新冠疫情下《云計算和服務器應用》的虛擬仿真“金課”探索與實踐

莫永華

（桂林電子科技大學信息科技學院，桂林541004）

0 引言

新一輪高校改革在2018 年下半年開啟，圍繞著建設“一流本科教育”，切實提高課程教學質量，教育部陳寶生部長也提出淘汰“水課”、打造“金課”的改革目標。桂林電子科技大學信息科技學院所屬廣西地方高校，在區教育廳2019 年4 月開展的廣西本科高校教師在線課程建設與應用能力提升行動中，我校也積極響應組織教師學習信息化的各種教學方法，包括MOOC、SPOC、微課、翻轉課堂、混合式教學等形式，為教師教學改革實踐打好了基礎。2020 年春季學期新冠疫情下，教育部指導利用網絡平臺“停課不停學”，開展網絡課程線上教學措施，《云計算和服務器應用》課程就是在這樣的改革和環境背景下開展的，利用多家教育資源平臺和多種教學方式，克服多方面困難，積極探索出虛擬仿真網絡教學方法，打造課程“金課”，實踐中進一步推動了本課程的現代信息技術與教育教學深度融合。

1 網絡授課條件與問題

《云計算和服務器應用》課程是工科計算機類網絡工程專業本科必修核心課程，在民辦高校的應用型人才培養計劃方案中課程側重云計算平臺部署、配置、運維以及服務應用，實踐教學環節是教學關鍵。在我校信息工程系本課程規劃40 學時2.5 個學分，教學采用理論和實踐合一授課方式，即20 學時理論和20 學時實踐，課堂采用4 節連上，先2 學時理論緊接著2 學時實踐，連貫展開的方式。特殊時期學生不能反校，《云計算和服務器應用》課程無法使用學校的實驗室條件，這將成為開展網絡教學的新問題，同時怎樣有效組織學生也是一個難題，需要調整思路探索一種新的方法去解決問題。

1.1 校內課程開設條件

為了滿足課程開展，我校在教育部產學合作協同育人項目中探索校企合作辦學，成功牽手深圳市訊方技術股份有限公司，并在2018 年暑假建設了華為ICT協同育人創新實踐基地，建設項目包括華為大數據和云計算實驗室，有了云計算實驗服務器RH2288H V3和云平臺解決方案FusionSphere，達到了授課條件，如圖1 為線下教學使用華為云實驗室平臺情況。

圖1 線下教學使用華為云實驗室平臺情況

1.2 網課開設需要解決的問題

（1）平臺服務瓶頸

平臺主要是全國現有網絡線上教育資源平臺，服務瓶頸主要反映在兩個方面。第一，體現在視頻類型上，這些平臺現有的視頻課件都是以慕課短視頻為主，視頻一般都在7～12 分鐘之間，無法銜接傳統課堂教學內容，不能滿足完整的教學過程與學習互動；第二，體現在技術性能上，當平臺碰到疫情環境下，集中開設課程的密度比較大，使用量比較大，造成服務器訪問量超出常規需求。全國的大中小學校都采用了網絡授課，原有的平臺一下子服務跟不上，服務能力與帶寬需要提高，最初在2 月中旬的很多網絡課程中，視頻學習中網絡卡頓情況比較嚴重。

（2）實踐資源缺乏

我們開設的云計算和服務器應用課程，課程特色在技術與管理上的概念比較多，實踐部署的虛擬機也比較多，資源需求量比較大，現有的網絡教育平臺無法滿足。例如我們學校主推的中國大學慕課平臺，經過平臺許可我們引入了河海大學孫寧教授的網課資源，該資源與我校的物聯網工程專業培養計劃和課程授課側重點有很大不同，我們的人才培養目標定位為應用型培養，課程內容以云計算平臺的部署設置、應用和運維為主，以華為云FusionSphere 方案部署展開教學內容，包括FushionComputer 云管理平臺實踐。孫寧教授開設的是Openstack 開源云系統和Hadoop 開源大數據項目，其他網課資源更多是以云計算底層實現算法為主。

