新冠疫情下《云计算和服务器应用》的虚拟仿真“金课”探索与实践

莫永华

（桂林电子科技大学信息科技学院，桂林541004）

0 引言

新一轮高校改革在2018 年下半年开启，围绕着建设“一流本科教育”，切实提高课程教学质量，教育部陈宝生部长也提出淘汰“水课”、打造“金课”的改革目标。桂林电子科技大学信息科技学院所属广西地方高校，在区教育厅2019 年4 月开展的广西本科高校教师在线课程建设与应用能力提升行动中，我校也积极响应组织教师学习信息化的各种教学方法，包括MOOC、SPOC、微课、翻转课堂、混合式教学等形式，为教师教学改革实践打好了基础。2020 年春季学期新冠疫情下，教育部指导利用网络平台“停课不停学”，开展网络课程线上教学措施，《云计算和服务器应用》课程就是在这样的改革和环境背景下开展的，利用多家教育资源平台和多种教学方式，克服多方面困难，积极探索出虚拟仿真网络教学方法，打造课程“金课”，实践中进一步推动了本课程的现代信息技术与教育教学深度融合。

1 网络授课条件与问题

《云计算和服务器应用》课程是工科计算机类网络工程专业本科必修核心课程，在民办高校的应用型人才培养计划方案中课程侧重云计算平台部署、配置、运维以及服务应用，实践教学环节是教学关键。在我校信息工程系本课程规划40 学时2.5 个学分，教学采用理论和实践合一授课方式，即20 学时理论和20 学时实践，课堂采用4 节连上，先2 学时理论紧接着2 学时实践，连贯展开的方式。特殊时期学生不能反校，《云计算和服务器应用》课程无法使用学校的实验室条件，这将成为开展网络教学的新问题，同时怎样有效组织学生也是一个难题，需要调整思路探索一种新的方法去解决问题。

1.1 校内课程开设条件

为了满足课程开展，我校在教育部产学合作协同育人项目中探索校企合作办学，成功牵手深圳市讯方技术股份有限公司，并在2018 年暑假建设了华为ICT协同育人创新实践基地，建设项目包括华为大数据和云计算实验室，有了云计算实验服务器RH2288H V3和云平台解决方案FusionSphere，达到了授课条件，如图1 为线下教学使用华为云实验室平台情况。

图1 线下教学使用华为云实验室平台情况

1.2 网课开设需要解决的问题

（1）平台服务瓶颈

平台主要是全国现有网络线上教育资源平台，服务瓶颈主要反映在两个方面。第一，体现在视频类型上，这些平台现有的视频课件都是以慕课短视频为主，视频一般都在7～12 分钟之间，无法衔接传统课堂教学内容，不能满足完整的教学过程与学习互动；第二，体现在技术性能上，当平台碰到疫情环境下，集中开设课程的密度比较大，使用量比较大，造成服务器访问量超出常规需求。全国的大中小学校都采用了网络授课，原有的平台一下子服务跟不上，服务能力与带宽需要提高，最初在2 月中旬的很多网络课程中，视频学习中网络卡顿情况比较严重。

（2）实践资源缺乏

我们开设的云计算和服务器应用课程，课程特色在技术与管理上的概念比较多，实践部署的虚拟机也比较多，资源需求量比较大，现有的网络教育平台无法满足。例如我们学校主推的中国大学慕课平台，经过平台许可我们引入了河海大学孙宁教授的网课资源，该资源与我校的物联网工程专业培养计划和课程授课侧重点有很大不同，我们的人才培养目标定位为应用型培养，课程内容以云计算平台的部署设置、应用和运维为主，以华为云FusionSphere 方案部署展开教学内容，包括FushionComputer 云管理平台实践。孙宁教授开设的是Openstack 开源云系统和Hadoop 开源大数据项目，其他网课资源更多是以云计算底层实现算法为主。

（3）教师缺乏工程经验

我们学校现有的课程教学团队，呈现两种状态，第一、很多老师刚才从大学研究生毕业，缺乏实际工程经验；第二、另一部分老师都是做理论研究的，对于应用型课程，无法满足开课需求。本门课程有大量的管理和技术概念，需要通过实践才能让学生理解，从而完成课程学习任务，实现应用型人才培养目标。

