基于虚拟化的计算机类课程云智慧学习空间的构建

2020-08-06梁慧娜罗旭

高教学刊 2020年22期

梁慧娜罗旭

摘要：为满足高职学生在混合式教学平台中能进行计算机实训的需求，基于云计算的虚拟化容器技术构建了计算机虚拟实训环境，结合混合式教学平台的常用功能，搭建了云智慧学习空间。对学习空间的云计算架构、关键技术及其主要功能进行了介绍。学生在学习空间里可获得课程的学习视频、课件、素材等资源，并在其提供的计算机虚拟实训环境中进行自主实操，提交实验报告、进行测试和问题交流。云智慧学习空间提供的虚拟实训环境，为计算机类课程的混合式教学提供了有效的支撑，有一定的创新性和应用价值。

关键词：云计算;混合式教学;教学平台;学习空间;高职

中图分类号：G710 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2020）22-0062-04

Abstract： To meet the needs of vocational college students for computer training in hybrid teaching platform， the virtual computer training environment is constructed based on virtual container technology and the cloud intelligent learning space is built combined with the common functions of the hybrid teaching platform. Researches to the cloud computing framework， the key technologies and the major functions of the learning space are represented in this paper. Students can obtain learning videos， courseware， materials and other resources of the course in the learning space. They can also carry out independent practical operations， submit training reports， conduct tests and exchange questions in the computer virtual training environment provided by the learning space. The computer virtual training environment provided by the cloud intelligent learning space provides effective support for hybrid teaching of computer courses. It has certain innovation and application value.

Keywords： cloud computing; hybrid learning; teaching platform; learning space; vocational college

一、支撐混合式教学的云智慧学习空间

心理学家布鲁姆指出任何学生只要给予适当的时间及适当的教学资源，就可以学会教材。传统的课堂教学，学生数量大，课时、授课内容、节奏都相同，难以解决学生学习差异性的问题，不能满足不同学生的个性化需求[1]。在“互联网+”时代，教师通过各种网络教学平台，为学生提供丰富的学习资源，让学生“线上”（网上）自主学习，使学生的学习空间和时间得到扩展[2]。“线下”（课堂）教师指导学生开展能力提升的教学活动，最大程度提高课堂效率和教学质量。这种线上线下的混合式教学已成为当前高职课程改革和发展的趋势[3]。

混合式教学中“线上”学习是重要组成部分。混合式教学是否能顺利实施，效果怎样，很大程度上取决于支撑它的线上学习环境。构建支撑混合式教学的智慧学习空间，为学生提供丰富的自主学习的资源和环境，在重要的意义和价值。教师在学习空间里发布学习任务、微课视频、学习资料、试题测试等。学生根据自身情况安排充分的时间进行线上学习，通过观看学习空间里的微课视频，完成学习任务，进行测试。教师课前通过测试和反馈的情况了解学生的学习情况，从而有针对性地组织课堂教学。目前，国内比较常用的教学平台有学堂在线、雨课堂、蓝墨云班课、对分易、智慧职教云、得实易学、网易云课堂等[4-5]。

二、计算机类课程对学习环境的特定要求

我国正处于信息化建设的第三次浪潮，“云大物智”类专业受到学生的热捧，这些专业中大部分课程都涉及计算机类课程，这类课程的学习以实验操作为主，需要在特定的实验环境才能进行实操。如：计算机网络类课程需要搭建集群进行配置，计算机编程类课程需要安装和配置相应软件环境。上述所提的常用教学平台主要提供发布课程学习资料，练习测试、论坛讨论、成绩汇总等通用功能，并不能提供实操所需的环境。同学通过教学平台获取教师提供的视频和资料，对理论知识进行学习，如需实操，只能自己搭建软硬件实验环境，每位学生的硬件资源和能力不同，所搭建的实验环境不一定能满足要求，而且有些实验环境学生自己是难以搭建的。如果能构建一个针对计算机类课程使用的云智慧学习空间，教师在布置任务和提供微课视频的同时，提供相应的软件实验环境，将更有利于学生的自主学习。

