智慧校園數(shù)據(jù)管理平臺建設(shè)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陽光學(xué)院 陳貴星

隨著社會的不斷發(fā)展，各種人才的需求在不斷的增多，高校作為培養(yǎng)社會未來優(yōu)秀人才的重要平臺，積累大量有價值的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)都還缺乏有效的治理和統(tǒng)一的手段，導(dǎo)致高校普遍存在著數(shù)據(jù)的孤島與碎片化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)管理體系缺失等問題。構(gòu)建智慧校園、進(jìn)行信息化管理的轉(zhuǎn)型建設(shè)中，高校數(shù)據(jù)的統(tǒng)一就是建設(shè)信息化的核心靈魂。本文以高校實(shí)際情況，結(jié)合高校教學(xué)管理模式制度與高校教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，建設(shè)智慧校園數(shù)據(jù)管理平臺，有效的解決了數(shù)據(jù)孤島與碎片化問題。

智慧校園是當(dāng)今社會發(fā)展的趨勢，推動教學(xué)改革的重要力量。早年有研究者就提出未來高等教育的趨向是個性化學(xué)習(xí)，在高等教育個性化的時代，課程材料將適應(yīng)性地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的個性化需求，電子教育、網(wǎng)絡(luò)教育、主動學(xué)習(xí)是其顯著的特點(diǎn)[1]。尤其是近幾年因?yàn)橐咔榈挠绊懀逃齻€性化的變化巨大，線上的教育、教材、考試等都已成為如今的普遍現(xiàn)象。在這種趨勢下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通的智慧校園是必然需求。智慧校園應(yīng)具備的六大調(diào)整中，對于業(yè)務(wù)應(yīng)用的智能融合，需要打破各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的分割，形成開放、整合、協(xié)同的信息化架構(gòu)[2]。有研究者對目前智慧校園的建設(shè)困境提出來六大成因:缺少全局性、統(tǒng)籌性的指導(dǎo)方案及信息化專業(yè)人員團(tuán)隊(duì)；缺少了對各類數(shù)據(jù)源的有效整合；缺少了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；缺少了有效的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交互；數(shù)據(jù)質(zhì)量差、數(shù)據(jù)融合困難，存在壁壘發(fā)展不均衡；不同業(yè)務(wù)歷史數(shù)據(jù)保存不完整，過程化數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失[3]。在高校信息化的歷史發(fā)展的過程中，由于各業(yè)務(wù)部門沒有形成有效的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交互，形成了數(shù)據(jù)孤島與數(shù)據(jù)碎片化，相同的數(shù)據(jù)卻沒有共享。

對數(shù)據(jù)的治理是實(shí)現(xiàn)智慧校園的核心需求，有許多學(xué)者對高校數(shù)據(jù)治理提出來許多思路。孟欣[4]提出數(shù)據(jù)質(zhì)量是智慧校園建設(shè)的重中之重，應(yīng)當(dāng)遵循數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)梳理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一和整合、數(shù)據(jù)存儲強(qiáng)化、數(shù)據(jù)調(diào)整和優(yōu)化的思路進(jìn)行數(shù)據(jù)建設(shè)，從而建立數(shù)據(jù)生態(tài)圈，確保數(shù)據(jù)建設(shè)層面的健康有序的發(fā)展和提升。鄭苑梁和振輝[5]指出數(shù)據(jù)治理要先制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理、數(shù)據(jù)流程管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理，再構(gòu)建高校教學(xué)管理數(shù)據(jù)平臺，對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集與整理，才能有效的治理數(shù)據(jù)孤島與數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象。范小春[6]針對高校的智慧校園大數(shù)據(jù)治理和應(yīng)用問題，總結(jié)了代碼標(biāo)準(zhǔn)和元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)備份和質(zhì)量檢測，以及監(jiān)控技術(shù)等大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)和管理功能，提出了大數(shù)據(jù)治理策略和大數(shù)據(jù)共享接口策略。由此可見，數(shù)據(jù)治理應(yīng)當(dāng)完成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，完成數(shù)據(jù)管理體系的建立，從而建立起有效的數(shù)據(jù)清洗、管理、分享的平臺，實(shí)現(xiàn)智慧校園數(shù)據(jù)管理體系的完善。

