基于Spring Boot的工程教育認證實踐內容管理平臺設計與實現

關鍵詞：工程教育認證實踐；內容管理；前后端分離；Spring Boot；OBE理念

0 引言

自2016年我國加入《華盛頓協議》，工程教育認證教育理念在全國眾多高校得到廣泛認可，越來越多的高校積極開展工程教育認證工作[1-2]。2020年，金陵科技學院軟件工程專業通過工程教育認證，截至2022年底，我國一共有24個工科專業類、321所高校的2 385 個專業通過了工程教育專業認證。

目前，金陵科技學院軟件專業已通過工程教育認證，信息安全專業工程教育認證工作正在展開，并積極將OBE理念應用于日常教學過程之中。盡管目前研究者不斷探索對已有的信息系統進行升級，以便更好地支持工程教育認證實踐工作開展。例如，張麗莉等人將OBE理念用于教務管理平臺，已實現持續改進閉環綜合管理[3]；鐘久申開發面向OBE理念的培養方案信息制定系統，旨在方便培養方案制定[4]；張迪等人將OBE理念用于學業預警[5]。然而，現有系統不能很好地支持教育認證實踐工作開展。

1 工程教育認證實踐過程中面臨的問題

工程教育認證實踐過程中面臨的問題主要表現在以下幾個方面：

首先，教師資料準備難。工程教育認證教學實踐中需要每門課程教師準備本輪課程教學持續改進計劃、教學資料、課程目標中期達成度報告、各項考核原始材料、各項成績記錄及總評、課程目標達成度計算表及評價報告、課程目標達成學生自評表、本輪課程授課總結或評價報告等多項不同的文件材料。一方面，許多材料需要按班級為單位組織，存在大量機械性勞動，占用老師大量的時間和精力；另一方面，人工操作極易在不經意間改變材料格式或數據，使得不同材料之間的數據、格式出現不一致情況，大大增加了督導檢查的工作量。

其次，學院材料收集難。以金陵科技學院網絡安全學院為例，主要采用網盤的形式進行材料收集，雖然在一定程度提升了材料收集效率，但這種收集方式需要相關負責人定時檢測、核對，以確認相關課程負責人、教師是否已按要求上傳相關材料。若無，則需通過線下進行提醒。待相關課程負責人、教師上傳完相關材料之后，相關負責人需要再次進行人工確認。

然后，督導檢查難。教學督導需要將自己負責督導的課程相關材料下載到本地，然后依次打開不同材料進行檢查。一方面，督導負責的課程較多、任務較重，檢查材料中普遍存在的日期、格式、學期、班級等明顯錯誤已然費時費力，更不用說發現材料中存在的數據不一致等更嚴重的錯誤；另一方面，由于缺乏相應系統，督導需要人工記錄相應的問題，然后反饋給相關課程負責人、授課教師，導致效率不高。

最后，材料整改難。第一，由于缺乏有效工具，課程負責人容易混淆不同版本的材料，導致上傳過期的材料；第二，督導需要多次下載、打開、查看，才能確認相關課程負責人是否對材料整改到位。實踐表明，很難將所有檢查出來的錯誤一次進行全部修訂；第三，當需要使用新的模板，需要各個課程負責人、授課教師對相關資料格式進行調整。

因此，設計實現一個工程教育認證實踐內容管理平臺，對于解決工程教育實踐過程中面臨的上述問題具有重要的實用意義。

2 系統設計目的

本項目從工程教育工作實踐現實需求出發，致力于設計實現一個基于Spring Boot的工程教育認證實踐內容管理平臺，將工程教育認證涉及的核心文檔和教學過程數據納入系統管理范圍，將大量復雜的材料整理分析工作自動化。一方面，可以大大提高教師的工作效率，有利于教師將更多精力集中在教學內容的持續改進中去；另一方面，使得教務管理工作流程更加標準化，保證輸出材料的正確性和格式統一性，提高教學管理效率。學生也能從更高質量的教學內容和更高效的教育管理中受益。

3 系統設計

3.1 系統架構設計

本文設計實現的工程教育認證實踐內容管理平臺系統采用前后端完全分離的B/S架構，如圖1所示。學校可以將該平臺部署在自己局域網內進行私有化部署，也可通過獲取服務的方式使用平臺。

