設(shè)，高職教育教學(xué)質(zhì)量得到了明顯提升[4]。但在教學(xué)質(zhì)量管理方面，如教學(xué)質(zhì)量文件管理、聽課管理等，許多高職院校依然采用手工模式，效率低下。為了認(rèn)真貫徹《全國高等職業(yè)教育創(chuàng)新行動與發(fā)展規(guī)劃（2015-2018年》），提高教學(xué)質(zhì)量管理信息化水平，本課題組設(shè)計并開發(fā)了基于Hadoop的教學(xué)質(zhì)量管理平臺。

1 需求分析

1.1 功能需求

功能需求分析是教學(xué)質(zhì)量管理平臺開發(fā)過程中最為關(guān)鍵的一環(huán)[5]。教學(xué)質(zhì)量管理平臺服務(wù)于教學(xué)管理，應(yīng)用對象包括高職院校教師、學(xué)生、教學(xué)管理人員。系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是提高教學(xué)質(zhì)量管理信息化水平，主要內(nèi)容包括下述三個方面。

（1）教學(xué)質(zhì)量文件的管理。傳統(tǒng)方式下，教學(xué)質(zhì)量文件以紙質(zhì)方式存檔，不便于查詢和保存。而通過教學(xué)質(zhì)量管理平臺將電子文件存檔，可以方便地傳輸與使用。

（2）問卷調(diào)查的管理。管理員通過平臺可以設(shè)計各類與教學(xué)質(zhì)量管理相關(guān)的問卷，學(xué)生可以參與問卷調(diào)查，教師和管理員則可以通過平臺查看問卷分析結(jié)果。

（3）聽課記錄的管理。教師互相聽課是提高教學(xué)質(zhì)量的一種重要手段，聽課記錄是對教師和教務(wù)人員旁聽其他教師授課過程的記錄。傳統(tǒng)方式下，聽課記錄被教學(xué)管理部門簡單歸檔，很少被用來做進(jìn)一步分析。而通過教學(xué)質(zhì)量管理平臺可以將聽課記錄電子化后進(jìn)行統(tǒng)計和分析，給出有利于提高教學(xué)質(zhì)量的建議。

1.2 非功能需求

教學(xué)質(zhì)量管理系統(tǒng)需兼容主流瀏覽器，其中包括Google、火狐、IE等，可能會因為瀏覽器的不同，顯示出些許差別，但并不影響總體的使用。為了保證系統(tǒng)能夠長期、穩(wěn)定、高效地運行，系統(tǒng)應(yīng)滿足易操作性和易維護(hù)性，即系統(tǒng)操作簡單易用，代碼邏輯簡明清楚，系統(tǒng)響應(yīng)時間快（由于是校園網(wǎng)訪問，大部分操作能在5秒鐘以內(nèi)響應(yīng)）。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 功能設(shè)計

系統(tǒng)主要分為前臺和后臺兩個部分。對于后臺管理員而言，主要功能有用戶管理、通知公告、最新消息、留言管理、質(zhì)量文件管理、問卷管理、問卷分析、聽課記錄及評論管理等。對于前臺普通用戶而言，其主要功能有登陸、注冊、問卷調(diào)查、質(zhì)量管理文件查詢、信息瀏覽、公告瀏覽等。教學(xué)質(zhì)量管理平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 教學(xué)質(zhì)量管理平臺結(jié)構(gòu)

2.2 基于SSM框架的實現(xiàn)

教學(xué)質(zhì)量管理平臺基于MVC的設(shè)計思想開發(fā)，將數(shù)據(jù)層與視圖層、控制器層進(jìn)行分離，以提高開發(fā)的效率，降低開發(fā)的復(fù)雜性，便于系統(tǒng)維護(hù)和功能擴充。SSM框架作為實現(xiàn)MVC模式的一種技術(shù)[7]，被應(yīng)用于本系統(tǒng)的開發(fā)。SSM框架在系統(tǒng)中的應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示。

平臺中用戶訪問某功能模塊時，首先通過攔截器進(jìn)行權(quán)限判斷、字符編碼和日志記錄等操作。授權(quán)用戶的請求被傳遞給Spring MVC中的Dis patcherServlet類，由其根據(jù)訪問地址將請求轉(zhuǎn)交給相應(yīng)的業(yè)務(wù)功能Controller來處理。訪問地址和控制器之間的綁定是通過注解的方式來實現(xiàn)的。如訪問地址是/qualitydocument/add，則調(diào)用控制器類QualityDocumentController類的add方法。業(yè)務(wù)邏輯層通過Spring+MyBatis實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的CRUD操作。

圖2 SSM應(yīng)用架構(gòu)圖

2.3 基于Hadoop的分布式文件存儲

Hadoop 的核心組件 HDFS（Hadoop Distributed File System）用于實現(xiàn)分布式計算中數(shù)據(jù)存儲功能，具有高容錯、高可靠性、高可用性、高可擴展性以及高吞吐率等特點[8]。平臺調(diào)用HDFS的API接口，實現(xiàn)文件的讀寫等多種操作。質(zhì)量管理文件和聽課記錄等存儲在HDFS集群上，確保了數(shù)據(jù)的可靠性。

3 基于Docker的分布式部署

為了提高可靠性和吞吐量，平臺基于Nginx+Docker實現(xiàn)分布式部署。Docker容器啟動非常迅速，性能接近于原生機器[9]，同時構(gòu)建的Docker容器可以在云平臺、Windows、Linux等系統(tǒng)上運行，大大簡化了持續(xù)集成和測試的過程?；贒ocker的分布式部署如圖3所示。

圖3 分布式部署

負(fù)載平衡器（Load Balance）是把HTTP訪問請求分散到Web服務(wù)器集群中的可用服務(wù)器上，部署采用Nginx實現(xiàn)負(fù)載均衡。Nginx作為負(fù)載平衡器可以實現(xiàn)多種訪問請求分配算法[10]。負(fù)載監(jiān)視器（Monitor）負(fù)責(zé)監(jiān)視當(dāng)前的訪問請求量，并根據(jù)設(shè)置的閾值調(diào)整當(dāng)前Docker節(jié)點的數(shù)量。彈性控制器（Elastic Controller）根據(jù)監(jiān)視器的指令完成Docker節(jié)點的添加或刪除操作。啟動的Docker容器可以作為Web服務(wù)器集群中的一臺Web服務(wù)器。每個Docker容器具有相同的配置，安裝CentOS操作系統(tǒng)、Java 1.8和Tomcat 9.0，教學(xué)質(zhì)量管理平臺部署在Tomcat服務(wù)器上。Docker鏡像庫存儲了Docker容器啟動的鏡像文件。

4 結(jié)語

教學(xué)質(zhì)量管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，提高了教學(xué)質(zhì)量管理信息化水平，能夠大大節(jié)省時間和人力。系統(tǒng)將HDFS文件存儲技術(shù)、SSM框架技術(shù)、Docker虛擬化技術(shù)、Nginx等技術(shù)整合到項目開發(fā)和部署上，提升了項目開發(fā)效率，增強了系統(tǒng)的實用性，也為以后功能的擴充打下了基礎(chǔ)。系統(tǒng)基于問卷調(diào)查和聽課記錄的結(jié)果實現(xiàn)了簡單的分析與統(tǒng)計功能。大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展為深入挖掘問卷調(diào)查和聽課記錄中的有用信息提供了技術(shù)支撐，下一步將重點研究如何深入挖掘?qū)μ岣呓虒W(xué)質(zhì)量管理有用的信息。