陳文華

摘要：針對(duì)高校實(shí)踐教學(xué)資源不足、理論與實(shí)際相脫離等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于云計(jì)算的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)。在分析實(shí)踐教學(xué)需求的基礎(chǔ)上，完成了平臺(tái)模型設(shè)計(jì)和主要功能設(shè)計(jì)，該平臺(tái)集實(shí)踐教學(xué)安排、資源整合和虛擬儀器使用于一體，為實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展和課后實(shí)踐資源的自由訪(fǎng)問(wèn)提供了便捷途徑和有效手段，為實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算;實(shí)訓(xùn)體系;教學(xué)平臺(tái)

1 高校實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)高校教學(xué)體系中占據(jù)重要位置，是為學(xué)生連接教學(xué)課堂和未來(lái)工作崗位的橋梁，是人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。高校實(shí)踐教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手能力、實(shí)踐技能等各方面的作用是其他任何教學(xué)形式都無(wú)法取代的。高等學(xué)校教學(xué)體系包括實(shí)踐教學(xué)體系與理論教學(xué)體系，從目前的發(fā)展情況來(lái)看，實(shí)踐教學(xué)是職業(yè)教育的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是職業(yè)教育的特色和優(yōu)勢(shì)。但實(shí)踐教學(xué)成本高、分散性強(qiáng)，管理上存在諸多困難，主要問(wèn)題有：

（1）實(shí)踐資源不足。學(xué)校不斷擴(kuò)大招生人數(shù)，但建設(shè)資金相對(duì)有限，實(shí)訓(xùn)資源一直嚴(yán)重不足，實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備器材建設(shè)難以跟上教學(xué)的發(fā)展需求。隨著學(xué)校教育信息化的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字資源和智慧校園建設(shè)如火如荼，但是實(shí)踐教學(xué)卻出現(xiàn)了捉襟見(jiàn)肘的尷尬局面。如何解決實(shí)踐資源與生源同步協(xié)調(diào)發(fā)展問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用，成為學(xué)校創(chuàng)新發(fā)展的研究課題之一。

（2）實(shí)踐教學(xué)與課堂教學(xué)難以無(wú)縫銜接。受師資力量、教學(xué)場(chǎng)所、交通條件等多方因素的限制，教師的課堂理論教學(xué)和實(shí)踐操作基本上各行其是，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐練習(xí)滯后于理論學(xué)習(xí)，或是學(xué)生的理論學(xué)習(xí)不足以支撐實(shí)踐練習(xí)，一定程度上違背了職業(yè)教育“知行合一、學(xué)做一體”的教學(xué)理念。如何更好地實(shí)現(xiàn)兩者之間的完美融合也是學(xué)校當(dāng)前需要解決的問(wèn)題之一。

（3）實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)落實(shí)困難。當(dāng)前一些課程教學(xué)面臨的主要問(wèn)題是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的有效落實(shí)困難。一方面，校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)改革阻力重重，專(zhuān)業(yè)教師在各類(lèi)教學(xué)比賽、信息化教學(xué)設(shè)計(jì)和教科研考核等重重壓力下無(wú)心進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革，因此實(shí)踐資源自主建設(shè)精力投入不足，不能深入理解和重視教學(xué)計(jì)劃的執(zhí)行，對(duì)實(shí)踐教學(xué)效果考核和評(píng)價(jià)缺少動(dòng)力和抓手;另一方面，由于學(xué)校和企業(yè)各自的利益觀不一致，校企合作的實(shí)踐教學(xué)基地名大于實(shí)，建設(shè)成效很難達(dá)到實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量要求，一些產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目流于形式，建立長(zhǎng)遠(yuǎn)的校企合作機(jī)制任重道遠(yuǎn)。

針對(duì)以上困難，首先要解決實(shí)踐資源不足的問(wèn)題。信息化、云技術(shù)的發(fā)展為該問(wèn)題的解決提供了可能。學(xué)校可以利用云平臺(tái)加強(qiáng)實(shí)踐資源的共享，特別是虛擬數(shù)字儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，其不僅明顯降低了投入成本，而且充分利用互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建“云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室”，將實(shí)驗(yàn)數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容資源部署在云平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)各種資源的整合與共享，提高虛擬儀器設(shè)備的操作效率和仿真效果，減少易損設(shè)備報(bào)廢及安全事故的發(fā)生。學(xué)生可以隨時(shí)隨地使用手機(jī)、電腦等終端設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室，提高實(shí)驗(yàn)室利用率和實(shí)踐課程學(xué)習(xí)效果 。

