陳文華

摘要：針對高校實(shí)踐教學(xué)資源不足、理論與實(shí)際相脫離等問題，設(shè)計(jì)了一種基于云計(jì)算的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺。在分析實(shí)踐教學(xué)需求的基礎(chǔ)上，完成了平臺模型設(shè)計(jì)和主要功能設(shè)計(jì)，該平臺集實(shí)踐教學(xué)安排、資源整合和虛擬儀器使用于一體，為實(shí)踐教學(xué)的開展和課后實(shí)踐資源的自由訪問提供了便捷途徑和有效手段，為實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算;實(shí)訓(xùn)體系;教學(xué)平臺

1 高校實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

實(shí)踐教學(xué)在整個高校教學(xué)體系中占據(jù)重要位置，是為學(xué)生連接教學(xué)課堂和未來工作崗位的橋梁，是人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。高校實(shí)踐教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手能力、實(shí)踐技能等各方面的作用是其他任何教學(xué)形式都無法取代的。高等學(xué)校教學(xué)體系包括實(shí)踐教學(xué)體系與理論教學(xué)體系，從目前的發(fā)展情況來看，實(shí)踐教學(xué)是職業(yè)教育的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是職業(yè)教育的特色和優(yōu)勢。但實(shí)踐教學(xué)成本高、分散性強(qiáng)，管理上存在諸多困難，主要問題有：

（1）實(shí)踐資源不足。學(xué)校不斷擴(kuò)大招生人數(shù)，但建設(shè)資金相對有限，實(shí)訓(xùn)資源一直嚴(yán)重不足，實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備器材建設(shè)難以跟上教學(xué)的發(fā)展需求。隨著學(xué)校教育信息化的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字資源和智慧校園建設(shè)如火如荼，但是實(shí)踐教學(xué)卻出現(xiàn)了捉襟見肘的尷尬局面。如何解決實(shí)踐資源與生源同步協(xié)調(diào)發(fā)展問題，實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用，成為學(xué)校創(chuàng)新發(fā)展的研究課題之一。

（2）實(shí)踐教學(xué)與課堂教學(xué)難以無縫銜接。受師資力量、教學(xué)場所、交通條件等多方因素的限制，教師的課堂理論教學(xué)和實(shí)踐操作基本上各行其是，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐練習(xí)滯后于理論學(xué)習(xí)，或是學(xué)生的理論學(xué)習(xí)不足以支撐實(shí)踐練習(xí)，一定程度上違背了職業(yè)教育“知行合一、學(xué)做一體”的教學(xué)理念。如何更好地實(shí)現(xiàn)兩者之間的完美融合也是學(xué)校當(dāng)前需要解決的問題之一。

（3）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)落實(shí)困難。當(dāng)前一些課程教學(xué)面臨的主要問題是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的有效落實(shí)困難。一方面，校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)改革阻力重重，專業(yè)教師在各類教學(xué)比賽、信息化教學(xué)設(shè)計(jì)和教科研考核等重重壓力下無心進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革，因此實(shí)踐資源自主建設(shè)精力投入不足，不能深入理解和重視教學(xué)計(jì)劃的執(zhí)行，對實(shí)踐教學(xué)效果考核和評價缺少動力和抓手;另一方面，由于學(xué)校和企業(yè)各自的利益觀不一致，校企合作的實(shí)踐教學(xué)基地名大于實(shí)，建設(shè)成效很難達(dá)到實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量要求，一些產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目流于形式，建立長遠(yuǎn)的校企合作機(jī)制任重道遠(yuǎn)。

針對以上困難，首先要解決實(shí)踐資源不足的問題。信息化、云技術(shù)的發(fā)展為該問題的解決提供了可能。學(xué)?？梢岳迷破脚_加強(qiáng)實(shí)踐資源的共享，特別是虛擬數(shù)字儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，其不僅明顯降低了投入成本，而且充分利用互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建“云平臺實(shí)驗(yàn)室”，將實(shí)驗(yàn)數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容資源部署在云平臺上，實(shí)現(xiàn)各種資源的整合與共享，提高虛擬儀器設(shè)備的操作效率和仿真效果，減少易損設(shè)備報(bào)廢及安全事故的發(fā)生。學(xué)生可以隨時隨地使用手機(jī)、電腦等終端設(shè)備訪問云平臺實(shí)驗(yàn)室，提高實(shí)驗(yàn)室利用率和實(shí)踐課程學(xué)習(xí)效果 。