（3）教師缺乏工程經驗

我們學校現有的課程教學團隊，呈現兩種狀態，第一、很多老師剛才從大學研究生畢業，缺乏實際工程經驗；第二、另一部分老師都是做理論研究的，對于應用型課程，無法滿足開課需求。本門課程有大量的管理和技術概念，需要通過實踐才能讓學生理解，從而完成課程學習任務，實現應用型人才培養目標。

（4）缺乏網絡授課評價的體系

我校的網絡授課是在疫情下全面推廣開展的，處于探索應用發展階段，學校還沒有給出網絡授課評價的標準。大家都是響應國家“停課不停學”的號召，在現有教育資源平臺的有力支持下才開始了網課教學之路，學校之前沒有給出像傳統教學對課程的質量評定標準，例如教材的選用、視頻的質量、網課的組織和管理（簽到和討論）、作業的布置和批改，以及網絡的測試和考核，都沒有最終給出標準。

（5）學生組織和管理規范

疫情下學生都是在家里上網課，通過空中網絡工具軟件的組織，怎樣才能有效組織學生？包括視頻學習參與程度、學習互動環節等等，這些網課有效組織是一個新的教學研究課題。學生的聽課質量也需要管理規范，例如：課前第一個環節教師用QQ 群進行組織學生簽到，簽到數據由平臺給出，作為學生平時表現計入最后成績評定；開課中第二個環節怎么加入平臺的視頻學習環節，可用網絡課堂錄播或直播屏幕共享收看方式，第三個環節教師與學生學習互動環節，問題提問、隨機點名、在線討論等，第四個環節課后作業鞏固，怎樣在線作業發布和批改作業等。

（6）學校職能部門的協調

學校的網絡課程組織以及各職能部門的協調是教師網課實施重要一環，也是網課順利開展的重要保障。具體內容包括：牽涉到課程的資源的發布，需要學校與第三方平臺的數據銜接，并給予開課教師授權；學工老師組織學生加入QQ 群，教務組織學生加入選課系統，并提示未及時選課學生補選；教師組織學生注冊平臺和認證學生身份，在授課中督導對課堂的聽課，等等。

2 混合式教學探索

在我們開課之前對現有的網絡平臺進行了一些功能的測試，考慮到了網絡性能和各個平臺的教學資源和功能，我們最后選擇了線上混合授課方式，以及多個平臺組合的教學方案。

2.1 線上混合授課方法與多平臺組合的教學方案

第一線上混合授課方法包括：應用平臺課件錄播視頻學習、屏幕直播方式學習、PPT 的直播授課方式等方法。第二多平臺組合教學方案是指：利用多家網課平臺的優勢展開。例如：直播平臺采用騰訊課堂、釘訂直播等等，由于騰訊、阿里巴巴等公司的業界網絡服務優勢，在服務能力和服務質量上都有所保障；而課程資源還得選擇專業網絡教育平臺，視頻學習可以采用教育資源豐富的中國大學慕課，該平臺是我國最早建設的網絡教育平臺之一，網課資源豐富，全國各大院校有9000 多門課程與它合作開設了慕課。也可以采用超星平臺、雨課堂平臺，等等，在這些教育資源平臺上非常方便自建慕課課程，也可自建學校云SPOC 課程，更方便的是一鍵資源復制引入優秀課程資源，建設自己SPOC 課程（同步SPOC 和異步SPOC 課程）。

線上混合授課方法有如下三點優勢。第一、豐富了網絡課堂的教學手段，既可以引入優秀教師的教學視頻，也可以直播自己有特色的教學內容，還可以提供豐富的PPT 動畫效果，很好的利用了現代化信息手段，提高了課堂教學的生動性；第二，教學內容更加豐富了，不拘泥于一位老師、一本書、一種視頻資源的教學，選擇最好的教學資源呈現給學生，授課老師做好資源整合和組織學習與問題討論，這也最新的教學改革探索的方向。第三，完善了網絡授課的備選方案，當主要的授課方法受到了網絡的卡頓影響之后，可以選擇第2種授課方式，不會影響網絡課程的整體進展，影響網絡授課的因素有很多，例如，訪問量過大導致帶寬不足的因素，平臺受到攻擊安全的因素，還有學生端電腦和移動端手機性能的因素等。

