面向职业能力培养的云端培训平台整合构建研究

摘要：本文根据我国职业教育发展的新形式，以及现阶段职业教育不足，结合云计算技术，整合构建了一套面向职业院校的在校学生、社会培训机构、自由学习者的云端培训平台建设方案，本方案能有效支持以班级为单位的教学、培训，以及自由学者的学习，方案提供了两套基于在线的虚拟仿真实验系统。

关键词：云计算;职业教育;学习平台;教学资源库;慕课

中图分类号：TP311文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）21-0237-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 目前职业能力培养中的问题

1.1关于职业教育

职业能力是人们从事其职业的多种能力的综合，是指在职业活动中运用习得知识、态度、技能进行迁移、整合，进而形成的能胜任职业任务的处理能力。职业教育的目的就是培养受教育者的职业能力。

2019年教育部发布的《职业教育法修订草案（征求意见稿）》，给职业教育下的定义是：是指为了使受教育者具备从事某种职业或者职业发展所需要的职业道德、专业知识、技术技能和能力素质而实施的教育活动，包括各级各类职业学校教育和各种形式的职业培训;国际劳动组织把正规职业教育定义为“遵循预先制订的学习内容和精确的学习目标，在教育机构或专门设计的培训场所（包括企业的正规学徒制系统）开展的结构化、系统化的教育及培训”。职业教育本身即包含了职业学校教育和职业技能培训。

2019年1月24日，国家发布了《国家职业教育改革实施方案》，指明“职业教育与普通教育是两种不同教育类型，具有同等重要地位”;2019年5月6日，国家发布《高职扩招专项工作实施方案》，宣布高职教育大规模扩招100万。这一系列国家政策的出台，充分说明国家对职业教育的重视。职业教育目前正从中职、高职，向本科延伸。我国高等职业教育人才培养模式出现的办学主体多元化、服务对象多样化、办学形式多样性、培养目标长远化、课程设置市场化、教学内容实践化、资格证书规范化、评估体系特色化等新的发展趋势。我国高等职业教育人才培养模式改革的策略：教育思想上突出“以人为本”、培养目标上以职业能力为本位、专业设置以市场需求为导向、课程体系向综合化发展、师资队伍建设向双师结构型发展、人才培养途徑以校企合作为主、适当发展本科以上层次的高职教育、构建职教与普教衔接的终身教育体系、加强职业资格证书考核标准等，使其更符合世界职业教育发展趋势[1]。传统的“技能型”人才培养正向“高素质应用型”人才培养转变。

1.2 目前职业能力培养中的问题及原因

经调研发现，现阶段职业教育、职业培训的质量还有待进一步加强，比如：（1）当前针对职业教育的教学与培训，学员接受职业技能理论教育的广度和深度不足，（2）实践操作不足，与理论脱节，动手能力偏弱。产生上述现象的原因有以下几点：（1）职业教育整体还有向普通本科教育看齐的想法，没有定位准职业教育的重心，没有考虑生源质量;（2）对实践环节重视不足，导致资金投入不到位的问题;（3）职业教育手段不丰富，导致学员接触学习资源的机会不足;（4）职业教育资源针对性不强，导致学员学习过程中很难适应。随着高职院校扩招100万的国家计划的实施，接受职业教育的对象已不仅仅是普通接受了中职、初中、高中教育的生源，也可能是下岗工人、退役军人、农民工职业教育，这部分新型受教育者不仅受教育背景差异巨大，而且可能因养家和生存压力，在接受全日制教育的同时，也要同步工作及处理其他生活事宜，导致学习时间碎片化，学习场所不固定。

2 基于现阶段互联网信息技术建设云端培训平台的必要性、可行性

在职业教育发展历程中，学习空间相伴而生，时期不同，形态不同。深度融合趋势下的教育技术和教育实践，正在引发学习的内容、理念、手段、方式的全面变革，进而形成一种全新的学习形态——泛在学习，能为学习者提供终身学习、全方位学习、无缝学习和混合学习状态，人们接受教育、接受培训不再只是在学校或者培训机构，学习变得无处不在。

由于基于信息技术的学习平台——慕课正在被如火如荼的使用，并广受好评。慕课的优点是，平台一旦录入学习资源，可以长期反复使用，在多媒体技术支持下能较好的表现学习内容，在移动数据、移动终端的支持下，能较好的支持泛在学习，上述特点也正好弥补了传统职业教育的部分不足，使用学员可以更好地理解培训教材，随时随地可接人的特性显著增加了学员的学习机会，形象鲜活的多媒体教学资源也增强了学员的学习兴趣。

