高校編程類課程云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺創(chuàng)新設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李蕾+高興媛+魯文科

摘 要：設(shè)計(jì)基于云端的編程類課程仿真實(shí)驗(yàn)平臺。該平臺實(shí)現(xiàn)了云端編程，師生可實(shí)時互動，將全方位教學(xué)方式集于一體，為創(chuàng)新教育課程體系、改革教學(xué)方法、強(qiáng)化創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐提供了零距離對接。在功能設(shè)計(jì)上體現(xiàn)課程個性化、教學(xué)過程化、預(yù)習(xí)簡單化、作業(yè)智能化、能力測評實(shí)時化，在設(shè)計(jì)思路上體現(xiàn)角色人性化和操作流程簡單化，在設(shè)計(jì)特色上體現(xiàn)知識的連通性、項(xiàng)目的實(shí)用性、課程的靈活性，適合應(yīng)用于高校創(chuàng)新編程類課程仿真實(shí)踐教學(xué)。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn)；高校編程類課程；教學(xué)創(chuàng)新平臺；云端平臺；創(chuàng)新教學(xué)

DOIDOI：10.11907/rjdk.161439

中圖分類號：G433

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0210-03

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略是利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，利用信息通信技術(shù)，把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造一種新的生態(tài)，簡單地說就是“互聯(lián)網(wǎng)+XX傳統(tǒng)行業(yè)=互聯(lián)網(wǎng)XX行業(yè)”，但不是簡單相加。國辦發(fā)〔2015〕36號文件[1]就深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革提出了實(shí)施意見，尤其在“健全創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系”中，建議各高校要根據(jù)人才培養(yǎng)定位和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育目標(biāo)要求，促進(jìn)專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育有機(jī)融合，調(diào)整專業(yè)課程設(shè)置，挖掘和充實(shí)各類專業(yè)課程的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源，在傳授專業(yè)知識過程中加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；在“改革教學(xué)方法和考核方式”方面要求各高校廣泛開展啟發(fā)式、討論式、參與式教學(xué)，擴(kuò)大小班化教學(xué)覆蓋面，推動教師把國際前沿學(xué)術(shù)發(fā)展、最新研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)融入課堂教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性和創(chuàng)造性思維，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)靈感。運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，掌握不同學(xué)生學(xué)習(xí)需求和規(guī)律，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供更加豐富多樣的教育資源。在這樣的大背景下，研究“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的高校編程類課程云端教學(xué)創(chuàng)新具有重要的研究意義和實(shí)際價值。

1 云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺研究現(xiàn)狀

“互聯(lián)網(wǎng)+”的例子屢見不鮮，如互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)百貨賣場誕生了京東，互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)集市誕生了淘寶，互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)銀行誕生了支付寶，互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)交通誕生了“優(yōu)步”等手機(jī)端打車APP。傳統(tǒng)的教育模式與理念+互聯(lián)網(wǎng)=互聯(lián)網(wǎng)教育，將會為高校編程類課程的創(chuàng)新帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前，計(jì)算機(jī)編程類課程在學(xué)校課堂教學(xué)和企業(yè)需求的無縫對接中還存在很多不足。

（1）教學(xué)模式及理念與企業(yè)人才需求脫節(jié)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的興起，顛覆一個行業(yè)已不再是夢想，比如阿里巴巴、京東憑借商家平臺化模式，顛覆了傳統(tǒng)零售商不斷開設(shè)實(shí)體店的模式。不僅僅是電商業(yè)，微信的推出已經(jīng)顛覆了電信業(yè)傳統(tǒng)的盈利模式，成功邁出了商業(yè)化第一步，打破了原有的電商模式，形成電商平臺，微信是成功的OTT產(chǎn)品之一。

教育行業(yè)，特別是高校教育，還處于傳統(tǒng)、封閉的狀態(tài)，雖然很多高校在嘗試做一些改變，不斷加快創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育優(yōu)質(zhì)課程信息化建設(shè)，推出一批資源共享的慕課、視頻公開課等在線開放課程；也組織學(xué)科帶頭人和行業(yè)企業(yè)優(yōu)秀人才，聯(lián)合編寫具有科學(xué)性、先進(jìn)性、適用性的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育重點(diǎn)教材。教師自身也從業(yè)務(wù)能力與教學(xué)方法等方面作了一些改變，但成效不容樂觀。表現(xiàn)在課堂教學(xué)效果不明顯，編程類課程師生課前、課中、課后的互動性方式過于傳統(tǒng)，知識與企業(yè)的需求不匹配，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。

