面向成人教育開放式虛擬實驗平臺的設計與應用

鄭煒　齊幼菊　蔣融融　阮曉芳

【摘要】實踐教學是成人教育的一塊短板，現有的實踐教學資源也較為零散、單一。文章針對這些結構差異、開發語言不同，甚至數據庫管理系統也各異的課程實驗系統，提出了一種采用面向服務架構（SOA）技術，將這些孤立的異構系統集成到統一的實驗管理平臺中，實現一個松耦合、標準化的開放式虛擬實驗平臺。各類課程實驗項目具備統一的操作模式和管理方式，便于成人學生通過網絡進行虛擬仿真實驗。

【關鍵詞】成人教育；面向服務架構；Web Service；虛擬實驗

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2013）06—0116—04

一 引言

隨著學習型社會建設的深入，終身教育與終身學習時代已經到來。作為學習型社會建設的重要組成部分一一成人教育，在這個終身學習的大環境下發展非常迅速，同時也承載了更多的責任與使命。但是，成人教育的發展也遇到一個發展的瓶頸問題：如何解決成人教育教學過程中實踐環節的落實？由于成人教育的教學對象主要以在職從業人員為主，這些學員來學校接受教育的時間是非常有限，進行實踐教學的時間就更少了。因此，大部分成人教育機構采用“實+虛”的模式，也即采用實地實驗室與虛擬實驗室相結合的方式。由于成人教育機構的場地有限，實地實驗室數量并不是很多，因而采用虛擬實驗的方式來完成實踐教學環節的就比較多。

經研究調查，目前各類虛擬的、仿真類的課程實驗軟件層出不窮。但是，由于沒有統一的標準和規范，這些課程實驗軟件的開發技術、運行環境、數據庫設計都各不相同。諸多因素導致這些優秀的課程實驗軟件成為一個個“資源孤島”，無法實現課程資源的共享，學生疲于在不同課程系統中切換登陸。針對這些現象，本文提出構建一個集成的、開放式的虛擬實驗平臺。該平臺采用SOA架構，將現成的、異構的遠程實驗軟件集成到該實驗平臺，并向成人教育學員開放實驗權限，通過Intemet的方式進行統一實驗和實踐教學管理。通過這一開放式平臺可以完成成人教育中大部分課程的實踐教學任務，克服實踐教學難開展、實驗資源不均衡等問題，從而有效地提高人才培養的質量。 二

基于SOA的虛擬實驗平臺的總體架構設計

面向服務架構（Service Oriented Architecture，SOA）是一種面向服務的架構方法，與傳統面向對象和基于構件的軟件開發方法相比，具有重構性強、松耦合、面向服務等特點。隨著軟件技術的發展，尤其是Web技術的不斷革新，面向服務的SOA技術正得到廣泛的應用。

1 實驗平臺的總體架構

開放式的虛擬實驗平臺采用SOA的系統架構，利用Web服務（Web Service）實現平臺與接入的各個實驗軟件之間的通信，并對XML文件進行加密，加強系統通信的安全性。平臺采用多層架構模式，各層邏輯清晰，服務標準化，系統重用性都得到了極大的提升。它的主要架構模型如圖1所示。

平臺的架構主要分為四層，分別為應用層、服務管理層、接口層和現有系統層。

（1）應用層：也可以成為服務應用層，是服務的消費者。主要是教師和學生等用戶通過瀏覽器直接與平臺發生對話功能，也包括系統內的服務調用。這一層是實驗平臺與用戶的接口。具體的課程實驗項目的運行通過服務管理層提供的服務得以實現。

（2）服務管理層：是系統注冊服務的主要管理層。在這一層包括服務的提供者和服務的注冊中心。本層引入了UDDI規范，UDDI創建注冊表服務規范。注冊表服務主要對中間件層提供的Web Service進行分類。提供的標準數據結構對提供的Web Service技術建立了統一的模型。其中，Web服務器主要作為服務的提供者，將平臺中的實驗的接入服務、子實驗的創建服務等各類服務在UDDI處進行注冊，供服務應用層調用。

（3）接口層：是接入現有異構系統的關鍵層。在這一層中，現有的異構系統通過Web Service技術傳輸用戶登錄、實驗操作、數據同步等信息，并用WSDL描述各個異構系統的接口文件。