传统基于信息技术的学习平台，基于普通服务器或传统虚拟机建设，在可扩展性、均衡负载、应对突发高访问量等方面有很大不足。云计算的出现弥补了上述大部分不足。云计算技术采用虚拟化技术、分布式技术、并行计算技术等技术将资源虚拟化为计算资源服务，用户按需求申请相关资源，并可以动态调整，不需了解底层技术，降低了用户的使用难度。本文将深入分析研究如何基于云计算构建一套适应多类型终端、多客户端接入的面向职业教育的培训平台建议方案，平台既能较好的支持高职院校在校学生学习，又能较好的支持自由学习和职业培训。《地平线报告》的研究成果表明，未来教育将更多地以非正式学习的形式呈现。

3 云端培训平台构建

3.1功能分析

说明，本文所称慕课包含MOOC子系统和SPOC子系统，MOOC架构课程服务于自由学习者，SPOC课程服务于班级授课。

本文构建的培训平台方案，具有慕课教学的核心功能，本培训平台方案具有以下基本功能：（1）充分发挥云计算在构建培训平台中的技术优势;（2）能完成课程或培训项目为学习单位的教学、培训工作;（3）为了强化职业教育实践性、服务于就业的特性，全面构建配套在线虚拟仿真实验平台，实验平台以两种方式提供：B/S结构的web模式，云桌面模式。

本平台主要服务于以下几类接受职业培训的人员：（1）职业院校的在校学生，支持以班级为单位的教学，主要通过本平台的SPOC架构课程实现;（2）未来有可能采用弹性学制学习的新型职业院校学生，如下岗工人、退役军人、农民工;（3）社会培训机构;（4）自由接受培训者，主要通过本平台的MOOC架构课程实现。

3.2 技术实现

3.2.1 支持技术

云计算（ cloud computing），云是指互联网，关于云计算的定义有很多，广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）的定义：云计算是一种能够通过网络以便利的、按需付费的方式获取计算资源（包括网络、服务器、存储、应用和服务等）并提高其可用性的模式，这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以最省力和无人干预的方式获取和释放。云计算主要分为三个服务层次：（l）IaaS，基础设施既服务，（2）PaaS，平台既服务，（ 3）SaaS，软件既服务，三者关系如下图1所示：

SaaS提供给客户的服务是运行于云计算基础设施上的应用程序，用户可以直接使用，如B/S结构软件、C/S结构软件等;PaaS将开发语言、开发工具、数据库等部署到供应商的云基础设施上，客户能控制托管环境配置和部署的应用程序;IaaS提供对所有计算基础设施的利用，包括处理CPU、GPU、内存、外存储、网络及其他基本的计算资源，通过虚拟化技术，将上述计算资源池化，用户根据需要申请，并附属安装操作系统和PaaS应用服务。

3.2.2 部署模型

基于云计算部署应用，对资源动态配置、负载均衡、分布式计算、网络存储等具有先天的优势，而这些技术特性恰恰能優化在线培训平台访问性能和使用性能。部署模型主要指云端部分，本套在线培训平台的部署模型如图2所示。

本平台的云端基于云计算技术部署了实现三大功能的服务器：（1）在线培训系统服务器，用于运行具有慕课性质的在线培训系统;（2）基于B/S结构的虚拟仿真服务器，用于运行B/S架构虚拟仿真实验，接受客户端浏览器接人，包含pc浏览器接入、手机浏览器接人、其他设备的浏览器接人;（3）云桌面服务器，用于运行C/S结构和单机版虚拟仿真应用，接受用户在安装瘦客户端后，凭账号和密码接人远云桌面，以便运行云桌面的各种非B/S结构虚拟仿真应用程序。

考虑到在线培训平台一般访问量较大，大流量的教学视频的网上传输也导致单台服务器压力较大，本方案发挥云计算优势部署多台服务器，以匀衡访问负载，减轻单台服务器的访问压力，也起到冗余备份的作用，如果平台运行中访问学员地域跨度较大，也可以采用多区域部署。

云分为公有云、私有云和混合云：（1）公有云服务，需要用户通过互联网从供应商处购买，公有云一般通过Internet使用，公有云在短期内能够以低廉的价格，得到高质量、及时的服务;（2）私有云服务，是客户自行单独建设的。私有云能提供对服务质量、安全性、数据的完全控制，并可以控制在私有云基础设施上如何部署应用程序。（3）混合云是公有云和私有云两种服务方式的结合。由于安全和控制原因，有的企业不愿意将信息放置在公有云上，但建设私有云，短期持有成本较大，建设也需要时间，因此部分企业更愿意使用混合云计算的模式，核心业务和数据运行于私有云上，非核心业务和突发业务运行于公有云上，公有云成为处理需求高峰的一个较廉价的方式。

