淺析中職計(jì)算機(jī)專業(yè)遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)平臺建設(shè)

◆劉芳芳

（濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)校 河南 459000）

由于中職專業(yè)課教學(xué)對實(shí)訓(xùn)過程的特殊需求和中職學(xué)生普遍存在動手能力高于動腦能力的特點(diǎn)，中職計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)在課堂之外需要有良好的學(xué)習(xí)反饋機(jī)制，才能保障學(xué)生學(xué)習(xí)的高效性。這就需要有一套完善的學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺幫助學(xué)生在課余學(xué)習(xí)活動中完成學(xué)習(xí)任務(wù)。本文分析中職學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)現(xiàn)有的在線實(shí)訓(xùn)平臺的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了可行的改進(jìn)方法，建設(shè)一種適合中職學(xué)生在線實(shí)訓(xùn)的平臺。

1 中職學(xué)?，F(xiàn)有計(jì)算機(jī)專業(yè)在線實(shí)訓(xùn)形式

中職學(xué)校的日常教學(xué)活動不同于普通高中教育，中職教學(xué)主要是培養(yǎng)學(xué)生具體動手實(shí)踐能力，中職學(xué)生在課堂之外學(xué)習(xí)必須有實(shí)訓(xùn)設(shè)備的支撐。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在線教學(xué)技術(shù)的提高，在線學(xué)習(xí)成為可能解決這一問題的一種途徑。以下就現(xiàn)存的兩種中職教學(xué)的在線實(shí)訓(xùn)平臺進(jìn)行簡單的分析。

1.1 OJ 系統(tǒng)

OJ 是Online Judge 的簡稱，是一種在線判題系統(tǒng)。在線判題系統(tǒng)常在一些編程競賽中使用，如知名的ACM 國際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽。在線判題系統(tǒng)允許用戶在線提交程序源代碼，系統(tǒng)對程序源代碼進(jìn)行編譯和執(zhí)行，并通過預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)對這些程序進(jìn)行測試。提交代碼一般會在受限的環(huán)境下最終運(yùn)行，包括時(shí)間限制、內(nèi)存限制、安全限制等。運(yùn)行結(jié)果最終與標(biāo)準(zhǔn)答案比較，并將結(jié)果和相關(guān)提示反饋給用戶。同時(shí)系統(tǒng)對用戶進(jìn)行各種形式的統(tǒng)計(jì)和排名，如提交答案數(shù)量排名、正確率排名、程序效率排名等。系統(tǒng)一般具有不同的題庫，方便不同層次的用戶選擇練習(xí)或參與競賽。

OJ 系統(tǒng)的特點(diǎn)很適合職業(yè)學(xué)校在線實(shí)訓(xùn)平臺需求，目前高校大多都有自己內(nèi)部OJ 系統(tǒng)。針對中職在線實(shí)訓(xùn)平臺的需求，首先，其最大的優(yōu)勢就是技術(shù)相對成熟，國內(nèi)引入時(shí)間相對較長，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單。系統(tǒng)搭建一般只需要一臺服務(wù)器就可以實(shí)現(xiàn)，與普通網(wǎng)站沒有太大區(qū)別。同時(shí)豐富的手冊資料也對安裝有很大幫助，降低了使用難度。同時(shí)國內(nèi)有很多開源的OJ 系統(tǒng)，對二次開發(fā)定制系統(tǒng)門檻低。其次，OJ 系統(tǒng)完善的安全限制和資源限制機(jī)制，也保證了系統(tǒng)的高效和健全性。學(xué)生在使用系統(tǒng)練習(xí)時(shí)可以高效的編譯和執(zhí)行，同時(shí)保證程序錯誤不會影響本地系統(tǒng)安全。第三，OJ 系統(tǒng)支持多種程序語言，在網(wǎng)絡(luò)上可以找到各類程序語言的OJ 系統(tǒng)。常見的包括Python、Java、PHP、C 等各類系統(tǒng)，多數(shù)同時(shí)支持幾乎全部常見程序語言，這就使OJ 系統(tǒng)具有靈活的應(yīng)用場景，滿足不同專業(yè)對程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的要求。最后OJ 系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是對終端性能的要求低，OJ 系統(tǒng)本質(zhì)是一個網(wǎng)站系統(tǒng)，通過瀏覽器即可使用。

