基于云計算的實訓教學平臺設計

陳文華

摘要：針對高校實踐教學資源不足、理論與實際相脫離等問題，設計了一種基于云計算的實訓教學平臺。在分析實踐教學需求的基礎上，完成了平臺模型設計和主要功能設計，該平臺集實踐教學安排、資源整合和虛擬儀器使用于一體，為實踐教學的開展和課后實踐資源的自由訪問提供了便捷途徑和有效手段，為實踐教學的創新提供了借鑒。

關鍵詞：云計算;實訓體系;教學平臺

1 高校實踐教學現狀

實踐教學在整個高校教學體系中占據重要位置，是為學生連接教學課堂和未來工作崗位的橋梁，是人才培養模式改革的重點領域和關鍵環節。高校實踐教學對于培養學生的創新意識、動手能力、實踐技能等各方面的作用是其他任何教學形式都無法取代的。高等學校教學體系包括實踐教學體系與理論教學體系，從目前的發展情況來看，實踐教學是職業教育的重點和難點，也是職業教育的特色和優勢。但實踐教學成本高、分散性強，管理上存在諸多困難，主要問題有：

（1）實踐資源不足。學校不斷擴大招生人數，但建設資金相對有限，實訓資源一直嚴重不足，實驗室、設備器材建設難以跟上教學的發展需求。隨著學校教育信息化的高速發展，網絡數字資源和智慧校園建設如火如荼，但是實踐教學卻出現了捉襟見肘的尷尬局面。如何解決實踐資源與生源同步協調發展問題，實現資源的重復利用，成為學校創新發展的研究課題之一。

（2）實踐教學與課堂教學難以無縫銜接。受師資力量、教學場所、交通條件等多方因素的限制，教師的課堂理論教學和實踐操作基本上各行其是，導致學生的實踐練習滯后于理論學習，或是學生的理論學習不足以支撐實踐練習，一定程度上違背了職業教育“知行合一、學做一體”的教學理念。如何更好地實現兩者之間的完美融合也是學校當前需要解決的問題之一。

（3）實踐教學環節落實困難。當前一些課程教學面臨的主要問題是實踐教學環節的有效落實困難。一方面，校內實踐教學改革阻力重重，專業教師在各類教學比賽、信息化教學設計和教科研考核等重重壓力下無心進行實踐教學改革，因此實踐資源自主建設精力投入不足，不能深入理解和重視教學計劃的執行，對實踐教學效果考核和評價缺少動力和抓手;另一方面，由于學校和企業各自的利益觀不一致，校企合作的實踐教學基地名大于實，建設成效很難達到實踐教學質量要求，一些產學研合作項目流于形式，建立長遠的校企合作機制任重道遠。

針對以上困難，首先要解決實踐資源不足的問題。信息化、云技術的發展為該問題的解決提供了可能。學校可以利用云平臺加強實踐資源的共享，特別是虛擬數字儀器和虛擬實驗室的建設，其不僅明顯降低了投入成本，而且充分利用互聯網+實驗室，構建“云平臺實驗室”，將實驗數字化教學內容資源部署在云平臺上，實現各種資源的整合與共享，提高虛擬儀器設備的操作效率和仿真效果，減少易損設備報廢及安全事故的發生。學生可以隨時隨地使用手機、電腦等終端設備訪問云平臺實驗室，提高實驗室利用率和實踐課程學習效果 。

在利用“云平臺實驗室”解決了實踐資源問題后，還需要盡可能保障學生實踐練習與理論學習的同步進行，真正做到“理實一體、學做融合”。針對實踐教學與理論教學銜接不一致問題，學校可以在“云平臺實驗室”基礎上，開發“實踐教學網絡平臺”，將啟發教育、信息搜集、在線課堂、自主學習、討論設計、課后作業、答疑交流、測驗考試等諸多教學內容靈活組合，貫穿于實驗教學的整個過程，引導學生從注重分數向注重能力轉變，全面提高實踐教學質量。

其次，針對實踐教學環節落實困難的問題，學校可以基于“云平臺實驗室”和“實踐教學網絡平臺”的教學支撐，實現師生在平臺上開展實驗任務、課程設計、綜合實踐、畢業設計4個實踐教學場景的課堂教學。通過虛擬實驗環境、教學進度、教學內容資源的集成和綜合運用，平臺可以在不增加教師負擔的前提下，構建起優化教師課堂教學、方便學生課后自主學習、培養學生創新實踐能力的立體化實踐教學體系，從而大幅提升學生的工程應用能力，提高項目化教學課堂質量。

2 平臺需求分析

實踐教學平臺設計是踐行實踐教學方式變革的一種創新，目的是實現資源數字化、儀器設備虛擬化、實踐操作在線化。平臺通過對學生操作水平現狀的分析統計，并結合教師評判，實現對實踐環節質量的把控。實踐教學平臺為學生和教師搭建了一個良好的交互平臺，教師與學生在教學任務實施中可以通過平臺加強師生的交流與互動。

