基于Spring Boot的工程教育認(rèn)證實(shí)踐內(nèi)容管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證實(shí)踐；內(nèi)容管理；前后端分離；Spring Boot；OBE理念

0 引言

自2016年我國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》，工程教育認(rèn)證教育理念在全國(guó)眾多高校得到廣泛認(rèn)可，越來(lái)越多的高校積極開(kāi)展工程教育認(rèn)證工作[1-2]。2020年，金陵科技學(xué)院軟件工程專(zhuān)業(yè)通過(guò)工程教育認(rèn)證，截至2022年底，我國(guó)一共有24個(gè)工科專(zhuān)業(yè)類(lèi)、321所高校的2 385 個(gè)專(zhuān)業(yè)通過(guò)了工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證。

目前，金陵科技學(xué)院軟件專(zhuān)業(yè)已通過(guò)工程教育認(rèn)證，信息安全專(zhuān)業(yè)工程教育認(rèn)證工作正在展開(kāi)，并積極將OBE理念應(yīng)用于日常教學(xué)過(guò)程之中。盡管目前研究者不斷探索對(duì)已有的信息系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，以便更好地支持工程教育認(rèn)證實(shí)踐工作開(kāi)展。例如，張麗莉等人將OBE理念用于教務(wù)管理平臺(tái)，已實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)閉環(huán)綜合管理[3]；鐘久申開(kāi)發(fā)面向OBE理念的培養(yǎng)方案信息制定系統(tǒng)，旨在方便培養(yǎng)方案制定[4]；張迪等人將OBE理念用于學(xué)業(yè)預(yù)警[5]。然而，現(xiàn)有系統(tǒng)不能很好地支持教育認(rèn)證實(shí)踐工作開(kāi)展。

1 工程教育認(rèn)證實(shí)踐過(guò)程中面臨的問(wèn)題

工程教育認(rèn)證實(shí)踐過(guò)程中面臨的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，教師資料準(zhǔn)備難。工程教育認(rèn)證教學(xué)實(shí)踐中需要每門(mén)課程教師準(zhǔn)備本輪課程教學(xué)持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃、教學(xué)資料、課程目標(biāo)中期達(dá)成度報(bào)告、各項(xiàng)考核原始材料、各項(xiàng)成績(jī)記錄及總評(píng)、課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算表及評(píng)價(jià)報(bào)告、課程目標(biāo)達(dá)成學(xué)生自評(píng)表、本輪課程授課總結(jié)或評(píng)價(jià)報(bào)告等多項(xiàng)不同的文件材料。一方面，許多材料需要按班級(jí)為單位組織，存在大量機(jī)械性勞動(dòng)，占用老師大量的時(shí)間和精力；另一方面，人工操作極易在不經(jīng)意間改變材料格式或數(shù)據(jù)，使得不同材料之間的數(shù)據(jù)、格式出現(xiàn)不一致情況，大大增加了督導(dǎo)檢查的工作量。

其次，學(xué)院材料收集難。以金陵科技學(xué)院網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院為例，主要采用網(wǎng)盤(pán)的形式進(jìn)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(guān)負(fù)責(zé)人定時(shí)檢測(cè)、核對(duì)，以確認(rèn)相關(guān)課程負(fù)責(zé)人、教師是否已按要求上傳相關(guān)材料。若無(wú)，則需通過(guò)線下進(jìn)行提醒。待相關(guān)課程負(fù)責(zé)人、教師上傳完相關(guān)材料之后，相關(guān)負(fù)責(zé)人需要再次進(jìn)行人工確認(rèn)。

然后，督導(dǎo)檢查難。教學(xué)督導(dǎo)需要將自己負(fù)責(zé)督導(dǎo)的課程相關(guān)材料下載到本地，然后依次打開(kāi)不同材料進(jìn)行檢查。一方面，督導(dǎo)負(fù)責(zé)的課程較多、任務(wù)較重，檢查材料中普遍存在的日期、格式、學(xué)期、班級(jí)等明顯錯(cuò)誤已然費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更不用說(shuō)發(fā)現(xiàn)材料中存在的數(shù)據(jù)不一致等更嚴(yán)重的錯(cuò)誤；另一方面，由于缺乏相應(yīng)系統(tǒng)，督導(dǎo)需要人工記錄相應(yīng)的問(wèn)題，然后反饋給相關(guān)課程負(fù)責(zé)人、授課教師，導(dǎo)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(fù)責(zé)人容易混淆不同版本的材料，導(dǎo)致上傳過(guò)期的材料；第二，督導(dǎo)需要多次下載、打開(kāi)、查看，才能確認(rèn)相關(guān)課程負(fù)責(zé)人是否對(duì)材料整改到位。實(shí)踐表明，很難將所有檢查出來(lái)的錯(cuò)誤一次進(jìn)行全部修訂；第三，當(dāng)需要使用新的模板，需要各個(gè)課程負(fù)責(zé)人、授課教師對(duì)相關(guān)資料格式進(jìn)行調(diào)整。

