基于云计算的高职校际公共选修课平台的设计与实现

高登+徐德智

摘要：通过对已有云计算平台或产品的测试，查阅国内外校际公共选修课管理最新进展相关资料，吸收相关的研究成果，以Hadoop和Hbase为基础对高职校际公共选修课平台进行原型设计和功能模块设计，实现了基于Hadoop和Hbase的高职校际公共选修课平台。

关键词：校际公共选修课；云计算；Hadoop

1概述

自2006年Google公司提出“云计算”概念之后，“云计算”这个词语迅速成为IT届全球关注度最高的词语，并广泛地应用于教育、医疗、电力、商务等各个领域。

目前，省内高职院校基本都开设了公共选修课，但湖南省内高职院校校际公共选修鲜见先关报道，有以下几个方面原因，首先，评价制度不健全，知识产权难保护，教师参与共建的热情不高；投人高、风险大、收益低，社会机构参与共建的意愿不强。从资源共享层面看：部分高校思想偏狭，心态不一，不愿让自有优质资源参与共享；协同合作受限，共享平台匮乏，大多数高校无处参与共享。

因而紧抓高职教学教育改革的契机，引入建构主义、关联主义和行为主义等理论，基于M00C课程形式，以Hadoop和Hbase为基础对高职校际公共选修课平台进行原型设计和功能模块设计与实现，形成高职校内、校际公共选修课建设与共享的有效模式；二是可以为高职院校公共选修课开设与管理提供新途径，可以改变传统教师教室授课的方式，增加学生选课范围、灵活授课时间和方式，提高学生自主学习参与度，只要学校间在学分互认、缴费、选课管理上能互通，势必可以共享本校优质公共选修课资源；三是为高职校际教学资源整合提供新视野，校际间公共选修课的整合可以促进校际同类专业进行教学资源共享，既可以促进本专业教师业务水平提升，也可以给学生更多资源选择，从而最终促进省内同专业教学水平的提高。

2基于云计算的公共选修课平台的需求分析

2.1功能需求

基于云计算的校际公共选修课平台除了要为各类用户提供完善的功能以外，还需要借助云计算的优势提供更便捷、更快速的服务。平台用户主要包括超级管理员、管理员、学生用户和教师用户。下面将从不同用户的角度来分析基于云计算的公共选修课平台的功能需求。

1）学生功能需求分析：学生登陆平台后可以进行个人信息修改、已选课程信查询息、在线选课、评价课程、在线视频观看、在线交流、教师课件下载等。

2）教师功能需求分析：教师登陆后需要修改密码、分环节或课程查找并打印课程表，查询学生信息、录入学生成绩、上传教学视频和课件等资料、查询学生上课进度、设定考核方式、在线交流等。

3）管理员功能需求分析：管理员需要录入和查询学生、教师、课程信息，管理学生选课结果，统计教师任课反馈，导人与维护各成员校学生信息，实现学生选课的身份认证等。

4）超级管理员功能需求分析：超级管理员在管理员权限的基础上完成教师排课、学期学年设置、最多选课数上限设置、选课期间设置等参数设置功能。

2.2性能需求

随着校际公共选修课平台使用时间的推移，用户数量、上传的资源数目、资源访问率不断增加，学生在线学习课程或在线观看视频资源时，平台必须具有一定的负载能力才能正常运转。因此平台应该满足以下性能要求：1）响应速度快。要求对100GB以下数據进行简单查询分析时能够在1分钟内完成，对复杂作业要求能够在20分钟内完成。页面响应速度保证在3秒以内；2）可靠性好。要求平台每月宕机次数不能超过一次。宕机时间不能超过2小时。宕机时能通过重启系统使系统重新恢复正常工作状态。宕机、服务停止不会出现数据丢失的情况；3）安全性高。平台的资源只能分配给合法身份的用户使用，未注册的用户或未获得相应权限的用户无法占用资源和获取资源；4）系统的可扩展性强。要求能够动态地增加节点来提高系统的计算能力和存储能力；5）系统的易用性和易维护性。要求平台具备布局美观、界面友好的特点，方便各类用户使用或管理平台。

