基于Hadoop的教学质量管理平台研究

吕太之，李庆照，张 娟

（江苏海事职业技术学院 信息工程学院，南京 211170）

0 引言

21世纪以来，中国的发展日新月异，尤其是近几年，随着新一代信息技术的普及和应用，各行各业更是有了突飞猛进的发展。社会的进步与发展需要更多高素质的技能人才，这就对职业教育人才培养提出了更高的要求。教育部为贯彻落实《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》，于2015年编制了《全国高等职业教育创新行动与发展规划（2015-2018年）》。该规划明确提出高职院校应遵循需求导向、自我保证、多诊断、注重改进的指导原则。2015年，教育部发布《高等职业院校内部质量保证体系诊断与改进指导方案》（教职成〔2015〕168号），明确提出要提升教学质量管理信息化水平，为高职院校内部管理与决策提供支持[1]。2019年国务院印发的《国家职业教育改革方案》（“职教20条”）将进一步推动职业教育的改革，让职业教育符合社会发展的需求[2]。

当前职业教育现状窘迫，除了社会对职业教育存在误解之外，也与职业教育自身的教学质量有着密切的关系。随着“职教20条”的贯彻落实，职业教育的地位也将会得到提升，职业教育的春天即将到来[2]。高职院校教学质量管理是保证教学质量的重要环节，是高职教育改革的重要方面[3]。作为高等职业院校，要抓住时机，不断深化教学质量管理，从根本上提升教学质量。

信息化技术已在高职教育中广泛应用，如在线开放课程的开发、教学资源库的建设等。通过信息化建设，高职教育教学质量得到了明显提升[4]。但在教学质量管理方面，如教学质量文件管理、听课管理等，许多高职院校依然采用手工模式，效率低下。为了认真贯彻《全国高等职业教育创新行动与发展规划（2015-2018年》），提高教学质量管理信息化水平，本课题组设计并开发了基于Hadoop的教学质量管理平台。

1 需求分析

1.1 功能需求

功能需求分析是教学质量管理平台开发过程中最为关键的一环[5]。教学质量管理平台服务于教学管理，应用对象包括高职院校教师、学生、教学管理人员。系统设计的主要目的是提高教学质量管理信息化水平，主要内容包括下述三个方面。

（1）教学质量文件的管理。传统方式下，教学质量文件以纸质方式存档，不便于查询和保存。而通过教学质量管理平台将电子文件存档，可以方便地传输与使用。

（2）问卷调查的管理。管理员通过平台可以设计各类与教学质量管理相关的问卷，学生可以参与问卷调查，教师和管理员则可以通过平台查看问卷分析结果。

（3）听课记录的管理。教师互相听课是提高教学质量的一种重要手段，听课记录是对教师和教务人员旁听其他教师授课过程的记录。传统方式下，听课记录被教学管理部门简单归档，很少被用来做进一步分析。而通过教学质量管理平台可以将听课记录电子化后进行统计和分析，给出有利于提高教学质量的建议。

1.2 非功能需求

教学质量管理系统需兼容主流浏览器，其中包括Google、火狐、IE等，可能会因为浏览器的不同，显示出些许差别，但并不影响总体的使用。为了保证系统能够长期、稳定、高效地运行，系统应满足易操作性和易维护性，即系统操作简单易用，代码逻辑简明清楚，系统响应时间快（由于是校园网访问，大部分操作能在5秒钟以内响应）。

2 系统设计与实现

2.1 功能设计

系统主要分为前台和后台两个部分。对于后台管理员而言，主要功能有用户管理、通知公告、最新消息、留言管理、质量文件管理、问卷管理、问卷分析、听课记录及评论管理等。对于前台普通用户而言，其主要功能有登陆、注册、问卷调查、质量管理文件查询、信息浏览、公告浏览等。教学质量管理平台结构如图1所示。

图1 教学质量管理平台结构

2.2 基于SSM框架的实现

教学质量管理平台基于MVC的设计思想开发，将数据层与视图层、控制器层进行分离，以提高开发的效率，降低开发的复杂性，便于系统维护和功能扩充。SSM框架作为实现MVC模式的一种技术[7]，被应用于本系统的开发。SSM框架在系统中的应用架构如图2所示。

平台中用户访问某功能模块时，首先通过拦截器进行权限判断、字符编码和日志记录等操作。授权用户的请求被传递给Spring MVC中的Dis patcherServlet类，由其根据访问地址将请求转交给相应的业务功能Controller来处理。访问地址和控制器之间的绑定是通过注解的方式来实现的。如访问地址是/qualitydocument/add，则调用控制器类QualityDocumentController类的add方法。业务逻辑层通过Spring+MyBatis实现数据库的CRUD操作。

图2 SSM应用架构图

2.3 基于Hadoop的分布式文件存储

Hadoop 的核心组件 HDFS（Hadoop Distributed File System）用于实现分布式计算中数据存储功能，具有高容错、高可靠性、高可用性、高可扩展性以及高吞吐率等特点[8]。平台调用HDFS的API接口，实现文件的读写等多种操作。质量管理文件和听课记录等存储在HDFS集群上，确保了数据的可靠性。

3 基于Docker的分布式部署

为了提高可靠性和吞吐量，平台基于Nginx+Docker实现分布式部署。Docker容器启动非常迅速，性能接近于原生机器[9]，同时构建的Docker容器可以在云平台、Windows、Linux等系统上运行，大大简化了持续集成和测试的过程。基于Docker的分布式部署如图3所示。

图3 分布式部署

负载平衡器（Load Balance）是把HTTP访问请求分散到Web服务器集群中的可用服务器上，部署采用Nginx实现负载均衡。Nginx作为负载平衡器可以实现多种访问请求分配算法[10]。负载监视器（Monitor）负责监视当前的访问请求量，并根据设置的阈值调整当前Docker节点的数量。弹性控制器（Elastic Controller）根据监视器的指令完成Docker节点的添加或删除操作。启动的Docker容器可以作为Web服务器集群中的一台Web服务器。每个Docker容器具有相同的配置，安装CentOS操作系统、Java 1.8和Tomcat 9.0，教学质量管理平台部署在Tomcat服务器上。Docker镜像库存储了Docker容器启动的镜像文件。

4 结语

教学质量管理系统的开发与应用，提高了教学质量管理信息化水平，能够大大节省时间和人力。系统将HDFS文件存储技术、SSM框架技术、Docker虚拟化技术、Nginx等技术整合到项目开发和部署上，提升了项目开发效率，增强了系统的实用性，也为以后功能的扩充打下了基础。系统基于问卷调查和听课记录的结果实现了简单的分析与统计功能。大数据、深度学习技术的快速发展为深入挖掘问卷调查和听课记录中的有用信息提供了技术支撑，下一步将重点研究如何深入挖掘对提高教学质量管理有用的信息。