因此，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)工程教育認(rèn)證實(shí)踐內(nèi)容管理平臺(tái)，對(duì)于解決工程教育實(shí)踐過(guò)程中面臨的上述問(wèn)題具有重要的實(shí)用意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

本項(xiàng)目從工程教育工作實(shí)踐現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，致力于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于Spring Boot的工程教育認(rèn)證實(shí)踐內(nèi)容管理平臺(tái)，將工程教育認(rèn)證涉及的核心文檔和教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)納入系統(tǒng)管理范圍，將大量復(fù)雜的材料整理分析工作自動(dòng)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(xué)內(nèi)容的持續(xù)改進(jìn)中去；另一方面，使得教務(wù)管理工作流程更加標(biāo)準(zhǔn)化，保證輸出材料的正確性和格式統(tǒng)一性，提高教學(xué)管理效率。學(xué)生也能從更高質(zhì)量的教學(xué)內(nèi)容和更高效的教育管理中受益。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的工程教育認(rèn)證實(shí)踐內(nèi)容管理平臺(tái)系統(tǒng)采用前后端完全分離的B/S架構(gòu)，如圖1所示。學(xué)校可以將該平臺(tái)部署在自己局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行私有化部署，也可通過(guò)獲取服務(wù)的方式使用平臺(tái)。

在技術(shù)方面，本系統(tǒng)采用Vue.js作為前端開(kāi)發(fā)框架，結(jié)合Element UI標(biāo)準(zhǔn)組件庫(kù)來(lái)創(chuàng)建交互性強(qiáng)且具有良好用戶體驗(yàn)的界面。后端則基于Spring Boot框架，利用其輕量級(jí)和模塊化的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了應(yīng)用的部署和開(kāi)發(fā)過(guò)程。數(shù)據(jù)持久化交采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，保證數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)操作采用MyBa? tis，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)庫(kù)操作的復(fù)雜性。為了提高性能，引入了Redis作為緩存機(jī)制，減少數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)壓力。安全性方面，Shiro框架被用于執(zhí)行身份驗(yàn)證、授權(quán)、密碼處理和會(huì)話管理。API接口設(shè)計(jì)遵循REST 風(fēng)格，明確區(qū)分了GET用于數(shù)據(jù)檢索、POST用于數(shù)據(jù)創(chuàng)建、PUT用于數(shù)據(jù)更新和DELETE用于數(shù)據(jù)刪除的操作。服務(wù)器端使用Nginx作為反向代理服務(wù)器，并實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，確保了系統(tǒng)的高可用性和穩(wěn)定性。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本論文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的工程教育認(rèn)證實(shí)踐內(nèi)容管理平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示，包含以下11 個(gè)功能模塊：

1） 首頁(yè)模塊，主要用于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、要求、新聞等信息展示與平臺(tái)宣傳。

2） 登錄模塊，主要用于為用戶提供獲取平臺(tái)服務(wù)入口，包括賬號(hào)密碼登錄、手機(jī)驗(yàn)證碼登錄、密碼找回。系統(tǒng)賬號(hào)不能通過(guò)注冊(cè)獲得，只能通過(guò)所屬上級(jí)管理員或系統(tǒng)管理員分配的方式獲得。例如，學(xué)校管理員賬號(hào)由系統(tǒng)管理員創(chuàng)建分配，學(xué)院賬號(hào)由學(xué)校管理員創(chuàng)建分配，教師賬號(hào)由學(xué)院管理員進(jìn)行創(chuàng)建分配。

