基于微信小程序的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姜卓 滕懷江 姜希超

摘要：針對(duì)Windows網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建煩瑣，實(shí)驗(yàn)操作耗時(shí)等問題，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于“微信小程序”的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可通過“微信”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)案例，展示了實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、平臺(tái)管理等運(yùn)行效果。系統(tǒng)界面友好、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置靈活、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)全面，在混合模式教學(xué)的初步應(yīng)用中系統(tǒng)獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；微信小程序；云開發(fā)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）27-0005-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 背景

信息技術(shù)和數(shù)據(jù)資源的充分利用是互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的全新業(yè)態(tài)，我國(guó)正需要大量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才以適應(yīng)當(dāng)前信息化發(fā)展的重大變革。在國(guó)務(wù)院印發(fā)的《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)云計(jì)算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的意見》中指出，要積極發(fā)展基于云計(jì)算的信息存儲(chǔ)、在線工具、學(xué)習(xí)娛樂等服務(wù)和應(yīng)用軟件開發(fā)部署平臺(tái)服務(wù)[1]。云計(jì)算服務(wù)需要構(gòu)建在先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)之上，因此我國(guó)需要大量的平臺(tái)技術(shù)人員提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)。目前，各院校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)都開設(shè)了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程以培養(yǎng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)人才，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)校教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效銜接。

《Windows網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的平臺(tái)技術(shù)課程以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐步深入系統(tǒng)管理、活動(dòng)目錄管理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理等教學(xué)內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能 [2]。面對(duì)不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境管理和不同需求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置，學(xué)生需結(jié)合大量的實(shí)踐練習(xí)以掌握眾多的系統(tǒng)服務(wù)選項(xiàng)及復(fù)雜的功能配置流程。

由于依賴計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的硬件條件，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境容易出現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，虛擬磁盤存儲(chǔ)空間不足等問題從而影響教學(xué)效果，因此借助成熟的移動(dòng)應(yīng)用環(huán)境和云服務(wù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境的擴(kuò)展可以為高校教學(xué)改革和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供的新探索的方向。

本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于“微信小程序”的《Windows網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)對(duì)于移動(dòng)終端兼容性好，響應(yīng)速度快，擴(kuò)展靈活，交互操作與真實(shí)系統(tǒng)相似度高[3]。學(xué)生可利用碎片化時(shí)間在手機(jī)端快捷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)，同時(shí)任課教師可以快速跟進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、掌握學(xué)生在知識(shí)理解上的偏差并進(jìn)行具有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[4]。與其他形式的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有開發(fā)成本低，開發(fā)難度低、易于廣泛應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)[5]。

2 微信小程序的優(yōu)勢(shì)

2.1用戶基礎(chǔ)大

微信（WeChat）是一個(gè)為智能移動(dòng)終端提供即時(shí)通信服務(wù)的免費(fèi)應(yīng)用程序，2020年微信全球月活躍用戶數(shù)超過12億。2019年，一項(xiàng)面向大學(xué)生的調(diào)查研究表明， 89.8% 的大學(xué)生使用微信，其中86%的學(xué)生有使用微信學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，69.5% 的學(xué)生認(rèn)為相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，借助微信平臺(tái)開展教學(xué)能夠極大提升自己的學(xué)習(xí)興趣[6]。所以，基于龐大的用戶基礎(chǔ)、良好的用戶黏性，利用微信開展混合模式教學(xué)有較好的發(fā)展前景[7]。

2.2平臺(tái)選擇靈活

微信小程序是無須安裝的微信內(nèi)部應(yīng)用程序，不受終端操作系統(tǒng)限制，是一種全新的連接用戶與服務(wù)的方式。用戶可以通過搜索微信小程序名稱或掃描小程序碼快速運(yùn)行微信小程序[8]。微信小程序可以在微信移動(dòng)端運(yùn)行（ios、Android），也可以在微信PC端、MAC端和企業(yè)微信中運(yùn)行。

