基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的大類招生背景下校院兩級督導信息化平臺開發(fā)研究

李健　齊跡　胡雅婷　陳元暉

摘要：針對當前高校信息化平臺建設存在的問題，尤其是目前尚無校院兩級的督導信息化平臺，在B/S、C/S網(wǎng)絡模式交叉混用的基礎(chǔ)上，基于大數(shù)據(jù)搭建了教學督導信息Hadoop平臺和環(huán)境，設計了一個集教務、教學、監(jiān)督、數(shù)據(jù)統(tǒng)計于一體的新平臺。在大類招生的背景下，采用MapReduce計算框架對海量督導數(shù)據(jù)進行處理，應用數(shù)據(jù)挖掘算法進行平臺數(shù)據(jù)的分析及對教學的指導作用，完成不同角度、不同層次的教學過程與學習過程數(shù)據(jù)采集，從根本上提高督導工作效率，解決教學過程中的種種問題，有利于高校在人才機制體制改革的今日，源源不斷的培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);大類招生;督導;信息化平臺

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0028-05

近年來，大類招生政策在“厚基礎(chǔ)，寬口徑”的原則下，建立了“全校通修課程+學科通修課程+專業(yè)發(fā)展課程+開放選修課程”的新型模塊化課程體系，引入第二課堂資源，建立多元化的實踐教學育人體系，并且為了適應高等教育大眾化、社會人才需求多樣化、學生發(fā)展個性化的要求，新政策進行了管理制度的創(chuàng)新[1]。從通識教育平臺和專業(yè)特色培養(yǎng)兩個方面進行學分制，以落實培養(yǎng)應用型人才，實現(xiàn)學生的自主學習、持續(xù)發(fā)展和個性發(fā)展的培養(yǎng)目標。通過模塊化課程體系、多元化實踐教學育人體體系、學分制運行管理機制來貫徹落實服務國家和地方經(jīng)濟社會發(fā)展的宗旨。為更好地對大類分流進行引導，提高學校管理效率，在當下的知識經(jīng)濟時代培養(yǎng)復合型人才，平衡冷門專業(yè)，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)機制逐漸被社會淘汰，大類招生勢在必行。高校督導起到教學的督促與引導作用，是維護高校教學秩序不可或缺的部分。然而，隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，高校教學督導工作逐漸表現(xiàn)出一些問題，開發(fā)一套有效的適合大類招生背景的督導信息化管理平臺迫在眉睫。

1 高校督導信息化平臺建設的背景和意義

目前，高校督導主要的職責為“督教、督學、督管”，即對高校的教學管理情況、教師教學情況、學生學習情況進行監(jiān)督和完善，具體實施形式主要包括隨堂聽課、進行教學巡視檢查、教學文件檢查和組織學生評教等。教學督導工作在維護教學秩序、提升教學質(zhì)量方面發(fā)揮了重要作用。

當前高校教學督導多采用隨堂聽課的方式，對一線教學情況抽樣調(diào)查，重點關(guān)注第一堂課上教師的授課水平。然而就教學而言，一門完整系統(tǒng)的學科課程只進行2～3次的督導聽課很難客觀評價出其真實水平。在網(wǎng)絡化飛速發(fā)展的今天，學生獲取學習資料的手段和方法已突破了物理空間的限制，學生的學習呈現(xiàn)碎片化的特點[2]。因此，對學生學習情況的監(jiān)督僅僅依靠課堂上的觀測，將其觀測結(jié)果與考試成績相結(jié)合進行分析，其雖然有一定的相關(guān)聯(lián)性，但很難實現(xiàn)真正抓到學生的實際情況，能夠有針對性的指導。經(jīng)常出現(xiàn)教學方法在更新，教學內(nèi)容在更新，而學生的學習情況并不是很理想的情況。在實際工作中，教學督導工作將大量的人力放在監(jiān)督上，“導”的方面實踐和深入研究方面就會在時間和空間上大大壓縮[3]。在結(jié)果應用方面，明顯表現(xiàn)為結(jié)果應用單一，督導工作影響不足，對于教改方面無法提供科學嚴謹?shù)母母锝ㄗh，使得教學督導在督管方面成效成為“短板”。因此，目前高校督導工作存在抽樣調(diào)查的督教方式科學性不足、對于學生督學的觀測點不足和教學指導不足的問題。由于目前正在使用的教育信息平臺難以適應督導工作的需求，在方便學校管理、服務廣大師生的重要前提下，開發(fā)校院兩級的督導信息化平臺迫在眉睫。

