云技術(shù)在士官職業(yè)教育中的應(yīng)用研究與探索*
——以《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》課程為例

張 衡，郭海濤，王 番，孫 偉，紀(jì) 松

（信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州450001）

云技術(shù)在士官職業(yè)教育中的應(yīng)用研究與探索*
——以《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》課程為例

張 衡，郭海濤，王 番，孫 偉，紀(jì) 松

（信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州450001）

隨著云技術(shù)在教育領(lǐng)域的逐步推進(jìn)，軍隊(duì)對(duì)教育云服務(wù)的期望和需求也與日俱增。將云技術(shù)的硬件虛擬化、軟件模塊化和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化等特性應(yīng)用于士官職業(yè)教育，可以大大改善目前存在的管理體制、教育體系、培訓(xùn)手段等方面的不足，并能有效推進(jìn)我軍士官職業(yè)教育的科學(xué)、持續(xù)和創(chuàng)新發(fā)展。文章對(duì)云技術(shù)在《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》士官學(xué)員課程中的應(yīng)用進(jìn)行了有益嘗試和探索，望能為士官職業(yè)教育提供參考和借鑒。

云技術(shù)；士官職業(yè)教育；攝影測(cè)量與遙感技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)課程

一、引言

士官在未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)和多樣化軍事任務(wù)中的作用舉足輕重[1][2]，實(shí)行與士官主體地位相對(duì)稱(chēng)、與軍隊(duì)信息化建設(shè)相適應(yīng)、與國(guó)家職業(yè)教育相融合的士官職業(yè)教育培養(yǎng)戰(zhàn)略已成為客觀需求。然而目前我軍士官職業(yè)教育存在以下不足：①士官職業(yè)教育的思想、理念、手段和方法明顯滯后于國(guó)家和軍隊(duì)信息化建設(shè)發(fā)展的要求；②士官職業(yè)教育的教學(xué)內(nèi)容更新不及時(shí)，無(wú)法與部隊(duì)裝備匹配，使得學(xué)員所學(xué)知識(shí)不能很好的與任職崗位相對(duì)接；③士官職業(yè)教育“逐級(jí)遞進(jìn)”的培訓(xùn)體制不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性[3]，造成部隊(duì)出現(xiàn)“既缺人，人卻閑”的尷尬局面；④士官職業(yè)教育課程實(shí)踐環(huán)節(jié)比重不夠。

要解決上述問(wèn)題，必須緊跟時(shí)代和社會(huì)發(fā)展的步伐，探索和研究士官職業(yè)教育的新途徑和新方法，深入挖掘士官職業(yè)教育與信息化教育手段的結(jié)合點(diǎn)和契入點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)士官職業(yè)教育從傳統(tǒng)的偏重知識(shí)傳授向注重專(zhuān)業(yè)技能和綜合實(shí)踐能力素質(zhì)的提高轉(zhuǎn)變[4]、從呆板的“填鴨式”教學(xué)方法向利用云計(jì)算等多種新技術(shù)并舉的多樣式多手段教學(xué)模式轉(zhuǎn)變、從單一體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)教育體制向提升士官崗位任職能力和滿(mǎn)足基層部隊(duì)需求的新要求轉(zhuǎn)變。

二、云技術(shù)及其在士官職業(yè)教育信息化中的應(yīng)用

云技術(shù)是在分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算等幾種計(jì)算基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的一種新式計(jì)算模式[5]，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的前沿。目前公認(rèn)的云技術(shù)服務(wù)有三種基本分類(lèi)：IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）。與傳統(tǒng)單機(jī)模式相比，云技術(shù)中用戶(hù)所處理的數(shù)據(jù)、信息并沒(méi)有儲(chǔ)存在本地設(shè)備中，而是存貯在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)庫(kù)或者數(shù)據(jù)中心中。這些數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)管理都是由提供云服務(wù)的企業(yè)進(jìn)行管理運(yùn)作，并由他們提供強(qiáng)大云計(jì)算和云存儲(chǔ)能力來(lái)保障用戶(hù)的正常使用，而云端用戶(hù)不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，任何用戶(hù)都可以通過(guò)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備來(lái)完成許多復(fù)雜的任務(wù)和功能。

1.云技術(shù)與教育領(lǐng)域結(jié)合優(yōu)勢(shì)

