基于Hadoop的課程云平臺設(shè)計與實現(xiàn)

胡安明 陳惠娥

摘 要：隨著信息化教學(xué)的推進(jìn)，高校在信息化教學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，已積累大量課程資源和課程數(shù)據(jù)，如何在這些課程資源數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲管理，并在此基礎(chǔ)上挖掘出有意義的數(shù)據(jù)，對課程資源進(jìn)行關(guān)聯(lián)歸類，形成課程體系智慧學(xué)習(xí)，成為目前高校課程大數(shù)據(jù)的主要研究對象。文章以高校計算機(jī)類課程為基礎(chǔ)，搭建Hadoop集群環(huán)境，研究基于Hadoop平臺的課程云平臺，為高校課程信息化建設(shè)提供方案。

關(guān)鍵詞：Hadoop；課程云平臺；智慧學(xué)習(xí)

近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，云計算技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等各方面的迅速發(fā)展，各個行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)的信息化時代。大數(shù)據(jù)技術(shù)逐漸以應(yīng)用為中心的信息化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為中心，大數(shù)據(jù)提供大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲、管理、處理、挖掘等技術(shù)，更進(jìn)一步加快了信息化的發(fā)展。

高校在信息化教學(xué)、信息化課程建設(shè)方面已發(fā)展多年，累積了大量課程資源和課程數(shù)據(jù)，如何在這些課程資源數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲管理，并在此基礎(chǔ)上挖掘出有意義的數(shù)據(jù)，對課程資源進(jìn)行關(guān)聯(lián)歸類，形成課程體系智慧學(xué)習(xí)。Hadoop[1]大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與成熟，正好提供了一個非常好的技術(shù)平臺；因此應(yīng)用Hadoop平臺技術(shù)，來構(gòu)建一個課程云平臺系統(tǒng)是非常有意義的。

1 Hadoop

Hadoop平臺是Apache基金會所開發(fā)發(fā)布的分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲平臺，Hadoop平臺提供了高效、可靠、大規(guī)模數(shù)據(jù)分布式處理和存儲能力，在Hadoop平臺下一個控制節(jié)點控制整個集群的運行處理，協(xié)調(diào)各個數(shù)據(jù)節(jié)點間數(shù)據(jù)管理和計算任務(wù)[2]。Hadoop的核心由分布式文件處理HDFS，MapReduce并行計算框架和HBase分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。Hadoop結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 課程云平臺系統(tǒng)

傳統(tǒng)信息化課程的建設(shè)，往往只關(guān)注某一門課程知識體系的構(gòu)建和知識點的建設(shè)，容易忽略整個知識體系的構(gòu)建，及該課程與其他課程間的知識點關(guān)聯(lián)，例如，計算機(jī)類課程中某一門專業(yè)課程，其背后又關(guān)聯(lián)到多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的應(yīng)用[3]（以計算機(jī)專業(yè)中“Java EE程序設(shè)計”課程為例，如圖2所示），專業(yè)課程間又存在交叉和先后順序，以往課程建設(shè)都是任課教師基于本門課程的相關(guān)資源建設(shè)，課程與課程間無銜接、無關(guān)聯(lián)，這樣就形成課程上的信息孤島，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。所以運用Hadoop大數(shù)據(jù)技術(shù)，存儲特性、覆蓋性和靈活性，構(gòu)建開發(fā)一個課程云平臺，將以往的課程教學(xué)資源整合起來。

應(yīng)用Hadoop大數(shù)據(jù)技術(shù)，以計算機(jī)專業(yè)中某一門專業(yè)核心課程為例構(gòu)建起該課程的課程云平臺，通過課程云平臺構(gòu)建起該關(guān)聯(lián)課程體系，將該課程所涉及的多門課程有序地融合起來，形成完善的課程云平臺。

同時通過Hadoop技術(shù)海量數(shù)據(jù)管理功能，對課程中每個知識點進(jìn)行數(shù)據(jù)深度挖掘，提供課程間知識點快速檢索和訪問。也對各個課程中所涉及的視頻圖片各類資源進(jìn)行有效存儲管理。

云課程平臺也與實踐應(yīng)用對接，將實訓(xùn)項目引入到云平臺中，通過云課程平臺，對項目進(jìn)行分解，將項目中所應(yīng)用的各知識點與各課程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，讓云課程平臺引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行項目實訓(xùn)，對項目中所涉及的知識點能快速地檢索訪問，如圖3所示。