2.2 教學資源先引用到自建開課策略

一門完整的網課資源比一門傳統的課程資源要復雜。一門完整的網課資源通常包括課程大綱、教材、課件PPT、練習、單元測試、教案、根據知識點錄制好的上百個短視頻等等，與傳統的課程資源最大的不同在于短視頻的錄制，這是一項非常復雜而又需要團隊合作的工作。優秀課程短視頻的錄制工作包括：錄播內容知識點的選擇、錄播稿的撰寫，視頻錄播的設備，主講人的形象包裝，還有對錄播稿的背誦，最后到整個錄播視頻的剪切合成和美工等等，在短時間內建設自己的慕課是非常難的事情，而引用已經建好的優秀慕課資源，在平臺授權的條件下是非常好的選擇。

從異步SPOC 課程到自建SPOC，并改革教學管理讓學生適應自主學習。對于教師在短時間組織網絡授課，視頻資源是第一重要的事情，網絡授課需要有完整的視頻資料，而第1 次開設網課的老師，由于沒有視頻資料，這時可以采用優秀的網絡教育平臺，例如中國大學慕課，引用的方式分為同步SPOC 和異步SPOC 的方式。同步SPOC 方式是直接同步原來課程老師的上課時間同步展開，而異步SPOC 方式，也就是拷貝原課程老師的視頻教學資源，快速部署自己的云校課堂，組織教學和學生自主學習，最后再添加直播形式，進行對教學內容的進一步學習互動和實踐指導。當第2 次在網絡工程專業開設云計算和服務器應用時，由于之前已經做了大量的直播錄制，就可以自己組建網絡課程了，再做好的視頻組織和學習互動。

2.3 教學組織邊開展邊調整

在這次疫情下，學校也組織了兩批網絡課程，第1批網絡開設為第1 周到第4 周，第2 批網絡開設的時間為第5 周到第9 周。教學的組織也采用了邊開展邊調整的方式，對于第1 批采用征集網課的形式，對于有條件或者是有資源的課程先行開設，通過第1 批開設的網課，老師積累了組織和管理網課的經驗，同時也熟悉了網絡平臺的功能。通過調整開課的申報和線上開課信息的發布，使得更有利于網課的開展。再組織第2批更大規模的網課開設。

3 創新虛擬仿真“金課”規劃與實踐

3.1 《云計算和服務器應用》網課實踐

《云計算和服務器應用》課程本身需要的服務器資源和硬件設備，在疫情下這些條件都不具備了，我們的課程需要進行調整，采用了虛擬化的技術，在不能應用FusionSphere 真實部署情況下，采用VMware Workstation Pro 15.5 虛擬管理系統，虛擬出CNA 節點硬件資源，再虛擬安裝CNA 鏡像系統，產生虛擬化的CNA節點，然后再虛擬出VRM 節點硬件資源，并安裝VRM鏡像系統，產生Web 云平臺管理站點，部署了華為云平臺系統和系統的管理。下面圖2 為虛擬管理系統下的CNA 和VRM 部署。

圖2 虛擬管理系統下的CNA和VRM部署

針對于《云計算和服務器應用》在物聯網專業開設實踐，首先是在中國大學慕課平臺申請網課資源，通過教務申請第1 批開設網課，并邀請學生加入教師課程QQ 群；然后組織學生平臺注冊和學生認證，接著老師進行對原課程資源的補充和適應性調整，并在開課前三天準備測試，組織學生2 次網課測試。第一次測試是針對是否加入平臺和認證學生身份，測試中發現一些問題，例如：有些學生對平臺多次注冊和學生認證，擁有了2 個賬號，到上課時兩個賬號同時存，而系統考勤數據顯示這一學生有一賬號未簽到，造成了系統統計混亂問題，解決方法刪掉一個并通知學生；再如，在QQ 群管理，學生的信息標注進行規范，采用學號+姓名的方式，并對加入群的人數進行統計，對未加入群的同學，通過輔導員通知補加，同時對于未加入群的同學，進行情況了解，是否是疫情重災區的學生？特別是武漢的學生。第二次測試可以針對平臺的功能，例如中國大學慕課平臺，它的功能分成了兩個部分，第1 部分功能主要是錄播視頻的學習，第2 個部分是移動端慕課堂的學習管理，如考勤簽到、學習互動、問題討論、課堂隨機點名等功能。通過兩次的平臺測試，學生已經對網課有了基本的了解，以及熟悉了老師的課堂組織方式。圖3 是云計算和服務器應用課程學校云課堂。