在利用“云平臺實(shí)驗(yàn)室”解決了實(shí)踐資源問題后，還需要盡可能保障學(xué)生實(shí)踐練習(xí)與理論學(xué)習(xí)的同步進(jìn)行，真正做到“理實(shí)一體、學(xué)做融合”。針對實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)銜接不一致問題，學(xué)?？梢栽凇霸破脚_實(shí)驗(yàn)室”基礎(chǔ)上，開發(fā)“實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺”，將啟發(fā)教育、信息搜集、在線課堂、自主學(xué)習(xí)、討論設(shè)計(jì)、課后作業(yè)、答疑交流、測驗(yàn)考試等諸多教學(xué)內(nèi)容靈活組合，貫穿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整個過程，引導(dǎo)學(xué)生從注重分?jǐn)?shù)向注重能力轉(zhuǎn)變，全面提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

其次，針對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)落實(shí)困難的問題，學(xué)校可以基于“云平臺實(shí)驗(yàn)室”和“實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺”的教學(xué)支撐，實(shí)現(xiàn)師生在平臺上開展實(shí)驗(yàn)任務(wù)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)4個實(shí)踐教學(xué)場景的課堂教學(xué)。通過虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)內(nèi)容資源的集成和綜合運(yùn)用，平臺可以在不增加教師負(fù)擔(dān)的前提下，構(gòu)建起優(yōu)化教師課堂教學(xué)、方便學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的立體化實(shí)踐教學(xué)體系，從而大幅提升學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高項(xiàng)目化教學(xué)課堂質(zhì)量。

2 平臺需求分析

實(shí)踐教學(xué)平臺設(shè)計(jì)是踐行實(shí)踐教學(xué)方式變革的一種創(chuàng)新，目的是實(shí)現(xiàn)資源數(shù)字化、儀器設(shè)備虛擬化、實(shí)踐操作在線化。平臺通過對學(xué)生操作水平現(xiàn)狀的分析統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合教師評判，實(shí)現(xiàn)對實(shí)踐環(huán)節(jié)質(zhì)量的把控。實(shí)踐教學(xué)平臺為學(xué)生和教師搭建了一個良好的交互平臺，教師與學(xué)生在教學(xué)任務(wù)實(shí)施中可以通過平臺加強(qiáng)師生的交流與互動。

構(gòu)建基于云計(jì)算的實(shí)踐教學(xué)平臺，目的是將數(shù)字化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容資源部署在云端，利用云計(jì)算機(jī)的特性，提高資源使用率，降低存儲成本。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)管理過程中，均由教師自行處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，必定會出現(xiàn)評價標(biāo)準(zhǔn)不一、實(shí)踐效果評價比較隨意的情況。在使用云平臺后，整個平臺可以通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，將實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相關(guān)的數(shù)據(jù)和評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。平臺通過云盤將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)中心，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，確保各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在使用過程中的便捷性與安全性，實(shí)現(xiàn)了評價結(jié)果的權(quán)威性和公正性。

師生在實(shí)訓(xùn)過程中，可以實(shí)時將相關(guān)操作數(shù)據(jù)存儲于云平臺。當(dāng)師生需要使用云平臺的數(shù)據(jù)資源時，只需要通過云計(jì)算終端登錄到系統(tǒng)平臺即可。為保障資源的利用率與安全性，平臺可根據(jù)用戶角色和請求將有限資源分配給用戶，在保證完成實(shí)踐操作任務(wù)的同時，也保證了其他資源的合理利用和訪問安全。在實(shí)訓(xùn)任務(wù)結(jié)束后，使用人員通過云端可以將這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)和一些有價值的再生資源存儲到云存儲設(shè)備中，以便統(tǒng)計(jì)分析和學(xué)習(xí)推薦。

3 平臺功能設(shè)計(jì)

云實(shí)踐教學(xué)平臺系統(tǒng)包含管理員、教師、學(xué)生組長和學(xué)生4種角色。管理員實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目資源管理、實(shí)訓(xùn)人員管理、類型管理、日志管理、教學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。教師實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目發(fā)布與管理、資源建設(shè)與管理、教學(xué)管理、作品管理等功能模塊，每個模塊都有相應(yīng)的流程和操作模塊，例如項(xiàng)目管理包括項(xiàng)目設(shè)置、項(xiàng)目分組、任務(wù)安排、學(xué)習(xí)內(nèi)容、評價設(shè)置、時間設(shè)置等。學(xué)生登錄平臺后可獲取學(xué)習(xí)任務(wù)、項(xiàng)目任務(wù);提交項(xiàng)目開發(fā)日報(bào)、紀(jì)要、項(xiàng)目討論、項(xiàng)目總結(jié);熟悉項(xiàng)目開發(fā)規(guī)范、流程并進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā);還可進(jìn)行技能測評，準(zhǔn)確掌握自身崗位勝任能力。圖1是平臺功能模塊示意圖。

