基于云計算的軟件工程專業校企合作實訓平臺構建研究

[摘要]云計算實訓平臺是學生體驗企業工作氛圍、進行真實項目訓練的場所，也是學校降低實訓基地建設與運行成本、提高教學效果與辦學效益的重要手段。首先，闡述了云計算的概念、基本原理與云計算在教學中的應用，然后，探討了軟件工程專業云計算實訓平臺架構及其功能模塊，為高校建立虛擬實訓基地提供理論參考。

[關鍵詞]軟件工程；云計算；實訓平臺；架構；模塊

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009-8097（2013）01-0107-06 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.01.023

一、引言

軟件工程是一門綜合應用學科，軟件工程專業具有實踐性、工程性、實用性等特征。學生不可能靠聽講軟件工程的理論學會開發一個實際的軟件，而是在“動手做”和“真正練”中體會和掌握軟件工程的思想，軟件工程專業實訓環節尤為重要。近年來，諸多學者提出采用校企合作培養模式、項目教學法，增加實驗、實訓比例，以增強學生理論與實踐的聯系，提高動手能力、思維能力和創新能力。但目前大部分高校存在資金來源有限、實驗設備老化、實驗實訓資源不足等問題，且校企合作實習基地建設滯后，學校與實習基地之間缺乏互動，均影響學生實踐能力的培養。應用云計算技術建立軟件工程實訓平臺，不但學生可以在“云”中進行真實項目訓練，體驗企業工作環境，提高實訓效果，而且可以降低高校實訓基地的投資與運行成本，提高辦學效益。

二、文獻綜述

1.云計算

云計算是一種商業計算模型，它將計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使用戶能夠按需獲取計算力、存取空間和信息服務。云計算是并行計算（Parallel Computing）、分布式計算（Distributed Computing）和網格計算（Grid Computing）的發展，是虛擬化（Virtualization）、效用計算（Utility Computing）、基礎設施即服務（Infrastructure aS a service，IaaS）、平臺即服務（Platform as a service，PaaS）、軟件即服務（Software as a service，SaaS、等概念混合演進并躍升的結果。云計算的基本原理是用戶所需的應用程序運行在大規模服務器集群中，數據也保存在互聯網的數據中心，其管理與維護由提供云計算服務的公司負責，用戶終端的功能被大大簡化，而諸多復雜的功能都轉移到終端背后的網絡上去完成。云計算具有虛擬化、超大規模、高伸縮性、高可靠性、高通用性、按需服務、極其廉價等特征。

Google、Amazon、IBM、Yahoo、Vlware等大公司是云計算的先行者。2006年，Google啟動了“Google101”計劃，引導大學生進行“云”系統的程序開發。2007年10月，Google與IBM聯合宣布，把全球多所大學納入類似Google“云計算”平臺之中。Google是最大的云計算技術使用者，典型的云計算平臺還有Amazon的彈性云、微軟的云+端、軟件+服務的云計算服務、IBM的藍云（Blue Cloud）計劃等等。2008年，IBM先后在無錫和北京建立了云計算中心。2009年，云計算走進了教育界，黎加厚教授正式提出了“云計算輔助教學”（Cloud Computing Assisted Instructions，CCAI）概念，即學校和教師利用“云計算”提供的服務，支持教師的教學和學生的學習，提高教學質量。“云計算”可以應用于教學管理、學生交流與管理、實驗室建設與管理等方面。