三、基于云计算技术的智慧学习空间架构

（一）云计算

在网络教学平台中为学生远程提供实验环境，在云计算技术发展不断成熟的条件下，已经成为可能[6]。云计算是把计算机物理资源集中起来形成一个巨大的资源池，根据用户的需求进行资源配置，通过网络交付给用户使用[7]。云计算可通过虚拟化技术在服务器上创建多个虚拟主机，用户终端通过网络连接到服务器上的虚拟主机，使用上面的资源[8-9]。在虚拟主机上根据课程的实验要求安装配置好相应的软件环境，就能构建出满足计算机类课程实验的虚拟计算机实验环境，再融合到教学平台中，搭建出智慧学习空间，总体架构如图1所示。

（二）容器虚拟化

云计算技术最重要的技术之一就是虚拟化技术，传统虚拟化技术是在硬件物理资源池的基础上，虚拟出多个操作系统，然后在每个操作系统上构建虚拟机。虚拟化容器技术是在操作系统的基础上进行虚拟，每个容器都共享主机操作系统的内核等资源。这使得容器特别轻量，大小一般以M（兆）为单位，只需要几秒钟就可以启动完成，而传统虚拟机常常需要几分钟才能启动完成[10]。虽然两种技术的构建大不相同，但对于用户来说，所感受的操作环境是相同的，为了方便教师和学生理解，在学习空间中以“虚机”进行表述。

如果每个实验都为每位学生实时提供一台或多台虚机，将需要大量的虚机，如果虚机的配置要求较高，对云计算资源的压力将非常大。学生实验使用完虚机环境退出后，如下次无需在当前的基础上继续实验，可将使用的虚机进行销毁，将硬件资源释放。如果下次的实验需在当前基础上继续完成，可将当前环境进行镜像保存，下次再加载进行使用。云智慧学习空间使用的是虚拟化容器技术，能更快捷地创建和销毁虚机，使云计算的硬件资源得到高效合理的使用。

四、计算机类课程云智慧学习空间功能构建及应用

根据混合式教学的要求，结合计算机类课程的特点，设计了云智慧学习空间。学习空间使用者分为管理员、教师、学生三种类型，不同类型的用户拥有不同的功能和权限。

（一）管理员端

管理员端主要功能是对用户、课程、班级、虚机、教学、交流等进行管理，拥有最高的管理权限。能为教师、学生开设帐户、初始化密码，为教师和学生分配课程。

（二）教师端

教师端的主要功能是教师根据教学设计，为学生提供学习资源、准备虚拟实验环境、制作题库、生成试卷、进行问题交流，对教学进行统计分析，主导整个教学活动实施，包括以下六个模块。

创建课程。教师对高职学生基本学情进行分析，如学生是高中还是中职背景，根据人才培养方案的要求，设定学生需要达能的技能目标和能力目标，设定课程的内容和难度。

教师在学习空间中创建课程，创建章节内容。如果该课程之前已有开设，可选用以前部分章节的内容直接使用或修改后重新组合。创建的章节内容分为理论课和实验课，理论课可添加学习课件、微课视频、学习材料、单元作业/测试等。实验课可添加实验手册、实验演示视频、实验报告、实验素材、配置虚机环境等。制作完章节资料后，可将其进行保存，在生成新的课程时，可进行快速重组，教师可将制作完成的课程章节发布给学生，也可共享给其他教师重复修改使用。

虚机管理。配置虚机环境是创建实验课章节的重要环节，系统预先设置好生成的虚机＼集群的配置，如CUP的核数、内存大小等，教师配置时根据实验的要求进行硬件环境的选择。系统还提供了一些通用的软件模板，教师可直接选择使用，或在此基础上进行更改，生成新的模板，作为实验使用的软件环境。教师将虚机硬件配置和软件模板进行结合，即可生成实验环境使用的虚机环境。