構建基于云計算的實踐教學平臺，目的是將數字化實踐教學內容資源部署在云端，利用云計算機的特性，提高資源使用率，降低存儲成本。在傳統實踐教學管理過程中，均由教師自行處理實驗數據，必定會出現評價標準不一、實踐效果評價比較隨意的情況。在使用云平臺后，整個平臺可以通過構建數據中心，將實驗實踐相關的數據和評價指標標準化。平臺通過云盤將相關數據保存到數據中心，從而實現對實驗數據的科學管理，確保各種實驗數據在使用過程中的便捷性與安全性，實現了評價結果的權威性和公正性。

師生在實訓過程中，可以實時將相關操作數據存儲于云平臺。當師生需要使用云平臺的數據資源時，只需要通過云計算終端登錄到系統平臺即可。為保障資源的利用率與安全性，平臺可根據用戶角色和請求將有限資源分配給用戶，在保證完成實踐操作任務的同時，也保證了其他資源的合理利用和訪問安全。在實訓任務結束后，使用人員通過云端可以將這些實驗結果數據和一些有價值的再生資源存儲到云存儲設備中，以便統計分析和學習推薦。

3 平臺功能設計

云實踐教學平臺系統包含管理員、教師、學生組長和學生4種角色。管理員實現項目資源管理、實訓人員管理、類型管理、日志管理、教學數據統計等功能。教師實現項目發布與管理、資源建設與管理、教學管理、作品管理等功能模塊，每個模塊都有相應的流程和操作模塊，例如項目管理包括項目設置、項目分組、任務安排、學習內容、評價設置、時間設置等。學生登錄平臺后可獲取學習任務、項目任務;提交項目開發日報、紀要、項目討論、項目總結;熟悉項目開發規范、流程并進行項目開發;還可進行技能測評，準確掌握自身崗位勝任能力。圖1是平臺功能模塊示意圖。

4 平臺架構設計

實訓教學平臺基于校園云平臺，充分利用現有的校園資源，在學校對整個信息門戶系統進行云端化部署的基礎上，利用云平臺的高可伸縮性配置實訓教學平臺，以滿足應用和用戶規模增長的需要。學校通過校園云平臺，實現統一身份認證與統一授權管理、共享數據中心建設，進而實現實訓教學平臺的高性能存取服務建設。

圖2為校園教育云平臺的示意圖。考慮到不同學科對實踐教學不同的要求，需提高實踐教學平臺的可適應性和擴展性服務，因此采用MVC三層架構方式以及中間件技術，將整個系統分成視圖層、業務層和數據層3個部分，通過定義各層之間的接口，實現層與層之間的耦合，遵循高內聚、低耦合的設計原則，提高軟件的重用性、可維護性與可擴展性。整個平臺架構具有處理實驗業務迅速、各服務接口靈活、功能模塊構件化等特點。

（1）數據層：此層存儲平臺的所有數據，對外提供數據處理服務，如表操作和存儲訪問等，封裝了課程數據和師生數據、虛擬儀器數據、管理分析數據及數據訪問組件、業務數據組件、數據接口等。

（2）業務層：業務層是整個軟件系統的中間層，連接視圖層和數據層，包含各種業務邏輯，提供課程業務組件、用戶業務組件、任務業務組件、管理業務組件、報表業務組件、參數業務組件等組件訪問。

（3）視圖層：也就是用戶界面，主要由窗體和控件實現，包括課程管理視圖、用戶管理視圖、任務管理視圖（由實驗課、課程設計、綜合實踐、畢業設計4個實踐教學場景組成）、系統管理視圖、統計報表視圖、參數管理視圖等交互界面。

5 系統類庫設計

5.1? ? 實體關系設計

實體關系設計是平臺數據庫設計的關鍵工作之一。根據實踐教學過程的操作，結合前期的需求分析以及功能目標的定義，完成的系統ER圖。

5.2? ? 類庫設計

平臺的類庫封裝了相應的業務操作，方便靈活調用，其核心類庫主要有邊界類庫、業務類庫和數據庫訪問控制類庫。這3個類庫分別對應3層架構中的視圖層、業務層和數據層，其中業務類庫聯系視圖層和數據訪問層，接收用戶在邊界類庫中的操作，處理邊界類庫的業務;數據庫訪問控制類庫接收業務類的訪問調用，根據業務類的請求進行業務數據處理、管理和操作數據庫。

6 結語

本文針對實踐教學資源匱乏、分散性強、管理困難等難題，以數字化教學內容資源和虛擬儀器為基礎，構思了一個基于“學校云”的“云實踐教學平臺”。該平臺采用三層結構化頂層設計思想，結合虛擬實驗環境，實現教學安排、教學內容資源的高度集成，可以在不增加教師負擔的前提下，提供有利于教師課堂教學和學生課后自主學習的實驗環境，培養學生的創新能力和實踐技能，最終到達顯著提高項目化教學質量，助力學生提升工程應用能力的目標。

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