陸赟

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)專業(yè)；實(shí)訓(xùn)云平臺；實(shí)訓(xùn)課程

0 引言

隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展及國家數(shù)字中國建設(shè)需要，行業(yè)企業(yè)對大數(shù)據(jù)人才需求急速增長，目前有800多所高職院校都開設(shè)了大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，但是學(xué)校在實(shí)施大數(shù)據(jù)專業(yè)教學(xué)過程中遇到了很多問題。例如，高校存在教材和配套資源短缺的問題，還面臨師資無法滿足授課需求、學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法跟上技術(shù)迭代的困境[1]。另一方面學(xué)校缺少來自一線企業(yè)的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，導(dǎo)致培養(yǎng)的人才與企業(yè)需求存在偏差。針對這些問題，建設(shè)大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)云平臺，為大數(shù)據(jù)專業(yè)打造專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境成為當(dāng)前迫切需求。

1 建設(shè)背景

近年來，國家的大力推動(dòng)和各行各業(yè)對大數(shù)據(jù)人才的需求都對高校大數(shù)據(jù)人才培養(yǎng)提出了新的要求。

1.1 大數(shù)據(jù)政策背景

2017年1月，工業(yè)和信息化部確定了“十三五”期間中國大數(shù)據(jù)行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃方向、政策與標(biāo)準(zhǔn)，將引領(lǐng)中國大數(shù)據(jù)行業(yè)的科學(xué)發(fā)展，并強(qiáng)力推進(jìn)制造業(yè)強(qiáng)國與互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)國的建設(shè)。

2018年9月，中國工信部發(fā)布“2018年大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單”，共發(fā)布了涉及大數(shù)據(jù)分析存儲處理、大數(shù)據(jù)分析信息挖掘等的十個(gè)領(lǐng)域，近二百個(gè)國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域已成為以采集、存儲、處理、挖掘、分析等活動(dòng)為主的中國重要新興產(chǎn)業(yè)，并成了促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)開展質(zhì)量革命、效益革新、經(jīng)濟(jì)動(dòng)力轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵動(dòng)力。中共中央、國務(wù)院一直以來高度重視大數(shù)據(jù)事業(yè)建設(shè)，并積極推進(jìn)落實(shí)國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。

“十四五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào)要積極推動(dòng)大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。

可見大數(shù)據(jù)的重要性越來越受到重視。大數(shù)據(jù)技術(shù)將海量數(shù)據(jù)處理變?yōu)榭赡?，并且大幅降低了成本，使得越來越多跨專業(yè)學(xué)科的人投入大數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用中。

1.2 大數(shù)據(jù)行業(yè)需求

新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展引發(fā)數(shù)據(jù)迅猛增長，如何從海量數(shù)據(jù)集中獲取有商業(yè)價(jià)值的數(shù)據(jù)成為各行各業(yè)追求的目標(biāo)。企業(yè)對大數(shù)據(jù)人才的需求也越來越大，需求的崗位主要包括大數(shù)據(jù)開發(fā)工程師、分析師、運(yùn)維工程師等，而且崗位對大數(shù)據(jù)技術(shù)的實(shí)踐能力要求很高，比如熟悉Hadoop或Spark生態(tài)相關(guān)技術(shù)，包括MapReduce、HBase、HDFS、Hive、Spark、Storm 等，而且能夠在Linux環(huán)境下進(jìn)行安裝部署運(yùn)行維護(hù)等。人才是驅(qū)動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第一資源，也是驅(qū)動(dòng)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)演進(jìn)發(fā)展的第一資源。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展高歌猛進(jìn)階段，以大數(shù)據(jù)技術(shù)人才為代表的信息化人才培養(yǎng)數(shù)量和質(zhì)量嚴(yán)重滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.3 高職大數(shù)據(jù)專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國職業(yè)院校承擔(dān)培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才，為了響應(yīng)國家大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略，滿足行業(yè)企業(yè)對大數(shù)據(jù)人才的需求，從大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)角度來看，大數(shù)據(jù)專業(yè)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的信息技術(shù)專業(yè)諸多的缺憾，但是該專業(yè)對高校的教學(xué)提出了更高的要求[2]。在實(shí)驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)更新上增加了巨大的困難，其原因主要在于：

1） 大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展迅猛，日新月異，而高職院校老師的技術(shù)和知識更新跟不上大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致部分學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容和知識傳授面都十分有限和滯后。

2） 數(shù)據(jù)源的缺乏，大數(shù)據(jù)技術(shù)其核心就是對數(shù)據(jù)的處理和分析，從數(shù)據(jù)中挖掘出其潛在的價(jià)值的，學(xué)生要掌握這套技術(shù)是需要大量的項(xiàng)目實(shí)踐，這需要大量的案例數(shù)據(jù)源，而部分學(xué)校是嚴(yán)重滯后甚至沒有的。