4 平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺基于校園云平臺，充分利用現(xiàn)有的校園資源，在學(xué)校對整個信息門戶系統(tǒng)進(jìn)行云端化部署的基礎(chǔ)上，利用云平臺的高可伸縮性配置實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺，以滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長的需要。學(xué)校通過校園云平臺，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證與統(tǒng)一授權(quán)管理、共享數(shù)據(jù)中心建設(shè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺的高性能存取服務(wù)建設(shè)。

圖2為校園教育云平臺的示意圖?？紤]到不同學(xué)科對實(shí)踐教學(xué)不同的要求，需提高實(shí)踐教學(xué)平臺的可適應(yīng)性和擴(kuò)展性服務(wù)，因此采用MVC三層架構(gòu)方式以及中間件技術(shù)，將整個系統(tǒng)分成視圖層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層3個部分，通過定義各層之間的接口，實(shí)現(xiàn)層與層之間的耦合，遵循高內(nèi)聚、低耦合的設(shè)計(jì)原則，提高軟件的重用性、可維護(hù)性與可擴(kuò)展性。整個平臺架構(gòu)具有處理實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)迅速、各服務(wù)接口靈活、功能模塊構(gòu)件化等特點(diǎn)。

（1）數(shù)據(jù)層：此層存儲平臺的所有數(shù)據(jù)，對外提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)，如表操作和存儲訪問等，封裝了課程數(shù)據(jù)和師生數(shù)據(jù)、虛擬儀器數(shù)據(jù)、管理分析數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)訪問組件、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組件、數(shù)據(jù)接口等。

（2）業(yè)務(wù)層：業(yè)務(wù)層是整個軟件系統(tǒng)的中間層，連接視圖層和數(shù)據(jù)層，包含各種業(yè)務(wù)邏輯，提供課程業(yè)務(wù)組件、用戶業(yè)務(wù)組件、任務(wù)業(yè)務(wù)組件、管理業(yè)務(wù)組件、報(bào)表業(yè)務(wù)組件、參數(shù)業(yè)務(wù)組件等組件訪問。

（3）視圖層：也就是用戶界面，主要由窗體和控件實(shí)現(xiàn)，包括課程管理視圖、用戶管理視圖、任務(wù)管理視圖（由實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)4個實(shí)踐教學(xué)場景組成）、系統(tǒng)管理視圖、統(tǒng)計(jì)報(bào)表視圖、參數(shù)管理視圖等交互界面。

5 系統(tǒng)類庫設(shè)計(jì)

5.1? ? 實(shí)體關(guān)系設(shè)計(jì)

實(shí)體關(guān)系設(shè)計(jì)是平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工作之一。根據(jù)實(shí)踐教學(xué)過程的操作，結(jié)合前期的需求分析以及功能目標(biāo)的定義，完成的系統(tǒng)ER圖。

5.2? ? 類庫設(shè)計(jì)

平臺的類庫封裝了相應(yīng)的業(yè)務(wù)操作，方便靈活調(diào)用，其核心類庫主要有邊界類庫、業(yè)務(wù)類庫和數(shù)據(jù)庫訪問控制類庫。這3個類庫分別對應(yīng)3層架構(gòu)中的視圖層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，其中業(yè)務(wù)類庫聯(lián)系視圖層和數(shù)據(jù)訪問層，接收用戶在邊界類庫中的操作，處理邊界類庫的業(yè)務(wù);數(shù)據(jù)庫訪問控制類庫接收業(yè)務(wù)類的訪問調(diào)用，根據(jù)業(yè)務(wù)類的請求進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理、管理和操作數(shù)據(jù)庫。

6 結(jié)語

本文針對實(shí)踐教學(xué)資源匱乏、分散性強(qiáng)、管理困難等難題，以數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容資源和虛擬儀器為基礎(chǔ)，構(gòu)思了一個基于“學(xué)校云”的“云實(shí)踐教學(xué)平臺”。該平臺采用三層結(jié)構(gòu)化頂層設(shè)計(jì)思想，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)安排、教學(xué)內(nèi)容資源的高度集成，可以在不增加教師負(fù)擔(dān)的前提下，提供有利于教師課堂教學(xué)和學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能，最終到達(dá)顯著提高項(xiàng)目化教學(xué)質(zhì)量，助力學(xué)生提升工程應(yīng)用能力的目標(biāo)。

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