2.3易于開發(fā)

微信小程序提供了簡(jiǎn)單、高效的應(yīng)用開發(fā)框架和豐富的組件及應(yīng)用程序接口，幫助開發(fā)者在微信中開發(fā)具有原生移動(dòng)應(yīng)用體驗(yàn)的服務(wù)[9]。依托云存儲(chǔ)、云數(shù)據(jù)庫(kù)和云函數(shù)三種云服務(wù)，開發(fā)者無須額外配置服務(wù)器、域名等服務(wù)，只需具備基本的前端開發(fā)技術(shù)即可通過微信 Web 開發(fā)者工具或者第三方開發(fā)工具進(jìn)行微信小程序的開發(fā)[10]。

3 移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體功能結(jié)構(gòu)

發(fā)布在微信小程序的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由學(xué)生模塊、教師模塊和管理員模塊三個(gè)功能模塊構(gòu)成，系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示[11]。

3.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1）學(xué)生模塊。學(xué)生通過消息公告查看實(shí)驗(yàn)任務(wù)的發(fā)布狀態(tài)，結(jié)合個(gè)人學(xué)習(xí)進(jìn)度和知識(shí)需求進(jìn)入模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)[12]。實(shí)驗(yàn)?zāi)K提供了模擬Windows Server系統(tǒng)的配置界面，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)對(duì)于真實(shí)系統(tǒng)環(huán)境有較高的認(rèn)知關(guān)聯(lián)。

2）教師模塊。教師登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)微信唯一身份標(biāo)識(shí)openid識(shí)別教師角色用戶并顯示教師頁面。任課教師可以即時(shí)查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析模塊，教師能夠掌握學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)配置的掌握程度以及對(duì)知識(shí)理解的偏差進(jìn)而靈活修改實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)評(píng)分機(jī)制并進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)調(diào)整[13]。

3）管理員模塊。管理員可以發(fā)布和下線實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并將實(shí)驗(yàn)任務(wù)上線動(dòng)態(tài)發(fā)布在學(xué)生模塊的消息公告中。依托云數(shù)據(jù)庫(kù)，管理員可以為用戶配置角色類型（教師角色、管理員角色），并監(jiān)控每個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的訪問量，為系統(tǒng)管理和教學(xué)分析提供支持。

4 移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)架構(gòu)

《Windows網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用搭載云服務(wù)的微信開發(fā)者工具進(jìn)行開發(fā)。微信小程序的開發(fā)與網(wǎng)頁開發(fā)類似，工程中WXML文件類似 HTML 的角色，用來描述當(dāng)前頁面的結(jié)構(gòu)；WXSS文件具有 CSS 大部分的特性，用來描述頁面的樣式；JS腳本文件用來處理頁面和用戶的交互，開發(fā)者可以在 JS 中調(diào)用小程序提供的應(yīng)用程序接口。小程序的邏輯層和渲染層分別運(yùn)行在不同的線程中，其中 WXML模板和 WXSS 樣式運(yùn)行于渲染層，JS 腳本運(yùn)行于邏輯層。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用三層架構(gòu)的設(shè)計(jì)，除渲染層及邏輯層外還依托騰訊云提供的云服務(wù)構(gòu)建云服務(wù)層，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

1）渲染層

WXML 模板和 WXSS 樣式工作在渲染層，由WebView負(fù)責(zé)多線程渲染，渲染出的頁面面向不同角色類型的用戶。該移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過校驗(yàn)用戶身份信息分別面向?qū)W生、教師、管理員三種類型角色的用戶，系統(tǒng)主要頁面運(yùn)行效果如圖3所示。

