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摘 要 ：当前,大数据技术在许多行业都取得了很大的成果,在大数据环境下,高校教学管理的信息化建设有着丰富的内 涵,数据挖掘、移动学习等都成为了当前教学管理系统的流行模式,高校应用大数据能够实现教学管理的数字化和智能化。鉴 于此,为了深入研究大数据技术对教学管理的促进作用,设计了一款基于分布式大数据技术的教学管理系统,期望能够为高校 教学管理系统的建设提供参考。
关键词 ：大数据,教学管理系统,设计
Research on Design and Development of a Teaching Management SystemintheBig Data Perspective
GUO Yan
(School of Electronic and Information Engineering, Wuzhou Vocational College, Wuzhou Guangxi 543000)
【Abstract】： At present, big data technology has achieved critical results in many industries. In the context of big data, the informationization construction of teaching management in universities has rich connotations. Data mining, mobile learning, and other technologies have become popular models for current teaching management systems. Universities can achieve the digitization and intelligence of teaching management by applying big data. In view of this, in order to deeply study the promoting role of big data technology in teaching management, a teaching management system based on distributed big data technology was designed. The system is expected to provide reference for the construction of teaching management systems in universities.
【Key words】：big data;teaching management system;design
大数据作为信息化时代的主要标志,其应用范围不 断扩大,已经渗透到了各个行业之中,大数据作为海量 数据所衍生出的新生事物,其以体量大、数据种类多等 特点与传统数据之间存在着显著的差别,深刻影响着科 技、教育以及文化产业的发展。科技的发展促进了互联 网技术的不断进步,也促进了大数据在教学管理系统中 的应用水平。
1 大数据技术概述
1.1 大数据概念及其特征
大数据以互联网技术为依托,能够为用户提供丰富 的资源,可在较短时间内为用户提供大量的数据资料。
大数据自身具有显著的特点和优势,能够满足工作的实际需要,为教学管理提供丰富的资源,方便教师的 日常教学,因此,其应用越来越广泛。
1.2 基于大数据的教学管理系统设计介绍
随着大数据技术的不断发展和应用,教育领域也逐 渐开始运用大数据分析和挖掘技术进行教学管理,以提 高教学效果和质量。以下是基于大数据技术的教学管理 系统研究的简单介绍。
1.2.1 数据采集和预处理
在教学管理系统中,需要收集和处理各种教育相关 数据,包括学生信息、课程信息、成绩信息等。这些数 据需要经过清洗、去重、格式化等预处理,以确保数据 的准确性和完整性。
1.2.2 数据存储和管理
大数据算法技术需要庞大的数据空间来存储和管理 数据,因此教学管理系统需要使用高效的数据存储和管 理工具,如 NoSQL 数据库、Hadoop 分布式文件系统等。
1.2.3 数据分析和挖掘
在教学管理系统中,需要使用各种数据分析和挖掘 算法,以实现对大量教育数据的分析和挖掘。这些算法 包括聚类分析、分类分析、关联规则挖掘等。
1.2.4 数据可视化和呈现
数据可视化是大数据算法技术中非常重要的一部 分,教学管理系统需要通过图表、报表等方式将数据结 果呈现出来,以方便教师和管理人员对数据进行分析和 决策。
1.2.5 安全保障措施
在教学管理系统中,需要确保数据安全和隐私保护。 因此,需要在系统设计和开发过程中考虑到数据加密、 权限控制等安全保障措施。
总体来说,基于大数据算法技术的教学管理系统可 以为教育管理部门提供更加全面、准确和及时的数据支 持,以实现精细化管理和优化教学效果。
2 基于大数据的教学管理系统开发价值
2.1 实现更为精确的教学管理
