大規模在線開放課程在高職實訓中的應用

武玉坤，徐浙君，姜浙煒，龐春雨

（1.浙江郵電職業技術學院 人工智能學院，浙江 紹興 312366；2.深信服科技股份有限公司，廣東 深圳 518057）

0 引言

MOOC（massive open online courses）在我國高等教育中掀起了新一輪教學信息化改革浪潮。在新一波改革浪潮的沖擊下，高校、科研院所以及教育機構紛紛開展了基于MOOC的教學改革探索與實踐。MOOC的到來將促使高等職業院校傳統綜合實訓的教學模式發生變革，這既是挑戰也是機遇[1]。

MOOC的以下優勢是引起重視的主要原因：①教學資源和學習工具的多樣性。在線開放課程整合多種形式的數字資源和網絡工具，形成了多種課程資源和學習工具。②課程易于使用。開放在線課程讓世界各地的用戶可以通過互聯網學習國內外著名高校提供的優質課程，打破傳統課堂的時間和空間限制。③課程受眾廣泛。大量的MOOC用戶可以在線同時進行學習。

MOOC對高職院校具有重要意義：①為高職院校學生提供優質免費的教學資源。大規模開放在線課程的引入可以彌補高職院校在師資力量和教學資源方面的不足[2]。截至2017年，中國高校大約有1400多門大規模在線開放課程，這些優質的課程資源將會助力高職院校的教學與科研。②學習方式適合高職院校學生。由于MOOC的開放性，學生可以通過各種電子設備參與到課程當中來，不受時間與空間的限制，最大限度地利用碎片時間來提高學習效率。

雖然大規模開放在線課程給高職院校帶來了諸多益處，但很多課程并不是針對高等職業教育的，這些課程偏理論輕實踐，課程的內容大部分都是根據章節錄制視頻、制作電子教案、試卷試題等。在線開放課程中缺少試驗環境，缺少適合高職院校學生的實訓項目，這并不利于高等職業教育的培養目標，即培養高技能型人才。本文針對這個問題，以浙江郵電職業技術學院信息安全技術應用專業的網絡安全運維課程為例，通過虛擬仿真技術在課程中設計了試驗環境，重點解決了大部分在線開放課程無法進行實踐實訓的問題。

本文的組織結構為：第一部分簡述了大規模在線開放課程的概況；第二部分分析了高職院校實訓教學模式存在的問題；第三部分介紹了基于虛擬仿真實驗的大規模在線開放課程的設計實現；第四部分給出了在線開放課程在綜合實訓中的效果分析。

1 高職院校校內實訓教學模式存在的問題

隨著國家對職業教育的重視，在高職院校中的投入也越來越大。但也還存在著管理模式落后，實訓場地、設備短缺，學生動手能力差，在線開放課程不適合高職實訓等問題。

1.1 綜合實訓管理模式相對落后

目前，我國許多高職院校對綜合實訓的管理不夠重視，關于綜合實訓的制度不完善，實踐教學的管理與評價體系不存在，實訓中的硬件設備與軟件平臺不均衡。高職院校在實訓課程中的主流思想仍然是把理論教學放在重要的位置，實訓教學的課時不能滿足教學需要，而且教學方法非常有限，這將導致高職學生無法適應職業崗位的實踐需求。

1.2 實訓場地、設備及“雙師型”實踐教師緊缺

隨著高職院校的持續擴招，學生人數的猛增，我國很多高職院校因經費問題存在著缺少實訓場地、實訓設備不齊全、缺少完善的實驗環境和缺乏相應的實訓資源等問題；同時目前高職院校的教師大都是從科研型高等院校招聘的研究生，缺乏既懂教學又懂工程實踐的雙師型教學教師。不少實訓教師僅有高校教師資格證，但缺少所授課程的專業資質，如信息安全工程師、高級程序員等證書，也沒有實際工程經驗。

1.3 學生動手實踐能力差

學生普遍具有重理論輕實踐的思想，在實踐課程上懶于動手，而分析問題以及解決問題的能力都是在不斷地動手實踐中養成的。同時，由于實踐性教學資源的匱乏，學生更不愿意自己去尋找實踐性課程資源，只是從書本上一知半解地了解了項目的實施過程，并沒有真正體會到項目的真實意圖。