2）邏輯層

邏輯層JS腳本由JsCore線程運(yùn)行，當(dāng)事件對(duì)象從渲染層傳遞到邏輯層時(shí)，邏輯層中的事件處理函數(shù)被執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。業(yè)務(wù)邏輯代碼是該系統(tǒng)的核心內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)的重要功能主要包括：學(xué)生模塊中判斷實(shí)驗(yàn)操作是否正確，結(jié)算實(shí)驗(yàn)得分，反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析以及個(gè)人數(shù)據(jù)的增改查等業(yè)務(wù)流程[14]。

3）云服務(wù)層

小程序云開發(fā)為開發(fā)者提供完備的原生云端支持服務(wù)，弱化后端和運(yùn)維的概念，無須搭建服務(wù)器。該系統(tǒng)的開發(fā)使用了云開發(fā)提供的三種基礎(chǔ)能力：

云函數(shù)。云函數(shù)是在云端運(yùn)行的邏輯代碼，在開發(fā)工具中進(jìn)行編寫并上傳部署即可運(yùn)行。小程序內(nèi)提供了云函數(shù)專用的應(yīng)用程序接口。該系統(tǒng)通過調(diào)用云函數(shù)實(shí)現(xiàn)用戶微信唯一身份信息openid的獲取進(jìn)而建立個(gè)人用戶信息記錄。在教師模塊及管理員模塊中，系統(tǒng)通過云函數(shù)獲取數(shù)據(jù)庫(kù)集合并返回客戶端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

云存儲(chǔ)。云開發(fā)提供了存儲(chǔ)空間，提供了攜帶權(quán)限屬性的上傳、下載文件到云端的能力，開發(fā)者可以在小程序端和云函數(shù)端通過應(yīng)用程序接口使用云存儲(chǔ)功能。該系統(tǒng)渲染層中的圖片元素均存儲(chǔ)在云端，為加快小程序響應(yīng)速度提供了輕量化支持。

云數(shù)據(jù)庫(kù)。云開發(fā)提供了一個(gè) JSON 數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)由多個(gè)集合構(gòu)成，集合可視為 JSON 數(shù)組。數(shù)據(jù)庫(kù)中的每條記錄都是一個(gè) JSON 格式的對(duì)象。該系統(tǒng)的用戶信息及實(shí)驗(yàn)屬性信息存儲(chǔ)在云數(shù)據(jù)庫(kù)中。該系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)了userlist和tasklist兩個(gè)集合，并根據(jù)業(yè)務(wù)流程需求列出所需數(shù)據(jù)，各集合設(shè)計(jì)如下：

用戶信息集合userlist如表1所示，用來實(shí)現(xiàn)用戶角色登錄，基本信息修改，保存實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，保存實(shí)驗(yàn)得分等功能[15]。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)信息集合tasklist如表2所示，用來保存實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤操作總次數(shù)，節(jié)點(diǎn)操作錯(cuò)誤次數(shù)，實(shí)驗(yàn)完成人數(shù)、完成次數(shù)等重要數(shù)據(jù)。

4.2實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

以下以 “安裝子域控制器”實(shí)驗(yàn)為例，演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等功能的運(yùn)行效果。

該實(shí)驗(yàn)設(shè)置10個(gè)操作節(jié)點(diǎn)以考查學(xué)生對(duì)安裝子域控制器的掌握程度：（1）計(jì)算機(jī)重命名；（2）IP配置；（3）執(zhí)行“服務(wù)器管理器”命令；（4）添加Active Directory域服務(wù)；（5）選擇部署配置；（6）輸入FQDN及子域單標(biāo)簽DNS名稱；（7）輸入域NetBIOS名稱；（8）選擇域功能級(jí)別；（9）選擇域控其他選項(xiàng)；（10）選擇源域控制器。每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置正確時(shí)系統(tǒng)累計(jì)1分，完成實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)結(jié)算得分，實(shí)驗(yàn)總分為10分時(shí)系統(tǒng)將云數(shù)據(jù)庫(kù)中該名學(xué)生的此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度修改為“已完成”，實(shí)驗(yàn)得分不足10分時(shí)，系統(tǒng)將返回實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

