研學(xué)實(shí)踐課程平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉新

一、背景與意義

教育部等五部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于大力加強(qiáng)中小學(xué)線上教育教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的意見》，規(guī)范了線上教育教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用工作，明確了數(shù)字教育資源的重要價(jià)值，指明了未來線上線下融合的發(fā)展方向。以往的研學(xué)實(shí)踐教育活動由于物理空間的限制，優(yōu)質(zhì)教育資源的服務(wù)范圍有限，有機(jī)會參與首都研學(xué)活動的中小學(xué)生鳳毛麟角，疫情等突發(fā)狀況甚至導(dǎo)致線下課程無法開展。為實(shí)現(xiàn)“停課不停學(xué)”，讓更多學(xué)生了解課堂外的知識，以“線上+線下” 實(shí)踐教育融合發(fā)展，推動研學(xué)組織形式和管理模式變革創(chuàng)新，可以將北京特色研學(xué)主題線路整合成立體化線上數(shù)字課程，以云研學(xué)的方式在更大范圍內(nèi)做好北京地方文化的輸出，服務(wù)更多中小學(xué)生，加快實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)教育現(xiàn)代化。

北京市自動化工程學(xué)校是全國中小學(xué)生研學(xué)實(shí)踐教育營地，承擔(dān)著將首都優(yōu)質(zhì)教育資源向全國中小學(xué)生輸出的重任，也是面向全國中小學(xué)生開展愛國教育的重要窗口。根據(jù)《中央專項(xiàng)彩票公益金支持未成年人校外教育項(xiàng)目管理辦法》和2020年度預(yù)算安排，結(jié)合新冠肺炎疫情防控工作實(shí)際，開發(fā)研學(xué)實(shí)踐課程平臺。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的大背景下，學(xué)校將通過研學(xué)實(shí)踐課程平臺的建設(shè)為全國中小學(xué)生構(gòu)建全時(shí)空、泛在的云端研學(xué)空間[2]。通過研學(xué)實(shí)踐課程平臺，利用大數(shù)據(jù)等多種新技術(shù)，提高學(xué)生興趣，全面記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，建立全面、科學(xué)的教育評價(jià)體系，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動營地教育質(zhì)量的提升，進(jìn)而構(gòu)建可以不斷進(jìn)化的營地品牌課程。平臺的課程資源庫面向全市研學(xué)實(shí)踐教育基地開放，有助于形成具有區(qū)域特色的課程共享共建共創(chuàng)平臺。

二、平臺需求分析

隨著數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的線下研學(xué)活動方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代化信息教育的要求，因此需要研學(xué)實(shí)踐課程平臺推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合。通過課程平臺，老師可以進(jìn)行創(chuàng)建班級、課程編輯、作業(yè)發(fā)布、學(xué)生作品評價(jià)、數(shù)據(jù)共享等相關(guān)操作;學(xué)生可以及時(shí)關(guān)注自己的課程，如自主學(xué)習(xí)、課程作業(yè)、輿論教師交流等，方便快捷。后臺管理人員對平臺可以全局管理，為老師和學(xué)生授權(quán)賬號、添加課程、添加班級等。

（一）總體需求

全國中小學(xué)生研學(xué)實(shí)踐教育營地北京市自動化工程學(xué)校的研學(xué)工作，是由學(xué)校中小學(xué)生實(shí)踐教育辦公室、教務(wù)、專業(yè)教研室、學(xué)生科、校辦、總務(wù)科、保衛(wèi)科等多個(gè)科室協(xié)同工作，是學(xué)校為做好服務(wù)基礎(chǔ)教育的核心工作。研學(xué)課程主題要體現(xiàn)北京地域特色，課程內(nèi)容具有強(qiáng)交互性，通過平臺實(shí)現(xiàn)北京地域特點(diǎn)和文化特色的研學(xué)課程資源共享，將北京特色研學(xué)主題線路整合成立體化線上課程，并與線下研學(xué)活動相融合，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化的線上線下融合教學(xué)。本平臺角色分可分為三類，即：學(xué)生用戶，教師用戶和管理員。根據(jù)調(diào)查研究，本系統(tǒng)教師用戶需實(shí)現(xiàn)的功能有：師生建立關(guān)聯(lián)、課程編輯開發(fā)、線上學(xué)習(xí)、學(xué)生作品評價(jià)和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。支持學(xué)生與教學(xué)老師管理、權(quán)限分配、生成數(shù)據(jù)報(bào)告，為以后整個(gè)平臺的改進(jìn)與提升提供基礎(chǔ)信息。

