大数据专业实验教学系统的研究与设计

第26卷第2期灾燥造援26晕燥援2鄂州大学学报允燥怎则灶葬造燥枣耘扎澡燥怎哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠圆园19年3月Mar.圆园19大数据专业实验教学系统的研究与设计

高铭悦,潘正高

安徽宿州234000）（宿州学院信息工程学院，

提出了大数据专业实验教学体系（BDTS）摘要：针对高校大数据专业实验课程体系不完善的问题，的构建方案。针对

并针对教师和学生对功能进行了实验教学系统的总体结构，分析了该结构的特点，设计了实验教学系统的功能和课程结构，

培养大数据专业相关技能，为实验课程和实践课程打下坚改进。实验教学系统可以为大数据专业学生提供基本的教学环境，

实的基础。

关键词：大数据；实验教学；BDTS；教学体系

中图分类号：TP393

文献标识码：A

文章编号：1008-9004（2019）02-0107-03

对目前国内各大企业纷纷开拓大数据业务，专业的大数据人才有较高的需求量，越来越多的高校已投入建设大数据专业的教育工作。目前市

需求量大、薪资水场对大数据人才需求的特点是：

平高，关注度高。针对大数据专业的人才培养基本需求，大数据专业建设现状存在的问题包括:

（1）以理论讲解为主，缺乏专业技能提升和实操；（2）实验环境不易管理；

不能构成体系；（3）实验内容单一，相对独立，

项目（4）实验模式单一，不能适应连续实验、

综合实验的开展；

（5）无法掌握学生的学习情况；（6）只能以实验报告为依据；

大数据实验教学系统以大数据核心技术实验教学为主，旨在为高校提供大数据人才培养的实

结合高校的验环境[1]，提升学生的实际动手能力，

大数据理论教学，培养出具有扎实理论基础的实操性人才，提升学生的综合市场竞争力。1大数据实验教学系统总体结构设计

（BDTS）大数据实验教学系统是一种综合性系统采用B／S架构，的大数据学习平台，通过浏

览器实现大数据的学习，系统内置大数据多方向的教学实验、教学指导、教学环境、实验视频等，结合高校的大数据理论，实践教学为重点，模拟企业真实工作场景，培养学生综合的数据能力[2]，其总体结构设计如图1所示。

图1大数据实验教学系统总体结构设计

1.1基础设施层

基础设施层作为系统的支撑环境，为系统提供底层硬件资源设备以及虚拟化资源池，通过

拓展设备的计KVM虚拟化基础将单个支撑设备、

算资源、存储资源构建成统一的虚拟化资源池[3]，将系统资源以虚拟机模式提供，保证同等的硬件

收稿日期：2018-12-20

（2016jyxm1021)；基金项目：安徽省高校重大教研项目2017年安徽省高等学校省级质量工程项目（2017jyxm0500）；2017年安

徽省高等学校省级质量工程项目（2017jyxm0519）；2018年安徽省宿州学院质量工程项目（szxy2018ccjy01）

（1991-）研究方向：大数据、人工智能等。作者简介：高铭悦，女，安徽宿州人，硕士，助教，

108鄂州大学学报第26卷

资源可以支持更多的用户。1.2数据服务层

数据服务层为用户提供基础数据服务，包含

三类：基础数据、实验文本数据、

母本虚拟机文件。基础数据以系统数据库内容为核心；实验文本数据用于支撑用户进行实验的开展；母本虚机文件主要是为保证用户操作产生的内容以增量镜像文件的形式存放。1.3业务层

业务层为用户提供不同的业务模式，以对系

统统筹管理为核心，为用户提供系统监控、

初始母本库的管理、初始课程及实验库的管理、

系统用户的管理，以及对系统资源的调用提供接口，

以课程为入口进而访问系统虚拟环境以及实验指导数据。1.4用户层

用户层包含三种用户：管理用户、

教师、学生。管理用户可以访问系统管理业务实现对系统的整体管控；教师用户可以实现对系统课程资源的访问与管理；学生用户以对课程指导的查看及实验操作为核心，总体使用过程中可以根据角色的不同设置对应的系统身份。

2大数据实验教学系统硬件系统设计

BDTS采用B/S架构，在网络联通情况下即可

访问系统开展实验，包含资源支撑设备、

资源拓展设备、交换设备，见图2。交换设备将系统与校园网

络进行联通，资源支撑设备与资源拓展设备以主从模式进行构建，支撑设备承载对外的身份认证服务、数据服务等功能，同时也承载资源的对外提供[5]，内置KVM虚拟化模块，将设备资源转换为虚拟资源，系统具有良好的拓展性。