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》明確提出了建設(shè)國(guó)家教育云基礎(chǔ)平臺(tái)的問(wèn)題[6]。將云技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域，是指利用虛擬化、負(fù)載均衡和分布式存儲(chǔ)等技術(shù)，建立一個(gè)統(tǒng)一的智能開(kāi)放架構(gòu)云計(jì)算平臺(tái)[7]，深度集成整合各類(lèi)教學(xué)資源、實(shí)踐平臺(tái)和應(yīng)用，按需向用戶(hù)提供租用或免費(fèi)服務(wù)，滿(mǎn)足教育用戶(hù)通過(guò)各種信息終端完成教學(xué)、學(xué)習(xí)、科研、管理、社會(huì)交往等方面的需求，實(shí)現(xiàn)發(fā)布教育信息、獲取教學(xué)資源、開(kāi)展教學(xué)互動(dòng)、統(tǒng)計(jì)教育信息與數(shù)據(jù)、形成科學(xué)決策、實(shí)施教育評(píng)價(jià)、開(kāi)展協(xié)同科研等系列活動(dòng)。在享用教育云服務(wù)過(guò)程中，用戶(hù)不用擔(dān)心硬件性能、軟件版本、數(shù)據(jù)同步、信息安全、存儲(chǔ)備份、帶寬等各種問(wèn)題，只要擁有網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備，就能夠像使用水、電、氣一樣，隨時(shí)、隨地、隨需信手拈來(lái)使用教育資源，獲得教育服務(wù)。

2.云技術(shù)在士官職業(yè)教育中的作用

（1）云技術(shù)可以最大限度整合士官教育信息資源

傳統(tǒng)意義上的士官職業(yè)教育信息資源主要針對(duì)教員師資資源而言的，在云技術(shù)里，將教育資源動(dòng)態(tài)化處理，除了師資資源，還將與教學(xué)資源關(guān)聯(lián)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、教學(xué)理念、教學(xué)設(shè)施、部隊(duì)裝備資源等在云教育平臺(tái)下利用云技術(shù)來(lái)完成充分整合，使得士官職業(yè)教育有的放矢，破解以往教學(xué)資源分配不均、各類(lèi)資源重復(fù)建設(shè)、利用率低下、教與學(xué)內(nèi)容脫節(jié)等諸多困局。

（2）云技術(shù)可以極大提高士官教育的質(zhì)量和效率

教育質(zhì)量和效率是職業(yè)教育乃至整個(gè)教育界的命脈，也是教育的競(jìng)爭(zhēng)力所在。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往是將不同教育背景的士官學(xué)員放在一個(gè)起跑線(xiàn)上進(jìn)行統(tǒng)一授課，不利于“個(gè)性化學(xué)習(xí)”和“終身學(xué)習(xí)”理論。把云服務(wù)的理念引入士官職業(yè)教育中，充分利用幕課、在線(xiàn)辦公、在線(xiàn)視頻、在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)盤(pán)等云服務(wù)[8]，來(lái)充實(shí)教學(xué)和實(shí)踐過(guò)程，提高教育質(zhì)量。同時(shí)也可以把移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用引入教與學(xué)的過(guò)程，讓學(xué)員能夠及時(shí)了解動(dòng)態(tài)的教學(xué)信息，并能夠充分利用“碎片”時(shí)間和教員、學(xué)員之間做好“無(wú)縫”互動(dòng)，提升教育效率。

（3）云技術(shù)可以很大程度上節(jié)省教育經(jīng)費(fèi)的投入

云技術(shù)中的IaaS能夠降低硬件資源的投入和更新成本，并能最大化其利用率；Paas和Saas能夠減少我們的軟件成本，并且在維護(hù)方面能夠大大減少人力、物力和財(cái)力的投入，杜絕了以往教學(xué)模式中的“重硬件建設(shè)輕內(nèi)容建設(shè)”的死循環(huán)模式。

三、云技術(shù)支撐下的《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》士官課程建設(shè)

《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》是測(cè)繪類(lèi)士官專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課，主要探討攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的理論實(shí)質(zhì)、技術(shù)和使用方法[1][9]。課程要求學(xué)員全面系統(tǒng)地掌握攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的基本理論、方法和攝影測(cè)量?jī)x器設(shè)備的設(shè)計(jì)和工作原理，了解利用攝影測(cè)量與遙感原理測(cè)制數(shù)字地形圖的主要作業(yè)方法，掌握遙感圖像處理與應(yīng)用的基本技能。本課程設(shè)置60學(xué)時(shí)（其中實(shí)踐課程20學(xué)時(shí)），開(kāi)課前需要學(xué)員預(yù)修《測(cè)量學(xué)》、《大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》、《地圖基礎(chǔ)知識(shí)》和《軍事地形學(xué)》等專(zhuān)業(yè)課程。針對(duì)本課程實(shí)踐比重較高、實(shí)驗(yàn)軟件重多、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地分散、準(zhǔn)備資源繁雜等因素，我們建立了基于云計(jì)算的《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》教學(xué)與實(shí)踐一體化平臺(tái)，通過(guò)對(duì)設(shè)備資源的網(wǎng)絡(luò)化管理、集約化利用、一站式服務(wù)，轉(zhuǎn)變了課程的教學(xué)組織模式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)組織的流程化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化[10]，大大提升了士官學(xué)員的教學(xué)效果，為士官職業(yè)教育累積了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1.云技術(shù)在《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》課程中的應(yīng)用思路