缺乏数据支撑的教育决策缺乏客观性与科学性,这 主要是由于教育决策者无法准确了解教学实际情况,其 决策行为基本上依赖于经验与推测,这种决策被执行后 就会对教学管理带来许多不利的影响。在教学管理中通 过大数据的应用能够解决教学决策中不能够准确掌握的 问题,主要表现为 ：(1)利用大数据分析技术可预测与 评估辅助决策 ;(2)利用深度挖掘技术可以挖掘出隐藏 在日常教学中的有价值信息,使教师能够有针对性地及 时调整教学策略和计划,从而提升教师的教学能力和教 学素养。
2.2 促进教学管理模式的多元化转变
应用大数据技术能够改变传统的单一化教学模式, 使得教学模式向多元化方向转变。大数据的主要优势不 在于数据体量的庞大,而是在教学管理中应用大数据能 够给教育管理者、教师、学生所带来的价值,以不满足 不同群体的需求。在传统教学模式下,学生获取信息的 渠道主要来自于书本和课堂教学。通过利用大数据就能 够拓宽学生获取信息和学习知识的渠道。例如,许多精 品课程可通过网易云平台、智慧作业等在线教育平台进 行学习,能够使得学生学习知识的范围更为广泛,教 师通过数字化教学提高课堂的开放性、高效性以及多元性,从而使教师的经验性教育转变为有数据支撑的精确 化教学,最终促进教学管理模式从单一化向多元化转变。
2.3 实现教务管理的合理化与科学化
教务管理依赖于复杂的组织机构作为支撑,组织机 构内部部门通常是对各项事务进行分门别类的管理,容 易遗漏一些重要的信息,从而不得不进行多次检查,需 要耗费较多的人力和物力 [1]。将大数据技术应用于教务 管理就能够提高教务管理的合理化与科学化,使得个性 化教育具备了实施的可能性,而且也会使得教育评价更为 公平、合理。例如,改变“唯成绩论”对学生的评价采 用传统评价手段会比较麻烦,需要做大量的工作,且得 到的评价结果客观性欠缺,但是采用大数据技术得到大 量的过程数据,使得对学生的评价能够做到主观与客观 相结合、过程与结果相结合,最终实现更为高效、科学 的评价结果。
3 教学管理系统设计的总体思路
3.1 系统设计的总体目标与原则
3.1.1 系统设计的目标
为了全面掌握学生情况,设计开发教学管理系统, 该系统将大数据技术、互联网技术相结合,采用前端交 互、智能硬件获取教学的过程数据,进行海量存储,后 端采用数据挖掘、云计算等技术进行数据分析 [2],支持 多种教学模式,从而形成“互联网 + 教育”的新形态。 该系统包含了对教师授课的全过程管理,对学生学习的 全过程支持,对优质教学资源的全面共享,为学生的学 习提供高质量的服务,为高校实现智能化教育与人才方 案的改革提供有力的技术支持。
3.1.2 系统设计的原则
在进行教育管理系统设计时应当认真考虑系统设计 的基本原则 [3] ：
(1)目标精确性。该系统的设计开发首先要明确相 关目标,对系统的所有功能模块要有一个精确的定位, 在此基础之上再逐步完成对系统操作界面的确定与功能 模块的详细设计。
(2)可靠性原则。为了确保系统长期平稳的运行, 系统的后台要易于维护,当出现故障时系统能够快速地 进行自动维护。
(3)一致性原则。在进行系统界面布置时要严格遵循 一致性原则,将界面布局相统一,以方便用户开展工作。 3.2 系统采用的架构
为了提高本系统的可扩展性、持续优化以及重复使 用率,设计采用基于 SOA 架构实现,遵循 SOA 架构的 技术标准来实现松散型、低耦合的集成 [4],设计了从用户终端访问互联网,经过 DSN 请求达到服务器,且不 同子系统可以相互调用功能服务(如图 1 所示)。
3.3 系统采用的关键技术
3.3.1 大数据开发技术 -Hadoop
Hadoop 是一个分布式的系统基础构架,实现了一 个分布式文件系统(HDFS), HDFS 具有较高的容错 性特点其可以提供高吞吐量来访问应用系统数据,适用 于具有超大数据集的应用程序 [5]。Hadoop 由 HDFS 和 MapReduce 组成。HDFS 主要功能是存储海量数据, MapReduce 的功能是对 HDFS 中的数据进行计算。
3.3.2 数据库 -MyBatis
数据库服务器是存储管理系统数据,其将大量的数 据储存到数据中,以便后期对数据库中的数据进行分析。 本系统采用 MyBatis 数据库,该数据支持 SQL、存储过 程与高级映射,主要优势为采用简单的 XML 来配置原生 数据,将接口与Java 的 POJOs 映射成数据库中的记录。
4 教学管理系统功能模块设计
4.1 学籍管理模块
学籍管理模块的重要功能是对学生的基础信息进行 智能化管理。本系统所设计的存储管理模块的主要功能 有学籍信息的添加、修改、查询以及注销。学籍信息添加是针对新入学的学生,对其基本信息以及家庭信息进 行录入。学籍信息修改及注销是当学生的信息发生改 变或因其他原因离校后对学生的信息进行修改或注销操 作。学籍信息查询功能是本模块的主要功能,能够对学 生的学号、姓名、班级等信息进行快速地组合查询。
4.2 教学计划管理模块
教学计划管理模块是对教师的课程教学计划与学生 的学习计划进行管理。本模块设计了教学计划添加、修 改、审核以及发布功能。通过该功能能够使得教师合 理、科学地把控教学进度,使得学生按照计划有条不紊 地进行学习,最终能够高效地完成学习任务。
4.3 成绩管理模块
成绩管理的权限由任课教师享有,任课教师除了可 在本系统中录入学生的成绩之外,还可对学生的成绩进 行删减、查询、修改等基本操作。在有关界面中,教务 人员能够对教师的评分进行抽查,进而对教师评判的科 学性进行判定, 一旦教师对成绩最终确认后,其他人员 就失去了操作权限。成绩查询的权限设定为学生本人、 教师以及系统管理员。
