基于新一代信息技術在智慧實訓教學改革的應用研究

楊桂珍

【摘要】當前，對于廣大高校學生特別是計算機、通信、自動化、電子類等理工科專業學生的培養，教學計劃中除了理論課程還有大量實驗實訓課程，為滿足此類人才需求量越來越多，招生規模不斷擴大的辦學需求，針對高校實驗實訓設備不足、時空有所限制、過程缺乏跟蹤監控手段等現狀，探討通過新一代信息技術手段解決實驗實訓教學效率與教學質量的問題，開發涵蓋數字教材、數字課堂、智慧實訓、教學評價在內的一站式平臺解決方案，實現覆蓋課前、課中、課后實驗實訓跟蹤、教學互動、教學質量評價的全流程實訓教學過程管理，更好地提升人才培養質量。

【關鍵詞】智慧實訓;信息化平臺;教學改革

近年來，廣大高校積極響應國家政策號召，大力推動校內教育信息化建設，促進信息技術與教育教學深度融合，充分利用信息技術優化人才培養模式和改革教學方法，逐步實現信息化教學受益面的師生全覆蓋，開展信息技術支撐下的教育治理能力優化行動，推動計算機互聯網信息化手段服務教育教學全過程。

針對高校實驗實訓過程中存在的問題，提出通過建設智慧實驗實訓平臺，利用以云計算、人工智能、大數據技術、區塊鏈等技術為代表的信息化手段創新改革實驗實訓教法，實現實訓教學全程信息化管理，實現“做中學、學中做、邊做邊學、邊學邊做”的教學模式改革，提升實驗實訓教學質量，提高學生的創新實踐動手能力。

一、現狀分析

基于對現階段高校計算機、通信、自動化、電子等工程類專業實訓課程的現狀分析，當前實驗實訓教學存在以下困難：

（1）實驗實訓設備不足

受學校固定資產規劃、學生人數規模等客觀辦學條件影響，高校實驗實訓設施設備容量有限，僅能滿足本校基本的教學安排要求，難以通過純線下實訓的方式提高實踐教學比例。

（2）實驗實訓的時間空間受限

線下實驗實訓教學必須要到校內專用場地內實施，依賴校內設施設備，因上述設備限制等原因，對教務排課等教學安排的要求也較高。

（3）過程缺乏跟蹤監控手段

按照當前教學模式，實驗實訓課程的結果評價以最終作業或作品評定為主，缺乏對學生實操過程的全方位跟蹤監控與教學指導。

二、基于新一代信息技術探索智慧實訓教學改革

1.智慧實訓教學改革構想

建設智慧實驗實訓平臺，通過信息化手段創新改革實驗實訓教學方法，實現全程信息化管理的實驗實訓教學，其建設與應用將有效促進工程類，尤其是程序設計類課程的遠程線上教學，教師能夠更加緊密地圍繞該類課程群建設，以專業知識為建設模塊、以應用技能為建設導向，構建實驗教學項目庫，加強數字教材、數字課堂建設，實現線上教學資源的開放共享。學生則通過智慧身份認證更加注重學習過程，杜絕了學習中斷、找人代替等情況的發生。在大學生掌握專業骨干課程內容基礎上開展的崗位實踐能力教育，不影響學校正常教學活動，又能達到培養“理論扎實、實踐過硬”高級應用人才的培養目標[1]。同時，運用多元化評價機制激發學生的學習積極性，使學生能夠根據自身專業知識能力提升需求完成課程考核，有效促進遠程線上教育的開展。

2.實訓平臺模塊設計

智慧實訓教學平臺劃分為3個功能模塊：教務管理平臺、教師教學平臺、學生實訓平臺。（見下頁圖1）

（1）教務管理平臺的功能模塊設計：

a）權限管理

可管理維護賬號權限，可設置用戶的角色權限，包含子功能：查詢數據、添加用戶、修改用戶信息、刪除用戶、設置角色、查看全部數據。需包括的數據項：用戶名、姓名、用戶角色、狀態、用戶類型。可下載導入模板，可批量導入教師數據。