3.2 虛擬仿真“金課”規劃

在采用VMware Workstation Pro 15.5 虛擬管理系統實踐教學中，部署虛擬機CNA 和VRM 節點時發現對教師終端和學生終端電腦資源耗費很大，例如一個CNA 節點的創建需要至少8G 內存的資源設置，而VRM 節點也至少需要4G 內存，當部分學生碰到沒有16G 內存和8 核CPU 的資源時，華為云平系統Fusion-Sphere 方案的仿真就不能開展了，因此，我們開始規劃應用虛擬仿真“金課”的思路打造新技術網絡課程。

新的虛擬仿真“金課”的規劃。技術路線包括：5G的網絡傳輸，4K 影像渲染和實時交互傳輸，遠端VR 高質量影像實時輸出。部署內容包括：把機房的場景進行虛擬化，對于云計算實驗室的眾多資源設備進行識別和影像數據采集，以及對設備的操作，屏幕的影像實時化傳輸，這樣就可以實現網絡異地學習，對于學生來說，可以身臨其境的感受云平臺的部署和設備的操作。2020 年5G 網絡商用全面推開，相信我們的技術會得到進一步的應用，網絡課程會變得更加生動形象。

圖3 云計算和服務器應用課程學校云課堂

4 網絡授課效果

對于網絡授課，我們總結了有三方面受益和能力的提升。在疫情下，學生實現了停課不停學，學業得到了推進；對于授課教師通過網課實踐，從教學資源的引用到自建，熟悉了網課部署，推動現代信息技術與教育教學深度融合；對于教育資源平臺來說，完善了功能、豐富了課程資源，提高了服務能力，擴展了性能。

（1）停課不停學，學生積極響應

在疫情下通過網絡授課，首先得益于學生的組織，在學生不能返校的情況下，有效的組織開設了云計算和服務器應用課程，實現了停課不停學，通過課程的開設，我們感受到了學生的積極參與的熱情，他們克服了各種困難，例如網絡堵塞、設備有限、家庭停電等不利因素，非常珍惜這來之不易的學習。他們在課堂表現積極，回答問題、參加討論、課后作業提交都很積極，下面是他們的學習過程考勤記錄，平臺課件視頻學習記錄，參加學習互動記錄，參加問題討論記錄。同時他們也學會了怎么樣在網課下配合老師完成網絡授課，教學效果好。圖4 為網絡授課學習互動記錄。

圖4 網絡授課學習互動記錄

（2）從引用到自建，教師熟悉了網課部署

教師通過從引用優秀的慕課的教學資源，到開設SPOC 課程銜接在校教學課程和管理。對教師，學會了怎樣開展課程資源建設、使用視頻錄播工具、組織視頻內容、串聯網絡課程、開展學習互動，等等，并利用移動端進行課堂組織和管理，例如慕課堂的考勤簽、提問互動、學習知識的討論、考隨機點名，等等。當教師把網絡授課平臺功能掌握了，課程的資源內容組織了，也就掌握了一門網絡課程的基礎，當第2 次開設網絡課程的時候，就可以自己建設網絡課程了，也就實現了傳統老師從線下課程進入到了線上教學轉型發展，縮短教學差距，提高了在校師資教學水平，同時也推動現代信息技術與教育教學深度融合。

（3）網絡教育平臺的功能完善和性能提高

第3 個受益方是平臺端，通過疫情的考驗，全國大中小學全面開展網絡課程，通過補強了服務器資源和網絡帶寬的性能，同時也培育了更多的網課授課老師，使得更多的優秀老師進入到了網課教學隊伍，進而更豐富了平臺的課程資源，也使得平臺功能得到改善，服務水平大幅提升。

5 結語

疫情下，我們通過《云計算和服務器應用》課程的混合式網絡教學方法的探索和實踐，采用了虛擬技術部署云平臺和資源管理，更進一步規劃了虛擬仿真“金課”的技術路線和實現方法，為本課程在5G 商用網絡到來時提供了技術支持，通過網課實踐培育了更多教師的教學轉型發展，豐富了教學資源，提高了教學水平，同時也推動現代信息技術與教育教學深度融合。