基于虛擬化的計算機類課程云智慧學習空間的構建

梁慧娜 羅旭

摘 ?要：為滿足高職學生在混合式教學平臺中能進行計算機實訓的需求，基于云計算的虛擬化容器技術構建了計算機虛擬實訓環境，結合混合式教學平臺的常用功能，搭建了云智慧學習空間。對學習空間的云計算架構、關鍵技術及其主要功能進行了介紹。學生在學習空間里可獲得課程的學習視頻、課件、素材等資源，并在其提供的計算機虛擬實訓環境中進行自主實操，提交實驗報告、進行測試和問題交流。云智慧學習空間提供的虛擬實訓環境，為計算機類課程的混合式教學提供了有效的支撐，有一定的創新性和應用價值。

關鍵詞：云計算;混合式教學;教學平臺;學習空間;高職

中圖分類號：G710 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）22-0062-04

Abstract： To meet the needs of vocational college students for computer training in hybrid teaching platform， the virtual computer training environment is constructed based on virtual container technology and the cloud intelligent learning space is built combined with the common functions of the hybrid teaching platform. Researches to the cloud computing framework， the key technologies and the major functions of the learning space are represented in this paper. Students can obtain learning videos， courseware， materials and other resources of the course in the learning space. They can also carry out independent practical operations， submit training reports， conduct tests and exchange questions in the computer virtual training environment provided by the learning space. The computer virtual training environment provided by the cloud intelligent learning space provides effective support for hybrid teaching of computer courses. It has certain innovation and application value.

Keywords： cloud computing; hybrid learning; teaching platform; learning space; vocational college

一、支撐混合式教學的云智慧學習空間

心理學家布魯姆指出任何學生只要給予適當的時間及適當的教學資源，就可以學會教材。傳統的課堂教學，學生數量大，課時、授課內容、節奏都相同，難以解決學生學習差異性的問題，不能滿足不同學生的個性化需求[1]。在“互聯網+”時代，教師通過各種網絡教學平臺，為學生提供豐富的學習資源，讓學生“線上”（網上）自主學習，使學生的學習空間和時間得到擴展[2]。“線下”（課堂）教師指導學生開展能力提升的教學活動，最大程度提高課堂效率和教學質量。這種線上線下的混合式教學已成為當前高職課程改革和發展的趨勢[3]。

混合式教學中“線上”學習是重要組成部分。混合式教學是否能順利實施，效果怎樣，很大程度上取決于支撐它的線上學習環境。構建支撐混合式教學的智慧學習空間，為學生提供豐富的自主學習的資源和環境，在重要的意義和價值。教師在學習空間里發布學習任務、微課視頻、學習資料、試題測試等。學生根據自身情況安排充分的時間進行線上學習，通過觀看學習空間里的微課視頻，完成學習任務，進行測試。教師課前通過測試和反饋的情況了解學生的學習情況，從而有針對性地組織課堂教學。目前，國內比較常用的教學平臺有學堂在線、雨課堂、藍墨云班課、對分易、智慧職教云、得實易學、網易云課堂等[4-5]。

二、計算機類課程對學習環境的特定要求

我國正處于信息化建設的第三次浪潮，“云大物智”類專業受到學生的熱捧，這些專業中大部分課程都涉及計算機類課程，這類課程的學習以實驗操作為主，需要在特定的實驗環境才能進行實操。如：計算機網絡類課程需要搭建集群進行配置，計算機編程類課程需要安裝和配置相應軟件環境。上述所提的常用教學平臺主要提供發布課程學習資料，練習測試、論壇討論、成績匯總等通用功能，并不能提供實操所需的環境。同學通過教學平臺獲取教師提供的視頻和資料，對理論知識進行學習，如需實操，只能自己搭建軟硬件實驗環境，每位學生的硬件資源和能力不同，所搭建的實驗環境不一定能滿足要求，而且有些實驗環境學生自己是難以搭建的。如果能構建一個針對計算機類課程使用的云智慧學習空間，教師在布置任務和提供微課視頻的同時，提供相應的軟件實驗環境，將更有利于學生的自主學習。

三、基于云計算技術的智慧學習空間架構

（一）云計算

在網絡教學平臺中為學生遠程提供實驗環境，在云計算技術發展不斷成熟的條件下，已經成為可能[6]。云計算是把計算機物理資源集中起來形成一個巨大的資源池，根據用戶的需求進行資源配置，通過網絡交付給用戶使用[7]。云計算可通過虛擬化技術在服務器上創建多個虛擬主機，用戶終端通過網絡連接到服務器上的虛擬主機，使用上面的資源[8-9]。在虛擬主機上根據課程的實驗要求安裝配置好相應的軟件環境，就能構建出滿足計算機類課程實驗的虛擬計算機實驗環境，再融合到教學平臺中，搭建出智慧學習空間，總體架構如圖1所示。

（二）容器虛擬化

云計算技術最重要的技術之一就是虛擬化技術，傳統虛擬化技術是在硬件物理資源池的基礎上，虛擬出多個操作系統，然后在每個操作系統上構建虛擬機。虛擬化容器技術是在操作系統的基礎上進行虛擬，每個容器都共享主機操作系統的內核等資源。這使得容器特別輕量，大小一般以M（兆）為單位，只需要幾秒鐘就可以啟動完成，而傳統虛擬機常常需要幾分鐘才能啟動完成[10]。雖然兩種技術的構建大不相同，但對于用戶來說，所感受的操作環境是相同的，為了方便教師和學生理解，在學習空間中以“虛機”進行表述。