b）基本配置

可配置維護院系、專業、課程的基礎信息。可批量導入院系、專業、課程基礎信息。

c）課程資源管理

可添加教材，可錄入實訓課程的PPT課件、實訓任務、課程習題等。

d）班級管理

可維護管理實訓班級信息、學生信息，可查看學生實訓報告。

（2）教師教學平臺的功能模塊設計：

a）智慧課堂：支持教師開展現場授課、遠程授課，支持教師布置課程預習任務、隨堂練習、課后實驗實訓任務。包括的子功能：我的班級、開始上課、班級活躍排行榜，可下發課件、布置隨堂練習、布置實訓任務等。

b）教學互動：支持開展課堂搶答，支持在線答疑，可設置精選問答，可查詢學生答卷等。

c）統計空間：可查看各班級的預習統計情況、問答統計情況、習題統計情況、實訓統計情況等。

（3）學生實訓平臺的功能模塊設計：

a）學生登錄：包括登錄本地及遠程實驗實訓環境，支持“本地實驗”和“遠程實驗”模式。可選擇“遠程實驗”模式，直接登錄到遠程實驗環境做實驗實訓，一鍵登錄到遠程云端實驗實訓環境，隨時隨地做實驗，提升實驗實訓教學的效率。也可選擇“本地實驗”模式，使用本地電腦做實驗實訓。

b）我的實訓：支持查看教師分配的實訓任務，點擊“開始實訓”，進入實訓界面。可查看實訓任務名稱、實訓目標、實訓環境要求、實訓內容、實訓附件文檔。點擊繼續實訓，可進入向導式的實訓任務界面，左側顯示實訓步驟，右側顯示實訓步驟的具體內容，點擊提交實訓步驟，則自動依據平臺教師設定的實訓規則，檢測學生是否已經按要求完成了實驗實訓步驟的內容。支持自動截取實訓過程的關鍵步驟截圖。支持自動生成實驗實訓報告書。

c）我要預習：需支持學生在線預習的功能，支持PPT課件、視頻課件，增強課堂效果。

d）我的題庫：需支持學生在線做習題，鞏固課程的學習效果。

e）我的提問：需支持學生在線提問，需支持上傳文檔附件、截圖、視頻，學生端需自帶截圖功能、一鍵視頻錄制的功能，需支持靜音錄屏、錄音錄屏的錄制模式，方便學生操作。

f）精選問答：教師精選的問答記錄，可共享給班級學生查看，提升教學資源利用率。

g）我的答卷：支持查看我的答題記錄，支持按教材名稱、試卷名稱、教師名稱查詢。

h）系統設置：可設置系統參數，包括：附件下載的臨時目錄，錄制視頻的臨時存放目錄。

3.新模式實訓教學的特色

（1）支持多終端數據互通

教師WEB端/PC端、學生WEB端/PC端、學校管理員WEB端數據互通，充分利用各類型設備資源實現課前、課中、課后教學無縫銜接，全面突破時間空間限制，學生可通過不同設備隨時隨地做實驗實訓。

（2）支持遠程環境做任務

通過線上遠程服務器，提前配置好虛擬實驗環境供學生使用，并支持通過WEB瀏覽器方式直接遠程訪問云端平臺，學生可以使用任意一臺電腦進行實訓。

（3）支持線上互動評價

系統內置一鍵截圖、一鍵錄屏工具等，方便師生溝通，支持自動生成實驗實訓報告，自動批改功能輔助判斷實驗實訓步驟的結果，學生在線提交心得總結，教師批改反饋，學生可查看教師批改結果及評價反饋記錄。

（4）支持信息化教務過程管理

依據課前預習數據、實驗實訓過程數據、習題完成數據，系統可自動生成課程成績，平臺界面可一鍵導入導出學習軌跡與評估報告，全過程信息化管理，動態留痕，教師和教務管理人員可實時有效監督學生學習進度，包括跨周跨月實驗實訓任務，方便監督及指導學生學習，教務工作較傳統模式更為經濟高效，實現無紙化便捷管理。

4.教學改革實施步驟

（1）需求調研

實驗實訓資源的整合不是簡單的結合，而是資源的有機融合，其本質是資源共享，實現資源的最大化利用[2]。在校內及兄弟院校相關二級學院、專業進行走訪調研，了解當前計算機、通信、自動化、電子類專業實驗實訓課程的教學形式、現狀、困境與師生需求，形成開發需求分析與可行性報告，明確智慧實驗實訓平臺開發需求清單與目標功能模塊，制定項目開發計劃。