在技術方面，本系統采用Vue.js作為前端開發框架，結合Element UI標準組件庫來創建交互性強且具有良好用戶體驗的界面。后端則基于Spring Boot框架，利用其輕量級和模塊化的特點，簡化了應用的部署和開發過程。數據持久化交采用MySQL數據庫，保證數據的安全性和穩定性。系統數據操作采用MyBa? tis，大大簡化了數據庫操作的復雜性。為了提高性能，引入了Redis作為緩存機制，減少數據庫的訪問壓力。安全性方面，Shiro框架被用于執行身份驗證、授權、密碼處理和會話管理。API接口設計遵循REST 風格，明確區分了GET用于數據檢索、POST用于數據創建、PUT用于數據更新和DELETE用于數據刪除的操作。服務器端使用Nginx作為反向代理服務器，并實現負載均衡，確保了系統的高可用性和穩定性。

3.2 系統功能設計

本論文設計實現的工程教育認證實踐內容管理平臺的功能結構如圖2 所示，包含以下11 個功能模塊：

1） 首頁模塊，主要用于工程教育認證標準、要求、新聞等信息展示與平臺宣傳。

2） 登錄模塊，主要用于為用戶提供獲取平臺服務入口，包括賬號密碼登錄、手機驗證碼登錄、密碼找回。系統賬號不能通過注冊獲得，只能通過所屬上級管理員或系統管理員分配的方式獲得。例如，學校管理員賬號由系統管理員創建分配，學院賬號由學校管理員創建分配，教師賬號由學院管理員進行創建分配。

3） 學校管理模塊，主要用于系統管理員對學校相關信息進行管理，以便以服務方式向不同學校提供服務。包含：學校管理功能，用于系統管理員對全部學校或者學校管理員對本校基本信息進行管理；校區管理功能用于學校管理員對本校不同校區信息進行管理；學校領導人管理用于學校管理員管理本校領導信息。

4） 學院管理模塊，主要用于學校管理員與學院管理員對本校學院相關信息進行管理，包含學院管理、學院領導人管理、樓宇管理、房間管理和專業管理。

5） 系部管理模塊，主要用于學院管理員與系部管理員對系部相關信息進行管理，包括系部信息管理、系部領導管理、教研室信息管理、教師管理。

6） 學生管理模塊，主要用于教師對學生進行管理，包括班級管理、班級課表管理、生涯管理和學生管理。其中，班級課表與學生管理支持Excel導入，方便與本校的教務系統進行對接。

7） 課程管理模塊，主要用于課程負責人對自己所負責的課程相關信息進行管理，包括課程基本管理、課程大綱管理。其中，課程大綱管理模塊主要用于課程負責人在培養方案制定或修訂時，完成相關課程大綱制定以更好契合培養方案。

8） 教務管理模塊，主要用于授課老師按學期、按課程管理自己教學過程數據，包括教師課表管理、授課列表、成績管理和教學資源管理。教師課表管理運行教師上傳自己的教師課表，系統自動將授課信息按照教學班級、學期添加到教師授課列表之中。成績管理為教師提供可視化分析，并支持達成度計算與導出。

9） 培養管理模塊，主要用于方便專業負責人制定和維護培養方案，包括培養方案管理、培養目標管理、畢業要求管理。其中，培養方案管理主要用于輔助專業負責人制定或修正培養方案，支持培養目標、畢業要求、課程列表等相關信息一鍵導入，并及時通知到相關課程負責人、授課老師。

10） 格式要求管理模塊，主要用于對不同材料設置不同格式、模板等具體要求，保證系統輸出文檔的格式規范性和一致性，包括格式要求管理、模板管理和文件生成。其中，格式要求管理用于設置文檔主體、各級標題的字體、縮進、行間距等格式要求；模板管理用于管理不同文件所使用的模板；文件生成功能用于根據指定格式要求或使用特定模板生產所需文檔，進而保證系統輸出的文檔格式的一致性。