2.云計算輔助教學研究

隨著云計算技術引入我國，諸多學者對云計算輔助教學相關領域進行了探討：（1）云計算輔助教學的可行性與作用研究。Armando Fox（2009）等認為云計算應用到教學中是可行的，還可以幫助學生了解云計算技術和工具：金苗苗、周躍良（2009）、曹大有（2011）等認為云計算的共享性、協作性可以提高學生的學習興趣，培養學生的探索研究能力，并且最小化終端設備的要求，大大減少學校為維護和升級操作系統和應用軟件的費用；張林（2011）等認為應用云計算技術可以搭建個性化的學習環境；林瑜華（2011）認為通過公共云服務平臺提供完善的網絡教學功能和運行環境，具有更好的易用性和實用性；黎加厚（2010）、楊濱王、文霞（2010）則提出應用“云服務”能實現教育活動低碳化。（2）云計算協作學習與網絡學習策略研究。楊濱（2009）以Google sites為例闡述了網絡協作平臺的使用；何雙泉（2010）探討了云計算輔助教學環境中協作學習的特點與活動策略：張潔、裴芳（2012）等提出了基于世界大學城的云計算輔助教學下的協作學習方案；林瑜華（2011）研究了基于云計算的實驗教學環境、改革模式及協作學習模式；于莉（2011）探討了使用百會在線辦公平臺輔助課堂教學策略。（3）云計算教學資源平臺的構建研究。馬強、付艷茹（2011）等討論了國內典型云平臺及Google App Engine“公共云”平臺的接入技術；俞建華（2011）、李偉林、陳戍（2012）等設計了基于云計算的在線遠程教學平臺及運作模式；黃曉玲、趙生慧（2011）設計了通用的實驗教學平臺：楊曼（2011）以分布式計算框架Hadoop為基礎，闡述了在學院網絡實驗室中搭建云計算平臺Hadoop教學環境的過程與方案；張向陽（2012）探討了建設我國“云計算”教學資源平臺的構架與應用功能；張懷南、楊成（2012）則探討了基于云平臺的區域性高校數字教學資源共建、共享體系與模式；張家貴、羅龍濤（2011）、陳巧、胡新平（2011）等提出基于云服務的教學資源大平臺建設思路，認為在大平臺支持下，教學單位無需提供硬件設備、教學資源及技術人員，即可快速構建基于海量教學資源的特色教學資源平臺，促進優質教學資源的共建共享。

現有研究多以云計算技術構建遠程學習、協作學習等虛擬平臺與實驗教學資源平臺為對象，以降低教學成本、提高學生學習興趣與教學效果為目的，以高校教育資源平臺的共享共建、教學資源的利用、教學條件的改進等為重點進行了研究。而結合軟件工程專業的具體特征，如何運用云計算技術，校企合作共建真實的企業實訓平臺與環境，學生不受時空限制接受真實項目訓練，現有研究成果較少。

三、軟件工程專業云計算實訓平臺架構的設計

軟件工程專業云計算教學資源平臺的建設需要有強大的底層技術支撐，同時需要開發符合本專業要求的功能模塊，其技術體系與服務體系構架如圖1所示，云計算技術體系由物理資源層、資源池層、管理中間件和面向服務體系（Service-Oriented Architecture，SOA）的構建層組成。物理資源層包括所有的硬件資源，資源池層通過虛擬化技術將底層硬件如網絡系統、數據庫系統和操作系統等集成起來，虛擬為一個大的資源池，管理中間件層負責管理云計算資源，并為SOA構建層提供支持與服務，SOA構建層將云計算能力封裝成標準的Web Services服務。

云計算技術體系從根本上決定了服務體系模式，云計算強調各種資源的共享和隨需分配，其服務模式劃分方法較多，通常分為三個層次：最底層是基礎層，由硬件或虛擬機資源構成，是整個服務體系的基礎，通過虛擬資源池為學校與合作企業提供計算、存儲、帶寬等按需的動態云基礎設施服務（IaaS）：第二層為在線開發平臺層（PaaS），構建在基礎設施層之上，對資源的抽象層次更進一步，為軟件項目開發與教學虛擬資源的建設提供接口與環境，通過分布式計算環境和分布式存貯環境提供海量文件系統、海量數據庫系統、大規模消息系統等服務，在線云通過在線開發平臺將操作系統、應用開發環境等平臺級產品以Web服務的方式提供給高校師生、合作企業開發人員等，方便高校與合作企業對教學資源的開發和使用；第三層為實訓資源應用服務層（SaaS），位于最上層，是用戶與云服務體系的接口，直接為合作企業開發人員、高校師生等提供實訓應用軟件服務，如作品展示、開發文檔輸出、資源設計、軟件檢測以及項目管理等等。合作企業開發人員、高校師生可以在任何時間、任何地點使用PC電腦、3G手機或其他移動終端設備訪問“云”端，接受云計算各層次提供的服務。

云計算供應商提供的服務收費低廉，有的甚至免費。對于單個高校或少數高校聯盟建立云計算實訓中心，高校不必建設云計算基礎設施及其技術體系，只需購買或租用“云服務”供應商提供的云計算服務，按使用付費，按需自助服務，校企合作的重點是建設虛擬教學資源，這樣，可以節省實訓中心初期投資與維護運行成本。而對于全國高校聯盟建設云計算實訓中心，可采用主管部門或高校聯盟主導，云服務開發企業參與，公有云與私有云相結合方式，共同建立云計算基礎設施、服務體系與虛擬教學資源。