1.2 在線教學(xué)系統(tǒng)

針對中職學(xué)校的一些專業(yè)課程，許多企業(yè)開發(fā)一些定制實(shí)訓(xùn)設(shè)備來滿足教學(xué)使用。這些設(shè)備可以針對課程的需要，提供教學(xué)所使用的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。有些教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，針對專業(yè)特點(diǎn)，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享，使學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問并使用實(shí)訓(xùn)設(shè)備。

專業(yè)定制的實(shí)訓(xùn)設(shè)備具有良好的專業(yè)適應(yīng)性，針對不同專業(yè)有不同的內(nèi)容設(shè)置。中職現(xiàn)有的專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備都有完善的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)的要求。設(shè)備多數(shù)具有教育教學(xué)、測試評價(jià)系統(tǒng)，給學(xué)生提供全面的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。同時(shí)設(shè)備廠商一般都會結(jié)合各類競賽設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)，這樣就給設(shè)備提供了多樣的實(shí)訓(xùn)場景，更方便地服務(wù)于教學(xué)。在一些對硬件設(shè)施練習(xí)緊密的實(shí)訓(xùn)設(shè)備中，設(shè)備的軟件部分會和硬件有很好的兼容性，可以充分發(fā)揮出實(shí)訓(xùn)設(shè)備的性能，從而提高教學(xué)效果。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的實(shí)訓(xùn)設(shè)備開始結(jié)合線上系統(tǒng)。企業(yè)讓自己的實(shí)訓(xùn)設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)功能，把專業(yè)定制設(shè)備的優(yōu)勢進(jìn)行拓展，使原有的設(shè)備優(yōu)勢可以延伸到各種實(shí)訓(xùn)場景中。在開通

網(wǎng)絡(luò)權(quán)限后，可以在校內(nèi)局域網(wǎng)甚至是公有網(wǎng)絡(luò)上訪問和使用真實(shí)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，這種技術(shù)給現(xiàn)有的中職實(shí)訓(xùn)設(shè)備拓展了使用空間和地域。專業(yè)定制的實(shí)訓(xùn)設(shè)備也存在線上實(shí)訓(xùn)應(yīng)用場景中與專業(yè)結(jié)合太緊密，想使用此類設(shè)備，首先要找到相應(yīng)的企業(yè)才能購買該設(shè)備。同一專業(yè)各學(xué)科間設(shè)備并不通用，需要多套設(shè)備才能滿足所有學(xué)科實(shí)訓(xùn)要求。由于設(shè)備的功能多相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備的復(fù)雜度很高，需要廠商專門維護(hù)。在搭建實(shí)訓(xùn)平臺時(shí)，高復(fù)雜度也使系統(tǒng)對于一線教師來說并不方便掌握，這就使教師在日常教學(xué)使用中根據(jù)實(shí)際使用場景發(fā)揮的空間變小。因此這些設(shè)備因其專業(yè)強(qiáng)大的功能造成普通教師在日常使用中融會貫通應(yīng)用于多專業(yè)的可能性降低；設(shè)備增減功能成本和復(fù)雜度比較大；在線實(shí)訓(xùn)時(shí)對用戶終端要求較高從而限制了使用場景多樣。

2 中職計(jì)算機(jī)專業(yè)遠(yuǎn)程在線實(shí)訓(xùn)解決方案建議

根據(jù)對以上兩個典型的實(shí)訓(xùn)平臺的分析，可以大致總結(jié)出中職在線實(shí)訓(xùn)平臺應(yīng)具有以下幾個特點(diǎn)：

