校企互动信息化教学系统的建设与探索

2013-09-17钟九洲

网络安全技术与应用 2013年1期

钟九洲

达州职业技术学院网络中心四川 635000

0 前言

长期以来，由于我国高等教育重理论轻实践，职业教育人才培养脱离社会需求和企业实际，使高素质技能型人才的培养目标无法得以落实。为此，国务院在《关于大力推进职业教育改革与发展的决定》中指出要“深化职业教育办学体制改革，形成政府主导、依靠企业、充分发挥行业作用、社会力量积极参与的多元办学格局”，“要充分依靠企业举办职业教育”，并阐述“产学研合作是高等职业教育的必由之路”。随着教育装备行业的飞速发展，以及现代化信息化教学的需要，信息化教学已成为我国教育发展的必然趋势。而作为培养专业技能人才的摇篮职业教育尤其需要搭建功能强大的网络教学环境，以便于师生进行信息化教学，让课堂教学更加生动、形象，并实现广泛的教学互动，让学生深入理解、掌握教材内容和职业技能，提高专业水平。

本着“易用、实用、好用、互联、互通、互动”的原则，以及满足现代信息化教学的需求，达州职业技术学院通过与中国移动达州分公司、达州市中心医院、达州市职业技术学院附属医院、达州市地区幼儿园、达州市钢铁厂等单位深层合作，通过整合多媒体基础教学设备、丰富优质的教育资源以及可靠的企业教学实习点，校企互动信息化教学系统”的建设和探索，能够满足信息技术教学、远程互动教学等需求，能够实现无线互动，协同学习，协同教研，促进学生全面而有个性的发展；通过音视频的同步传输，打破空间阻隔，实现工学结合、校企合作，时时掌控第一手学习资料，大大提升学习效果，提高专业水平。

1 系统分析

1.1 系统分析

结合学院开设专业的实际情况，学院主要开设有护理专业、医学专业、师范专业等，同时职业院校培养学生主要强调动手能力，因此许多职业院校推进了“校企合作”，学校企业深度合作，也建立校企合作教学平台。但传统的互动交流系统几乎都采用B/S结构，通过浏览器来实现互动交流，主要交流手段是文字、图片。但我们学院重点专业如护理专业、医学专业、师范专业，社会对毕业学生的实际操作能力要求十分特殊，因此建立一个基于网络视频的互动平台，让学生在教室通过多媒体设备实时观看校外导师实际工作场景，适当时间提出问题，讨论问题、解决问题，从而让学生结合理论深刻的理解知识，是十分必要的。校企互动信息化教学平台，须达到下列功能：

(1) 系统必须实现声音、视频同步传输。

(2) 系统必须实现直播功能，同时通过校园网直播到全校任意20个教室。

(3) 系统可实现课堂互动，实现网络远程同步教学，并可扩展至多间教室。

(4) 系统必须具有手工和自动等操作方式。多画面表现教师与学生之间的交互，教师能自己操作的“一键式”全自动的录制方式也必须共存。

(5) 系统的全自动直播必须能实现企业教师自动跟踪、扳书定位跟踪拍摄等功能，教师自动跟踪系统要实现全教室的跟踪，特殊的定位跟踪要实现特写功能。

1.2 建设原则

(1) 实用性

系统的设计必须符合实用性原则，设计的最基本的目标是建立一个适应实际环境的，可运行、能满足用户需求的多功能的实用系统；可充分利用用户原有的系统设备。

(2) 先进性

实现教学直播互动的方案和产品很多，在坚持实用性的前提下，充分采用高可靠性和高稳定性的硬件产品。

(3) 开放性

在系统设计中，充分考虑目前和将来的网络发展及用户需求，采用标准的开放协议来构架整个系统，能够实现和现有系统的良好集成性；同时系统能够支持多种内容的接入，实现数字视频资源的广泛融合。

(4) 可扩展性

目前互联网上的新的应用模式不断涌现，作为一个教学直播互动系统，应当能够具备良好的接口以提供对这些新应用整合。同时，系统本身应当能够提供良好的扩展性能，当用户量增加，业务扩展时，能够通过简单的硬件设备扩充或者分布节点的增加实现系统的平滑扩容。

(5) 稳定性

直播互动系统应当能够达到 7*24小时的可用，系统可用率要达到99.99%，同时一旦有突发事件发生，系统应当能够提供良好的容灾备份手段，保证对用户端的应用不被中断，同时记录下用户日志。

(6)可维护性

系统的可维护性对系统的生命力至关重要，系统要求采用模块化设计、标准的高级语言编程，灵活的功能模块重组，提供基于WEB的友好的应用维护界面使系统具有良好的可维护性。

1.3 建设目标

通过三年建设，搭建一个功能完备、操作便捷的校企互动信息化教学平台，学院可以通过系统观看企业导师工作、授课的过程，在校学生通过系统与企业导师进行互动交流。最终实现毕业学生“校企无缝转型”。学校还能够利用校企互动平台引入各界企业参与到学校教育中，实现教产合作、校企一体和工学结合，促进学生专业技能的提高，加强职教“专才”的输出。最终通过校企互动信息化教学平台推动，使得校企双方合作的更深层发展，进一步体现了我院“以市场为导向，以服务为宗旨，走产学研结合”的办学理念。