四、軟件工程專業校企合作云計算實訓平臺模塊的設計

軟件工程專業實訓是指學生通過直接參與軟件項目開發，提高實踐能力與職業素質的訓練過程。實訓基地的建設應符合真實性、高技術性和通用性原則，體現真實的職業環境，接觸新技術、新工藝[2…。實訓體系要求做到三個“真實”：“真實的企業項目”、“真實的企業化管理要求”和“真實的企業環境標準”。因此，學生實訓平臺的建設離不開軟件企業的參與，校企深度合作是企業實訓的基礎與前提，第二，學生能否進行真實的軟件企業項目開發與指導是軟件工程專業實訓的核心，第三，如何通過構建虛擬環境做到三個“真實”是保證云計算實訓平臺實訓效果的必要條件。軟件工程專業云計算實訓平臺功能模塊關系如圖2所示，黑色虛線框A表示軟件開發的全過程，是實訓平臺的核心模塊，綠色虛線框B為實訓資源模塊，包括實訓環境與教學資源開發功能模塊，紅色虛線框c為實訓管理模塊，包括校企合作、學生管理、團隊管理、項目管理、系統管理模塊，藍色虛線框D為實訓評估模塊，主要有作品展示、實訓報告、成績生成及所有項目文檔模塊。

1.軟件開發模塊

（1）軟件開發模塊的功能

構建軟件工程專業實訓平臺的目的之一是學生可以不去企業，不受時空限制，在學校的軟件工程實驗室或其他任何地方，只要有上網的電腦，登陸至學校的云計算實訓平臺就能進行真實的軟件項目開發訓練，并且學生在開發軟件的過程中，能得到企業老師與學校老師（以下簡稱“雙師”）的適時指導、動態監控。學生可通過以下方式參與企業實際項目開發：一是企業直接在云平臺上進行項目開發，企業老師擔任項目經理，分配任務并指導學生在同一平臺上共同完成項目開發，起到“工學結合、頂崗實習”的作用。二是企業老師挑選已開發過的軟件項目，在云平臺上建立項目庫、案例庫，通過云計算實訓平臺指導學生在該平臺上進行項目開發，或者學生分組完成軟件項目開發全過程。軟件項目開發過程主要包括項目規劃、需求分析、系統設計（軟件架構設計、數據庫設計、界面設計、模塊設計）、代碼編寫、軟件測試等過程，每一個過程應能輸出相應的項目文檔，并且通過軟件開發平臺可以實現師生適時互動，提高學生實訓效果。

（2）云計算軟件開發平臺構架

為了更好地滿足個性化、多樣性、復雜性軟件開發需求，解紹詞等（2011）提出了基于MDA（ModelDrivenArchitecture）的云計算軟件開發平臺模型，這種模型是面向服務、面向軟件的開發方式，稱之為“軟件業務化定制”模式。如圖3所示，云計算軟件開發平臺模型架構主要分布于云計算環境的平臺層與應用層，云端平臺層提供構件支持、環境支持、開發工具支持，將平臺無關模型（Platform Independent Model，PIM）自動轉換為一個或多個特定平臺模型（Platform Specific Model，PSM），然后再生成代碼，最終進行系統測試與發布。模型交換和變換交換總線是聯系整個開發平臺的技術紐帶，以面向服務的體系結構（service-Oriented Architecture，SOA）方式對外提供統一開放的應用程序編程接口（Application Programming Interface，API），其他模塊通過API進行交互。應用層向用戶提供軟件業務化定制接口，滿足用戶個性化軟件開發需求。對于傳統的個體開發模式更為簡單，直接通過云計算系統平臺層將軟件研發的平臺、開發環境作為一種服務向用戶提供，應用層為用戶提供各種應用軟件服務，即用基于云計算的實訓資源平臺為師生提供各種可靠的、經濟的在線應用軟件服務。

2.實訓資源模塊

實訓資源模塊包括實訓教學資源模塊與實訓環境資源模塊。軟件工程專業實訓教學資源主要包括：軟件開發環境；企業實際軟件項目庫、案例庫；實訓教材；軟件開發的基礎理論資料；軟件開發專用技術資料；重點、難點講解資料及相關文檔、模版等，這是應用型軟件人才培養的基礎和保障，是可教學化實訓體系的核心。軟件開發環境主要指進行軟件開發的各種技術和軟件工具，還包括相關的幫助文檔、開發文檔，軟件開發環境應該符合IT業界使用的主流技術和開發工具。軟件開發環境是云計算服務提供商根據高校及其合作企業的要求，通過云計算在線開發平臺層（PaaS）提供。校企合作雙方共同在“云”端研發實訓教材及配套的課件、主流軟件、具體實訓項目的實際代碼、視頻等，共同制定《實訓教學大綱》、《實訓教學安排與日志》、《實訓教學要求及方法》、《實訓項目開發計劃》等一系列實訓教學指導文件并上傳至“云”端，以企業為主高校配合的方式建設Java、嵌入式、.NET等在內的實訓項目體系，企業將已經完成的軟件工程項目進行需求與技術分析，按照軟件項目管理的基本要求進行可教學化的項目改造，在應用層建立實際軟件項目庫，不斷補充修訂實訓項目文檔，完善實訓內容，在“云”端構建可教學化的實訓教學資源。