如果每個實驗都為每位學生實時提供一臺或多臺虛機，將需要大量的虛機，如果虛機的配置要求較高，對云計算資源的壓力將非常大。學生實驗使用完虛機環境退出后，如下次無需在當前的基礎上繼續實驗，可將使用的虛機進行銷毀，將硬件資源釋放。如果下次的實驗需在當前基礎上繼續完成，可將當前環境進行鏡像保存，下次再加載進行使用。云智慧學習空間使用的是虛擬化容器技術，能更快捷地創建和銷毀虛機，使云計算的硬件資源得到高效合理的使用。

四、計算機類課程云智慧學習空間功能構建及應用

根據混合式教學的要求，結合計算機類課程的特點，設計了云智慧學習空間。學習空間使用者分為管理員、教師、學生三種類型，不同類型的用戶擁有不同的功能和權限。

（一）管理員端

管理員端主要功能是對用戶、課程、班級、虛機、教學、交流等進行管理，擁有最高的管理權限。能為教師、學生開設帳戶、初始化密碼，為教師和學生分配課程。

（二）教師端

教師端的主要功能是教師根據教學設計，為學生提供學習資源、準備虛擬實驗環境、制作題庫、生成試卷、進行問題交流，對教學進行統計分析，主導整個教學活動實施，包括以下六個模塊。

創建課程。教師對高職學生基本學情進行分析，如學生是高中還是中職背景，根據人才培養方案的要求，設定學生需要達能的技能目標和能力目標，設定課程的內容和難度。

教師在學習空間中創建課程，創建章節內容。如果該課程之前已有開設，可選用以前部分章節的內容直接使用或修改后重新組合。創建的章節內容分為理論課和實驗課，理論課可添加學習課件、微課視頻、學習材料、單元作業/測試等。實驗課可添加實驗手冊、實驗演示視頻、實驗報告、實驗素材、配置虛機環境等。制作完章節資料后，可將其進行保存，在生成新的課程時，可進行快速重組，教師可將制作完成的課程章節發布給學生，也可共享給其他教師重復修改使用。

虛機管理。配置虛機環境是創建實驗課章節的重要環節，系統預先設置好生成的虛機＼集群的配置，如CUP的核數、內存大小等，教師配置時根據實驗的要求進行硬件環境的選擇。系統還提供了一些通用的軟件模板，教師可直接選擇使用，或在此基礎上進行更改，生成新的模板，作為實驗使用的軟件環境。教師將虛機硬件配置和軟件模板進行結合，即可生成實驗環境使用的虛機環境。

教學管理。教師可查看班級作業和實驗報告提交的進度，查看、批閱作業和實驗報告、下載學生完成的虛機鏡像文件。作業中的客觀題系統自動評分，主觀題教師手工批改。教師可設置各項內容的權重和分值，生成導出成績。

課中，教師也可使用學習空間進行教學。教師通過學習空間的“分享桌面”功能將操作演示分發到學生機的電腦屏幕，利用測試功能完成課堂小測，對同學們存在的問題進行講解演示。

試題管理。教師可通過逐條錄入、批量導入等方式共同完成題庫的組建。教師設定各種題型的數量及每種題型的分數、考試時間、考試班級等參數，即可生成試卷。開始考試后，學生從學生端進入即可進行考試，系統自動計時，考試結束后試卷自動提交。選擇題、判斷題系統自動批閱，教師只需要批閱填空題、簡答題即可。

教師根據學生在學習空間里提交的作業、測試、實驗報告等情況，分析學生對知識和技能的掌握情況，更好地安排課堂教學。

問題交流。用于教師對學生的提問進行答疑解惑。教師可在此模塊搜索并查看到班級學生提出的課程問題并進行解答，同時也可在此模塊提出問題，便于學生學習交流。學生與學生之間的交流也可在問題交流模塊中進行。

教學統計。教師在學習空間里可對課程、班級、學生的學習情況進行統計分析。包括查看課程的成績、作業提交率、實驗報告提交率、問題交流的次數、實驗時長等。也可查看某個學生的學習情況，包括學生登錄次數、閱讀課件次數、實驗時長、考試情況等，打包下載學生的作業、實驗報告、考試試卷等學習情況資料。學習空間通過大數據可視化技術還能生成相應的圖表，使各種統計數據更為直觀。

（三）學生端

學生通過自己的帳號密碼進入學習空間，查看教師發布的課程內容和要求。理論知識通過課件、視頻等進行學習。實操通過查看實驗指導書、觀看微課視頻，在教師配置好的虛機實驗環境中進行。學生可將實驗過程和結果進行鏡像保存，分多次完成，完成后提交實驗報告或虛機文件。學生還需完成教師發布的試題，遇到問題可在交流區與教師、同學進行溝通交流。學生還可以學習空間中查看自己學習情況的分析統計，實現個性化學習，學習界面如圖2所示。

五、結束語

學習空間提供的虛擬實驗環境，使得學生在“線上”也能完成實操，有效彌補了普通混合式教學平臺在計算機類課程中使用的不足。考慮到網絡傳輸速度和安全性，現該學習空間只能在校園網中使用，效果良好。現只有電腦版，如果將部分功能開發成移動版，并多增加一些互動功能，將更為靈活和完善。

參考文獻：

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