2 高校督導信息化平臺方案設計

隨著信息化和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，我們正經(jīng)歷著一場“數(shù)據(jù)革命”。我們正生活在各種信息、數(shù)據(jù)充斥著的社會。不斷地制造信息的同時，也被各種信息影響著。在此基礎(chǔ)上發(fā)展而成的大數(shù)據(jù)技術(shù)成為了高校教學督導工作新的手段和方法[4]。大數(shù)據(jù)環(huán)境中，不同的信息來源、不一致的信息格式、不同時段的變化都將被記錄下來。實現(xiàn)由點線式的數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)化為立體式的數(shù)據(jù)區(qū)塊，完成對研究對象全方位的覆蓋。

利用信息技術(shù)采集有效的教學評價信息，進行詳盡分析，用于提高教師教學水平，成為教學督導有效開展工作的重要手段。利用大數(shù)據(jù)算法高效處理數(shù)據(jù)，既能使得督導管理人員從重復性的統(tǒng)計工作中解脫出來，提高教學督導的工作效率，也能給教師教學質(zhì)量的提高提供重要參考依據(jù)。

第一階段：在調(diào)研和信息資料收集整理的基礎(chǔ)上，提出教學督導信息化平臺開發(fā)建設的整體方案;收集以往的教師教學過程性評價信息，采集新的教師教學、學生學習過程信息。

第二階段：基于大數(shù)據(jù)信息，搭建教學督導信息平臺。研究Vmware環(huán)境設置、Hadoop搭建及MapReduce數(shù)據(jù)處理，總結(jié)完善研究成果。

第三階段：基于平臺進行督導數(shù)據(jù)分析、督導結(jié)果反饋和督導教學引導，指導教學改革和管理。

3 高校督導信息化平臺系統(tǒng)總體設計

（1）平臺功能概述

相較于傳統(tǒng)的信息化平臺，新平臺在兼容基礎(chǔ)教務管理系統(tǒng)上，新增監(jiān)督管理系統(tǒng)以及分流管理系統(tǒng)，旨在解決督導聽課便捷度的問題和不同課堂類型區(qū)分的問題。同時，由于網(wǎng)上教學系統(tǒng)的引入，方便了教師的資料上傳與匯總，在基于B/S，C/S網(wǎng)絡架構(gòu)交叉混用的基礎(chǔ)上加入數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)，解決了成績和不足反饋不及時的問題，極大地提高學校督導的工作效率。

（2）平臺物理構(gòu)架設計

本系統(tǒng)的核心在于利用現(xiàn)代化的計算機與網(wǎng)絡技術(shù)，開發(fā)出一款在大類招生背景下能夠滿足廣大師生工作生活督以及學校督導工作要求的信息化新平臺。因此，明確系統(tǒng)的物理構(gòu)架能是設計的首要前提，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

兩級督導信息化平臺應該滿足的基本功能，主要分為五個部分：1）教學管理模塊，主要提供廣大師生的課程學習;2）常規(guī)的教務管理模塊，該模塊主要提供一些基本信息的查詢;3）分流模塊，供學生在大類分流選擇專業(yè)和導師時使用;4）監(jiān)督模塊，學校督導基于該模塊對教師課堂表現(xiàn)進行監(jiān)督評議;5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊，及時統(tǒng)計、分析學生成績以及在教師在課堂上存在的問題不足。

除上述主要功能模塊外，還有一些非功能性的模塊，受制于環(huán)境的影響，其主要應用于系統(tǒng)的完全穩(wěn)定問題以及系統(tǒng)的更新維護等。

（3）平臺網(wǎng)絡構(gòu)架設計

目前主流的網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有C/S （Client/Sever）和B/S（Browser/Sever）兩種模式。其中C/S結(jié)構(gòu)是一種典型的兩層結(jié)構(gòu)，應用程序分為兩大部分：一部分用于處理數(shù)據(jù)庫，稱為服務器部分，用于執(zhí)行后臺服務;另一部分稱為客戶端部分，負責執(zhí)行前臺功能，用戶通過應用程序向客戶機提出數(shù)據(jù)要求，服務器接收請求并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務，再將信息反饋至客戶端[5]。B/S結(jié)構(gòu)則是將應用程序模塊單獨作為一層放在Web服務器上，Web服務器將數(shù)據(jù)請求轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫服務器能接受的形式，數(shù)據(jù)庫服務器執(zhí)行相應的操作，將信息經(jīng)由Web服務器反饋至用戶，用戶只需要安裝瀏覽器便可通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳與下載。

一般而言，平常接觸的大多數(shù)項目都應該是單純使用B/S或是C/S、B/S是目前流行的架構(gòu)，瀏覽器的方式使得用戶的使用十分方便，用戶可以何時何地通過Internet訪問URL而進行相應的工作，升級維護也能比較集中，但是由于瀏覽器的表現(xiàn)能力受限以及安全問題，從而飽受非議。C/S架構(gòu)的C端有非常強的處理能力，所以在交互表現(xiàn)和安全方面可以做得比瀏覽器強，但是缺點也是非常明顯的，安裝部署、升級維護、版本兼容都比較棘手，一般的適用場景是集中的辦公室場所，用戶使用范圍相對穩(wěn)定，以及一些對業(yè)務處理非常復雜的場合，為了降低服務器的負荷，同樣需要C模式的支持[6]。