1）系統(tǒng)初始化設(shè)置

該系統(tǒng)的模擬桌面提供了“系統(tǒng)屬性”命令和“網(wǎng)絡(luò)和共享中心”命令，以考查學(xué)生對(duì)系統(tǒng)初始化設(shè)置的掌握。該系統(tǒng)的模擬桌面（左）與真實(shí)系統(tǒng)界面（右）對(duì)比如圖4所示。

2）子域控制器安裝向?qū)?/p>

該系統(tǒng)模擬子域控制器的安裝向?qū)Ы缑嬖O(shè)置了6個(gè)配置步驟，以考查學(xué)生對(duì)安裝子域控制器過程中6個(gè)關(guān)鍵選擇的掌握。該系統(tǒng)的模擬安裝向?qū)c真實(shí)系統(tǒng)界面對(duì)比如圖5所示。

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后邏輯層中的評(píng)分方法將返回實(shí)驗(yàn)得分并允許學(xué)生查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。學(xué)生在了解系統(tǒng)配置過程中發(fā)生的錯(cuò)誤之后可以重新開始實(shí)驗(yàn)任務(wù)。運(yùn)行效果如圖6所示。

4）實(shí)驗(yàn)進(jìn)度統(tǒng)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在教師模塊中，任課教師可以查看完成實(shí)驗(yàn)的人數(shù)及實(shí)驗(yàn)完成度，并通過學(xué)生進(jìn)度統(tǒng)計(jì)即時(shí)跟進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度。在“實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析”子模塊中，教師可以通過實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤操作量占比分析學(xué)生操作過程中和知識(shí)理解上出現(xiàn)的問題，進(jìn)而靈活設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析如圖7所示。

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，班級(jí)中83.1%的學(xué)生使用了該系統(tǒng)，該統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)十分接近《大學(xué)生微信使用報(bào)告》中86%的使用學(xué)習(xí)率，其中40.8%的學(xué)生完成了全部實(shí)驗(yàn)任務(wù) [16]。

目前該系統(tǒng)共上線10個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，其中完成度最高的實(shí)驗(yàn)為“實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備任務(wù)”，約63%的用戶完成了該任務(wù)，各實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成度統(tǒng)計(jì)如表3所示。

以實(shí)驗(yàn)任務(wù)“安裝子域控制器”為例，實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤操作次數(shù)統(tǒng)計(jì)如表4所示，實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)“選擇林及域”的錯(cuò)誤操作頻率最高，達(dá)到461次，占該實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤操作總量的30%。因此，在教學(xué)環(huán)節(jié)中可以將“域”“域樹”及“域林”的理論概念和系統(tǒng)配置過程作為重點(diǎn)為學(xué)生做詳細(xì)梳理。

該系統(tǒng)于2021年春季學(xué)期結(jié)合校內(nèi)《Windows服務(wù)器管理》課程開展混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)[17]，根據(jù)微信小程序云開發(fā)運(yùn)營(yíng)分析的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，共有183名用戶使用本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其中本課程學(xué)生163人，活躍用戶124人，77人完成了全部實(shí)驗(yàn)任務(wù)，該移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在教學(xué)過程中的初步應(yīng)用獲得了良好的使用效果。

6 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于微信小程序的《Windows網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》移動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為學(xué)生提供了便捷高效的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[18]。使用受眾覆蓋廣泛的網(wǎng)絡(luò)通訊工具，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用社交資源優(yōu)勢(shì)和用戶黏性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)布和師生聯(lián)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，增強(qiáng)學(xué)生社交同時(shí)也為教師的教學(xué)擴(kuò)展和教學(xué)分析提供了工具和數(shù)據(jù)支持[19]。在一個(gè)學(xué)期的混合式教學(xué)的初步應(yīng)用中，該系統(tǒng)獲得了良好的使用效果，同時(shí)也完成了一次對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索。

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【通聯(lián)編輯：王力】