在利用“云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室”解決了實(shí)踐資源問(wèn)題后，還需要盡可能保障學(xué)生實(shí)踐練習(xí)與理論學(xué)習(xí)的同步進(jìn)行，真正做到“理實(shí)一體、學(xué)做融合”。針對(duì)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)銜接不一致問(wèn)題，學(xué)?？梢栽凇霸破脚_(tái)實(shí)驗(yàn)室”基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)“實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)”，將啟發(fā)教育、信息搜集、在線(xiàn)課堂、自主學(xué)習(xí)、討論設(shè)計(jì)、課后作業(yè)、答疑交流、測(cè)驗(yàn)考試等諸多教學(xué)內(nèi)容靈活組合，貫穿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整個(gè)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生從注重分?jǐn)?shù)向注重能力轉(zhuǎn)變，全面提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

其次，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)落實(shí)困難的問(wèn)題，學(xué)?？梢曰凇霸破脚_(tái)實(shí)驗(yàn)室”和“實(shí)踐教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)”的教學(xué)支撐，實(shí)現(xiàn)師生在平臺(tái)上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)任務(wù)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)景的課堂教學(xué)。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)內(nèi)容資源的集成和綜合運(yùn)用，平臺(tái)可以在不增加教師負(fù)擔(dān)的前提下，構(gòu)建起優(yōu)化教師課堂教學(xué)、方便學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的立體化實(shí)踐教學(xué)體系，從而大幅提升學(xué)生的工程應(yīng)用能力，提高項(xiàng)目化教學(xué)課堂質(zhì)量。

2 平臺(tái)需求分析

實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)是踐行實(shí)踐教學(xué)方式變革的一種創(chuàng)新，目的是實(shí)現(xiàn)資源數(shù)字化、儀器設(shè)備虛擬化、實(shí)踐操作在線(xiàn)化。平臺(tái)通過(guò)對(duì)學(xué)生操作水平現(xiàn)狀的分析統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合教師評(píng)判，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)質(zhì)量的把控。實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生和教師搭建了一個(gè)良好的交互平臺(tái)，教師與學(xué)生在教學(xué)任務(wù)實(shí)施中可以通過(guò)平臺(tái)加強(qiáng)師生的交流與互動(dòng)。

構(gòu)建基于云計(jì)算的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，目的是將數(shù)字化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容資源部署在云端，利用云計(jì)算機(jī)的特性，提高資源使用率，降低存儲(chǔ)成本。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)管理過(guò)程中，均由教師自行處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，必定會(huì)出現(xiàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一、實(shí)踐效果評(píng)價(jià)比較隨意的情況。在使用云平臺(tái)后，整個(gè)平臺(tái)可以通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，將實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相關(guān)的數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。平臺(tái)通過(guò)云盤(pán)將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，確保各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在使用過(guò)程中的便捷性與安全性，實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)結(jié)果的權(quán)威性和公正性。

師生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，可以實(shí)時(shí)將相關(guān)操作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于云平臺(tái)。當(dāng)師生需要使用云平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源時(shí)，只需要通過(guò)云計(jì)算終端登錄到系統(tǒng)平臺(tái)即可。為保障資源的利用率與安全性，平臺(tái)可根據(jù)用戶(hù)角色和請(qǐng)求將有限資源分配給用戶(hù)，在保證完成實(shí)踐操作任務(wù)的同時(shí)，也保證了其他資源的合理利用和訪(fǎng)問(wèn)安全。在實(shí)訓(xùn)任務(wù)結(jié)束后，使用人員通過(guò)云端可以將這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)和一些有價(jià)值的再生資源存儲(chǔ)到云存儲(chǔ)設(shè)備中，以便統(tǒng)計(jì)分析和學(xué)習(xí)推薦。

3 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

云實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)包含管理員、教師、學(xué)生組長(zhǎng)和學(xué)生4種角色。管理員實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目資源管理、實(shí)訓(xùn)人員管理、類(lèi)型管理、日志管理、教學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。教師實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目發(fā)布與管理、資源建設(shè)與管理、教學(xué)管理、作品管理等功能模塊，每個(gè)模塊都有相應(yīng)的流程和操作模塊，例如項(xiàng)目管理包括項(xiàng)目設(shè)置、項(xiàng)目分組、任務(wù)安排、學(xué)習(xí)內(nèi)容、評(píng)價(jià)設(shè)置、時(shí)間設(shè)置等。學(xué)生登錄平臺(tái)后可獲取學(xué)習(xí)任務(wù)、項(xiàng)目任務(wù);提交項(xiàng)目開(kāi)發(fā)日?qǐng)?bào)、紀(jì)要、項(xiàng)目討論、項(xiàng)目總結(jié);熟悉項(xiàng)目開(kāi)發(fā)規(guī)范、流程并進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā);還可進(jìn)行技能測(cè)評(píng)，準(zhǔn)確掌握自身崗位勝任能力。圖1是平臺(tái)功能模塊示意圖。