1.4 在線開放課程缺乏實訓試驗

當前很多高職院校的實訓模式就是案例教學，而且很多案例的內容與最新的技術實際相脫離，實訓之后，學生并沒有達到職業崗位所需要的實際能力要求。大部分的在線開放課程都缺少實踐環境，都注重理論的講解與分析，設置在線試驗的在線開放課程少之又少，很多課程網站都只有單一的模板[3]，這違背了高等職業教育培養高技能型人才的初衷。

2 網絡安全運維精品在線開放課程的建設

2.1 建設理念

為了使大規模在線開放課程適合高職院校的綜合實訓，我們聯合深信服科技股份有限公司共同開發了一套基于虛擬試驗環境[4-5]的在線開放課程。該模式將會改變傳統的以實驗室和校內外實訓基地為中心的教學模式，在線開放課程主要設置短視頻、講義、虛擬試驗環境、討論區等。短視頻與講義主要是輔助學生預習、學習、掌握最基礎的理論知識；最重要的是虛擬試驗環境模塊，在該模塊中設置實訓內容、操作細節、注意事項等；討論區主要是用來讓教師布置作業，學生提出問題等。

“網絡安全運維”是信息安全類專業實踐教學環節中的專業必修課程，也是信息安全技術應用專業學生學習網絡安全攻防實戰等專業課的先導課程，是專業基礎知識與工程實踐的紐帶[6-7]。課程設計以學生為主體，以就業為導向，結合行業典型的工作崗位需求和高職教育的教學特點，突出崗位核心能力的核心技能課程，通過產教融合、校企合作等形式，構建具有偏實踐、偏工程特色的課程內容和教材體系。促進行業企業參與職業教育人才培養全過程，以項目為引領，實現教學內容與技能標準對接，同時體現教學內容與職業標準的契合性。通過詳細和全面的職業技術實訓項目，促進學習者的技能實踐能力和職業素養的提高，幫助學生積累實際實踐經驗，體現職業教育的特色，全面提高學生的職業道德、職業能力和綜合素質[8]。

2.2 基于虛擬仿真實驗的在線開放課程設計

2.2.1 在線開放課程系統架構

在線開放課程以虛擬仿真系統為基礎，虛擬仿真系統產品架構層次可分為基礎硬件設備層、虛擬化內核層、虛擬化服務管理層、云資源服務管理層及業務層，系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構

（1）硬件基礎設施層：包括服務器、存儲、網絡等基礎硬件設備，提供硬件支撐。

（2）虛擬化內核層：基于不同的虛擬化技術，實現硬件基礎設備即計算、存儲和網絡的虛擬化。

（3）虛擬化服務管理層：計算服務對虛擬機整個生命周期進行管理，網絡服務提供虛擬機的網絡分配及負責外網絡與內網絡之間的通信，存儲服務負責對虛擬機的存儲資源進行分配管理。

（4）云資源服務管理層：與虛擬化管理服務層對接，以平臺化方式整合計算、網絡、存儲服務，以直觀的方式展現、簡化操作項目。

（5）業務層：本層業務包括信息安全教學云實訓系統、信息安全教學云實訓系統與應用及其他案例驅動的多種系統提供教學、實訓等環境。

2.2.2 網站系統功能

圖2 系統功能

網絡安全運維在線開放課程以教學云實訓系統為主，提供教師管理和學生實訓兩大方向，易于教師組織實訓課程，方便學生學習信息安全基礎課程和核心課程。作為信息安全技術的教學實訓系統，實訓管理功能使師生之間的交流和溝通得到加強，教師對學生的實訓指導更加便利，學習效率得到成倍提高。資源監控和虛擬機模板功能提供實時監控主機和每個虛擬機的運行狀態和資源利用率，實訓指導書、實訓視頻等都嵌入到平臺中，這種全新的教學實訓環境為教師和學生提供了便利[9]。在線開放課程的教學資源主要是簡短的教學視頻—“微課”。我們的教學視頻主要是為特定的技能點制作，而不是像其他在線開放課程以知識點為單位去制作，時長一般為7～8分鐘。視頻具有播放、暫停、回放等功能，便于學生在自主學習過程中記錄學習筆記和反思學習內容。信息安全教學云實訓系統設計更加貼合教師的教學模式和學生的學習模式，在此基礎上進行創新，結合虛擬化技術，將功能進行細分，整體上提供師生界面友好、體驗效果佳的實訓系統。為更好地突出教學實訓，將各部分管理功能進行順序細分，使師生通過目錄布局就可以了解實訓操作順序，一目了然，旨在減少操作平臺的時間，更加注重教學實訓本身。