（4）缺乏网络授课评价的体系

我校的网络授课是在疫情下全面推广开展的，处于探索应用发展阶段，学校还没有给出网络授课评价的标准。大家都是响应国家“停课不停学”的号召，在现有教育资源平台的有力支持下才开始了网课教学之路，学校之前没有给出像传统教学对课程的质量评定标准，例如教材的选用、视频的质量、网课的组织和管理（签到和讨论）、作业的布置和批改，以及网络的测试和考核，都没有最终给出标准。

（5）学生组织和管理规范

疫情下学生都是在家里上网课，通过空中网络工具软件的组织，怎样才能有效组织学生？包括视频学习参与程度、学习互动环节等等，这些网课有效组织是一个新的教学研究课题。学生的听课质量也需要管理规范，例如：课前第一个环节教师用QQ 群进行组织学生签到，签到数据由平台给出，作为学生平时表现计入最后成绩评定；开课中第二个环节怎么加入平台的视频学习环节，可用网络课堂录播或直播屏幕共享收看方式，第三个环节教师与学生学习互动环节，问题提问、随机点名、在线讨论等，第四个环节课后作业巩固，怎样在线作业发布和批改作业等。

（6）学校职能部门的协调

学校的网络课程组织以及各职能部门的协调是教师网课实施重要一环，也是网课顺利开展的重要保障。具体内容包括：牵涉到课程的资源的发布，需要学校与第三方平台的数据衔接，并给予开课教师授权；学工老师组织学生加入QQ 群，教务组织学生加入选课系统，并提示未及时选课学生补选；教师组织学生注册平台和认证学生身份，在授课中督导对课堂的听课，等等。

2 混合式教学探索

在我们开课之前对现有的网络平台进行了一些功能的测试，考虑到了网络性能和各个平台的教学资源和功能，我们最后选择了线上混合授课方式，以及多个平台组合的教学方案。

2.1 线上混合授课方法与多平台组合的教学方案

第一线上混合授课方法包括：应用平台课件录播视频学习、屏幕直播方式学习、PPT 的直播授课方式等方法。第二多平台组合教学方案是指：利用多家网课平台的优势展开。例如：直播平台采用腾讯课堂、钉订直播等等，由于腾讯、阿里巴巴等公司的业界网络服务优势，在服务能力和服务质量上都有所保障；而课程资源还得选择专业网络教育平台，视频学习可以采用教育资源丰富的中国大学慕课，该平台是我国最早建设的网络教育平台之一，网课资源丰富，全国各大院校有9000 多门课程与它合作开设了慕课。也可以采用超星平台、雨课堂平台，等等，在这些教育资源平台上非常方便自建慕课课程，也可自建学校云SPOC 课程，更方便的是一键资源复制引入优秀课程资源，建设自己SPOC 课程（同步SPOC 和异步SPOC 课程）。

线上混合授课方法有如下三点优势。第一、丰富了网络课堂的教学手段，既可以引入优秀教师的教学视频，也可以直播自己有特色的教学内容，还可以提供丰富的PPT 动画效果，很好的利用了现代化信息手段，提高了课堂教学的生动性；第二，教学内容更加丰富了，不拘泥于一位老师、一本书、一种视频资源的教学，选择最好的教学资源呈现给学生，授课老师做好资源整合和组织学习与问题讨论，这也最新的教学改革探索的方向。第三，完善了网络授课的备选方案，当主要的授课方法受到了网络的卡顿影响之后，可以选择第2种授课方式，不会影响网络课程的整体进展，影响网络授课的因素有很多，例如，访问量过大导致带宽不足的因素，平台受到攻击安全的因素，还有学生端电脑和移动端手机性能的因素等。