对于培训平台部署在何种类型云计算平台上，需要根据培训平台定位及各种因素进行决策。分析如下：（1）如果主要服务于校内学生，对上传教学资源速度及校内访问速度比较介意，系统会长期使用，并且信息中心有自己的网络管理人员，短期内有充足的资金，并且许可购置网络设备，可以采用私有云部署;（2）如果培训平台运行的时间不确定，并且没有计划投入大量资金建设网络机房，可以采用公有云部署;（3）如果想提升终端用户使用体验，采用均衡负载技术，需要多区域部署，优先使用公有云部署方式;（4）公有云和私有云的持有成本，和持有时间长短有关，短期内使用公有云，持有成本较小，长期使用，私有云未必不是较好的选择;（5）在合适的情况下，可以考虑混合云，如敏感业务和数据运行于私有云，突发服务运行于公有云，使用公有云成为处理需求高峰的一个较快捷实惠的方式。本系统的部署方式取决于平台使用方的定位，本方案并不作限定和要求。

3.3 软件系统架构

系统构架是对需求的技术实现构架，也包含计算机硬件和软件之间的衔接。本文结合职业教育特点、培训对象特点、云技术、在线培训需要构建了以下云平台系统架构模型，分为云端和用户端两部分，如图3所示。

3.3.1 云端部分

云端部分主要包含三个功能区域：软件既服务区域、平台既服务区域、基础设施既服务区域，分别详述如下。

3.3.1.1 软件既服务区域

软件既服务区域是本平台功能执行区域，基于云计算技术构建了三大功能：在线培训系统、基于B/S架构的虚拟仿真实验系统、基于“云桌面”的虚拟仿真实验系统。分别详述如下：

（1）在线培训系统。本系统具有慕课平台的核心功能，本系统分两部分：1.适用于自由学习的MOOC子系统，2.适用于课堂教学的SPOC子系统。在线培训系统提供课程或者项目的完整教学过程，主要提供教学视频、教学大纲、教学PPT等教学资源，提供留言讨论版。

本方案认为，根据职业教育的需要，在线培训系统应包含以下功能，其中在线虚拟仿真实验平台既可以支持在线培训系统，也可以独立运行。如图4所示。

针对上图说明如下.MOOC子系统：①提供按教学过程组织教学视频的机制，并支持各种分辨率规格的教学视频的切换;②观看教学视频环节，提供笔记功能，供学员观看教学视频时随时记录、随时发布，并可以随时查看和评论他人的笔记;③在学习支持方面，在MOOC型课程，一般老师一次性提供教学资源、预先组织好教学过程，在学生自由学习时提供的实时学习支持较少，学习中的问题一般通过学生自助解决，因此MOOC课程开设以课程论坛为主要交互方式的异步交互模式，也可以提供同步交互模式，如果QQ、微信等，但如果参与课程、进行自由学习的学员较多时，老师很难及时响应，而且不利于学习过程留痕;④每次课结束，提供课内测验，为了随堂得到测验结果，以便及时反馈给学生，题型是客观题，便于计算机批阅;课程全结束，MOOC课程提供在线考试，由于MOOC课程是学员自学，并不组织线下考试，全部通过培训系统提供的考试系统完成，试卷均为客观题，分数由系统自动生成，如果合格还可能提供平台认证的证书;⑤MOOC子系统提供评价环节，主要通过投票系统实现，本文称为课程评价，分为单次课程评价主和整体课程评价，由于MOOC课程基本是一种静态课程，老师参与较少，老师通过前期组织教学资源形成完整教学过程，因此此类评价是一种教学评价。

SPOC子系统：SPOC子系统用来支持班级化教学，主要用于混合教学和翻转课堂等教学模式，因此SPOC子系统除了具有MOOC系统的基本功能外，支持班级化教学的特征有所增强：①强化及时交互、实时交互，针对每次开课提供课程论坛，在开课结束后论坛随之结束。实时互动方面，QQ、微信是不错的选择，但这种方式不利于学习过程留痕，论坛也可成为同步交互的渠道，由教师及时回复问题来实现，如果条件允许，可以组织教学团队，由助教及时答疑，这种方式的同步交互有利于学习过程留痕;②SPOC子系统也提供随堂测验和在线考试，但由于SPOC课程主要用于支持班级化教学，基于在线考试的防作弊技术还不成熟，因此期末考试一般通过线下考试进行，因此SPOC课程提供的对整体课程的考试更倾向于在线测试，用于学生自我检查，也可以用于期末考试;③SPOC子系统也提供评价环节，本文称为资源评价，分为单次资源评价主和整体资源评价，主要因为，SPOC在线课程只是整体教学过程的一种主要教学资源，整体教学过程由混合教学和翻转课堂实现。