（2）企業(yè)需求與培養(yǎng)目標(biāo)之間存在信息不對稱。

2013年就業(yè)數(shù)據(jù)顯示，大學(xué)計(jì)算機(jī)系學(xué)生真正從事對口工作的只10%，學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)際就業(yè)結(jié)果形成了巨大落差。落差形成的根本原因是企業(yè)需求與學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)之間存在信息的不對稱。

（3）編程類課程自身特點(diǎn)未能與企業(yè)需求有效結(jié)合。

編程類課程都是實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，必須動手練習(xí)才能掌握，僅看視頻很難學(xué)好計(jì)算機(jī)編程課程。

編程類課程是更新最快的課程，10多年前畢業(yè)時，只要學(xué)C、VB就可以了?，F(xiàn)在除了要學(xué)會C、VB，還要會Java、php、.NET、HTML、JS、CSS、DIV、SQL等。教師要跟上這些課程的發(fā)展，也要不斷地學(xué)習(xí)。

計(jì)算機(jī)類課程是一個金字塔型，所有基礎(chǔ)課程都在底部。不少學(xué)生第一節(jié)課就聽不懂，到期末已經(jīng)徹底放棄學(xué)習(xí)，最后是基礎(chǔ)課程沒學(xué)好，高端課程更沒能力學(xué)。

2 云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)思路

綜上分析，”互聯(lián)網(wǎng)+高校教育”的教學(xué)模式是高校編程類課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的延伸與跨越，在功能設(shè)計(jì)上要體現(xiàn)課程個性化、教學(xué)過程化、預(yù)習(xí)簡單化、作業(yè)智能化、能力測評實(shí)時化，在設(shè)計(jì)思路上要角色人性化和操作流程簡單化，在設(shè)計(jì)特色上體現(xiàn)知識的連通性、項(xiàng)目的實(shí)用性、課程的靈活性，將企業(yè)需求和學(xué)校人才培養(yǎng)方案完美結(jié)合。

2.1 教師端口

教師通過云端平臺成功注冊登錄后，按所在學(xué)校，進(jìn)入“教師中心”。授課教師通過云端平臺建立課程（可以選擇已經(jīng)創(chuàng)建好的模板課，也可以根據(jù)專業(yè)人才培訓(xùn)方案和指定的教材、教學(xué)大綱和考試大綱自己手動創(chuàng)建）后，即可開始授課。在云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺教師端，有教室首頁、預(yù)習(xí)管理、作業(yè)管理、學(xué)生管理和統(tǒng)計(jì)信息等功能。

（1）教室首頁：顯示所開課程的知識點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)和加入學(xué)習(xí)的學(xué)生；可以查看最近學(xué)生預(yù)習(xí)匯總（可查看學(xué)生預(yù)習(xí)明細(xì)）；最近學(xué)生作業(yè)匯總（可查看學(xué)生作業(yè)完成明細(xì)）；開展師生互動云端仿真實(shí)驗(yàn)平臺授課。

（2）預(yù)習(xí)管理：教師可在這個模塊里“布置預(yù)習(xí)任務(wù)”（設(shè)置任務(wù)開始日期和結(jié)束日期）；查看布置過的預(yù)習(xí)列表。

（3）作業(yè)管理：顯示所有布置過的作業(yè)列表；可以布置新的作業(yè)；對已經(jīng)布置的作業(yè)進(jìn)行批改。批改的時候可以一鍵運(yùn)行批閱，得分也可以一鍵確認(rèn)并直接顯示評分結(jié)果。

（4）學(xué)生管理：對進(jìn)入云端仿真實(shí)驗(yàn)課堂的學(xué)生進(jìn)行增加（一對一）或批處理（根據(jù)模板數(shù)據(jù)導(dǎo)入），或?qū)С鏊屑尤朐贫朔抡鎸?shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的學(xué)生信息。

（5）統(tǒng)計(jì)信息：統(tǒng)計(jì)學(xué)生作業(yè)完成情況，并實(shí)現(xiàn)導(dǎo)出作業(yè)報(bào)告（項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)報(bào)告）。

2.2 學(xué)生端口

學(xué)生通過云端平臺成功注冊后登錄（按所在學(xué)校、班級修改個人信息，或由授課教師直接導(dǎo)入），進(jìn)入“學(xué)生中心”后，即可看到開設(shè)的課程和對應(yīng)的授課教師。進(jìn)入課程中心后，在云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺學(xué)生端，有教室首頁、我的預(yù)習(xí)、我的作業(yè)、在線幫助等功能模塊。