3） 由于校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件和教師項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的缺乏，只能進(jìn)行一些模擬訓(xùn)練或者短時(shí)間的基礎(chǔ)技能訓(xùn)練，不能滿足大數(shù)據(jù)行業(yè)發(fā)展對應(yīng)用型人才需求的要求。

4） 高校在開設(shè)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)專業(yè)課程的時(shí)候往往缺乏教學(xué)實(shí)訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)平臺，并且缺乏教學(xué)實(shí)訓(xùn)方案[3]。

新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2018年招收第一批大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生，到目前為止已招收5屆大數(shù)據(jù)專業(yè)學(xué)生。大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程有Hadoop集群部署、Spark開發(fā)、Python數(shù)據(jù)分析等課程，其中Hadoop 和Spark 課程對實(shí)訓(xùn)環(huán)境要求比較高，機(jī)房的電腦配置相對比較低，在集群部署階段只能分組完成任務(wù)，學(xué)生個(gè)人無法獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)，技能提升相對緩慢，而且缺乏很多實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用的實(shí)訓(xùn)課程資源及教學(xué)實(shí)訓(xùn)方案等，導(dǎo)致培養(yǎng)出的大數(shù)據(jù)人才和企業(yè)需求的人才有一定的差距。

2 平臺設(shè)計(jì)

人才培養(yǎng)以提高師生學(xué)習(xí)能力、教學(xué)能力、實(shí)踐操作能力為目標(biāo)，需要在原有的大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ)上，把大數(shù)據(jù)企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、崗位操作流程等融入專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生和用人崗位之間的無縫對接，以適應(yīng)大數(shù)據(jù)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變后，對人才培養(yǎng)的新要求。因此，大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)平臺應(yīng)該是以大數(shù)據(jù)應(yīng)用與技術(shù)專業(yè)的課程為基礎(chǔ)、以鍛煉學(xué)生大數(shù)據(jù)崗位技能為目的而建立的。在構(gòu)建過程中，學(xué)?？梢岳么髷?shù)據(jù)對于信息搜集與處理能力強(qiáng)的優(yōu)勢，為學(xué)生提供個(gè)性化的專業(yè)實(shí)訓(xùn)知識，同時(shí)為他們理論知識的應(yīng)用提供實(shí)踐平臺[4]。在應(yīng)用實(shí)踐中，高職專業(yè)學(xué)生能夠掌握核心課程的基礎(chǔ)知識，并利用項(xiàng)目任務(wù)的方法來提高對知識點(diǎn)的掌握，最后也能夠把基礎(chǔ)知識運(yùn)用在實(shí)踐練習(xí)之中。所以在設(shè)計(jì)的階段，需要運(yùn)用新的大數(shù)據(jù)分析框架和技術(shù)，根據(jù)新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)分院學(xué)生知識的認(rèn)知特性，為學(xué)生的實(shí)訓(xùn)課程創(chuàng)造條件。

2.1 平臺需求目標(biāo)

通過深入調(diào)研開設(shè)大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的高職院校，了解大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)平臺的建設(shè)現(xiàn)狀。大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺需要基于云搭建。目前云平臺以其擴(kuò)展性、按需彈性、運(yùn)營成本低等優(yōu)勢逐漸地被企業(yè)所采用。學(xué)生要做實(shí)驗(yàn)同樣可以采用云平臺，來部署ICT大數(shù)據(jù)教學(xué)平臺，上線相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生需要一臺電腦和網(wǎng)線就可以聯(lián)入進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以省去大量底層軟件安裝和環(huán)境搭建。在教學(xué)模式上，可以采取以項(xiàng)目式教學(xué)或者以實(shí)訓(xùn)為主理論和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，采用分階段、分進(jìn)程的模式教學(xué)。學(xué)生通過完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)來獲得大數(shù)據(jù)的相關(guān)知識和技能，同時(shí)獲得職業(yè)能力，提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