由于該平臺主要服務于教師，督導和學生，前二者辦公地點固定，且對數(shù)據(jù)安全的要求較為嚴格，故采用C/S網(wǎng)絡模式，后者由于大多數(shù)采用手機上網(wǎng)，從便捷性考慮采用B/S網(wǎng)絡模式，因此整個新平臺在傳統(tǒng)的B/S、C/S模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合二者的優(yōu)勢，采用B/S、C/S混合的網(wǎng)絡系統(tǒng)模式，建立云計算的教學督導數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)境下的計算、存在資源的有效共享，采用Vmware實施服務器虛擬化以提高服務器利用率。在保證安全性的同時，也具備極好的便攜性，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

可見，督導通過該平臺向教師進行聽課監(jiān)督，教師隨即通過該結(jié)構(gòu)進行交互反饋。與此同時，教師通過該系統(tǒng)開展在線答疑、考試等一系列教學活動。當執(zhí)行階段受阻或者系統(tǒng)崩潰時，教師可以將問題反饋至督導，從而進行下一步的工作。

4? 高校督導信息化平臺系統(tǒng)功能模塊設計

（1）基礎(chǔ)教務模塊

基礎(chǔ)教務模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖3所示，該模塊主要展示基本信息，學生通過系統(tǒng)可以查詢到相關(guān)的學籍信息，課程信息以及專業(yè)培養(yǎng)方案。該系統(tǒng)提供督導和教師信息的查詢，方便學生與進行其及時的交流和溝通。同時設置教室信息這一板塊，解決學習場所的問題。

（2）教學管理模塊

教學管理模塊設計如圖4所示，其主要包括四個部分：教師在線授課，信息采集、學生利用教師上傳的資源以及學生自主完成作業(yè)和考試。教師在通過Internet進行授課的過程中，可以充分利用互聯(lián)網(wǎng)上的媒體教學資源，采用靈活的教學方式，提高學生的學習積極性[7]。學生在線下借助資料自主學習，在線上完成布置的作業(yè)以及最終的考試;學生的成績由系統(tǒng)自動批改，可立即獲知。

通過建立教學大數(shù)據(jù)庫，可以采用信息技術(shù)手段收集教師教學過程性評價信息：一方面，采集歷史數(shù)據(jù)，例如學生圖書館學習、借閱數(shù)目數(shù)量等;另一方面，將學生的教評數(shù)據(jù)和老師的課堂實際情況相關(guān)聯(lián)，多渠道采集教師教學、學生學習過程數(shù)據(jù)。

教學管理模塊在實施時，其控制步驟如圖5所示。教師在課程講解階段提出問題，供學生們互動交流;學生自主討論提交課后任務，教師根據(jù)結(jié)果進行教學成果的階段性分析;若效果較差則加大對某一問題的講解力度，多次講解;若效果一般，教師則對學生進行相應的引導，加深其對知識的理解程度;若效果良好，則進入下一階段的學習。

（3）分流管理模塊

分流管理模塊是大類招生背景下產(chǎn)生的新模塊，其操作步驟如圖6所示。主要分為三個部分：綜合查詢，專業(yè)選擇以及導師雙選。

首先，學生查詢掌握自己的成績與排名情況，對專業(yè)的選擇有一定的了解;進一步通過系統(tǒng)提交專業(yè)選擇，由于不同專業(yè)的人數(shù)限制不同，一旦出現(xiàn)專業(yè)滿額，系統(tǒng)將根據(jù)志愿的先后順序進行自動調(diào)整，從而進入到下一步的導師雙選階段，在此階段學生可以通過互動模塊與教師溝通交流;在指定時間內(nèi)的學生若沒有完成導師雙選，學院將根據(jù)實際情況進行安排，并進行最終公示以及上報學校教務部門匯總。

需要明確的是，在分流的整個過程中起主導作用的是學生自己，學生通過該信息化平臺系統(tǒng)，自主完成志愿填報以及導師選擇，系統(tǒng)根據(jù)學生端上傳的數(shù)據(jù)信息進行調(diào)整，并傳輸至學院客戶端，簡化了傳統(tǒng)分流機制的過程，同時也減少了學院以及學校的工作量，真正實現(xiàn)學院學校對分流管理的兩級督導作用。