（1）教室首頁：顯示自己當(dāng)前登錄的教室（云端仿真學(xué)生端課程），可以選擇加入教室實(shí)時聽課。在該頁面中學(xué)生可查看最新的預(yù)習(xí)通知和最新的作業(yè)通知。

（2）我的預(yù)習(xí)：學(xué)生可在此模塊中查看所有的預(yù)習(xí)任務(wù)及完成情況。

（3）我的作業(yè)：學(xué)生可在此模塊查看所有老師布置的作業(yè)任務(wù)及完成情況。

云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)思路如圖 1所示。此平臺突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，創(chuàng)造性地將“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”完美融合，把云端編程、實(shí)時互動的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式集成組合為一體。

3 云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺技術(shù)架構(gòu)

依據(jù)云計(jì)算的自服務(wù)化、計(jì)算機(jī)服務(wù)化、資源虛擬化、管理智能化特性，將編程類課程放置在公共云端，通過云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺完成授課，與傳統(tǒng)教學(xué)模式在教學(xué)效果、師生互動、資源共享、課堂答疑、課前預(yù)習(xí)、課后實(shí)踐、作業(yè)批改等方面提供全新的體驗(yàn)。云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺技術(shù)架構(gòu)[2]如圖2所示。

3.1 云服務(wù)平臺（SaaS）

SaaS平臺[3]是運(yùn)營SaaS軟件的平臺，是一種軟件布局模型，是傳統(tǒng)軟件開發(fā)模式和交互模式的變革，便于用戶通過互聯(lián)網(wǎng)托管、部署及接入，是目前最流行的云端運(yùn)算類型。高校計(jì)算機(jī)專業(yè)編程類基礎(chǔ)課程較多，比如HTML、CSS、SQL、C語言、JAVA、C++、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，不同軟件運(yùn)行的環(huán)境不同，在運(yùn)行之前需要搭建不同的環(huán)境。而借助SaaS服務(wù)，在云端提供仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核或自學(xué)，無須安裝軟件，無須搭建環(huán)境，通過云端仿真實(shí)踐教學(xué)平臺上就可以完成教學(xué)互動、作業(yè)管理、實(shí)驗(yàn)管理、自學(xué)管理、統(tǒng)計(jì)管理等基礎(chǔ)功能。

3.2 云數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺（PaaS）

PaaS[4]是將軟件研發(fā)的平臺作為一種服務(wù)，以SaaS模式提交給用戶，所以PaaS也是SaaS模式的一種應(yīng)用。高校編程類課程教學(xué)模式正從傳統(tǒng)授課方式轉(zhuǎn)化為互網(wǎng)絡(luò)+模式，集教師、學(xué)生、企業(yè)人力資源部門、企業(yè)員工、社會編程愛好者的應(yīng)用于一體。如何高效整合，集中管控IT資源，滿足高校師生需求；如何高效整合企業(yè)應(yīng)用，使IT真正成為其創(chuàng)新的驅(qū)動力，以PaaS為核心構(gòu)建云平臺是最佳選擇。它實(shí)質(zhì)上就是一個預(yù)先裝好的Web Container和一組公共服務(wù)，如數(shù)據(jù)存儲服務(wù)、消息隊(duì)列、集中式Session及Cache等。

云端編程類課程仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，PaaS平臺正好滿足了仿真實(shí)驗(yàn)平臺需求，為高校編程類課程（云課程）、編程類課程線上作業(yè)（云作業(yè)）、編程類課程線上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（云實(shí)驗(yàn)）、學(xué)生信息、教師信息等提供了數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，可將存儲在PaaS平臺上的數(shù)據(jù)遷移至私有云端，更方便教學(xué)和培訓(xùn)。

3.3 云硬件平臺（IaaS）

教師或?qū)W生通過Internet 可以從完善的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施獲得服務(wù)。這類服務(wù)稱為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)?；?Internet 的服務(wù)（如存儲和數(shù)據(jù)庫）是 IaaS[5]的一部分。Internet上其它類型的服務(wù)包括平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。PaaS提供可以訪問的完整或部分應(yīng)用程序開發(fā)，SaaS則提供了完整的可直接使用的應(yīng)用程序，比如通過 Internet管理高校編程類課程的教學(xué)資源。IaaS平臺提供對計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的利用，包括云服務(wù)器、云存儲、云網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和云安全設(shè)備等，它作為一種按需服務(wù)，無須購買服務(wù)器、軟件、數(shù)據(jù)庫空間或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，只需購買這些資源的外包服務(wù)即可。

