云技術在士官職業教育中的應用研究與探索

張衡+郭海濤+王番+孫偉+紀松

摘 要：隨著云技術在教育領域的逐步推進，軍隊對教育云服務的期望和需求也與日俱增。將云技術的硬件虛擬化、軟件模塊化和數據網絡化等特性應用于士官職業教育，可以大大改善目前存在的管理體制、教育體系、培訓手段等方面的不足，并能有效推進我軍士官職業教育的科學、持續和創新發展。文章對云技術在《攝影測量與遙感技術》士官學員課程中的應用進行了有益嘗試和探索，望能為士官職業教育提供參考和借鑒。

關鍵詞：云技術;士官職業教育;攝影測量與遙感技術;網絡課程

中圖分類號：G434 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2016）20-0082-04

一、引言

士官在未來信息化戰爭和多樣化軍事任務中的作用舉足輕重[1][2]，實行與士官主體地位相對稱、與軍隊信息化建設相適應、與國家職業教育相融合的士官職業教育培養戰略已成為客觀需求。然而目前我軍士官職業教育存在以下不足：①士官職業教育的思想、理念、手段和方法明顯滯后于國家和軍隊信息化建設發展的要求;②士官職業教育的教學內容更新不及時，無法與部隊裝備匹配，使得學員所學知識不能很好的與任職崗位相對接;③士官職業教育“逐級遞進”的培訓體制不能充分調動學員的學習積極性[3]，造成部隊出現“既缺人，人卻閑”的尷尬局面;④士官職業教育課程實踐環節比重不夠。

要解決上述問題，必須緊跟時代和社會發展的步伐，探索和研究士官職業教育的新途徑和新方法，深入挖掘士官職業教育與信息化教育手段的結合點和契入點，進而實現士官職業教育從傳統的偏重知識傳授向注重專業技能和綜合實踐能力素質的提高轉變[4]、從呆板的“填鴨式”教學方法向利用云計算等多種新技術并舉的多樣式多手段教學模式轉變、從單一體系結構的傳統教育體制向提升士官崗位任職能力和滿足基層部隊需求的新要求轉變。

二、云技術及其在士官職業教育信息化中的應用

云技術是在分布式計算、網格計算、并行計算等幾種計算基礎上發展出來的一種新式計算模式[5]，是網絡技術發展的前沿。目前公認的云技術服務有三種基本分類：IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）和SaaS（軟件即服務）。與傳統單機模式相比，云技術中用戶所處理的數據、信息并沒有儲存在本地設備中，而是存貯在網絡上的數據庫或者數據中心中。這些數據中心和數據庫的維護管理都是由提供云服務的企業進行管理運作，并由他們提供強大云計算和云存儲能力來保障用戶的正常使用，而云端用戶不受時間、地點的限制，任何用戶都可以通過聯通網絡的終端設備來完成許多復雜的任務和功能。

1.云技術與教育領域結合優勢

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》明確提出了建設國家教育云基礎平臺的問題[6]。將云技術應用于教育領域，是指利用虛擬化、負載均衡和分布式存儲等技術，建立一個統一的智能開放架構云計算平臺[7]，深度集成整合各類教學資源、實踐平臺和應用，按需向用戶提供租用或免費服務，滿足教育用戶通過各種信息終端完成教學、學習、科研、管理、社會交往等方面的需求，實現發布教育信息、獲取教學資源、開展教學互動、統計教育信息與數據、形成科學決策、實施教育評價、開展協同科研等系列活動。在享用教育云服務過程中，用戶不用擔心硬件性能、軟件版本、數據同步、信息安全、存儲備份、帶寬等各種問題，只要擁有網絡和終端設備，就能夠像使用水、電、氣一樣，隨時、隨地、隨需信手拈來使用教育資源，獲得教育服務。

2.云技術在士官職業教育中的作用

（1）云技術可以最大限度整合士官教育信息資源

傳統意義上的士官職業教育信息資源主要針對教員師資資源而言的，在云技術里，將教育資源動態化處理，除了師資資源，還將與教學資源關聯的教學實驗、教學理念、教學設施、部隊裝備資源等在云教育平臺下利用云技術來完成充分整合，使得士官職業教育有的放矢，破解以往教學資源分配不均、各類資源重復建設、利用率低下、教與學內容脫節等諸多困局。