實訓環境模擬即軟件企業工作環境模擬，就是讓學生通過云計算實訓平臺親身體驗企業的“真實”環境、工作壓力、管理制度與企業文化，對于提高學生實訓的積極性與主動性具有重要作用。在“云”端通過交互式的可視化工具將企業真實工作現場、學生實際訓練現場、企業工作流程、企業考勤制度等可視化內容與邏輯內容進行有效地集成，再配以聲音效果，對實訓環境構件進行可視化設計，構建虛擬元件。虛擬元件的構建主要包括外觀特性和內部特性的設計，外觀特性主要是可視化設計，內部特性主要是進行內部仿真模擬的邏輯運算。如在“云”端構建虛擬元件，設計虛擬打卡機或指紋考勤機，嚴格管理上下班出勤，設置專門的虛擬會議室供各個小組討論和評審，并配備虛擬會議桌、投影儀、白板等附屬設施，高度仿真企業的工作環境，讓學生有一種身臨其境的感覺，增加新鮮感，提高實訓效果。

3.實訓管理模塊

沒有嚴格的管理，即使技術體系再先進，也難以保證每個開發小組高效地完成開發任務。盡管大學生對新知識、新技術比較渴望，但諸多大學生缺乏吃苦耐勞的精神，責任心不強，所以，嚴格管理對提高學生實訓效果也不容忽視。軟件工程專業的實訓過程主要是學生開發軟件項目的過程。實訓管理體系應以軟件項目開發過程管理為中心，以系統管理、學生管理、團隊管理、校企合作管理等為支撐的一體化管理體系。

（1）項目管理模塊

云計算項目管理模塊主要對軟件項目生命期的五個階段即啟動階段、計劃階段、實施階段、控制階段和收尾階段進行的控制與管理，涉及項目的整合管理、范圍管理、質量管理、進度管理、成本管理、資源管理、風險管理、采購管理、溝通管理等九大知識領域，其中，質量管理、進度管理、成本管理為項目管理的核心領域，成為“雙師”監控的重點。在實訓中，學生將在項目組內承擔的開發和管理任務、項目完成進度及遇到的問題發布在實訓項目管理子平臺上，“雙師”登陸高校云計算實訓項目管理子平臺，對學生開發項目的全過程進行監控、階段評價與引導；學生將各階段的開發文檔與軟件產品經項目文檔輸出模塊與作品展示平臺進行輸出與展示，“雙師”通過項目管理子平臺及時檢查每一開發過程的項目文檔，通過互動交流平臺及時解決學生的疑問。

（2）系統管理模塊

系統管理模塊是對云計算實訓平臺的運行、維護、應用軟件的二次開發、教學資源庫的動態更新、系統登錄權限設置等的管理。實訓平臺系統管理員應為高校指定的老師，負責基礎信息維護、通訊簿管理、系統用戶管理、模板管理、日志管理、數據備份與恢復等管理。使用者涉及高校老師、學生、合作企業老師三方，可分別以其三個身份進行登錄使用。實訓平臺向用戶提供統一的接口，任何一個授權用戶都可以通過標準的接口來登錄云計算實訓平臺提供的服務。為了方便用戶使用，在線云可借助Web2.0技術中的B/S結構，高校師生、合作企業老師只需要使用瀏覽器便可進行訪問。高校老師主要將實訓計劃與要求發布到云計算實訓平臺，企業老師按學校的要求在平臺上上傳軟件開發項目及相關指導文件，高校老師提供學生登錄賬號，高校與合作企業老師均可對實訓學生的信息進行審核并分組管理。