高校編程類課程云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺以IaaS為基礎(chǔ)，PaaS為開發(fā)工具，SaaS為頂層應(yīng)用，取代以往的內(nèi)部部署應(yīng)用服務(wù)，是高校編程類課程創(chuàng)新教學(xué)的一部分。將實(shí)踐動手能力的編程類課程布署到云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種挑戰(zhàn)和創(chuàng)新。

4 云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)效果

通過前期項(xiàng)目規(guī)劃、調(diào)研、項(xiàng)目需求分析等，與杭州華恩教育科技有限公司協(xié)作，順利完成高校編程類課程云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺（http：//www.itbegin.com）的開發(fā)。其核心功能如下：①在線編程。每個用戶都有獨(dú)立的項(xiàng)目空間；②在線運(yùn)行。各種編程語言均可運(yùn)行結(jié)果；③實(shí)時同步。教師端與學(xué)生端全程實(shí)時同步；④交互操作。教師端可以協(xié)助學(xué)生編程；⑤在線作業(yè)。教師可在線布置、檢查作業(yè)，學(xué)生可在線完成作業(yè)；⑥在線預(yù)習(xí)。教師可在線布置、檢查預(yù)習(xí)情況，學(xué)生可在線預(yù)習(xí)；⑦教材定制。教師可定制教材及知識點(diǎn)。

4.1 平臺入口

進(jìn)入www.itbegin.com主頁，依據(jù)提示進(jìn)行新賬戶注冊。注冊完成后選擇“老師”或“學(xué)生”身份即可“立即加入院校通”，完善相關(guān)信息即可。

4.2 教師端操作

進(jìn)入“教師中心”即可進(jìn)入教師管理頁，在該頁中可自動增加教材（教材可選擇平臺中已有的課程，也可根據(jù)模板自建），也可查看“我的教室”，選擇需要開通的課程，即可在線開通上課；在該模塊中，可對加入該教室的學(xué)生進(jìn)行“學(xué)生管理”、“布置預(yù)習(xí)任務(wù)”、“檢查預(yù)習(xí)”、“布置作業(yè)”、“檢查作業(yè)”等操作。

4.3 學(xué)生端操作

學(xué)生選擇 “進(jìn)入學(xué)生中心”或“我的課堂”，即可找到對應(yīng)的“教室”，“加入學(xué)習(xí)”或向老師求助，可以完成預(yù)習(xí)作業(yè)，也可完成課后作業(yè)，線上教學(xué)師生互動，效果如圖3所示。

其中，A知識點(diǎn)：同步教師端； B教師編碼區(qū)：同步教師端；C演示和練習(xí)：同步教師端；D學(xué)生編碼區(qū)：在線編碼功能，在線運(yùn)行編碼結(jié)果；求助教師功能；界面操控功能。

5 結(jié)語

本文提出并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款適合高校編程類課程云端仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“互聯(lián)網(wǎng)+高校教育”平臺，集課件實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果在線運(yùn)行、教學(xué)過程高效互動等特點(diǎn)于一體，無需安裝無需維護(hù)，專注實(shí)踐（項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)、自動生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告），操作便捷。目前已應(yīng)用于浙江長征職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)編程類課程教學(xué)，效果良好，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。此仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺適合學(xué)生特點(diǎn)，是典型的教學(xué)創(chuàng)新課程過程化、作業(yè)智能化、測評實(shí)時化的云端仿真實(shí)驗(yàn)平臺，有利于教師創(chuàng)新教學(xué)，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有利于深化和落實(shí)高校創(chuàng)新教育改革的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的零距離接軌。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國務(wù)院.國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見（國辦發(fā)[2015]36號） [EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1778/201505/187212.html

[2] 李蕾.基于VDI技術(shù)的開放式教學(xué)平臺搭建研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2014（15）：170-173.

[3] 牛博，趙衛(wèi)東.一種基于SaaS的公共服務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)方案[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2010（8）：157-159.

[4] 阮志敏.談平臺即服務(wù)PaaS[EB/OL].http：//www.uml.org.cn/zjjs/201107014.asp，2011-6-27/2016-3-25.

[5] 賈琨.開源IaaS云平臺的分析與比較[EB/OL].http：//www.chinacloud.cn/show.aspx？id=11245&cid=17

（責(zé)任編輯：杜能鋼）