基于“互联网+”的计算机实训室教学管理和数据分析系统

2021-12-13吕科锦王莹莫凯丽

电子元器件与信息技术 2021年8期

吕科锦，王莹，莫凯丽

（广西城市职业大学，广西崇左 532200）

0 引言

2020年在国务院政府工作报告中李总理提出我国将全面推进“互联网+”，继续开辟创新2.0时代，打造数字经济新优势。而距2015年第一次提出“互联网+”，我国历时5年使互联网逐步渗透进传统产业当中，实现了社会财富的增加，而在新阶段以增强互联网与传统产业的融合深度全面升级产业，提升全社会经济生产力。在教育行业因传统教学模式与理念的束缚信息化程度低，成为“互联网+”背景下信息化改革中的重点对象。而实训室教学系统是教育行业信息化改革的重要内容，目前呈现出教学系统落后、管理不当、使用频率低、数据无法实时采集等诸多问题，为此，探究基于“互联网+”计算机实训室教学管理和数据分析系统设计具有重要显示意义，以期指导实践中充分利用信息技术，提升实训室系统建设效果。

1 计算机实训室教学管理和数据分析系统整体结构设计分析

高校是为国家发展、社会进步培养高素质人才的主要阵地，承担着技术与知识创新任务，计算机实训室信息化建设是推动“互联网+”落地高校的重大任务，其具体的设计理念、方法与以往有着重大区别，其中在系统整体设计中必须始终基于开放、平等、共享、协作等原则，深入融合互联网思想，充分利用信息技术不受时空限制的优势，打通虚与实，提升计算机实训室的大数据化、智慧化、自动化水平[1]。

具体来讲，开放设计原则是指在实训室开放时间、实训室设备、实训室服务对象、实训室资源四个层面的开放，使所有学生可以在任何时间点使用实训室设备与资源；平等设计原则是指学生在使用实训室时享受平等的权利，同时在与教师的关系上实现了平等的转化，师生之间构建起新型的平等与相互学习关系，不再由教师主导实验与教学向学生传授知识，学生可以平等的与教师交流，从自己的角度表达观点与看法；共享设计原则是指实训室的资源、设施共享，其中资源不仅包括实验、设备等硬件资源，也包括师资等资源；协作设计原则是指为师生、生生之间合作学习提供平台与契机，形成相互促进、博采众长的良好学习风气与协作学习局面。从而使学生在平等与资源丰富的学习环境下快乐学习。

基于此，设计以实验教学网站为主体，搭配实时监控、数据采集系统及数据分析系统作为系统主体结构。其中实验教学网站系统主要具备在线学习、在线模拟、创新实验申请、教学管理四项功能；实时监控、数据采集系统为教学管理支持系统，其采集学生信息、课程信息、实验成绩信息、学生学习及模拟实验信息等，传递给教师监视器，自动化保存在数据库内，可供教师线上展开教学指导、管理、评价；数据分析系统的主要功能是采集以上两个环节的数据信息，利用Hadoop进行数据内容整理，并采用大数据思想与方法分析数据信息规律，开发数据价值，为教学管理与教学服务提供依据[2]。

2 教学管理系统设计

教学管理系统主要包括两个部分，即实验教学网站，可对教师与学生同时提供服务，而实时监控与采集系统则为支持系统功能实现的辅助系统，其监控数据的产生、并进行采集，最终汇总到教师监控器中。

2.1 实验教学网站设计

结构设计如下：实验教学网站是实现实训室系统教学功能的基础，其既面对学生也面对教师，根据服务对象、系统功能决定前端框架采用Web框架，共涉及html5、bootstrap、jQuery三个部分，数据库采用SQL-Server数据库，后台框架则仍以Web框架为主，由ASP.NET(MVC5）构建，该结构兼顾功能的全面性以及开发效果[3]。

功能设计如下：在线视频教学，即以视频的形式继承实验教学相关信息，传送至网站内，在视频学习功能模块中显示，可供学生学习以及复习观看，且学生浏览时间、浏览次数以及线上互动信息都将实时反馈，教师可在在线教学期间予以处理，简单来讲，即在线学习的全过程均可留下痕迹与数据信息，供教学管理参考。在线模拟实验，即根据理论的学习为学生创造网络化模拟条件，可在网页上进行操作，采用Matlab接口实现实验仿真，并将试验结果数据传送至后台，便于教师料及模拟实验情况[4]。创新实验申请，即学生基于对所学知识的理解产生创新想法后，教学平台提供的想法实践空间，可提交时间、设备等完成创新实验的需求信息，系统自动提交给教师以及相关管理人员审批，并记录整个过程。教学管理，即针对教学中涉及的所有工作进行系统化管理，如实验教学排期、实验学习打分与评价等。

2.2 实时监控与采集系统设计

结构设计如下：该系统的服务目标是为教师了解学生学习以及监控实验教学网站使用情况提供信息，并将所有数据汇总到数据库内，便于后续改进与优化教学中采用。因此，结构设计采用经典CS结构，将试验设备作为客户端，利用软件程序使数据库实施受到实验教学平台中产生的数据信息，数据主要通过TCP/IP协议进行传送；后台服务作为服务端，经过对所获数据的分析整理后进行发送，发送过程中全程监控数据安全，且服务端设置对外查询端口，为教师查询数据提供便利条件[5]。此外，因教学中实验数据信息量大、上报协议使用频率较高，需采用稳定的网络架构，因此，选择Epoll异步非堵塞多线程架构。

功能设计如下：信息数据监控，在网络架构中提供IO接口实现了平台同时进行多文件监听与读写，且在非阻塞情况下，吞吐率有效提升，客户端发送数据需求产生后将立即上报到协议，无任何延迟，立即触发Epoll监听与读写，而所形成的任务队列不需排队等待按顺序处理，该网络架构可实现一组线程的同时处理，大大提高信息采集的效率。信息数据采集与传送，实训室的设备与客户端之间利用主控机进行采集数据任务布置，即将有组态软件安装到上位PC机上，客户端利用程序定时扫描组态软件即可采集信息数据，在通过协议上报，进入到传送队列中，服务器接收数据后则汇总到数据库中，即监控器及时掌握实验学习情况，通常可实现实时传送[6]。

3 数据分析系统设计

信息技术利用云计算与大数据处理技术可大大提升数据信息的处理能力，因此，在实训室系统中即时学生、教师运用各项功能同时产生大量数据，也可快速进行处理；并且数据经过采集与运用后汇总到数据库内，大数据技术可从整体上进行数据分析，归纳各类型数据的规律，挖掘有价值的信息内容[7]。因此，数据分析系统结构设计应满足数据处理的需要，即采用Hadoop搭配Hive结构框架[8]。文章从数据分析系统基础功能及大数据分析功能两个角度选择实际案例，展开功能设计的具体分析。

3.1 基础功能设计

以学生利用实训室设备在线视频学习时间为例，时间信息是数据分析系统采集的重点对象，其不仅采集学生在线学习时间，也汇总每台设备使用总时间，便于教师分析学生的学习情况以及实训室设备的利用情况，以为学校设备维修、教学任务分配等环节提供参考依据。本次统计分析2020年1月～2020年12月间某高校计算机实训室1～60台计算机设备不同课程学生在线学习平均时长，结果如表1所示。