4 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)基于校園云平臺(tái)，充分利用現(xiàn)有的校園資源，在學(xué)校對(duì)整個(gè)信息門(mén)戶(hù)系統(tǒng)進(jìn)行云端化部署的基礎(chǔ)上，利用云平臺(tái)的高可伸縮性配置實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，以滿(mǎn)足應(yīng)用和用戶(hù)規(guī)模增長(zhǎng)的需要。學(xué)校通過(guò)校園云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證與統(tǒng)一授權(quán)管理、共享數(shù)據(jù)中心建設(shè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的高性能存取服務(wù)建設(shè)。

圖2為校園教育云平臺(tái)的示意圖。考慮到不同學(xué)科對(duì)實(shí)踐教學(xué)不同的要求，需提高實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的可適應(yīng)性和擴(kuò)展性服務(wù)，因此采用MVC三層架構(gòu)方式以及中間件技術(shù)，將整個(gè)系統(tǒng)分成視圖層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層3個(gè)部分，通過(guò)定義各層之間的接口，實(shí)現(xiàn)層與層之間的耦合，遵循高內(nèi)聚、低耦合的設(shè)計(jì)原則，提高軟件的重用性、可維護(hù)性與可擴(kuò)展性。整個(gè)平臺(tái)架構(gòu)具有處理實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)迅速、各服務(wù)接口靈活、功能模塊構(gòu)件化等特點(diǎn)。

（1）數(shù)據(jù)層：此層存儲(chǔ)平臺(tái)的所有數(shù)據(jù)，對(duì)外提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)，如表操作和存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)等，封裝了課程數(shù)據(jù)和師生數(shù)據(jù)、虛擬儀器數(shù)據(jù)、管理分析數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)組件、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)組件、數(shù)據(jù)接口等。

（2）業(yè)務(wù)層：業(yè)務(wù)層是整個(gè)軟件系統(tǒng)的中間層，連接視圖層和數(shù)據(jù)層，包含各種業(yè)務(wù)邏輯，提供課程業(yè)務(wù)組件、用戶(hù)業(yè)務(wù)組件、任務(wù)業(yè)務(wù)組件、管理業(yè)務(wù)組件、報(bào)表業(yè)務(wù)組件、參數(shù)業(yè)務(wù)組件等組件訪(fǎng)問(wèn)。

（3）視圖層：也就是用戶(hù)界面，主要由窗體和控件實(shí)現(xiàn)，包括課程管理視圖、用戶(hù)管理視圖、任務(wù)管理視圖（由實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)景組成）、系統(tǒng)管理視圖、統(tǒng)計(jì)報(bào)表視圖、參數(shù)管理視圖等交互界面。

5 系統(tǒng)類(lèi)庫(kù)設(shè)計(jì)

5.1? ? 實(shí)體關(guān)系設(shè)計(jì)

實(shí)體關(guān)系設(shè)計(jì)是平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵工作之一。根據(jù)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的操作，結(jié)合前期的需求分析以及功能目標(biāo)的定義，完成的系統(tǒng)ER圖。

5.2? ? 類(lèi)庫(kù)設(shè)計(jì)

平臺(tái)的類(lèi)庫(kù)封裝了相應(yīng)的業(yè)務(wù)操作，方便靈活調(diào)用，其核心類(lèi)庫(kù)主要有邊界類(lèi)庫(kù)、業(yè)務(wù)類(lèi)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)控制類(lèi)庫(kù)。這3個(gè)類(lèi)庫(kù)分別對(duì)應(yīng)3層架構(gòu)中的視圖層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，其中業(yè)務(wù)類(lèi)庫(kù)聯(lián)系視圖層和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層，接收用戶(hù)在邊界類(lèi)庫(kù)中的操作，處理邊界類(lèi)庫(kù)的業(yè)務(wù);數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)控制類(lèi)庫(kù)接收業(yè)務(wù)類(lèi)的訪(fǎng)問(wèn)調(diào)用，根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)的請(qǐng)求進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理、管理和操作數(shù)據(jù)庫(kù)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)實(shí)踐教學(xué)資源匱乏、分散性強(qiáng)、管理困難等難題，以數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容資源和虛擬儀器為基礎(chǔ)，構(gòu)思了一個(gè)基于“學(xué)校云”的“云實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)”。該平臺(tái)采用三層結(jié)構(gòu)化頂層設(shè)計(jì)思想，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)安排、教學(xué)內(nèi)容資源的高度集成，可以在不增加教師負(fù)擔(dān)的前提下，提供有利于教師課堂教學(xué)和學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能，最終到達(dá)顯著提高項(xiàng)目化教學(xué)質(zhì)量，助力學(xué)生提升工程應(yīng)用能力的目標(biāo)。

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