2.2 教学资源先引用到自建开课策略

一门完整的网课资源比一门传统的课程资源要复杂。一门完整的网课资源通常包括课程大纲、教材、课件PPT、练习、单元测试、教案、根据知识点录制好的上百个短视频等等，与传统的课程资源最大的不同在于短视频的录制，这是一项非常复杂而又需要团队合作的工作。优秀课程短视频的录制工作包括：录播内容知识点的选择、录播稿的撰写，视频录播的设备，主讲人的形象包装，还有对录播稿的背诵，最后到整个录播视频的剪切合成和美工等等，在短时间内建设自己的慕课是非常难的事情，而引用已经建好的优秀慕课资源，在平台授权的条件下是非常好的选择。

从异步SPOC 课程到自建SPOC，并改革教学管理让学生适应自主学习。对于教师在短时间组织网络授课，视频资源是第一重要的事情，网络授课需要有完整的视频资料，而第1 次开设网课的老师，由于没有视频资料，这时可以采用优秀的网络教育平台，例如中国大学慕课，引用的方式分为同步SPOC 和异步SPOC 的方式。同步SPOC 方式是直接同步原来课程老师的上课时间同步展开，而异步SPOC 方式，也就是拷贝原课程老师的视频教学资源，快速部署自己的云校课堂，组织教学和学生自主学习，最后再添加直播形式，进行对教学内容的进一步学习互动和实践指导。当第2 次在网络工程专业开设云计算和服务器应用时，由于之前已经做了大量的直播录制，就可以自己组建网络课程了，再做好的视频组织和学习互动。

2.3 教学组织边开展边调整

在这次疫情下，学校也组织了两批网络课程，第1批网络开设为第1 周到第4 周，第2 批网络开设的时间为第5 周到第9 周。教学的组织也采用了边开展边调整的方式，对于第1 批采用征集网课的形式，对于有条件或者是有资源的课程先行开设，通过第1 批开设的网课，老师积累了组织和管理网课的经验，同时也熟悉了网络平台的功能。通过调整开课的申报和线上开课信息的发布，使得更有利于网课的开展。再组织第2批更大规模的网课开设。

3 创新虚拟仿真“金课”规划与实践

3.1 《云计算和服务器应用》网课实践

《云计算和服务器应用》课程本身需要的服务器资源和硬件设备，在疫情下这些条件都不具备了，我们的课程需要进行调整，采用了虚拟化的技术，在不能应用FusionSphere 真实部署情况下，采用VMware Workstation Pro 15.5 虚拟管理系统，虚拟出CNA 节点硬件资源，再虚拟安装CNA 镜像系统，产生虚拟化的CNA节点，然后再虚拟出VRM 节点硬件资源，并安装VRM镜像系统，产生Web 云平台管理站点，部署了华为云平台系统和系统的管理。下面图2 为虚拟管理系统下的CNA 和VRM 部署。

图2 虚拟管理系统下的CNA和VRM部署

针对于《云计算和服务器应用》在物联网专业开设实践，首先是在中国大学慕课平台申请网课资源，通过教务申请第1 批开设网课，并邀请学生加入教师课程QQ 群；然后组织学生平台注册和学生认证，接着老师进行对原课程资源的补充和适应性调整，并在开课前三天准备测试，组织学生2 次网课测试。第一次测试是针对是否加入平台和认证学生身份，测试中发现一些问题，例如：有些学生对平台多次注册和学生认证，拥有了2 个账号，到上课时两个账号同时存，而系统考勤数据显示这一学生有一账号未签到，造成了系统统计混乱问题，解决方法删掉一个并通知学生；再如，在QQ 群管理，学生的信息标注进行规范，采用学号+姓名的方式，并对加入群的人数进行统计，对未加入群的同学，通过辅导员通知补加，同时对于未加入群的同学，进行情况了解，是否是疫情重灾区的学生？特别是武汉的学生。第二次测试可以针对平台的功能，例如中国大学慕课平台，它的功能分成了两个部分，第1 部分功能主要是录播视频的学习，第2 个部分是移动端慕课堂的学习管理，如考勤签到、学习互动、问题讨论、课堂随机点名等功能。通过两次的平台测试，学生已经对网课有了基本的了解，以及熟悉了老师的课堂组织方式。图3 是云计算和服务器应用课程学校云课堂。