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中場(chǎng)地設(shè)備分散、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)序、遙感影像判讀訓(xùn)練困難等現(xiàn)狀，以云計(jì)算等技術(shù)和硬件設(shè)備為依托，采用虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟硬資源、數(shù)據(jù)資源的一體化管理和利用，主要思路包括：

（1）硬件設(shè)備資源的“虛擬化”改造

依托現(xiàn)有設(shè)備（包括影像服務(wù)器、數(shù)字立體測(cè)圖工作站、繪圖儀、數(shù)字掃描工作站等），建立虛擬資源池，將所有分散的設(shè)備虛擬成一部 “云服務(wù)器”，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、服務(wù)資源、存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一管理和利用。

（2）實(shí)驗(yàn)軟件資源的“模塊化”定制

把課程實(shí)踐環(huán)節(jié)用到的操作系統(tǒng)、實(shí)習(xí)軟件（如單像測(cè)圖系統(tǒng)、正射影像制作系統(tǒng)、空中三角測(cè)量系統(tǒng)等）進(jìn)行模塊化定制，以提供不同組合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境使用。

（3）影像數(shù)據(jù)資源的“網(wǎng)絡(luò)化”應(yīng)用

將多時(shí)相、多分辨率、多波段的各類(lèi)遙感影像數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線(xiàn)收集和管理，建立遙感影像云服務(wù)系統(tǒng)，為定向軟件、判讀軟件、遙感圖像處理軟件提供影像按需下載和解譯服務(wù)。

（4）教學(xué)答疑模式的“交互式”轉(zhuǎn)變

依托全軍訓(xùn)練管理網(wǎng)和現(xiàn)有幕課平臺(tái)，建立統(tǒng)一的云教學(xué)和實(shí)踐在線(xiàn)平臺(tái)，打破場(chǎng)地約束，使學(xué)員隨時(shí)、隨地、按需進(jìn)行理論知識(shí)和在線(xiàn)實(shí)踐學(xué)習(xí)。

（5）教學(xué)質(zhì)量效果的“可視化”評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)日志和行為統(tǒng)計(jì)等分析，可以記錄和發(fā)現(xiàn)學(xué)員在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中存在的諸多問(wèn)題，經(jīng)在線(xiàn)可視分析評(píng)價(jià)，可為后續(xù)的教學(xué)設(shè)計(jì)提供重要直觀的參考價(jià)值；通過(guò)學(xué)員在線(xiàn)試題解答結(jié)果，經(jīng)可視化數(shù)據(jù)挖掘，可為本課程的教學(xué)評(píng)估提供第一手真實(shí)資料。

2.云環(huán)境下的《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》課程總體框架

一體化教學(xué)和實(shí)踐平臺(tái)邏輯上可以分為三層架構(gòu)，如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)支撐層：是云平臺(tái)最基礎(chǔ)的設(shè)施，包括基礎(chǔ)硬件、基礎(chǔ)軟件和虛擬資源等，主要作用是根據(jù)需要發(fā)布和維護(hù)各類(lèi)虛擬機(jī)的運(yùn)行，支撐網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，提供平臺(tái)安全保障。

（2）數(shù)據(jù)支撐層：主要作用是管理和維護(hù)數(shù)據(jù)量較大、密級(jí)較高的遙感影像數(shù)據(jù)，包括教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的各類(lèi)影像數(shù)據(jù)，以及影像數(shù)據(jù)管理、服務(wù)等軟件。

圖1 云環(huán)境下的攝影測(cè)量與遙感技術(shù)課程教學(xué)和實(shí)踐一體化平臺(tái)總體框架

（3）軟件服務(wù)層：包括本門(mén)課程中各類(lèi)教學(xué)實(shí)習(xí)軟件、開(kāi)發(fā)環(huán)境、開(kāi)發(fā)工具，本層是進(jìn)行士官教學(xué)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的主要對(duì)象。

3.云環(huán)境下的《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》課程重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容

《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》教學(xué)與實(shí)踐一體化云平臺(tái)建設(shè)是用云技術(shù)和創(chuàng)新的方法完成士官職業(yè)教育授課任務(wù)，使得理論與實(shí)踐同步、教員與學(xué)員同步，因此云平臺(tái)要緊緊圍繞“兩點(diǎn)一線(xiàn)”來(lái)建設(shè)，“兩點(diǎn)”就是參與課程的主體——教員和學(xué)員，“一線(xiàn)”指的就是教員教、學(xué)員學(xué)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程在云環(huán)境下通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)完全實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)需要建設(shè)好以下幾個(gè)內(nèi)容。

（1）《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》在線(xiàn)仿真與虛擬實(shí)驗(yàn)室