教学管理。教师可查看班级作业和实验报告提交的进度，查看、批阅作业和实验报告、下载学生完成的虚机镜像文件。作业中的客观题系统自动评分，主观题教师手工批改。教师可设置各项内容的权重和分值，生成导出成绩。

课中，教师也可使用学习空间进行教学。教师通过学习空间的“分享桌面”功能将操作演示分发到学生機的电脑屏幕，利用测试功能完成课堂小测，对同学们存在的问题进行讲解演示。

试题管理。教师可通过逐条录入、批量导入等方式共同完成题库的组建。教师设定各种题型的数量及每种题型的分数、考试时间、考试班级等参数，即可生成试卷。开始考试后，学生从学生端进入即可进行考试，系统自动计时，考试结束后试卷自动提交。选择题、判断题系统自动批阅，教师只需要批阅填空题、简答题即可。

教师根据学生在学习空间里提交的作业、测试、实验报告等情况，分析学生对知识和技能的掌握情况，更好地安排课堂教学。

问题交流。用于教师对学生的提问进行答疑解惑。教师可在此模块搜索并查看到班级学生提出的课程问题并进行解答，同时也可在此模块提出问题，便于学生学习交流。学生与学生之间的交流也可在问题交流模块中进行。

教学统计。教师在学习空间里可对课程、班级、学生的学习情况进行统计分析。包括查看课程的成绩、作业提交率、实验报告提交率、问题交流的次数、实验时长等。也可查看某个学生的学习情况，包括学生登录次数、阅读课件次数、实验时长、考试情况等，打包下载学生的作业、实验报告、考试试卷等学习情况资料。学习空间通过大数据可视化技术还能生成相应的图表，使各种统计数据更为直观。

（三）学生端

学生通过自己的帐号密码进入学习空间，查看教师发布的课程内容和要求。理论知识通过课件、视频等进行学习。实操通过查看实验指导书、观看微课视频，在教师配置好的虚机实验环境中进行。学生可将实验过程和结果进行镜像保存，分多次完成，完成后提交实验报告或虚机文件。学生还需完成教师发布的试题，遇到问题可在交流区与教师、同学进行沟通交流。学生还可以学习空间中查看自己学习情况的分析统计，实现个性化学习，学习界面如图2所示。

五、结束语

学习空间提供的虚拟实验环境，使得学生在“线上”也能完成实操，有效弥补了普通混合式教学平台在计算机类课程中使用的不足。考虑到网络传输速度和安全性，现该学习空间只能在校园网中使用，效果良好。现只有电脑版，如果将部分功能开发成移动版，并多增加一些互动功能，将更为灵活和完善。

参考文献：

[1]马涛等.基于“云平台”的混合式教学模式研究与探索[J].高教学刊，2018（9）：109-111.

[2]冯荣珍.基于翻转课堂的高职混合式教学模式实践与研究[J].职教论坛，2019（09）：66-72.

[3]俞福丽.基于THEOL平台混合课程建设的实践探索与思考[J].实验技术与管理，2019（9）：203-205.

[4]邓敏.“互联网+”背景下“雨课堂”混合式教学模式的应用研究[J].高教学刊，2019（9）：100-102.

[5]吴文雅.基于线上线下混合式教学的高职院校SPOC模式构建[J].高教学刊，2019（9）：179-183.

[6]莫新平.基于大数据平台的高职计算机基础课混合式教学改革研究[J].计算机时代，2019（11）：4-6.

[7]熊昕，熊茂华，谢景明.创新型实践教学私有云平台的设计与研究[J].实验室研究与探索，2016（35）：208-212.

[8]梁慧娜，周劲桦，洪文圳.分层构建“以学生为中心”的计算机实训云平台[J].实验科学与技术，2018（1）：128-132.

[9]李磊，高岩，吕念玲，等.多层次服务实验教学云平台的构建与应用[J].实验室研究与探索，2019（5）：155-159.