3） 學(xué)校管理模塊，主要用于系統(tǒng)管理員對(duì)學(xué)校相關(guān)信息進(jìn)行管理，以便以服務(wù)方式向不同學(xué)校提供服務(wù)。包含：學(xué)校管理功能，用于系統(tǒng)管理員對(duì)全部學(xué)?；蛘邔W(xué)校管理員對(duì)本?；拘畔⑦M(jìn)行管理；校區(qū)管理功能用于學(xué)校管理員對(duì)本校不同校區(qū)信息進(jìn)行管理；學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)人管理用于學(xué)校管理員管理本校領(lǐng)導(dǎo)信息。

4） 學(xué)院管理模塊，主要用于學(xué)校管理員與學(xué)院管理員對(duì)本校學(xué)院相關(guān)信息進(jìn)行管理，包含學(xué)院管理、學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)人管理、樓宇管理、房間管理和專(zhuān)業(yè)管理。

5） 系部管理模塊，主要用于學(xué)院管理員與系部管理員對(duì)系部相關(guān)信息進(jìn)行管理，包括系部信息管理、系部領(lǐng)導(dǎo)管理、教研室信息管理、教師管理。

6） 學(xué)生管理模塊，主要用于教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行管理，包括班級(jí)管理、班級(jí)課表管理、生涯管理和學(xué)生管理。其中，班級(jí)課表與學(xué)生管理支持Excel導(dǎo)入，方便與本校的教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。

7） 課程管理模塊，主要用于課程負(fù)責(zé)人對(duì)自己所負(fù)責(zé)的課程相關(guān)信息進(jìn)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(fù)責(zé)人在培養(yǎng)方案制定或修訂時(shí)，完成相關(guān)課程大綱制定以更好契合培養(yǎng)方案。

8） 教務(wù)管理模塊，主要用于授課老師按學(xué)期、按課程管理自己教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)，包括教師課表管理、授課列表、成績(jī)管理和教學(xué)資源管理。教師課表管理運(yùn)行教師上傳自己的教師課表，系統(tǒng)自動(dòng)將授課信息按照教學(xué)班級(jí)、學(xué)期添加到教師授課列表之中。成績(jī)管理為教師提供可視化分析，并支持達(dá)成度計(jì)算與導(dǎo)出。

9） 培養(yǎng)管理模塊，主要用于方便專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人制定和維護(hù)培養(yǎng)方案，包括培養(yǎng)方案管理、培養(yǎng)目標(biāo)管理、畢業(yè)要求管理。其中，培養(yǎng)方案管理主要用于輔助專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人制定或修正培養(yǎng)方案，支持培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程列表等相關(guān)信息一鍵導(dǎo)入，并及時(shí)通知到相關(guān)課程負(fù)責(zé)人、授課老師。

10） 格式要求管理模塊，主要用于對(duì)不同材料設(shè)置不同格式、模板等具體要求，保證系統(tǒng)輸出文檔的格式規(guī)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(shè)置文檔主體、各級(jí)標(biāo)題的字體、縮進(jìn)、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(jù)指定格式要求或使用特定模板生產(chǎn)所需文檔，進(jìn)而保證系統(tǒng)輸出的文檔格式的一致性。

11） 系統(tǒng)管理模塊，主要用于系統(tǒng)管理員對(duì)本平臺(tái)進(jìn)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(tǒng)包含系統(tǒng)管理員、學(xué)校管理員、學(xué)院管理員、教學(xué)督導(dǎo)、教師、學(xué)生，共5種角色，不同角色具有不同權(quán)限。字典管理主要用于管理員對(duì)系統(tǒng)中使用f8a7ddc2d075d1b55a132b89bb1f878b4d40f13dbfe3fdee6ae6847b8044fef5的某些數(shù)據(jù)元素范圍進(jìn)行定義。

4 關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 培養(yǎng)方案管理功能

本論文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的工程教育認(rèn)證實(shí)踐內(nèi)容管理平臺(tái)提供友好界面，幫助專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人與相關(guān)課程負(fù)責(zé)人進(jìn)行高效合作，完成培養(yǎng)方案制定。培養(yǎng)方案制定功能流程圖和操作頁(yè)面分別如圖3所示，具體操作流程如下：

步驟 1：專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人可以通過(guò)培養(yǎng)目標(biāo)管理和畢業(yè)要求管理，按多級(jí)層次結(jié)構(gòu)制定新的培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求；專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人維護(hù)可以方便地對(duì)已有培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求進(jìn)行編輯、添加、刪除以及排序。