使用先進(jìn)的可視化手段輔助教學(xué)，在云平臺(tái)上為學(xué)員提供充分的視覺(jué)信息，是改進(jìn)教學(xué)方法的重要途徑。本課程研究的主要內(nèi)容是三維空間信息的獲取與表現(xiàn)，在教學(xué)中涉及大量的空間坐標(biāo)系、透視投影變換、旋轉(zhuǎn)變換以及航天遙感、航空攝影、航空影像等內(nèi)容，這些知識(shí)抽象枯燥，不易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)員在學(xué)習(xí)時(shí)，常常感到難以掌握。使用仿真可視化技術(shù)輔助專(zhuān)業(yè)教學(xué)，能有效提高現(xiàn)代化信息技術(shù)在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用水平，為學(xué)員提供逼真感、沉浸感強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”的效果，將枯燥的理論知識(shí)用生動(dòng)靈活的表現(xiàn)形式進(jìn)行表達(dá)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，系統(tǒng)把握課程知識(shí)。圖2所示為“攝影測(cè)量與遙感”課程在線(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)例子。

圖2 “攝影測(cè)量與遙感”在線(xiàn)仿真

（2）基于網(wǎng)絡(luò)的遙感圖像二、三維判讀訓(xùn)練一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)

將課程收集的各類(lèi)遙感影像通過(guò)實(shí)地采集、數(shù)字測(cè)圖和三維建模，建成基于遙感圖像的二、三維一體化云判讀訓(xùn)練平臺(tái)。學(xué)員進(jìn)入判讀訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)狀態(tài)后，選擇所要培訓(xùn)的目標(biāo)，通過(guò)云平臺(tái)調(diào)用目標(biāo)的影像庫(kù)和相應(yīng)的三維模型庫(kù)，使影像和相應(yīng)三維模型聯(lián)動(dòng)顯示如圖3所示。為了實(shí)施目標(biāo)判讀訓(xùn)練，對(duì)系統(tǒng)所涉及到的各類(lèi)遙感目標(biāo)，利用成果資料建立標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，學(xué)員在所實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)影像上進(jìn)行采集，然后與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里的目標(biāo)圖進(jìn)行對(duì)照，檢驗(yàn)自己的判讀訓(xùn)練情況。

圖3 遙感圖像二、三維判讀訓(xùn)練

（3）云環(huán)境下的攝影測(cè)量程序設(shè)計(jì)練習(xí)實(shí)驗(yàn)

攝影測(cè)量程序設(shè)計(jì)練習(xí)實(shí)驗(yàn)主要包括獲取與處理、特征提取與定位、影像定向、影像匹配、DEM內(nèi)插、正射影像生成和地形三維景觀制作七個(gè)模塊，包含了攝影測(cè)量學(xué)中經(jīng)典的算法。該云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具備了常用的攝影測(cè)量交互計(jì)算功能，學(xué)員可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的操作理解掌握攝影測(cè)量的主要工序。此外，該系統(tǒng)還提供了編程接口和例子代碼（如圖4所示），學(xué)員可以自己動(dòng)手編寫(xiě)所學(xué)算法的程序，有助于他們更加準(zhǔn)確地掌握算法的原理。該系統(tǒng)可以滿(mǎn)足有一定編程基礎(chǔ)的士官學(xué)員單獨(dú)選修。

圖4 云環(huán)境下的攝影測(cè)量程序設(shè)計(jì)練習(xí)實(shí)驗(yàn)

四、結(jié)束語(yǔ)

士官職業(yè)教育必須結(jié)合云計(jì)算等新技術(shù)、新應(yīng)用，從多方面、多維度、多渠道借勢(shì)借力，才能在全軍教育信息化建設(shè)道路上贏得未來(lái)，才能在強(qiáng)軍路上打造一條適合培養(yǎng)“四有”士官人才隊(duì)伍的創(chuàng)新之路，才能在推進(jìn)中國(guó)新軍事變革的征途中做好適應(yīng)未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的新思維、新技術(shù)、新觀念的儲(chǔ)備。當(dāng)然隨著《攝影測(cè)量與遙感技術(shù)》士官課程的發(fā)展與變化，新的教學(xué)理念、教學(xué)方法和多媒體技術(shù)會(huì)逐漸滲透到信息化建設(shè)的各個(gè)方面，我們的研究也會(huì)隨著新技術(shù)的不斷更新與時(shí)俱進(jìn)，關(guān)于士官職業(yè)教育的研究與應(yīng)用，愿與同行們共商榷。

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（編輯：魯利瑞）

G434

A

1673-8454（2016）20-0082-04

2015年度信息工程大學(xué)教育教學(xué)研究課題資助項(xiàng)目“基于CMS和MOOC混合式網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)課程服務(wù)模式設(shè)計(jì)研究”（XD2201506C）。