（3）學生管理模塊

學生管理是為了實現實訓目標，在實訓期間以學生為管理對象的各種計劃、組織、領導、控制活動，是取得實訓成功的重要條件。如圖4所示，云計算學生管理模塊包括學校管理、企業管理與學生自我管理子模塊。學校教學管理部門、學生工作部門、實訓指導老師分工協作，通過學校入口登陸云計算學生管理平臺對學生進行職能管理。教學管理部門主要檢查學生實訓計劃完成、實訓過程的資料存檔等情況，學生工作部門主要對學生信息、請假、考勤與學習態度進行檢查與考核，實訓指導老師主要對學生實訓項目的選擇、實訓效果檢查、實訓過程的指導、考核與評價。企業指導老師從企業入口登陸云計算學生管理平臺，對學生的實訓全過程進行指導、監控、評價。學生從學生入口登陸云計算學生管理平臺進行自我管理，如學生個人考勤、學生自評、組長申請、小組成員管理、小組評估。

（4）團隊管理模塊

為了提高軟件項目開發效率與實訓效果，開發小組采取團隊工作方式。開發團隊以自由組合的方式，由5-6名學生組成一個開發小組，根據學生對專業知識的掌握程度、項目開發的技能、經驗與興趣，學生自行推選出項目經理與任務角色分配，如開發經理、計劃經理、測試經理、技術支持經理等角色，還可以自行決定崗位輪換方式。小組成員在登陸至云計算軟件開發平臺以后，各司其職，協調配合地開展工作。“雙師”通過團隊管理模塊了解開發小組的分工，監視團隊的運行情況，同時，通過團隊管理模塊，激勵團隊成員的士氣和工作熱情，鼓勵團隊之間開展競爭，提高工作壓力。

（5）校企合作管理模塊

項目庫、案例庫、實訓教材等實訓資源的建設，企業真實工作環境的模擬，學生實訓過程的指導與管理等等均離不開學校與企業的通力合作，因此，校企深度合作是云計算實訓平臺成功的前提條件。通過建設云計算校企合作交流與管理平臺，加強學校與企業之間的溝通，明確雙方的職責、任務與權限，構建人才共育、過程共管、資源共享、優勢互補、責任共擔、互利互惠的合作機制，提高實訓質量。

4.實訓評估模塊

實訓評估既是對學生實訓效果、校企雙方合作成效的檢查，又是對云計算實訓平臺的考驗，是進一步完善與改進的實訓體系與教學管理體系的依據，同時，也是一種牽引和導向，促使學生了解自己在各階段努力的方向。評估體系是一個多維考核評價系統，包括專業技能、綜合能力和職業素養三個維度，其對象包括團隊評估和個人評估，其過程包括階段計劃評估和終結績效評估。實訓評估模塊由項目文檔輸出、作品展示、實訓報告、成績生成等模塊組成。

項目文檔輸出模塊能展示項目開發全過程的所有文檔，是“雙師”作為項目過程控制與質量控制的重要控制點，也是專業技能、綜合能力和職業素養的直觀表現。作品展示模塊為學生提供作品、個人基本信息、院校評價的展示，是實訓考核優異者的舞臺，也是學生評互，實現協作學習、共同提高的平臺，如果對學生就業面試單位開放，讓用人單位進一步地了解學生，還可以提高學生的就業競爭力。實驗報告是學生對全部實訓過程的總結與提高，實訓成績是學生實訓的綜合表現。各階段項目文檔輸出、軟件測試報告、學生實驗報告及學生自評等構成實訓成績評定的依據。實訓評估模塊記錄學生的日常開發工作與團隊表現，給出定量評價并匯總，做到全程實訓全程評價。

五、結束語

軟件工程專業校企合作云計算實訓平臺以物理資源層、資源池層、管理中間件和SOA構建層為技術支持體系，以IaaS、PaaS、SaaS為服務模式，由軟件開發、實訓資源、實訓管理、實訓評估等功能模塊所組成，所有模塊主要分布于PaaS層與SaaS層。通過登陸軟件工程專業云計算實訓平臺，學生可在“云”中開發軟件，接受企業真實項目訓練，體驗企業“真實”工作環境，學校在“云”中安排實訓計劃，進行實訓管理，合作企業在“云”中指導學生參與軟件項目開發，校企雙方共同在“云”中建設實訓資源與環境。與傳統實訓基地相比，云計算實訓平臺具有諸多優勢：（1）學生實訓不受時空限制，便利性和靈活性增大：（2）平臺功能多，不但是學生實訓的平臺，而且是教師教學與管理的平臺，合作企業軟件開發的平臺，也是學生協作學習、互動學習的平臺；（3）大量的程序在云中運行，終端設備要求低，降低學校實驗、實訓基地固定資產的投資與運行成本，減輕學生負擔；（4）統一平臺，合作建設，協同管理，資源共享，校企雙方合作更為緊密、高效；（5）平臺具有高伸縮性，服務對象易于擴展。

編輯：李婷