從圖3可以看出，一門課程的背后往往涉及多門課程知識體系的數(shù)據(jù)支撐，而一個學(xué)科的知識體系會涉及更加復(fù)雜、龐大的課程體系數(shù)據(jù)的支撐。而這些課程數(shù)據(jù)中又包含有各類型的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，因此使用Hadoop平臺實現(xiàn)是非常可行的。

3 課程云平臺的設(shè)計

本課題應(yīng)用Hadoop平臺技術(shù)，針對高校課程信息化的特點，構(gòu)建課程云平臺系統(tǒng)，期系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)清洗與整合、分布式數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析與挖掘，Hadoop平臺管理、應(yīng)用程序接口（Application Program Interface，API）平臺管理等，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

課程資源平臺：指目前高校現(xiàn)有課程建設(shè)平臺，包括現(xiàn)有平臺上的各類課程資源信息，如結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要是現(xiàn)有課程資源的數(shù)據(jù)庫信息，例如（MySQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、Oracle數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)等）；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包含課程資源中的各類數(shù)據(jù)文件、圖片、音頻、視頻資源等。

數(shù)據(jù)采集：包含數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)清洗，數(shù)據(jù)整合等，指對現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源使用Sqoop等技術(shù)將課程資源平臺中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Hadoop的HDFS和Hive進(jìn)行存儲，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以使用表或者Key-Value方式存放，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則以目錄文件的方式進(jìn)行存放。

大數(shù)據(jù)分析：指使用Hadoop中MapReduce或Spark技術(shù)等，對Hadoop平臺中的數(shù)據(jù)進(jìn)行流式分析計算或離線分析計算，產(chǎn)生出各個知識點間的關(guān)聯(lián)及學(xué)習(xí)情境分析等。

智能分析與可視化：使用Tableau，D3，F(xiàn)lot等技術(shù)[4]，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘算法等對課程數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的分析，并以圖表的方式直觀的展示給師生。

API接口層：提供平臺各類數(shù)據(jù)的訪問接口，以便WebAPP或移動APP等應(yīng)用系統(tǒng)可以從平臺方便地獲取課程信息資源，為平臺的二次開發(fā)提供便利[5]。

4 實現(xiàn)過程

實現(xiàn)環(huán)境：這里選用了5臺服務(wù)器作為Hadoop平臺實現(xiàn)基礎(chǔ)，其配置如表1所示。

服務(wù)器軟件運行環(huán)境如表2所示。

（1）運行環(huán)境：首先配置每臺服務(wù)器的SSH無密碼登錄，然后配置服務(wù)器上Java運行環(huán)境，最后配置Hadoop運行環(huán)境。配置完成后在NameNode上輸入start-all.sh命令，啟動Hadoop。

（2）數(shù)據(jù)遷移：數(shù)據(jù)遷移可分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)遷移和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)遷移，其中結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)遷移導(dǎo)入過程可分成3步。第一，將My SQL數(shù)據(jù)先導(dǎo)入到HDFS中；第二，在Hive中創(chuàng)建表結(jié)構(gòu)；第三，將HDFS中數(shù)據(jù)加載到Hive已創(chuàng)建的表中。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化文本化與HBase整合進(jìn)行遷移處理[6]。

5 運行測試

課程云平臺的建設(shè)主要是將各類分散的課程資源進(jìn)行整合挖掘，使用Hadoop平臺技術(shù)對課程資源數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、深度挖掘、處理等。在Hadoop平臺下既節(jié)省了服務(wù)器資源又提高教學(xué)資源的利用率，并對課程進(jìn)行深度挖掘，實現(xiàn)智慧學(xué)習(xí)。課程云平臺WebAPP端使用SpringMVC框架開發(fā)、Tomcat服務(wù)、JSP頁面等技術(shù)，運行效果如圖5所示。

6 結(jié)語

本文以Hadoop技術(shù)為基礎(chǔ)，以高校計算機(jī)類課程為研究案例，研究基于Hadoop平臺的課程云平臺，通過對Hadoop平臺的技術(shù)特點及搭建配置過程，以及開發(fā)方法等進(jìn)行詳細(xì)論述，為高校課程信息化建設(shè)提供思路。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]楚京予.MOOC平臺課程資源組織模型與體系架構(gòu)研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2016.

[4]王潤，周先進(jìn).云課程的實施困境及其突破[J].教育發(fā)展研究，2015（12）：34-39.

[5]徐毅.湖北地方課程教育云資源的設(shè)計與應(yīng)用實踐[D].武漢：華中師范大學(xué)，2015.

[6]王玥.云課程平臺聚合社會化媒體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2014.