（4）監(jiān)督管理模塊

監(jiān)督管理模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要包括三個部分：聽課任務管理，雙向交互以及教師評議。聽課任務管理主要收藏督導歷史聽課記錄以及督導的聽課預約記錄，減少了督導與教師溝通時間，同時也方便教師備課;雙向交互模塊基于學校Intranet，保證督導在線與教師進行交流互動。不同于常規(guī)的聽課模式，引入交互的兩級督導信息化平臺增強了教師授課的可視性與真實性。督導基于教師評議模塊，根據(jù)教師授課的精神狀態(tài)、方法等教學評定標準進行打分并給出相關(guān)建議，如果教師得分過低，需進行多次聽課，直至達到學校標準[8]。此舉旨在幫助教師提高教學水平，改善課堂教學質(zhì)量，監(jiān)督管理模塊的控制步驟如圖8所示。

（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊

數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊由三個部分組成，分別是數(shù)據(jù)統(tǒng)計，歷史數(shù)據(jù)分析和問題反饋。督導基于上述的分流管理以及監(jiān)督管理模塊，獲取到教師聽課的得分情況以及學生的成績情況，在系統(tǒng)中進行各項數(shù)據(jù)的分類匯總。利用MySQL工具，系統(tǒng)自動為督導生成該教師的分析報告，督導根據(jù)報告和自身經(jīng)驗，有針對性地對教師的教學提出整改意見，教師能在系統(tǒng)上同時看到分析報告和整改意見。數(shù)據(jù)分析不能僅僅是按照加權(quán)公式計算出一個分數(shù)或者結(jié)果，還應給出制約教師授課質(zhì)量的影響因素[9]。教學督導工作的每一個階段、每一項任務最終目的都是為了提升教師課堂教學效果、提升學生學習動力、提高學校的教學質(zhì)量。教學督導信息只有得到迅速的反饋，才能有效地幫助教師提高教學質(zhì)量，由于教學督導結(jié)果涉及個人隱私，因此系統(tǒng)應提供數(shù)據(jù)文件導出功能，按照單位把教學督導結(jié)果導出以電子郵件或其他手段下發(fā)到所在單位和個人，進而指導教學改革[10]。

通過利用大數(shù)據(jù)信息的多樣性，有利于解決督學過程中監(jiān)測點不足的問題。大數(shù)據(jù)樣本的完整性可以從不同角度、不同層次和多個方向觀察和研究數(shù)據(jù)，這樣不僅能夠反映事物的發(fā)展規(guī)律，預測其未來的發(fā)展趨勢，還能夠避免隨機抽樣的不足。與此同時，通過對比分析、趨勢分析以及數(shù)據(jù)挖掘有利于解決督教過程中隨機聽課的弊端以及督學過程中監(jiān)測點不足的問題。可見，該平臺不僅為督導提供監(jiān)測信息，也能夠起到一定的引導作用。

5 基于大數(shù)據(jù)的督導信息化平臺系統(tǒng)測試

為了更好地完善督導信息化平臺，在模擬教學環(huán)境下對該系統(tǒng)的部分功能進行了測試針對教學管理模塊，在課程管理界面里包括了教學資料、教學錄像等內(nèi)容，教師可在該界面上完成課程內(nèi)容管理、上傳課程資源，如圖10所示。教學資料上傳的界面如圖11所示，教師需要完成相關(guān)信息的輸入，例如教學標題以及視頻說明等。學生學習記錄界面如圖12所示，該界面記錄學生在線學習的基本信息，包括課程名稱等。管理員操作界面如圖13所示，主要包括學生和教師的基本信息，督導基于此操作界面完成對數(shù)據(jù)信息的采集，如學生成績、圖書借閱情況、評教等，同時可以通過此界面完成信息數(shù)據(jù)的分析。進而系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)挖掘的方法自動生成分析報告，督導根據(jù)報告對教師做出評價和指導。

最后進行系統(tǒng)的性能測試，其結(jié)果如圖 14 所示。測試顯示：在Web 能力測試中，每秒請求速率為12次，總計請求60次;當60次全部收到響應后，表明了系統(tǒng)的成功率達到了100%。

6 結(jié)語

本文結(jié)合高等教育教學督導建設，對高校教育督導評估技術(shù)、方法研究進行研究與實踐，開發(fā)了一套有效的適合大類招生背景的督導信息化管理平臺。通過不同角度、不同層次的教學過程與學習過程數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域知識，研究教學督導信息化平臺開發(fā)與建設，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對督導數(shù)據(jù)進行分析、結(jié)果反饋，進而指導教學改革與建設，為教學管理提供建議和依據(jù)?；谠朴嬎憬⒍綄畔⒒脚_，實現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)境下的計算、存在資源的有效共享，采用Vmware實施服務器虛擬化提高服務器利用率，增強平臺的可操作性、先進性和互動性。

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【通聯(lián)編輯：王力】