首期实现地区机关幼儿园学前教育和附属医院临床、护理专业校外指导教学点现场网络音视频直播。

二期实现地区机关幼儿园学前教育和附属医院临床、护理专业校外指导教学点现场网络音视频直播、网络互动、精品直播录播。

最后实现二家幼儿园、三家医院、多个专业对应校外指导教学点网络直播、互动、录播。

2 系统体系结构设计

2.1 系统硬件架构

为了校企互动信息化教学平台视频清晰、声音保真等，网络基础建设十分重要，需要到校外实习点链接专线(采用移动公司跳钎方式)，同时结合校园网实际情况新购一台校园网络核心交换机，减轻原先核心交换机的负担。系统核心主要由视频跟踪，集中控制管理、录播服务组成。学院到幼儿园教室、医院协议手术室等，铺设一条专线，专线链接到学院中心机房，教室计算机通过网络访问校外的幼儿园教室、医院协议手术室等现场，或通过投影仪放大现场画面。校外现场有完成直播功能的摄像机，图像跟踪系统、以及拾音器等设备，校内集体互动，由于教室十分多，只能在规定的教室互动，主要设备有摄像机、图像跟踪系统、以及拾音器等设备(如拓扑图1)。

图1 拓扑图

图像跟踪系统：主要是对于每一个视频源，都有特定的图像识别程序进行特定识别，标记出相关信息，并根据视频源画面图像的变化，智能识别讲授者的位置，并驱动摄像头云台对讲授者进行跟踪拍摄，被摄者无需佩戴任何标识性物品，简单、易用。

视频处理服务器：主要是对现场视音频数据压缩、处理的嵌入式设备，它由视音频压缩编码器、输入/输出通道、网络接口、视音频接口、RS485/RS232串行接口、协议接口、软件接口等构成。

视频处理服务器通过采集、处理将视频压缩成 Flash视频格式，Flash视频格式采用了低码率传输技术，带宽占用少，服务器、网络压力小，能够在校园网网络环境下保证师生流畅地观看、交流。

数据服务器：包括管理服务器、WEB服务器、流媒体服务器、数据存储服务器。其主要是为系统应用提供服务，服务包括查询、更新、视频管理、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户存取控制等。

2.2 系统软件架构

为了方便学生跟校外、校内老师交流，方便查看企业教学录像，建立一个平台十分重要。平台采用B/S结构，使用J2EE框架进行开发。根据需求分析，平台用户分为：管理员、教师、学生、校外导师，关系图如图2。

图2 系统软件架构

系统根据实际情况分为4个子系统，介绍如下：

(1) 账户管理子系统

主要是对账号信息、角色进行管理。新帐号注册、注册信息包括姓名，帐号、所属系部、密码、联系方式等。管理员审核通过，并对相关帐号分配角色。其中还包括帐号修改个人信息和忘记密码，根据自己信息找回密码。主要包括页面有新帐号注册页面、帐号信息修改页面、密码找回页面、管理员管理页面(如图3)。

图3 注册和登录结构图

(2) 教学资源管理子系统

教学资源管理子系统主要是对各种类型的教学资源进行分类汇总，并且为权限帐号提供上传功能，以及为所有帐号提供检索、下载教学资源功能。主要由学科实习介绍、教学资源、校外资源、几个页面组成。

(3) 交流平台子系统

交流平台系统主要提供师生交流平台，学生在遇到问题，可以在平台上提问，校外导师、老师、同学可以及时帮助解决问题。老师也可以把新的问题留给学生，让学生自我、协助解决。

(4) 系统管理员管理子系统

系统管理员子系统主要系统管理员通过系统管理页面对系统进行全面的管理。主要功能有帐号审核、开通、权限的分配、删除，教学资源的管理、上传资源的审核、管理，交流平台留言的管理，系统数据库的备份，网站栏目的添加、删除、修改等。具体流程图如下：

图4 系统管理流程图

系统中4个子系统关系图如下

图5 系统关系图

2.3 J2EE结构技术分析

系统采用J2EE框架技术，利用J2EE可以简化系统开发、部署和管理。系统主要业务使用的是 web方式，J2EE框架提供了中间层集成框架用来满足无需太多费用而又需要高可用性、高可靠性以及可扩展性的应用需求。同时对现有的应用程序提供整合功能，增强安全机制，提供了性能。

系统采用J2EE的struts MVC框架，以Hibemate作为持久化层，采用Spring对其中间层业务层进行改造。表示层使用 Struts来实现完成，主要功能是页面的请求和转发。Hibemate主要是对数据的封装以及数据库的持久化的管理。Spring用来完成业务层业务的流转、管理。表示层调用业务层完成逻辑运算，业务层调用持久层对数据库进行读写操作，各层之间相互独立，层与层之间低耦合。不仅可以满足性能的需求，而且可以提高开发的效率。