图2硬件系统网络联通图

2.1资源支撑硬件系统设计

为应用系统提供教学平台、教学资源的硬件支撑，提供大数据计算能力和案例数据存储能力。

（1）为系统提供虚拟化资源环境，

支撑多人并发大数据实验；

（2）能够与系统内其他设备进行信息传输，

实时监控系统内硬件设备的资源占用情况；

（3）系统内置算法，保证用户申请的资源能够

合理分配在硬件设备上，

实现系统的负载均衡；（4）能够实现对虚拟环境的网络隔离，

保证用户的网络环境互不干扰[6]；

（5）采用高性能CPU，固态硬盘模式，

保证系统以及提供的虚拟机资源能够快速运转。2.2资源拓展硬件系统设计

设备能够为系统提供云平台虚拟化资源环境的硬件支撑，内置高性能CPU以及多块固态硬盘，以保证虚拟机的响应速率。

（1）CPU能够支持KVM虚拟化技术；

（2）设备能够构建虚拟化资源池，

以支撑设备为服务出口，为用户提供实验虚拟机；

（3）设备能够为虚拟化资源池提供计算及存储功能，保证支撑多人并发启动多台虚拟机进行大数据实验；

（4）设备内置通信及监控服务模块，将本机系统资源各项指标实时传输至支撑设备进行分析。2.3智能硬件控制系统设计

智能硬件控制系统主要包括集成刷卡信息采

集、身份认证、开放电源、

授权电脑解锁功能与一体，实现对仪器的权限管理：

仪器预约使用；使用记录管理、记录导出及统计、

历史记录管理、仪器展示；刷卡信息采集、身份认证、

离线刷卡验证[7]。2.4交换设备

交换设备为千兆交换机，为系统与外部核心

交换机进行联通，同时，通过VLAN划分，实现虚

拟机资源池虚拟网络的组建与网络之间的隔离。3大数据实验教学系统软件系统设计3.1系统管理功能

BDTS平台底层是云平台架构，

主要为用户提供虚拟机服务，可及时释放系统资源，平台内置大

量的课程以及实验资源，可以进行跟踪管理；

也可以对扩展内容进行审核与管理，避免扩展内容影响系统的正常运转，从系统环境、系统课程、系统

内容等方面对系统进行统一的管理，

见图3。3.2内容调度与管理功能

教师用户使用BDTS进行课程和考试的组

织、学生的分配以及课程的开展，

并可以跟踪学习情况，掌握学生学习状况并及时修正课程内容，

同时提供了初始课程库的复用功能[8]，能从系统初始实验库中抽取实验自组织课程，设置更为适合的

第2期

高铭悦，等：大数据专业实验教学系统的研究与设计

109图3BDTS软件模块组成图

实验课程。

3.3资源调度应用

学生用户具有系统资源调度应用权限，只要打开实验虚拟机即可开展实验，为了对学生学习过程进行跟踪考核，系统提供录屏功能，教师用户以学生学习记录为参考进行成绩的评定，在答完题或者完成任务后，自动计算出学生应得分值。3.4实验资源

BDTS目前包含近30门实验课程，500多个实验内容、十余个经典项目案例以及涉及平台构建、数据处理、数据挖掘、数据可视化等主流技术

在完的实验教学，同时设置综合大数据案例实践，

成单点技术实验基础上进行项目实训，提升学生的技术应用能力。

4大数据教学系统实验系统设计

BDTS的实验设计以数据挖掘全生命周期为

数据采集、数据处理及主线，将大数据平台架构、

数据可视化等各存储、数据统计分析、数据挖掘、

个环节中使用的核心技术及算法进行了实验设

不仅可计，同时采用单点技术实验+实训的模式，

以掌握核心技术，而且可以培养学生技术应用能力。为了更好的满足教学需求，教学实验涵盖以下教学内容：数据库技术SQL、大数据存储与处理技

机器学习导论、应用统术应用、数据挖据与分析、

计学及R语言应用、大数据集成及技术应用、大数

大数据平据采集与预处理、云计算与分布式计算、

台核心技术、大数据可视化技术以及大数据案例课程等，见图4。

图4大数据实验教学课程体系

5结语

通过构建大数据实验教学体系，可以改善大数据专业及相关实验课程的教学条件，创造最佳

促进学的教学效果，加强大数据基础人才的培养，

生了解大数据先进技术的应用，提高学生的实验

同时帮助技能和综合素质，增强学院的办学活力，

学生和教师在实验室中体验和应用大数据领域的先进技术，最终实现实验教学目标、竞赛平台目标、科研创新目标和大数据领域应用目标。

参考文献:

[1]雷玉霞,赵景秀.人工智能课程“多层次循序渐进式多维度”教学改革研究[J].课程教育研究,2018(1):16-19.

[2]吴明念.基于应用型本科院校的大数据实验室建设探究

[J].电脑知识与技术,2015(16)：22-23.

[3]郭鑫.大数据教学资源共享系统的研究[J].电脑知识与技术,2014(3):24-25.

[4]李鸿健.大数据时代计算机专业实验教学改革研究[J].现代计算机,2013(19):14-15.

[5]朱琳.关于高校大数据专业教学模式初探索[J].电脑知识与技术,2017(5):8-9.

[6]唐小勇.高校计算机专业大数据分析课程教学内容初探[J].福建电脑,2017(3):16-17.

[7]谢志明,王鹏,李俊杰,等.基于CDIO的云计算与大数据课程体系建设[J].计算机教育,2017(1):22-23.

[8]曹耀钦,李发陵,周龙福.应用型智能科学与技术专业大数据课程群建设研究[J].计算机教育,2016(10):26-27.

朱立文）（责任编校：