11） 系統管理模塊，主要用于系統管理員對本平臺進行全局管理，包括用戶管理、角色管理、菜單管理、字典管理等功能。本系統包含系統管理員、學校管理員、學院管理員、教學督導、教師、學生，共5種角色，不同角色具有不同權限。字典管理主要用于管理員對系統中使用f8a7ddc2d075d1b55a132b89bb1f878b4d40f13dbfe3fdee6ae6847b8044fef5的某些數據元素范圍進行定義。

4 關鍵功能設計與實現

4.1 培養方案管理功能

本論文設計實現的工程教育認證實踐內容管理平臺提供友好界面，幫助專業負責人與相關課程負責人進行高效合作，完成培養方案制定。培養方案制定功能流程圖和操作頁面分別如圖3所示，具體操作流程如下：

步驟 1：專業負責人可以通過培養目標管理和畢業要求管理，按多級層次結構制定新的培養目標與畢業要求；專業負責人維護可以方便地對已有培養目標和畢業要求進行編輯、添加、刪除以及排序。

步驟 2：填寫大綱的基本信息，包括適用專業、基本學制與學位、畢業學分要求等基本信息。

步驟 3：導入培養目標與畢業要求，設置培養目標與畢業要求對應關系矩陣。

步驟 4：導入課程信息，設置畢業要求與課程對應關系矩陣；系統會自動向相關課程負責人發送任務通知，提醒課程負責人及時制定、提交適合本方案的課程大綱。

步驟 5：專業負責人負責審核課程負責人提交的課程大綱，提高協作效率。此外，平臺通過課程大綱審核通過率定義培養方案完成程度，方便掌握進度。

步驟 6：制定完成后，專業負責人可以導出培養方案。培養方案導出主要采用POI-TL與POI將培養方案各個部分內容按順序輸出到docx文件，并根據格式管理模塊中定義的格式要求（以JSON數據格式存儲）進行設置，字體相關格式設置關鍵代碼如下：

平臺為專業負責人提供友好界面，圖4所示，以逐步引導專業負責人完成培養方案制定，提高專業負責人與課程負責人之間的協作效率。

4.2 課程大綱導出功能

與培養方案制定相似，本平臺通過提供直觀的可視化界面，極大地簡化且規范化課程負責人制定和維護課程大綱的過程。首先，平臺能夠自動從相關培養方案導入課程所支持的畢業要求，從而避免手動操作可能導致的錯誤、遺漏、冗余等不一致情況，同時顯著提高了工作效率。此外，本平臺集成輕量級、所見即所得富文本編輯器TinyMCE，為課程負責人提供一個類Word的編輯環境。課程負責人可以通過TinyMCE 菜單直接在線編輯，或將編輯好的Word直接復制粘貼到TinyMCE中。課程大綱的相關信息會被整理成JSON數據格式存儲在MySQL數據庫中，確保了數據的持久化和可訪問性。

課程大綱導出主要采用基于模板的方法。首先，專業負責人通過模板管理功能上傳課程大綱模板。如圖5所示，課程大綱模板使用雙大括號表示數據標簽，旨在指定相應數據內容在課程大綱中的位置與格式。例如，數據標簽“{{courseName_cn}}”表示課程中文名稱；“{{courseCode}}”表示課程編碼。然后，平臺文檔生成模塊利用POI 與POI-TL 中XWPFTemplate 類，將模板中的數據標簽替換成課程大綱相應的數據內容，關鍵代碼如下：

5 總結

隨著OBE（Outcome-Based Education），即基于成果的教育理念在高等教育領域的日益普及，高校對于能夠輔助工程教學實踐內容管理的工具需求日益增長。本研究針對工程教育的現實需求，設計并實現了一個基于Spring Boot的工程教育認證實踐內容管理平臺。本文詳細闡述了該平臺的架構設計、功能模塊劃分以及核心功能的實現方法。該平臺將工程教育認證涉及的核心文檔和教學過程數據納入平臺，自動化復雜的材料整理分析工作，有效地解決工程教學實踐過程中存在的材料準備難、材料收集難、督導檢查難、材料整改難等現實問題，對提升教學管理的標準化和規范化具有重要的實際應用價值。