步驟 2：填寫(xiě)大綱的基本信息，包括適用專(zhuān)業(yè)、基本學(xué)制與學(xué)位、畢業(yè)學(xué)分要求等基本信息。

步驟 3：導(dǎo)入培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求，設(shè)置培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣。

步驟 4：導(dǎo)入課程信息，設(shè)置畢業(yè)要求與課程對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣；系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向相關(guān)課程負(fù)責(zé)人發(fā)送任務(wù)通知，提醒課程負(fù)責(zé)人及時(shí)制定、提交適合本方案的課程大綱。

步驟 5：專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)審核課程負(fù)責(zé)人提交的課程大綱，提高協(xié)作效率。此外，平臺(tái)通過(guò)課程大綱審核通過(guò)率定義培養(yǎng)方案完成程度，方便掌握進(jìn)度。

步驟 6：制定完成后，專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人可以導(dǎo)出培養(yǎng)方案。培養(yǎng)方案導(dǎo)出主要采用POI-TL與POI將培養(yǎng)方案各個(gè)部分內(nèi)容按順序輸出到docx文件，并根據(jù)格式管理模塊中定義的格式要求（以JSON數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)）進(jìn)行設(shè)置，字體相關(guān)格式設(shè)置關(guān)鍵代碼如下：

平臺(tái)為專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人提供友好界面，圖4所示，以逐步引導(dǎo)專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人完成培養(yǎng)方案制定，提高專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人與課程負(fù)責(zé)人之間的協(xié)作效率。

4.2 課程大綱導(dǎo)出功能

與培養(yǎng)方案制定相似，本平臺(tái)通過(guò)提供直觀的可視化界面，極大地簡(jiǎn)化且規(guī)范化課程負(fù)責(zé)人制定和維護(hù)課程大綱的過(guò)程。首先，平臺(tái)能夠自動(dòng)從相關(guān)培養(yǎng)方案導(dǎo)入課程所支持的畢業(yè)要求，從而避免手動(dòng)操作可能導(dǎo)致的錯(cuò)誤、遺漏、冗余等不一致情況，同時(shí)顯著提高了工作效率。此外，本平臺(tái)集成輕量級(jí)、所見(jiàn)即所得富文本編輯器TinyMCE，為課程負(fù)責(zé)人提供一個(gè)類(lèi)Word的編輯環(huán)境。課程負(fù)責(zé)人可以通過(guò)TinyMCE 菜單直接在線編輯，或?qū)⒕庉嫼玫腤ord直接復(fù)制粘貼到TinyMCE中。課程大綱的相關(guān)信息會(huì)被整理成JSON數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，確保了數(shù)據(jù)的持久化和可訪問(wèn)性。

課程大綱導(dǎo)出主要采用基于模板的方法。首先，專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人通過(guò)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(hào)表示數(shù)據(jù)標(biāo)簽，旨在指定相應(yīng)數(shù)據(jù)內(nèi)容在課程大綱中的位置與格式。例如，數(shù)據(jù)標(biāo)簽“{{courseName_cn}}”表示課程中文名稱；“{{courseCode}}”表示課程編碼。然后，平臺(tái)文檔生成模塊利用POI 與POI-TL 中XWPFTemplate 類(lèi)，將模板中的數(shù)據(jù)標(biāo)簽替換成課程大綱相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，關(guān)鍵代碼如下：

5 總結(jié)

隨著OBE（Outcome-Based Education），即基于成果的教育理念在高等教育領(lǐng)域的日益普及，高校對(duì)于能夠輔助工程教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容管理的工具需求日益增長(zhǎng)。本研究針對(duì)工程教育的現(xiàn)實(shí)需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Spring Boot的工程教育認(rèn)證實(shí)踐內(nèi)容管理平臺(tái)。本文詳細(xì)闡述了該平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能模塊劃分以及核心功能的實(shí)現(xiàn)方法。該平臺(tái)將工程教育認(rèn)證涉及的核心文檔和教學(xué)過(guò)程數(shù)據(jù)納入平臺(tái)，自動(dòng)化復(fù)雜的材料整理分析工作，有效地解決工程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中存在的材料準(zhǔn)備難、材料收集難、督導(dǎo)檢查難、材料整改難等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，對(duì)提升教學(xué)管理的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。