（2）平臺構建

搭建研發系統核心技術架構及功能框架，在平臺試運行雛形的基礎上逐步完成整個產品框架的研發及測試完善。基于此核心技術架構，全面支持多樣化授課方式和學生遠程連接虛擬實驗實訓環境進行課前預習、課中學習及課后練習，為學生隨時隨地的主動學習提供技術支持。在社會范圍內，充分依托各自的優勢資源和優勢，以互信和合約為基礎，以服務經濟轉型和滿足需求為出發點，以協同育人為核心[3]。

（3）教學試點

平臺主體功能開發完成后，以校內部分計算機類、通信類、自動化類、電子類專業班級作為教學改革試點，通過新模式的線上實驗實訓課程增加實操教學比重，并收集師生使用反饋，進一步改進完善系統功能，持續進行智慧實驗實訓平臺的更新迭代。

三、技術實現手段

1.采用的技術創新手段

（1）本系統開發主要采用B/S技術架構，使用JAVA、SpringMVC、Struts2、Mybatis、Ext4Js、C#、HTML5、

JavaScript等新一代互聯網技術進行開發設計。容器采用Tomcat、Nginx做負載均衡，采用大型關系數據庫MySQL，同時結合Memcache、分布式緩存等技術，提高了系統性能。

（2）系統采用JAVA編程語言實現功能模板，教務管理后臺的實訓課件資源管理模塊支持zip格式的文件上傳，系統自動解壓并形成課件章節目錄。

（3）使用WebSocket技術跟服務器通訊，支持實時反饋使用狀態、減少通信量。（見圖2）

2.重點突破的關鍵問題

（1）自動評判主觀題核心算法問題

高校教師教學過程中針對練習、作業、考試的批改工作較多，特別是實訓任務，涉及大量的主觀題、非標準化的步驟內容，教師逐個批改的工作量特別大、反饋周期更長。本平臺采用新一代大數據技術和人工智能深度學習技術改進主觀題自主評卷的算法，提升判卷的效率，降低教師批改工作量。

（2）實訓跟蹤開發工具多版本兼容性問題

前期開發過程中調研各院校所使用的開發軟件工具版本，綜合考慮評估，所采用的技術方案及架構充分考慮版本兼容性、擴展性，根據不同網絡的各層次節點，具備支持多種通信媒體、多種物理接口的能力，提供技術升級、設備更新迭代的靈活性，實現大部分軟件工具的兼容適配，確保滿足各校實訓需求。

（3）高并發訪問系統穩定性問題

采用B/S技術架構、大型關系數據庫技術MySQL、主流軟件開發技術JAVA成熟穩定的CentOS7操作系統及現代網絡安全通訊技術，并借助分布式區塊鏈技術記錄課程成績，避免系統的單點故障，通過事故監控和網絡安全保密等技術措施提高整個平臺系統的安全可靠性，實現依據業務訪問量實時在線擴容的技術開發運維方案。

（4）本地環境部署過于繁瑣的問題

通過WEB端直接訪問已經提前配置好在線實驗實訓環境的遠程云端服務器，通過虛擬機靈活開展實驗實訓教學，為學生節省安裝環境的工作量，預留更多時間研究、思考實驗實訓本身的任務內容，提升學習效率及質量。

結語

對學校而言，探索新模式線上實驗實訓教學，可以在增加實操教學比例、提升教學質量、改善實驗實訓過程跟蹤管理的基礎上，降低學校固定資產采購與維護壓力。對學生而言，通過虛擬仿真實操的方式將理論與實際操作能力相結合，有更加充裕的機會進行實操演練，促進知識的學以致用，加強對本專業相關實際工作能力的培養，避免紙上談兵，將大大提升畢業后的就業競爭力。基于以云計算、人工智能、大數據技術、區塊鏈等為代表的新一代信息技術，通過開發、應用智慧實訓教學平臺，可以更好地培養高質量、創新型、動手能力強的高素質專業技術人才。

參考文獻：

[1]王猛.高校實驗實訓平臺管理模式探索——從培養大學生崗位能力方向研究[J].當代教育實踐與教學研究，2016（10）：99-100.DOI：10.16534/j.cnki.cn13-9000/g.2016.2

028.

[2]雷鋼.高校雙創實驗實訓平臺建設研究[J].實驗室研究與探索，2019，38（01）：210-214+280.

[3]楊善江.產教融合：產業深度轉型下現代職業教育發展的必由之路[J].教育與職業，2014（33）：8-10.

責任編輯 龍建剛