（2）云技術可以極大提高士官教育的質量和效率

教育質量和效率是職業教育乃至整個教育界的命脈，也是教育的競爭力所在。傳統的教學模式往往是將不同教育背景的士官學員放在一個起跑線上進行統一授課，不利于“個性化學習”和“終身學習”理論。把云服務的理念引入士官職業教育中，充分利用幕課、在線辦公、在線視頻、在線實驗室、網盤等云服務[8]，來充實教學和實踐過程，提高教育質量。同時也可以把移動互聯網應用引入教與學的過程，讓學員能夠及時了解動態的教學信息，并能夠充分利用“碎片”時間和教員、學員之間做好“無縫”互動，提升教育效率。

（3）云技術可以很大程度上節省教育經費的投入

云技術中的IaaS能夠降低硬件資源的投入和更新成本，并能最大化其利用率;Paas和Saas能夠減少我們的軟件成本，并且在維護方面能夠大大減少人力、物力和財力的投入，杜絕了以往教學模式中的“重硬件建設輕內容建設”的死循環模式。

三、云技術支撐下的《攝影測量與遙感技術》士官課程建設

《攝影測量與遙感技術》是測繪類士官專業的一門專業基礎必修課，主要探討攝影測量與遙感技術的理論實質、技術和使用方法[1][9]。課程要求學員全面系統地掌握攝影測量與遙感技術的基本理論、方法和攝影測量儀器設備的設計和工作原理，了解利用攝影測量與遙感原理測制數字地形圖的主要作業方法，掌握遙感圖像處理與應用的基本技能。本課程設置60學時（其中實踐課程20學時），開課前需要學員預修《測量學》、《大地測量學基礎》、《地圖基礎知識》和《軍事地形學》等專業課程。針對本課程實踐比重較高、實驗軟件重多、實驗場地分散、準備資源繁雜等因素，我們建立了基于云計算的《攝影測量與遙感技術》教學與實踐一體化平臺，通過對設備資源的網絡化管理、集約化利用、一站式服務，轉變了課程的教學組織模式，實現了教學組織的流程化、模塊化、網絡化和虛擬化[10]，大大提升了士官學員的教學效果，為士官職業教育累積了豐富的經驗。

1.云技術在《攝影測量與遙感技術》課程中的應用思路

針對傳統教學中場地設備分散、實驗數據無序、遙感影像判讀訓練困難等現狀，以云計算等技術和硬件設備為依托，采用虛擬化技術，實現軟硬資源、數據資源的一體化管理和利用，主要思路包括：

（1）硬件設備資源的“虛擬化”改造

依托現有設備（包括影像服務器、數字立體測圖工作站、繪圖儀、數字掃描工作站等），建立虛擬資源池，將所有分散的設備虛擬成一部“云服務器”，實現計算資源、服務資源、存儲資源的統一管理和利用。

（2）實驗軟件資源的“模塊化”定制

把課程實踐環節用到的操作系統、實習軟件（如單像測圖系統、正射影像制作系統、空中三角測量系統等）進行模塊化定制，以提供不同組合的實驗環境使用。

（3）影像數據資源的“網絡化”應用

將多時相、多分辨率、多波段的各類遙感影像數據通過網絡進行在線收集和管理，建立遙感影像云服務系統，為定向軟件、判讀軟件、遙感圖像處理軟件提供影像按需下載和解譯服務。

（4）教學答疑模式的“交互式”轉變

依托全軍訓練管理網和現有幕課平臺，建立統一的云教學和實踐在線平臺，打破場地約束，使學員隨時、隨地、按需進行理論知識和在線實踐學習。

（5）教學質量效果的“可視化”評價

通過對學習日志和行為統計等分析，可以記錄和發現學員在教學和實驗環節中存在的諸多問題，經在線可視分析評價，可為后續的教學設計提供重要直觀的參考價值;通過學員在線試題解答結果，經可視化數據挖掘，可為本課程的教學評估提供第一手真實資料。