2.3数据需求

公共选修课平台的数据形式主要是文本数据和视频数据。因此系统对于用户提取和发布的数据需求应该满足如下几个方面的要求：1）数据的安全性。为保证数据安全，系统按用户权限分为超级管理员、管理员、教师用户、学习者用户。各类用户分别授予不同的权限；2）数据一致性与完整性。在资源上传时，对于资源去向，应当进行完整的描述。在删除用户相关信息时，必须同步删除与之有关联的其他信息；3）数据准确性及实时性。系统一旦开始使用，就会随着时间的日积月累而产生大量的系统数据、用户数据等信息。所以必须由管理员及时对相关资源进行审核，才能保证数据的输入准确使系统得到正常运行。

3基于云计算的校际公共选修课平台的系统设计

3.1校际公共选修课平台系统架构

根据前面的业务需求分析及功能结构设计，考虑到数据量大、反应速度快、平台共享性高等原因，公共选修课平台采用云计算技术进行部署。其系统架构如图1所示，从上到下分为数据源、数据导入层、数据存储层、数据获取层、数据管理层、数据服务层、数据应用层、数据访问层。

数据源主要是学生、课程、教师等相关信息的结构化数据和和交流、日志、评价等非结构化数据。数据导人层主要负责将数据源定时导人到数据存储层的HDFS中。数据获取层是将所有数据进行数据清洗，得到干净、可用的数据，以Hbase表的形式输出到数据管理层。数据服务层则对数据进行分析和数据挖掘，并将结果导回到关系型数据库，再在数据应用层

通过简单的二次分析生成报表。用户在数据访问层通过浏览器查看生成的报表。

3.2功能结构设计

用分布式的设计理念对系统进行分布式处理和集中管理的部署和开发。根据系统需求分析的结果，确定如下功能模块：系统维护模块、用户管理模块、管理基础模块、课表管理模块、统计分析模块、作业提交管理；报表生成模块、选课模块、排课模块、成绩模块、收费管理模块和进度管理、考核管理、在线辅导，针对具体课程的论坛的权限管理、交流信息自动过滤等。

3.3数据库设计

关系型数据库是目前应用系统中应用最为广泛的数据库。在数据导人层和数据应用层均需要用到关系型数据库SQL Server，而在数据管理层则采用的Hbase数据库，两者的数据模型基本相同。图2所示的数据模型关系图是公共选修课平台主要业务表的ER图。

4基于云计算的校际公共选修课平台的功能实现

4.1系统开发环境搭建

开发环境搭建主要包括以下部分：

1）选择4台配置高的服务器构建云计算集群，配置虚拟机使之可以在云计算集群上应用；2）依据已建立的云计算架构，建立集群平台；3）将设计好的公共选修课平台安装在一台PC机上，采用配置高额的网络设备，并且测试好各个服务器都与网络存储接通；搭建云计算集群，做好各台系统服务器的地址解析；安装相关软件统一管理云计算集群；4）为提高运行管理的效率，将需要对数据进行密集操作要求的服务器整合到云集群中，利用软件进行统一管理和调拨。5）配置计算机并部署应用。

4.2系统实现

基于云计算的校际公共选修课平台采用T/C架构实现，包括WebTerminal终端和Hadoop集群两部分。WebTerminal终端实现了系统维护、用户管理、课表管理、统计分析、报表生成、选课、排课、成绩、收费管理；考核等功能，并将业务系统中的数据处理后提交到平台；Hadoop集群是实现大数据分析的基础设施，由许多节点按相对固定的拓扑结构的集群。经过集群分析得到的结果再由服务器导出到WebTerminal终端，展示给用户，系统前端页面首页如图3所示。

以Hadoop和Hbase为基础对高职校际公共选修课平台进行原型设计和功能模块设计与实现，形成高职校内、校际公共选修课建设与共享的有效模式，既可以促进本专业教师业务水平提升，也可以给学生更多资源选择，从而最终促进省内同专业教学水平的提高。