本文結(jié)合高校教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與教學(xué)管理制度規(guī)范的數(shù)據(jù)，以及對各業(yè)務(wù)部門的系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集，對高校各種數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析并制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，建設(shè)智慧校園數(shù)據(jù)管理平臺，有效解決高校歷史遺留的數(shù)據(jù)孤島與碎片化、數(shù)據(jù)管理不完善等問題。

1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及開發(fā)技術(shù)

智慧校園數(shù)據(jù)管理平臺是基于Linux系統(tǒng)的Centos 7.6環(huán)境下配置Nginx服務(wù)運(yùn)行，前端使用的HTML+CSS與相關(guān)JS開發(fā)，后臺使用的是PHP語言與Mysql數(shù)據(jù)庫。

1.1 后臺技術(shù)

系統(tǒng)后臺基礎(chǔ)語言為PHP（Hypertext Preprocessor），是一種被廣泛應(yīng)用、開放源代碼、多用途、可跨平臺的腳本語言，經(jīng)過多年的發(fā)展目前可根據(jù)實(shí)際需求選擇強(qiáng)數(shù)據(jù)類型或弱數(shù)據(jù)類型的開發(fā)風(fēng)格，強(qiáng)數(shù)據(jù)類型在大型項(xiàng)目中可以提供更高的運(yùn)行效率，弱數(shù)據(jù)類型可提供更快更便捷的開發(fā)。采用ThinkCMF框架提出靈活的應(yīng)用機(jī)制，框架自身提供基礎(chǔ)的管理功能，而開發(fā)者可以根據(jù)自身的需求以應(yīng)用的形式進(jìn)行擴(kuò)展，是一款快速、簡單的面向?qū)ο蟮妮p量級PHP開發(fā)框架。

1.2 前端技術(shù)

后臺的前端是HTML+CSS+JavaScript，并且引入了遵循規(guī)范的、開源的LayUI組件作為輔助開發(fā)，LayUI提供了簡潔美觀、豐富的內(nèi)置模塊，使開發(fā)人員可以更多地專注于后端的開發(fā)，極大地縮短了項(xiàng)目開發(fā)的周期。

2 數(shù)據(jù)庫

2.1 數(shù)據(jù)治理

根據(jù)數(shù)據(jù)的管理架構(gòu)，分?jǐn)?shù)據(jù)生產(chǎn)部門、數(shù)據(jù)使用部門以及數(shù)據(jù)管理部門。如圖1所示，數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門是權(quán)威的數(shù)據(jù)單一來源部門，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的維護(hù)、發(fā)布、備份與歸檔。數(shù)據(jù)管理部門負(fù)責(zé)對收集數(shù)據(jù)，跟數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門一起制定好數(shù)據(jù)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，建立全校的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，管理數(shù)據(jù)平臺。數(shù)據(jù)使用部門既各部門對相關(guān)數(shù)據(jù)的使用提出申請，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門的數(shù)據(jù)接口，確保數(shù)據(jù)使用在教學(xué)、科研、管理、后勤服務(wù)等學(xué)校用途上。

圖1 數(shù)據(jù)管理架構(gòu)圖Fig.1 Data management architecture

對治理過程中，通過對各部門數(shù)據(jù)的匯聚，再進(jìn)行數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等系列操作，最終制定好相關(guān)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)定義，定制好統(tǒng)一的數(shù)據(jù)字典，方便在數(shù)據(jù)管理平臺上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚的清洗工作。在考慮數(shù)據(jù)管理平臺與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間可能會進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的大工作量，為避免數(shù)據(jù)管理平臺受到高數(shù)據(jù)量的清洗而影響到運(yùn)行效率，將數(shù)據(jù)清洗部分功能進(jìn)行系統(tǒng)分布式布局，獨(dú)立于一個完整服務(wù)器上。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本文采用Mysql數(shù)據(jù)，在基于高校教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的八十多種數(shù)據(jù)表的基礎(chǔ)上，結(jié)合各業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，經(jīng)過整理與協(xié)商最終制定出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出包含字典信息表、學(xué)校概況表、教職工信息表、學(xué)生信息表等六十多張數(shù)據(jù)庫表格。其中對于一些基礎(chǔ)信息的數(shù)據(jù)，例如教職工的工號、學(xué)生的學(xué)號、教室的編號都是具有一個唯一性的ID字段，在其他部門需要在維護(hù)的數(shù)據(jù)中導(dǎo)入時候會進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)庫的表格會引用唯一的字段。