2.云環境下的《攝影測量與遙感技術》課程總體框架

一體化教學和實踐平臺邏輯上可以分為三層架構，如圖1所示。

（1）基礎支撐層：是云平臺最基礎的設施，包括基礎硬件、基礎軟件和虛擬資源等，主要作用是根據需要發布和維護各類虛擬機的運行，支撐網絡負載均衡，提供平臺安全保障。

（2）數據支撐層：主要作用是管理和維護數據量較大、密級較高的遙感影像數據，包括教學和實驗過程中用到的各類影像數據，以及影像數據管理、服務等軟件。

（3）軟件服務層：包括本門課程中各類教學實習軟件、開發環境、開發工具，本層是進行士官教學和實驗活動的主要對象。

3.云環境下的《攝影測量與遙感技術》課程重點建設內容

《攝影測量與遙感技術》教學與實踐一體化云平臺建設是用云技術和創新的方法完成士官職業教育授課任務，使得理論與實踐同步、教員與學員同步，因此云平臺要緊緊圍繞“兩點一線”來建設，“兩點”就是參與課程的主體——教員和學員，“一線”指的就是教員教、學員學的過程。這個過程在云環境下通過網絡技術來完全實現，重點需要建設好以下幾個內容。

（1）《攝影測量與遙感技術》在線仿真與虛擬實驗室

使用先進的可視化手段輔助教學，在云平臺上為學員提供充分的視覺信息，是改進教學方法的重要途徑。本課程研究的主要內容是三維空間信息的獲取與表現，在教學中涉及大量的空間坐標系、透視投影變換、旋轉變換以及航天遙感、航空攝影、航空影像等內容，這些知識抽象枯燥，不易進行實驗，學員在學習時，常常感到難以掌握。使用仿真可視化技術輔助專業教學，能有效提高現代化信息技術在專業課教學中的應用水平，為學員提供逼真感、沉浸感強的學習環境，實現“所見即所得”的效果，將枯燥的理論知識用生動靈活的表現形式進行表達，有利于調動學員學習積極性，系統把握課程知識。圖2所示為“攝影測量與遙感”課程在線仿真實驗例子。

（2）基于網絡的遙感圖像二、三維判讀訓練一體化教學實驗

將課程收集的各類遙感影像通過實地采集、數字測圖和三維建模，建成基于遙感圖像的二、三維一體化云判讀訓練平臺。學員進入判讀訓練實驗狀態后，選擇所要培訓的目標，通過云平臺調用目標的影像庫和相應的三維模型庫，使影像和相應三維模型聯動顯示如圖3所示。為了實施目標判讀訓練，對系統所涉及到的各類遙感目標，利用成果資料建立標準庫，學員在所實驗的目標影像上進行采集，然后與標準庫里的目標圖進行對照，檢驗自己的判讀訓練情況。

（3）云環境下的攝影測量程序設計練習實驗

攝影測量程序設計練習實驗主要包括獲取與處理、特征提取與定位、影像定向、影像匹配、DEM內插、正射影像生成和地形三維景觀制作七個模塊，包含了攝影測量學中經典的算法。該云平臺實驗系統具備了常用的攝影測量交互計算功能，學員可以通過對系統的操作理解掌握攝影測量的主要工序。此外，該系統還提供了編程接口和例子代碼（如圖4所示），學員可以自己動手編寫所學算法的程序，有助于他們更加準確地掌握算法的原理。該系統可以滿足有一定編程基礎的士官學員單獨選修。

四、結束語

士官職業教育必須結合云計算等新技術、新應用，從多方面、多維度、多渠道借勢借力，才能在全軍教育信息化建設道路上贏得未來，才能在強軍路上打造一條適合培養“四有”士官人才隊伍的創新之路，才能在推進中國新軍事變革的征途中做好適應未來信息化戰爭的新思維、新技術、新觀念的儲備。當然隨著《攝影測量與遙感技術》士官課程的發展與變化，新的教學理念、教學方法和多媒體技術會逐漸滲透到信息化建設的各個方面，我們的研究也會隨著新技術的不斷更新與時俱進，關于士官職業教育的研究與應用，愿與同行們共商榷。

參考文獻：

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（編輯：魯利瑞）