基于云在線平臺的智慧實驗教學(xué)改革與實踐

孫慧然 應(yīng)紅霞 王紅梅

摘 ?要： 文章闡述了長春工業(yè)大學(xué)云在線平臺的架構(gòu)設(shè)計，以及基于實驗教育云平臺的SPCOE和ECOE實驗教學(xué)模式。為促進高校基于教育云平臺的智慧實驗教學(xué)改革，提供了一種新的方案。

關(guān)鍵詞： 教育云; 智慧實驗; 教學(xué)模式; 云在線平臺; 增強型云在線實驗

中圖分類號：TP393.05-4;G642.4 ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2021）08-130-03

Reform and practice of intelligent experiment teaching based on cloud online platform

Sun Huiran， Ying Hongxia， Wang Hongmei

（School of Computer Science and Engineering of Changchun University of Technology， Changchun， Jilin 130012， China）

Abstract： This paper describes the architecture of the cloud online platform of Changchun University of Technology， and expounds the SPOCE and ECOE experiment teaching modes based on the cloud platform of experiment education， which provide a new scheme for promoting the reform of intelligent experiment teaching based on education cloud platform in colleges and universities.

Key words： education cloud; intelligence experiment; teaching mode; cloud online platform; ECOE

0 引言

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》明確提出：“充分整合現(xiàn)有資源，采用云計算技術(shù)，形成資源配置與服務(wù)的集約化發(fā)展途徑，構(gòu)建穩(wěn)定可靠、低成本的國家教育云服務(wù)模式。面向全國各級各類學(xué)校和教育機構(gòu)，提供公共存儲、計算、共享帶寬、安全認證及各種支撐工具等通用基礎(chǔ)服務(wù)，支撐優(yōu)質(zhì)資源全國共享和教育管理信息化[1]?！弊源?，利用云計算技術(shù)建設(shè)“教育云”平臺，形成資源配置優(yōu)化和教育的信息化，已逐步成為教育界的共識。

由長春工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院的科研團隊設(shè)計的云在線實驗教學(xué)平臺由2018年9月正式投入計算機專業(yè)的實驗教學(xué)。利用云在線實驗教學(xué)平臺，創(chuàng)新了實驗教學(xué)模式并應(yīng)用于實驗教學(xué)實踐，取得了良好的實驗教學(xué)效果，使學(xué)生的程序設(shè)計能力得到了提升[2]。

1 云在線實驗教學(xué)平臺的設(shè)計

1.1 云在線實驗教學(xué)平臺的設(shè)計原則

⑴ 可行性

云在線實驗教學(xué)平臺的設(shè)計，要保證平臺是真實可行的，要確保平臺研發(fā)成功后能夠被使用者使用。這就要求在平臺的研發(fā)過程中所選用的平臺開發(fā)語言、核心技術(shù)要謹慎的考慮，使研發(fā)出來的平臺具有可行性和可使用性。

⑵ 可操作性強，界面友好

在研發(fā)過程中，研發(fā)者要征求學(xué)生和老師的現(xiàn)實教學(xué)需求，平臺的設(shè)計要力爭滿足功能實用，可操作性強和界面友好的特點，避免平臺操作流程過于復(fù)雜，難以滿足師生需求，從而影響教學(xué)效果。

⑶ 可拓展性

在這個與時俱進的時代里，研發(fā)者應(yīng)考慮到平臺的可拓展性。一個好的智慧實驗教育云平臺，應(yīng)根據(jù)知識的迭代更新和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求來不斷對自身的功能進行拓展和完善。這要求設(shè)計者充分利用人工智能技術(shù)設(shè)計一個可拓展性良好的實驗教育平臺，實現(xiàn)資源的智慧管理和智慧整合。

⑷ 安全性

因為本平臺是面向廣大師生提供服務(wù)的，必須保證平臺的安全性。因此，在設(shè)計者在設(shè)計過程中，要根據(jù)用戶的不同權(quán)限加以區(qū)分，并設(shè)計必要的加密算法避免實驗教育云平臺遭受不明黑客的攻擊，從而造成云平臺的癱瘓和重要數(shù)據(jù)的丟失。

1.2 云在線實驗教學(xué)平臺的設(shè)計

在詳細描述了云在線實驗教育云平臺原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校計算機專業(yè)的實驗教學(xué)情況，對云在線實驗教學(xué)平臺進行功能設(shè)計和架構(gòu)設(shè)計，具體如圖1所示。