該平臺應(yīng)該具備以下主要幾個(gè)角色和權(quán)限：

服務(wù)端系統(tǒng)管理員：系統(tǒng)的設(shè)置、調(diào)試和維護(hù);

服務(wù)端賬號管理員：負(fù)責(zé)管理和發(fā)放各端需要的賬號;

最終客戶端課程編輯人員：編輯教學(xué)老師和課程所需要的課程;

最終客戶端課程審核人員：審核編輯提交的相關(guān)課程;

最終客戶端授課老師：查看和教學(xué)已授權(quán)的相關(guān)課程、直播、創(chuàng)建班級、評價(jià)班級學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果和上傳的內(nèi)容;

最終客戶端學(xué)生：學(xué)習(xí)已授權(quán)的相關(guān)課程;

（二）設(shè)計(jì)目標(biāo)

以平臺為依托，以數(shù)字課程和學(xué)生數(shù)據(jù)為核心建設(shè)，以全方位多層次跨領(lǐng)域伴隨性采集學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果和習(xí)題的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)為載體，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面，實(shí)現(xiàn)資源共建共享、交流服務(wù)一體化融合。匯聚優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源，利用3D、AR等信息技術(shù)，探索新型教學(xué)模式以推動信息技術(shù)與教育教學(xué)實(shí)踐的深度融合，建立新型教育與學(xué)習(xí)方式。

三、開發(fā)環(huán)境及配置

課程平臺客戶端開發(fā)環(huán)境為：U n i ty3D+Vi s u a lStudio 2017，服務(wù)管理端為：Java+JSP，在搭建好服務(wù)管理端平臺開發(fā)環(huán)境后，安裝Eclipse IDE進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫為MySQL。

（一）C/S+B/S結(jié)構(gòu)

通過市場調(diào)研與需求分析，決定用C/S+B/S雙模式結(jié)構(gòu)，由于本平臺最終用戶客戶端（學(xué)生與教學(xué)老師）需要使用的系統(tǒng)功能較多和有3D模型渲染需求，并對響應(yīng)速度有高要求，安全性較好性能較高，因此最終客戶端采用C/S架構(gòu)非常合適;而服務(wù)端管理系統(tǒng)需要快速啟動和運(yùn)行，界面簡潔，主要用于數(shù)據(jù)管理和展現(xiàn)，要求更新和維護(hù)方便，因此B/S架構(gòu)非常合適管理服務(wù)端。最終用戶客戶端使用Unity3D進(jìn)行開發(fā)，性能高效，編譯后的程序可以在Windows、iPad、安卓等設(shè)備上均可以穩(wěn)定運(yùn)行，兼容多種設(shè)備類型，可以應(yīng)對不同客戶的設(shè)備情況。

（二）利用UGC模式

采用UGC（ User Generated Content，用戶生成內(nèi)容）的模式由教師和學(xué)生不斷豐富課程內(nèi)容，并通過云研學(xué)的形式面向貧困及邊遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)生提供免費(fèi)研學(xué)課程，服務(wù)數(shù)萬中小學(xué)生，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享，推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，實(shí)現(xiàn)教育思想、教育理念、教育方法和教育手段等全方位創(chuàng)新。對于推動教育改革，提高教育質(zhì)量，促進(jìn)教育公平，培養(yǎng)創(chuàng)新人才和構(gòu)建學(xué)習(xí)型社會具有重要意義。