4.4 网上选课模块
本系统设计网上选课功能模块的目的是让学生按照 自己的意愿结合学校的规定,可对其修习的课程自由的 选择。网上选课模块中包含课程信息的添加与修改,学 生在线选课与结果公示功能。课程信息添加功能由教师 在后台登录与管理,课程信息包括课程名称、任课教 师、课程内容以及课程的上限与下限人数。其中,课程 上限人数与下限人数决定着该课程能否正常开展,如果 选择课程的学生人数不足课程下限数量,则该课程就不 能作为选课,而如果选择课程的学生超过了课程上限数, 则需要剔除后选报的学生,最后再由教师登记保存。
4.5 大数据共享模块
大数据共享模块是本系统中教育资源的核心,本系 统中的所有教学资源都储存在大数据中。本模块设计采 用基于 Hadoop 分布式集群进行海量数据存储。由于 本系统每天都会产生大量的数据文件,因此,采用传统 的信息存储与检索技术已不能满足系统高效运行。因 此,本系统采用 Hadoop 技术进行数据文件的储存与 检索,并打造出了大数据工程知识库,并基于 HDFS 服务进行文件的读写操作。
5 系统实现与测试
5.1 主要功能实现
5.1.1 学籍管理功能实现
学籍管理功能实现效果图如图 2 所示。
学籍管理菜单中有学籍查询、学籍登记、学籍修 改、学籍注销以及学籍审核五个子项。教师登录系统后 进入到学籍管理功能采用后点击学籍登记,录入学生的 基本信息,然后选择新增学籍号,系统会自动生成编号。 当学生的学籍信息出错时,教师进入到学籍修改菜单进 行修改操作,在系统审核通过后还需人工审核,人工审 核通过后,系统就会自动变更学生学籍信息。
5.1.2 教学计划功能实现
教学计划功能包括教学计划添加、修改以及查询功 能。教学计划添加功能是为了让教师添加新的教学计划, 然后系统进入到审核环节,审核教师看到教学计划申请 后进行审核,并填写审核意见。教学计划修改功能是针 对不符合实际的教学计划开发的,教师登录系统进入到 教学计划修改页面后按照系统提示完成修改,最后由主 管教师进行审核,审核完成后,主管审核的教师填写审 核意见,如果审核通过则系统会提示教学计划变更成功。
5.1.3 成绩管理功能的实现
在教师登录系统进入到成绩管理菜单后可以看见在 该菜单下有成绩查询、成绩添加、成绩修改三个子项。 在添加学生成绩时教师首先要通过系统查询需要添加成 绩的学生所在的班级,在班级菜单中查询每个学生,然 后依次录入每个学生的成绩信息。当学生的成绩出现错 误时教师通过系统查询该学生的成绩,然后点击修改按 钮,系统则进入到修改页面,删除错误成绩信息,添加 新信息,在新信息添加完成后,则系统就会出现修改成 功的提升。
5.1.4 网上选课功能的实现
网上选课功能是针对学生自由选课而开发的,具体 操作流程为 ：学生登录系统进入到网上选课页面后系统 会自动显示学生的基本信息,学生对信息进行核对,在 核对完成后点击选课按钮,则系统会自动列出可供选择 的所有必修课与选修课,必修课不能修改,学生操作的 权限是按照自己的意愿选择选修课,所选择的选修课最多为 10 门,完成选择后点击确认系统就会自动保存选 课信息。
5.1.5 大数据功能的实现
在大数据共享知识库中包括教师推荐栏目、课程栏 目、学生感谢兴趣栏目。其中学生感兴趣栏目由共享资 源名称与资源发布日期构成,数据列表分别根据发布日 期和发布内容进行排列,其他栏目的排序方式与可能感 兴趣栏目类似。
5.2 预计设计成效
5.2.1 系统运行平稳
本系统设计完成后应对系统性能测试,表明需求测 试结果系统性能良好、运行平稳。需测试的内容包括系 统的响应时间、吞吐量以及资源利用率。经过严格的系 统测试后,系统的各项指标应符合设计要求。
5.2.2 用户反馈
增加系统试运行与用户反馈阶段,计划测试一个学 期后由教务管理处征集教师、学生使用系统的具体情 况,听取建议,为进一步完善系统功能,为师生提供更 为方便的服务奠定基础,在数据整合及用户使用习惯改 进等方面进行完善及提升。
6 结语
随着经济和科技水平的迅速发展,大数据受到了各 行各业的重视,教育行业也是如此。大数据技术促进了 高校教学管理的理念革新和技术革新,基于大数据开发 的教学管理系统能够有效提升教学管理水平,相关设计 人员根据高校实际情况,采用大数据技术不断探索教学 管理系统的设计策略,为高校教学管理质量的不断攀升 提升技术支持。
参考文献
[1] 郑祥江,殷明均.大数据视域下高校教学管理信息系统建设 研究—以西南科技大学教学管理信息化建设为例[J].黑龙江 高教研究,2015(1):50-52.
[2] 路曼,张德龙,孙淼,等基于大数据的教学管理系统设计与开 发研究[J].电脑知识与技术,2019.15(14):50-52.
[3] 李浩.大数据分析下高校教学管理系统设计与开发研究[J]. 现代信息科技,2019.3(4):22-24.
[4] 李炳乾.大数据背景下综合教学管理系统建设思路[J].电脑 知识与技术,2019.15(13):92-93+108.
[5] 向凯全,陈智博,王民全.大数据的个性化教学管理服务系统 与实现[J].电子技术与软件工程,2016(7):171.
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