（4）現有系統層：是平臺接入的現有異構系統，例如各個課程軟件、教務信息管理系統等子系統。

2 實驗平臺的主要數據流

虛擬實驗平臺的用戶通過Intemet瀏覽器進行用戶認證登錄，平臺根據不同的用戶類型提供不同的用戶操作界面。由于實驗平臺是教學的一部分，因此它的運行離不開教務管理系統和第三方課程軟件系統所提供的數據。成人教育的學歷教育對實踐教學環節考核很嚴格。因此，實驗平臺的數據必須嚴格、準確，與教務系統的數據保持完全一致，例如課程、學生等信息。學生的實驗是在第三方的課程實驗軟件中完成的，課程軟件所對應的用戶角色與平臺的用戶角色必須統一，這樣才能提供準確的學生實驗成績。這其中涉及的數據主要有以下幾種：

（1）課程信息：本學期開設的課程信息，數據來源是教務系統；

（2）學生信息：本學期在讀的學生信息，數據來源是教務系統；

（3）選課信息：將“課程信息”和“學生信息”進行關聯，可以得到學生注冊某個課程的信息，數據來源是教學管理員根據學生的實際選課情況后在平臺中進行操作后產生：

（4）實驗請求信息：課程教師設定的子實驗信息，第三方課程軟件提供實驗；

（5）實驗成績：根據學生用戶的實驗操作，進行判定并反饋給實驗平臺該用戶的實驗操作成績。

以上數據信息與平臺的主要業務流程有密切相關，具體的數據流向如圖2所示。平臺除了以上數據信息外，還有其他數據，例如新聞、論壇帖子等數據。

三 實驗平臺的功能模塊劃分及用戶分析

開放式的虛擬實驗平臺主要劃分為：基礎數據管理、用戶權限管理、實驗管理（實驗管理分為實驗前準備、實驗過程管理和學生成績管理）、交流平臺、平臺新聞管理五大板塊，如圖3所示。

系統的基礎數據管理模塊包括實驗注冊接入管理、學期管理、專業管理、課程管理、教師管理、學生管理、選課管理、資源分類管理等。用戶權限管理模塊包括角色管理、用戶管理、權限管理等。實驗管理是最主要的功能模塊，包含實驗前準備、實驗過程管理和學生實驗等。交流平臺包含即時通和實驗社區模塊，提供了實驗輔導教師與學生之間的即時交流功能。平臺新聞包含新聞類別管理和新聞發布模塊。

虛擬實驗平臺中，根據實際需求，用戶主要分成以下角色以及角色及對應的功能為：

●實驗中心管理員：實驗中心管理

●教學管理員：教學管理

●實驗課程教師：課程實驗管理

●學生：學生實驗

四 開放式虛擬實驗平臺的具體應用——以浙江廣播電視大學為例

開放式虛擬實驗平臺是基于Web的遠程實踐教學平臺。平臺4類用戶角色通過Intemet進行實驗管理、實驗敦學、實驗操作、試驗評價等具體的操作。本文以浙江廣播電視大學的遠程開放實驗平臺為例，平臺的學生模塊操作界面如圖4所示。該平臺完全參照本文的設計思路，完成對現有的“計算機網絡”、“電工電子技術”、“建筑施工管理”等25門課程實驗系統進行集成。將面向成人教育的課程實踐教學搬到了網上，學員通過這一實驗平臺進行課程實驗。

2012年，根據課程的特點及課程選課人數，學校選擇了“組網技術”、“電子商務概論”、“建設工程項目管理”、“律師實務”等8門課程進行試點，并對師生中進行抽樣調查，調查情況如表1所示。

抽樣調查的結果顯示，試點運行總體情況良好，但具體的數據也反映出一些問題：（1）教學管理人員對新平臺增加的工作產生一些不滿情緒，平臺的教學管理模塊有待進一步優化；（2）雖然部分課程及格率并不高，但師生滿意度很高，反映出師生對新的實踐模式有較高的認可度，例如“Linux網絡系統管理”、“組網技等術”等課程；（3）“律師實務”、“地方政府績效評估”等課程及格率很高，師生滿意度并不高，反映出課程實踐操作難度并不高，但操作步驟繁瑣，引起師生不滿；（4）“技能實驗一崗位會計”課程由于軟件本身的問題，在試點過程中異常錯誤頻發，試點單位師生強烈不滿，這也反映出接入的第三方課程實踐系統需嚴格甄選。

五 結語

基于Intemet的開放式虛擬實驗系統越來越受到成人教育學員的喜愛。針對眾多的實踐教學資源，采用基于SOA的方法將異構的實驗系統集成到統一的實驗平臺無疑是節省人力、物力的好方法。經過一年的試點，雖然在執行過程中還是反映出不少問題，但是實踐教學過程的創新模式還是受到了廣大師生的好評。由于各個異構系統的差異性較大，數據同步過程中耗費的時間代價較大，如何提高數據同步速度以及數據傳輸的安全性，將是下一步研究的重點。