本平臺采用基于B/S架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器模式。在表示層，在網(wǎng)絡(luò)連通的條件下，只需若干臺裝有瀏覽器的計算機從業(yè)務(wù)邏輯層請求相關(guān)的功能，在瀏覽器端生成虛擬實驗環(huán)境的網(wǎng)頁即可。業(yè)務(wù)邏輯層主要從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存儲的數(shù)據(jù)進行分析和處理，實現(xiàn)實驗資源上傳功能、實驗練習(xí)功能、實驗題目測驗功能、實驗報告提交功能和實驗查重功能。數(shù)據(jù)持久層主要負責(zé)數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，根據(jù)瀏覽器端用戶的請求和操作，調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯層功能對數(shù)據(jù)進行處理，將處理后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并將處理的數(shù)據(jù)回傳到瀏覽器端。

2 創(chuàng)新實驗教學(xué)模式

2.1 設(shè)計SPCOE實驗教學(xué)模式

借鑒SPOC（Small Private Online Course小規(guī)模限制性在線課程）[3-5]成功教學(xué)案例，提出了SPCOE實驗教學(xué)模式。SPCOE是Small Private and Cloud Online Experiment的縮寫，中文的意思是小規(guī)模限制性云在線實驗。Small這里的小規(guī)模是指幾十人到幾百人，Private是指申請者參與云實驗的限制性準(zhǔn)入條件。Cloud Online Experiment，這里的云實驗是指利用本課題所設(shè)計的云在線實驗教學(xué)平臺。SPCOE實驗教學(xué)模式主要是利用云在線實驗平臺，針對圍墻內(nèi)的大學(xué)生進行設(shè)置，是一種結(jié)合了課堂實驗教學(xué)與云在線實驗教學(xué)的混合式實驗學(xué)習(xí)模式。SPOC的參加者需要具有很強自制能力，在規(guī)定的時間內(nèi)完成課程。而以班級為單位進行的SPCOE實驗教學(xué)模式，對于學(xué)習(xí)能動性不強的學(xué)生而言，具有一定的約束作用，也能達到與SPOC相同的實驗教學(xué)效果。

2.2 設(shè)計ECOE實驗教學(xué)模式

ECOE是Enhanced Cloud Online Experiment的縮寫，翻譯成中文就是增強型云在線實驗。增強性云在線實驗教學(xué)模式是指在SSCOE實驗教學(xué)的基礎(chǔ)實驗教學(xué)上增加一定的實驗學(xué)時量，學(xué)生利用實驗教育云平臺完成具有一定難度和復(fù)雜度的實驗內(nèi)容。增強性云在線實驗教學(xué)模式的設(shè)置是為了提高學(xué)生的程序設(shè)計綜合能力。

3 結(jié)束語

本云在線實驗教學(xué)平臺可以實現(xiàn)各類程序設(shè)計語言實驗環(huán)境的在線布署，平臺自2019年9月開始對在校師生提供云在線實驗教學(xué)服務(wù)。平臺的使用，在師生中得到了良好的實驗教學(xué)評價，也提升了學(xué)生做實驗的興趣和編程能力?？偨Y(jié)長春工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院的云在線平臺的智慧實驗教學(xué)的改革與實踐的成功經(jīng)驗共有兩點：一是設(shè)計并實現(xiàn)了適合學(xué)校實驗教學(xué)情況的云在線平臺，使平臺具有很強的可操作性和推廣價值;二是設(shè)計了SPCOE實驗教學(xué)模式和ECOE實驗教學(xué)模式，小規(guī)模限制性云在線實驗教學(xué)模式有利于學(xué)生夯實自身的基礎(chǔ)程序設(shè)計能力，而增強型云在線實驗教學(xué)模式是刻意提升學(xué)生編程能力，實現(xiàn)學(xué)生的編程能力從金字塔底端提升到金字塔頂端的蛻變。綜上所述，以我校長春工業(yè)大學(xué)為例，基于云在線平臺的智慧實驗教學(xué)的成功改革和實踐，為為促進高?；诮逃破脚_的智慧實驗教學(xué)改革，提供一種新的方案。

參考文獻（References）：

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[2] 陳婧，梁法春，曹學(xué)文，張樹文.油氣儲運國家級示范中心“云實驗室”建設(shè)初探[J].實驗室研究與探索，2014.33（12）：139-142

[3] 陳芳，何進，端木德強，王莉，陳雯莉.小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）模式在微生物學(xué)教學(xué)中的實踐與探索[J].微生物學(xué)通報，2020.47（4）：1087-1094

[4] 馮健文，林璇，林培瑜.SPOC混合教學(xué)模式下的課程重構(gòu)——以微格教學(xué)課程為例[J].中國教育技術(shù)裝備，2019.20：4-8

[5] 胡駿.探究SPOC模式在高職計算機文化基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用[J].通訊世界，2017.4：227-228

收稿日期：2021-03-06

基金項目：吉林省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“高校計算機專業(yè)實驗教育云平臺和智慧實驗教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計與實踐研究”（GH20104）

作者簡介：孫慧然（1983-），女，吉林長春人，碩士，實驗師，主要研究方向：機器學(xué)習(xí)。