3.2 虚拟仿真“金课”规划

在采用VMware Workstation Pro 15.5 虚拟管理系统实践教学中，部署虚拟机CNA 和VRM 节点时发现对教师终端和学生终端电脑资源耗费很大，例如一个CNA 节点的创建需要至少8G 内存的资源设置，而VRM 节点也至少需要4G 内存，当部分学生碰到没有16G 内存和8 核CPU 的资源时，华为云平系统Fusion-Sphere 方案的仿真就不能开展了，因此，我们开始规划应用虚拟仿真“金课”的思路打造新技术网络课程。

新的虚拟仿真“金课”的规划。技术路线包括：5G的网络传输，4K 影像渲染和实时交互传输，远端VR 高质量影像实时输出。部署内容包括：把机房的场景进行虚拟化，对于云计算实验室的众多资源设备进行识别和影像数据采集，以及对设备的操作，屏幕的影像实时化传输，这样就可以实现网络异地学习，对于学生来说，可以身临其境的感受云平台的部署和设备的操作。2020 年5G 网络商用全面推开，相信我们的技术会得到进一步的应用，网络课程会变得更加生动形象。

图3 云计算和服务器应用课程学校云课堂

4 网络授课效果

对于网络授课，我们总结了有三方面受益和能力的提升。在疫情下，学生实现了停课不停学，学业得到了推进；对于授课教师通过网课实践，从教学资源的引用到自建，熟悉了网课部署，推动现代信息技术与教育教学深度融合；对于教育资源平台来说，完善了功能、丰富了课程资源，提高了服务能力，扩展了性能。

（1）停课不停学，学生积极响应

在疫情下通过网络授课，首先得益于学生的组织，在学生不能返校的情况下，有效的组织开设了云计算和服务器应用课程，实现了停课不停学，通过课程的开设，我们感受到了学生的积极参与的热情，他们克服了各种困难，例如网络堵塞、设备有限、家庭停电等不利因素，非常珍惜这来之不易的学习。他们在课堂表现积极，回答问题、参加讨论、课后作业提交都很积极，下面是他们的学习过程考勤记录，平台课件视频学习记录，参加学习互动记录，参加问题讨论记录。同时他们也学会了怎么样在网课下配合老师完成网络授课，教学效果好。图4 为网络授课学习互动记录。

图4 网络授课学习互动记录

（2）从引用到自建，教师熟悉了网课部署

教师通过从引用优秀的慕课的教学资源，到开设SPOC 课程衔接在校教学课程和管理。对教师，学会了怎样开展课程资源建设、使用视频录播工具、组织视频内容、串联网络课程、开展学习互动，等等，并利用移动端进行课堂组织和管理，例如慕课堂的考勤签、提问互动、学习知识的讨论、考随机点名，等等。当教师把网络授课平台功能掌握了，课程的资源内容组织了，也就掌握了一门网络课程的基础，当第2 次开设网络课程的时候，就可以自己建设网络课程了，也就实现了传统老师从线下课程进入到了线上教学转型发展，缩短教学差距，提高了在校师资教学水平，同时也推动现代信息技术与教育教学深度融合。

（3）网络教育平台的功能完善和性能提高

第3 个受益方是平台端，通过疫情的考验，全国大中小学全面开展网络课程，通过补强了服务器资源和网络带宽的性能，同时也培育了更多的网课授课老师，使得更多的优秀老师进入到了网课教学队伍，进而更丰富了平台的课程资源，也使得平台功能得到改善，服务水平大幅提升。

5 结语

疫情下，我们通过《云计算和服务器应用》课程的混合式网络教学方法的探索和实践，采用了虚拟技术部署云平台和资源管理，更进一步规划了虚拟仿真“金课”的技术路线和实现方法，为本课程在5G 商用网络到来时提供了技术支持，通过网课实践培育了更多教师的教学转型发展，丰富了教学资源，提高了教学水平，同时也推动现代信息技术与教育教学深度融合。