根據(jù)數(shù)據(jù)本身的應(yīng)用屬性，在數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，對數(shù)據(jù)表進(jìn)行管理結(jié)構(gòu)分層，分基礎(chǔ)信息層、數(shù)據(jù)擴(kuò)展層以及數(shù)據(jù)應(yīng)用層。如圖2所示，基礎(chǔ)信息層包含學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施信息以及教職工、學(xué)生的基礎(chǔ)信息，基礎(chǔ)信息是唯一的，不能輕易進(jìn)行更改；數(shù)據(jù)擴(kuò)展層是對基礎(chǔ)信息層的補(bǔ)充，也是對應(yīng)用層一些數(shù)值的統(tǒng)計(jì)，例如教職工的教改情況統(tǒng)計(jì)、學(xué)生成績分布情況信息；數(shù)據(jù)應(yīng)用層是在業(yè)務(wù)上需要引用相關(guān)基礎(chǔ)信息，例如排課信息需要引用到學(xué)生、教師與教室信息。

圖2 數(shù)據(jù)應(yīng)用架構(gòu)圖Fig.2 Data application architecture

3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧校園數(shù)據(jù)管理平臺采用以ThinkCMF框架作為核心，考慮到可能承載著突發(fā)的高訪問量，需要保證系統(tǒng)的高可用性，所以將前端面向用戶的視圖層與后端業(yè)務(wù)邏輯層分離，采用經(jīng)典的MVC架構(gòu)，這樣可以讓視圖層的用戶界面不完全受業(yè)務(wù)層的運(yùn)行速度所限制，視圖層與業(yè)務(wù)層之間通過業(yè)務(wù)層提供的Restful接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時為了管理平臺后續(xù)的可擴(kuò)展性，在MVC架構(gòu)的基礎(chǔ)上將核心業(yè)務(wù)代碼分離出一個服務(wù)（Service）層，控制器（Controller）層不存在大量的業(yè)務(wù)代碼，而是調(diào)用獨(dú)立分離出來的服務(wù)層代碼。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包含學(xué)?；A(chǔ)信息模塊、學(xué)生信息模塊、教職工信息模塊、教室信息模塊、培養(yǎng)模塊、質(zhì)量報(bào)告模塊等多個模塊，通過對應(yīng)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門進(jìn)行各自的數(shù)據(jù)模塊管理，數(shù)據(jù)管理部門來維持?jǐn)?shù)據(jù)管理平臺與各個業(yè)務(wù)部門系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與清洗，有效的加強(qiáng)了學(xué)校各應(yīng)用服務(wù)之間的關(guān)聯(lián)建設(shè)。除了基礎(chǔ)信息的管理外，數(shù)據(jù)管理平臺還提供了部分?jǐn)?shù)據(jù)的查詢功能，目前實(shí)現(xiàn)了教師的教改查詢與學(xué)生畢業(yè)證書查詢功能。

4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 后臺展示

后臺是本平臺主要功能有對基礎(chǔ)信息模塊、教職工信息模塊、學(xué)生信息模塊、教室信息模塊、培養(yǎng)信息模塊等多個模塊數(shù)據(jù)的維護(hù)操作，在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時也會伴隨著相關(guān)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，如圖3所示。

圖3 后臺管理Fig.3 Backstage Management

4.2 前臺展示

前臺主要進(jìn)行項(xiàng)目查詢，教職工可以在線上查詢自己的項(xiàng)目編號、剩余經(jīng)費(fèi)情況與項(xiàng)目狀態(tài)情況；畢業(yè)的學(xué)生可以在這個前臺查看自己的數(shù)字證書，提供學(xué)生畢業(yè)證書查詢的新途徑，如圖4所示。

圖4 前臺頁面Fig.4 Front desk page

5 結(jié)論

智慧校園數(shù)據(jù)管理平臺的建立，是完成了對全校數(shù)據(jù)制定了完善的管理體系，打破歷史數(shù)據(jù)孤島等問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與清洗，釋放了數(shù)據(jù)治理價值，掌握數(shù)據(jù)資產(chǎn)運(yùn)行情況，更加規(guī)范、有效率的流轉(zhuǎn)各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)足夠提供業(yè)務(wù)服務(wù)支持與有效的數(shù)據(jù)沉淀，完成構(gòu)建智慧校園數(shù)據(jù)生態(tài)。