（1）對用戶使用終端要求要低，在多種使用場景下都可以達(dá)到要求。

（2）對實(shí)訓(xùn)平臺的功能升級復(fù)雜度不高，便于教師操作使用。

（3）實(shí)訓(xùn)平臺應(yīng)具有良好的適應(yīng)性，方便各專業(yè)間拓展。

中職學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)一般都有完備的專業(yè)機(jī)房，對于在線實(shí)訓(xùn)平臺的需求主要集中在課余時(shí)間。學(xué)生在課余時(shí)間并沒有經(jīng)常使用計(jì)算機(jī)，手機(jī)作為一種常見終端是一種最佳選擇，這就要求系統(tǒng)對用戶終端要求要低，能滿足學(xué)生課余使用甚至是假期在家仍可使用手機(jī)遠(yuǎn)程練習(xí)。對于計(jì)算機(jī)專業(yè)來說，專業(yè)課教師都能很好地使用電腦，該實(shí)訓(xùn)平臺依托于電腦功能的升級復(fù)雜度不高，教師可在授課時(shí)根據(jù)自己的需求配置環(huán)境，方便教師定制自己的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。同時(shí)，對于相關(guān)專業(yè)，該平臺都可以配置合適的環(huán)境。針對這些要求，以下具體分析該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。

2.1 網(wǎng)頁遠(yuǎn)程桌面

隨著Web 網(wǎng)頁技術(shù)的更新，HTML5 已經(jīng)開始支持WebSocket技術(shù)，WebSocket 是HTML5 開始提供的一種在單個TCP 連接上進(jìn)行全雙工通訊的協(xié)議，通過此項(xiàng)技術(shù)，我們可也搭建基于HTML5 技術(shù)的遠(yuǎn)程桌面網(wǎng)頁應(yīng)用。主要流程是Web 端使用HTML5 的WebSocket 與Web 后臺通信，Web 后臺與服務(wù)端使用TCP 協(xié)議通信。定制傳輸協(xié)議，發(fā)送命令與接收數(shù)據(jù)包需要一個傳輸協(xié)議保證數(shù)據(jù)完整，組包、檢驗(yàn)包。Web 端接收到后臺推送過來的屏幕位圖流數(shù)據(jù)，直接在img 或canvas 元素上渲染出來。最后服務(wù)端接收到前端命令，轉(zhuǎn)成各種方式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作。

通過以上流程，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁環(huán)境下對遠(yuǎn)程主機(jī)的操控，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁操控遠(yuǎn)程主機(jī)，在服務(wù)器端模擬主機(jī)搭建實(shí)訓(xùn)環(huán)境，學(xué)生僅通過網(wǎng)頁就可實(shí)現(xiàn)對實(shí)訓(xùn)環(huán)境的使用，解決了客戶端設(shè)備要求高的問題。

2.2 Docker

Docker 是一個開源的應(yīng)用容器引擎，讓開發(fā)者可以打包他們的應(yīng)用以及依賴包到一個可移植的鏡像中，然后發(fā)布到任何流行的Linux 或Windows 機(jī)器上，實(shí)現(xiàn)虛擬化，容器完全使用沙箱機(jī)制，相互之間不會有任何接口。通過Docker 軟件，教師可在本地搭建好實(shí)訓(xùn)環(huán)境，然后共享到服務(wù)器上完成實(shí)訓(xùn)環(huán)境的快速搭建。近年來Docker 在云計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用日漸成熟，相關(guān)資料豐富，教師在使用Docker 時(shí)有大量的資料參考，降低了Docker 使用難度。針對中職教師自己搭建的開發(fā)環(huán)境，教師可以很容易上手并搭建環(huán)境，解決當(dāng)前面臨的問題。

通過以上技術(shù)，我們搭建出一個前端基于WebSocket 技術(shù)用于遠(yuǎn)程交互，后端使用Docker 方便教師定制開發(fā)環(huán)境的完整實(shí)訓(xùn)平臺。同時(shí)，隨著云運(yùn)算技術(shù)的發(fā)展，甚至可以加入云設(shè)備，讓學(xué)生假期在家通過教師公布的云環(huán)境，完成一些硬件相關(guān)課程，如單片機(jī)、計(jì)算機(jī)硬件維修等。本文通過發(fā)現(xiàn)問題并提出可解決的方案，勾勒出一個更合適中職的電子信息類專業(yè)遠(yuǎn)程在線實(shí)訓(xùn)平臺的雛形。以后我們將不斷完善，力求實(shí)訓(xùn)平臺能更好地為中職在線教育服務(wù)。