针对MOOC课程，由于是学员自由学习，很难提供实体实验室，如果课程本身需要，本方案提供在线虚拟仿真实验系统，这也是本方案重点构建部分，在线虚拟仿真实验室既是在线培训系统重要组成部分和亮點所在，也可以独立使用，将在下文中予以详细说明。针对SPOC课程，由于此类课程面向班级化教学，一般发生在学校或者培训机构里，应该首先提供实体实验，遵循“能实不虚”的原则，在线虚拟仿真实验系统只作为补充或者发挥系统特长之用，如展示内部构造。

由于在线培训系统是整个培训平台的核心功能，因此提供pc浏览器接人、手机浏览器接人、手机app接人三种方式，主推使用pc版网站和手机app接人本系统，手机版网站更侧重于分享链接、传播。基于B/S程序结构的网站是用户在各种形式的终端计算设备上使用培训平台的重要形式，其跨平台性是一个显著的优点，只要安装浏览器就可以使用[2]。网页客户端布局，使用自适应的客户端响应式将是一个未来的方向和趋势，所有设备的浏览器共用一套客户端代码。但是此种布局对浏览器的兼容性要求较高，要求ie浏览器版本必须在ie8以上，由于国内用户有相当一部分电脑的ie低于ie8，使用此种布局会导致网页显示混乱。因此，在现阶段，本方案建议pc版网站和手机版网站分别建设，pc版网站要兼容ie6，在ie6上运行良好，htm15代码和较新的框架使用时要注意进行兼容性测试，由于手机操作系统更新较快、较统一，手机版网站则没有过多兼容性问题，对htm15代码的支持良好。

（2）基于B/S架构的虚拟仿真实验系统，并启用了负载均衡机制，此部分是本平台提供的在线虚拟仿真实验室的一部分，另外一部分基于“云桌面”的虚拟仿真实验平台，将在下文中说明。有些课程或者培训项目需要配备实训实验环境，但是如果学习MOOC课程，一般是不会为学习者配备实体实验室进行实训实验，因此建设在线虚拟仿真实验室满足实验平台是非常必要的，本系统提供的B/S结构的虚拟实验室只需要浏览器就可以进行网上实验，是首先形式。

以前，基于网页的虚拟实验室运行中往往需要给浏览器安装插件才能运行，现在随着浏览器、web标准的升级及稳定、ht-m15的流行及稳定，openGL3D绘图技术正从计算机桌面、便携式设备开始大规模应用于各种浏览器应用，在浏览器的应用中经过优化、裁剪、调整，最终基于openCL形成了一个新的子标准，webGL（Web Graphics Library）。webGL是一种3D绘图协议，webGL把OpenGL和JavaScript结合在一起，提供了一个OpenGL的JavaScript绑定，进而让HTML5 Canvas标签纳入了webGL技术。作为目前最先进的轻量级三维技术，可以实现三维产品的跨平台应用以及真正的基于浏览器（Web）的系统开发[3]。WebGL兼容性很强，解决了Web三维交互的3个问题：①通过HTML脚本本身实现Web交互式三维动画的制作，无须任何特定浏览器插件的支持;②利用底层的图形硬件加速功能进行的图形渲染，效率很高;③通过统一的、标准的、跨平台的OpenGL ES接口实现免去了开发人员多次学习不同编程接口的麻烦

由于浏览器对webGL支持已经较为成熟，其具有兼容性强，无插件，支持多种格式三维模型导人，支持动画和硬件加速，种种先天优势注定其会在浏览器3D绘图领导成为标准。本文建议，今后基于浏览器的虚拟仿真实验室应该重点考虑采用webGL编程技术，或采用其他编辑软件（如unity3D）构建虚拟仿真实验场景后，在生成阶段选择生成webGL代码，然后进行后期加工。

（3）基于“云桌面”的虚拟仿真实验系统，用于运行c/s结构和单机版虚拟仿真应用，并启用了负载均衡机制。由于课程性质，有的课程的配套实验可采用B/S结构的虚拟仿真实验平台就可以，有些课程实验由于较专业、很复杂，需要专业的c/s结构和单机版虚拟仿真应用程序才能更好地支持实验，如Ma-chining、LTspice、muITIsim、Proteus、CadenceAllegro。本系统以云桌面的形式提供这些实验，学习者不需要在自己的电脑上安装这些实验程序，只需要安装一个瘦客户端，通过账户及密码登录到云电脑的云桌面，云电脑上已经预装好了实验用程序，用户可以选择使用。