2.2.3 教學組織形式

在線開放課程中的教學實訓系統模擬真實企業生產環境，使學生可平滑接入工作崗位，由淺入深循序漸進地學習信息安全知識。學期開始教師就完成相關實訓課程授課計劃的制定，并將本學期實訓內容所需的學習資源和實訓計劃通過實訓系統進行管理和發布，實訓任務發布之后，學生就可以進入系統預習實驗內容。實驗過程中，教師會給每位學生分配實驗虛擬機，針對課程與實驗，全程提供實驗配套指導書、教學PPT、推薦課程教材等平臺教學資源；實驗結束后，學生需提交實驗報告，系統評判發布之后，學生即可查詢成績明細，并可預習下一次實驗。

這種教學組織形式，師生角色互換，教師在教學活動中由演員轉變為導演，學生則由觀眾轉變為演員。教學的整體進度由教師負責安排，學生可根據自己的學習能力安排自己的課程進度。在線開放課程翻轉課堂的教學模式可以讓學生在教學過程中有更多的自由，真正實現以學生為中心的自主化、個性化學習[10]。學生通過Web接入試驗環境，啟動教師分配給自己的虛擬機資源，然后根據在線實驗指導書的步驟進行實驗，實驗完成后可以上傳實驗文檔交由系統評估打分。

2.2.4 授課計劃管理

授課計劃總體上在教學實驗環節形成閉環，高效管理。教師可進行實訓教學任務發布、確定實驗時的課程任務發布，直至學生實驗后的實驗報告和發布成績。教師在課程規劃時，便可將本學期實訓的全部實驗資源導入系統，并將本學期全部實驗進行順序安排；當學生需實驗時，教師可提前發布多次課程任務；學生實驗結束后，提交實驗報告，系統即可進行評估和評分。

2.2.5 實訓實驗流程管理

對學生而言，實驗為重點，學生連接至系統后，便可按照教師設定進行實驗，可遠程接入也可通過Web界面連接，通過內置的實驗指導手冊、視頻等資源，按操作步驟進行實驗，達到在學中做、在做中學、以學促做、知行合一的學習效果。完成實驗后填寫實驗報告，提交即可。操作簡單，流程清晰，專注實驗，實驗管理流程如圖3所示。

圖3 實驗管理

3 在綜合實訓中的應用效果

為了驗證本文設計的基于虛擬仿真實驗的大規模在線開放課程的應用效果，我們選取分院的信息安全專業的兩個班：信安201班(49人)與信安202班(48人)兩個平行班進行了比較。其中信安201使用開發的在線開放課程，而信安202采用原來的實訓方式即案例實訓方法。主要從試驗完成率、作業提交比例、視頻觀看比例、學生提問問題數量、總評成績五個方面進行了比較。結果如表1所示：

表1 兩個班級實訓效果比較

從表1中可以看出，應用了在線開放課程班級的實訓效果超過未采用在線開放課程的班級。特別是在試驗完成率方面超過14%，這主要是由于基于虛擬仿真實驗的在線開放課程設置了方便的實驗環境，便于學生進行實驗。同時信安201班在作業提交比例、視頻觀看比例等方面都超過了信安202班，這也是因為在線開放課程在作業提交、視頻觀看、提問問題方面都設置了比較方便學生操作的作業版塊、基于技能點的短視頻、問題討論區等模塊。通過開發這些便于學生操作模塊，教學模式變為以學生為中心、教學目標更加明確、也降低了學習者的認知難度，極大地提高了學生學習的積極性與興趣，從而在總評成績方面也有巨大的提高。

4 結語

本研究通過對高職院校綜合實訓中存在的不足進行分析，提出一種新的大規模在線開放課程的設計理念，并以信息安全技術應用專業的學生為試驗對象，驗證了基于虛擬仿真實驗的在線開放課程的實訓效果。結果顯示，其在作業提交率、試驗完成率、視頻觀看率、提問問題數、總評成績等方面都取得了較好的效果。下一步我們將聯合行業企業等，進一步完善在線開放課程，并且在更多的學生中進行推廣與驗證。