四、平臺總體設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺的需求分析和環(huán)境配置，進(jìn)行分析設(shè)計(jì)整個(gè)平臺的設(shè)計(jì)，需要滿足不僅能創(chuàng)建自定義課程及資源內(nèi)容，同時(shí)能夠保證各類型格式的統(tǒng)一性。使教學(xué)老師和學(xué)生成為課程內(nèi)容的使用者，同時(shí)又是課程內(nèi)容的生產(chǎn)者;平臺上所自有課程和共享課程均通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶徍?，并運(yùn)用技術(shù)手段進(jìn)行版權(quán)的保護(hù)，同時(shí)確保了內(nèi)容的科學(xué)性和數(shù)據(jù)的安全性。

（一）平臺邏輯結(jié)構(gòu)

平臺體系架構(gòu)采用分層式結(jié)構(gòu)，分為GUI層、業(yè)務(wù)邏輯層和后臺管理系統(tǒng)，系統(tǒng)邏輯體系架構(gòu)如圖1所示。

（二）平臺設(shè)計(jì)原則

根據(jù)學(xué)校師生與目標(biāo)用戶的操作步驟，保證平臺運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性等，開發(fā)與設(shè)計(jì)包含以下幾個(gè)原則：整體布局系統(tǒng)的架構(gòu)，系統(tǒng)運(yùn)行流暢穩(wěn)定，優(yōu)化用戶的工作流程，簡明易用，便于管理。

（三）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如圖2所示。

五、平臺實(shí)現(xiàn)

研學(xué)實(shí)踐課程平臺構(gòu)建研學(xué)創(chuàng)課及備課、研學(xué)課程展示、研學(xué)課程交互、研學(xué)活動輔助、研學(xué)課程學(xué)生學(xué)習(xí)、研學(xué)線上資源管理和后臺管理數(shù)據(jù)安全運(yùn)維七個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)校外研學(xué)活動與學(xué)校教育互補(bǔ)，通過課程平臺實(shí)現(xiàn)地域特點(diǎn)和文化特色的課程資源共享，將特色研學(xué)主題線路整合成立體化線上課程及課件并與線下研學(xué)活動相融合，方便在疫情等突發(fā)情況下開展遠(yuǎn)程教學(xué)，推動信息技術(shù)與教學(xué)模式創(chuàng)新，推動形成“課堂用、平臺用、普遍用”的信息化教學(xué)新常態(tài)[3]。遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)規(guī)范，能夠與參與活動學(xué)校及當(dāng)?shù)亟涛脑袘?yīng)用系統(tǒng)、新構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行快速、安全的數(shù)據(jù)交換。具備統(tǒng)一的安全服務(wù)體系，包括用戶認(rèn)證授權(quán)、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡(luò)安全;確保整個(gè)平臺在其生命周期中的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，提升研學(xué)營地的整體接待能力和優(yōu)質(zhì)資源輻射范圍。

六、結(jié)語

通過分析，將研學(xué)實(shí)踐課程平臺按照最原始的方案產(chǎn)生，已經(jīng)在投入試運(yùn)行，提高研學(xué)實(shí)踐教育活動的工作效率，將工作進(jìn)行信息化管理。

構(gòu)建研學(xué)云課堂課程群生態(tài)體系，以綜合數(shù)字平臺為依托，以數(shù)字課程和學(xué)生數(shù)據(jù)為核心建設(shè)，以全方位多層次跨領(lǐng)域伴隨性采集學(xué)生學(xué)習(xí)過程的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)為載體，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面，實(shí)現(xiàn)資源共建共享、交流服務(wù)一體化融合。利用3D、AR等信息技術(shù)，探索新型教學(xué)模式以推動信息技術(shù)與教育教學(xué)實(shí)踐的深度融合。通過研學(xué)實(shí)踐課程平臺的線上線下融合，關(guān)注學(xué)生的素質(zhì)教育與主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)和技術(shù)能力。匯聚優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源，建立新型教育體系。