3.3.1.2 平台既服务区域

平台既服务区域，为数据库层，为本平台的运行提供格式化数据的存储支持。PaaS最常见的用途是为应用程序开发和测试提供主机环境。但这并不是本方案使用PaaS的主要原因，PAAS平台层核心功能有如下：（l）中间件资源池;（2）数据库资源池。目的为了让中间件资源、数据库资源对应用来说抽象化，进而实现这两类资源的扩展弹性化，从而有利于资源分配、监控管理。

针对数据库即服务，也是数据库的管理即服务，如用户提出使用请求，可返回给用户可用的数据库实例SID编号，但在哪里创建数据库，如何分配相关资源用户不需要关注。如果本平台部署于公有云上，会使用到供应商的PaaS层的数据库服务，也可以自行安装数据库服务。

3.3.1.3基础设施既服务区域

物理资源在资源利用率方面有个非常著名的“991”原则，即90%的物理设备，在90%的在线时间内，只要10%的资源利用率，然而这90%的设备不能撤离，因为还有10%的峰值系统的资源利用率会超过90%。云计算出现后，可以最大限度地动态利用物理资源，将服务器的物理资源形成动态资源池，根据用户需求、按需分配、动态调节满足不同用户需求[4]。云计算有如下优势：（1）分离将程序与物理资源，（2）减轻用户端负载，（3）分离基础设施维护与开发应用，（3）资源扩展按需，（4）利用公有云从容应对高负载状和一次性任务，（5）按需付费，（6）降低成本。

OpenStack是当今最具影响力的云计算管理工具，主要用来管理IaaS云端的虚拟资源池，为Rackspace和美国国家航空航天局联合研发的，可扩展性良、好实施简单，得到全球厂商验证和认可，并被广泛使用。OpenStack成为高校建设云基础设施的首选IaaS管理软件，OpenStack底层可以采用Xen、KVM和VMWare等多种虚拟化软件。本方案建议，如果建设私有云，可以采用OpenStack作为底层计算资源虚拟化、池化、调度操作系统。

3.3.2 用户端部分

本平台用户端接入主要分为：PC浏览器、PC云桌面接人端、手机APP、手机浏览器。其中，PC浏览器和手机浏览器可以接人在线培训系统和基于B/S结构的虚拟仿真服务;PC云桌面接人端，学员需要安装一套瘦客户端，用于接人云桌面服务器环境，进行虚拟仿真实验：手机APP用于接人基于在线培训系统，由于在线培训平台是整个的基础和核心，为了方便用户使用，提供浏览器和手机APP接人两种方式。

4 结语

“互联网+”是一种新的基础环境和社会形态，在社会资源配置中应充分利用云计算、互联网、人工智能、大数据的信息化的集成交互特性。信息化时代的到来使得“终身学习”成为追赶知识经济的基本要求，作为承载学习行为发生、提供环境刺激的“学习空间”备受关注，“重设学习空間”被《2018年中国职业教育技术展望：地平线项目报告》列为未来三至五年职业教育信息化的关键趋势。

面向职业教育的云端培训平台整合构建方案，正是为了迎合泛在学习、非正式学习的趋势，满足国家新政策下职业教育的新特点，弥补职业教育中的不足，本方案将在后续实施中进行修正、改进。

参考文献：

[1]丁锴，顾月琴.从单一走向多元：我国高等职业教育人才培养模式的发展趋势及主要策略[J].湖北工业职业技术学院学报，2019，32（6）：7-11.

[2]马亮.在线教学资源库支持技术研究[J].江苏科技信息，2018（23）：67-70.

[3]周浩，王冬.WebGL技术在地理信息公共服务平台升级中的研究应用[Jl.测绘与空间地理信息，2019，42（6）：134-135，138.

[4]施卫娟，窦如林.基于云计算的计算机类实验室建设研究[Jl-电脑知识与技术，2020，16（7）：267-268.

【通联编辑：闻翔军】

基金项目：2018年江苏省高等教育学会职业能力研究委员会研究课题（项目编号：ZY20188002）;南京交通职业技术学院教改课题（项目编号：JX1986）;南京交通职业技术学院高职教育研究基金项目（项目编号：19JYO01）;南京交通职业技术学院院级科研基金项目（项目编号：J21705）

作者简介：马亮（1978-），男，安徽阜阳人，硕士，研究方向为教学资源库建设、网站建设、软件编程。