2.2 平臺功能簡述

實(shí)訓(xùn)平臺圍繞工科學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，根據(jù)我國工科學(xué)生工程實(shí)踐能力的現(xiàn)狀與問題，結(jié)合學(xué)校開設(shè)的應(yīng)用課程，建立集實(shí)訓(xùn)、教學(xué)、考試、就業(yè)、評價(jià)等功能為一體的綜合型平臺，將制作出來的基于實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用的實(shí)訓(xùn)課程資源移植到平臺上供學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺總體目標(biāo)是建設(shè)成為以學(xué)校大數(shù)據(jù)課程資源為中心、面向教學(xué)與科研的計(jì)算、管理、服務(wù)平臺。具體包括：三個(gè)面向：學(xué)生、教師、管理人員[5]。兩個(gè)兼顧：教學(xué)與科研。一個(gè)全覆蓋：學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)的過程記錄與監(jiān)管，專業(yè)所有的教學(xué)資源、實(shí)踐資源與研究資源。立體型：支持新媒體教材的資源管理與服務(wù)，能做到五個(gè)結(jié)合：線上線下相結(jié)合、紙質(zhì)與電子相結(jié)合、文本與媒體相結(jié)合、演示驗(yàn)證及設(shè)計(jì)分析相結(jié)合、引導(dǎo)與探究相結(jié)合。

從軟件設(shè)計(jì)上來看，大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺需要包含大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)課程資源、教學(xué)管理、云平臺管理模塊。功能模塊圖如圖1。

1） 實(shí)訓(xùn)課程資源

將大數(shù)據(jù)內(nèi)容按照不同類型的知識模塊可以分成兩類，分別為大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)課程體系、大數(shù)據(jù)進(jìn)階課程體系。大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)課程體系，主要包括：Linux系統(tǒng)、Python基礎(chǔ)、Java編程、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)等課程;大數(shù)據(jù)進(jìn)階體系，主要包括：Hadoop集群部署、Spark開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)案例課程等。

每個(gè)課程體系都考核了學(xué)生多方面知識領(lǐng)域的全面學(xué)習(xí)，與現(xiàn)在教育方式一致，仍然保留傳統(tǒng)教學(xué)方式。除此以外，教師還可定制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)鏡像，將文本類、實(shí)操類、視頻等課程資源上傳到教學(xué)平臺，供學(xué)生們學(xué)習(xí)。

項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)案例課程可以完全還原項(xiàng)目的實(shí)際工作完成流程，將與大數(shù)據(jù)分析相關(guān)的技術(shù)理論知識點(diǎn)和具體的項(xiàng)目實(shí)踐過程相結(jié)合，讓學(xué)生體會(huì)感受到各個(gè)知識點(diǎn)在具體項(xiàng)目中的有效運(yùn)用。其實(shí)現(xiàn)過程就是將企業(yè)大項(xiàng)目分解成若干個(gè)實(shí)驗(yàn)小任務(wù)，不同任務(wù)間需要共用一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而整個(gè)項(xiàng)目的連貫性和真實(shí)性。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小任務(wù)都會(huì)提供整套的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，當(dāng)用戶切換實(shí)驗(yàn)時(shí)，對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境不變，到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)繼續(xù)使用上一實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，最終完成該項(xiàng)目。具體項(xiàng)目案例可以包括大數(shù)據(jù)集群部署項(xiàng)目、手機(jī)流程統(tǒng)計(jì)、天氣數(shù)據(jù)分析等。

2） 教學(xué)管理

教學(xué)管理模塊主要包括課程管理、班級管理、考試管理、線上答疑、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。

①課程管理

在課程管理頁面下，可以選擇需要授課的大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)資源課程，查看已經(jīng)選擇的實(shí)訓(xùn)課程，同時(shí)可以在線創(chuàng)建新的課程、修改原有課程、添加課程視頻、管理視頻等，以及上傳新的課件或刪除已上傳的課件。

②班級管理

每個(gè)課程可以有多個(gè)班級上課，在班級管理頁面下，可以對多個(gè)班級進(jìn)行管理，可以查看班級、學(xué)生數(shù)量等信息，同時(shí)也可以面向不同的班級在線進(jìn)行布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)、管理學(xué)生、管理考試等操作。

③考試管理

在考試管理頁面下，可以在線創(chuàng)建考試，考題主要就是課程中的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，不同實(shí)訓(xùn)任務(wù)設(shè)置不同的分值，并定義考試的相關(guān)考試信息，包括：考試開始日期、考試時(shí)長、考試的班級、考核通過分?jǐn)?shù)等，也可以查看學(xué)生的考試答題情況并導(dǎo)出成績。

④線上答疑

系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)的在線答疑能力，包括系統(tǒng)智能答疑和教師在線解答兩種模式，方便用戶簡單、快速的獲取信息。

⑤實(shí)驗(yàn)報(bào)告

系統(tǒng)自動(dòng)為用戶生成可下載的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)完成結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)過程日志、關(guān)鍵步驟的截圖、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等。

3） 云平臺管理

云平臺管理模塊包含用戶管理、資源管理、權(quán)限管理等。

①用戶管理

管理員可對平臺中的用戶信息進(jìn)行新增、修改與刪除，根據(jù)條件對已有用戶進(jìn)行查詢，可以增加新的角色并賦予角色相應(yīng)的權(quán)限，可以根據(jù)層級新增組織、學(xué)院、系別、專業(yè)、班級等。

②資源管理

管理員或者教師可以在后臺資源監(jiān)控中心可查看平臺的用戶數(shù)量、實(shí)驗(yàn)數(shù)量、用戶分布、活躍用戶等數(shù)據(jù)，通過查看實(shí)時(shí)的CPU、內(nèi)存、硬盤、實(shí)例的使用情況來時(shí)刻關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)的狀態(tài)，從而提高了教師的教學(xué)質(zhì)量和效率。

③權(quán)限管理

大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺根據(jù)用戶的角色不同，可以將用戶分為管理員、教師和學(xué)生，三種角色擁有不同的權(quán)限。權(quán)限管理主要是針對不同的角色，選擇所擁有的功能權(quán)限。

2.3 平臺應(yīng)用

大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺的管理員、教師、學(xué)生擁有不同的功能權(quán)限，共同完成大數(shù)據(jù)專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)戰(zhàn)。

1） 管理員用戶權(quán)限

管理員可以登錄大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)平臺的統(tǒng)一管理后臺，可進(jìn)行大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)課程資源管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)置、用戶管理、權(quán)限管理、安全設(shè)置等操作。

2） 教師用戶權(quán)限

教師用戶可以在教學(xué)管理模塊進(jìn)行課程管理、班級管理、考試管理、在線答疑、查詢學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。

3） 學(xué)生用戶權(quán)限

學(xué)生可以進(jìn)入教學(xué)管理模塊的課程管理頁面，選擇需要學(xué)習(xí)的課程，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，每個(gè)實(shí)驗(yàn)頁面按照操作和指導(dǎo)文本分為兩部分內(nèi)容，左邊為課程內(nèi)容模板，右邊為實(shí)驗(yàn)集群頁面。學(xué)生還可以進(jìn)入項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)課程進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)。

大數(shù)據(jù)教學(xué)實(shí)戰(zhàn)的流程一般是選擇創(chuàng)建環(huán)境、實(shí)驗(yàn)操作、提交報(bào)告、教師評分。首先是學(xué)生在教師的授課課程中打開對應(yīng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生開啟實(shí)驗(yàn)后系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建所需實(shí)驗(yàn)環(huán)境。其次學(xué)生參照實(shí)驗(yàn)手冊完成實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)流程，生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。然后學(xué)生提交報(bào)告，教師可根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交情況，管理掌控實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。最后教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容的正確性、完整性和及時(shí)性打分。實(shí)戰(zhàn)流程如圖2 所示。

2.4 平臺部署模式

大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺支持用公有云、私有云及混合云部署模式，學(xué)生、教師、管理員等所有相關(guān)用戶通過能夠連接互聯(lián)網(wǎng)的終端就可以訪問實(shí)驗(yàn)平臺，能夠做到隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，極大地降低了本地化運(yùn)維成本。

2.5 平臺物理承載環(huán)境需求

大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺需要本地物理空間支持，物理空間需要滿足綜合布線、教學(xué)需求和終端機(jī)、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施部署。在教學(xué)規(guī)劃中，實(shí)訓(xùn)類課程是專業(yè)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。針對本次項(xiàng)目，大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)室應(yīng)規(guī)劃能夠滿足50人的使用規(guī)模，從空間設(shè)計(jì)到平臺、實(shí)訓(xùn)環(huán)境部署都將以此學(xué)生人數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃，提供相匹配的實(shí)踐環(huán)境建設(shè)的解決方案。因此，建議學(xué)院的實(shí)訓(xùn)云物理承載環(huán)境要求如表1：

大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)室采用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)教室布局方法，此種方法可最大程度節(jié)省空間面積，滿足一個(gè)班50人同時(shí)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)要求。

3 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)實(shí)訓(xùn)云平臺的設(shè)計(jì)貫徹“產(chǎn)、學(xué)、研、用”一體化的思想。采用虛擬化技術(shù)和大數(shù)據(jù)管理的架構(gòu)，通過構(gòu)建教學(xué)系統(tǒng)和集群網(wǎng)絡(luò)，把大數(shù)據(jù)管理的技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目中，將理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與大數(shù)據(jù)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)結(jié)合，通過由淺入深，循序漸進(jìn)，逐步提高學(xué)生的專業(yè)知識與項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)水平，使學(xué)生的能力與企業(yè)人才需求無縫連接，從而緩解企業(yè)大數(shù)據(jù)管理人才培養(yǎng)不足現(xiàn)象。同時(shí)，借助強(qiáng)大的技術(shù)體系、數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，匹配教師的科研需求，從而增強(qiáng)老師的科研能力。