基于云计算的实训教学平台设计

陈文华

摘要：针对高校实践教学资源不足、理论与实际相脱离等问题，设计了一种基于云计算的实训教学平台。在分析实践教学需求的基础上，完成了平台模型设计和主要功能设计，该平台集实践教学安排、资源整合和虚拟仪器使用于一体，为实践教学的开展和课后实践资源的自由访问提供了便捷途径和有效手段，为实践教学的创新提供了借鉴。

关键词：云计算;实训体系;教学平台

1 高校实践教学现状

实践教学在整个高校教学体系中占据重要位置，是为学生连接教学课堂和未来工作岗位的桥梁，是人才培养模式改革的重点领域和关键环节。高校实践教学对于培养学生的创新意识、动手能力、实践技能等各方面的作用是其他任何教学形式都无法取代的。高等学校教学体系包括实践教学体系与理论教学体系，从目前的发展情况来看，实践教学是职业教育的重点和难点，也是职业教育的特色和优势。但实践教学成本高、分散性强，管理上存在诸多困难，主要问题有：

（1）实践资源不足。学校不断扩大招生人数，但建设资金相对有限，实训资源一直严重不足，实验室、设备器材建设难以跟上教学的发展需求。随着学校教育信息化的高速发展，网络数字资源和智慧校园建设如火如荼，但是实践教学却出现了捉襟见肘的尴尬局面。如何解决实践资源与生源同步协调发展问题，实现资源的重复利用，成为学校创新发展的研究课题之一。

（2）实践教学与课堂教学难以无缝衔接。受师资力量、教学场所、交通条件等多方因素的限制，教师的课堂理论教学和实践操作基本上各行其是，导致学生的实践练习滞后于理论学习，或是学生的理论学习不足以支撑实践练习，一定程度上违背了职业教育“知行合一、学做一体”的教学理念。如何更好地实现两者之间的完美融合也是学校当前需要解决的问题之一。

（3）实践教学环节落实困难。当前一些课程教学面临的主要问题是实践教学环节的有效落实困难。一方面，校内实践教学改革阻力重重，专业教师在各类教学比赛、信息化教学设计和教科研考核等重重压力下无心进行实践教学改革，因此实践资源自主建设精力投入不足，不能深入理解和重视教学计划的执行，对实践教学效果考核和评价缺少动力和抓手;另一方面，由于学校和企业各自的利益观不一致，校企合作的实践教学基地名大于实，建设成效很难达到实践教学质量要求，一些产学研合作项目流于形式，建立长远的校企合作机制任重道远。

针对以上困难，首先要解决实践资源不足的问题。信息化、云技术的发展为该问题的解决提供了可能。学校可以利用云平台加强实践资源的共享，特别是虚拟数字仪器和虚拟实验室的建设，其不仅明显降低了投入成本，而且充分利用互联网+实验室，构建“云平台实验室”，将实验数字化教学内容资源部署在云平台上，实现各种资源的整合与共享，提高虚拟仪器设备的操作效率和仿真效果，减少易损设备报废及安全事故的发生。学生可以随时随地使用手机、电脑等终端设备访问云平台实验室，提高实验室利用率和实践课程学习效果 。

在利用“云平台实验室”解决了实践资源问题后，还需要尽可能保障学生实践练习与理论学习的同步进行，真正做到“理实一体、学做融合”。针对实践教学与理论教学衔接不一致问题，学校可以在“云平台实验室”基础上，开发“实践教学网络平台”，将启发教育、信息搜集、在线课堂、自主学习、讨论设计、课后作业、答疑交流、测验考试等诸多教学内容灵活组合，贯穿于实验教学的整个过程，引导学生从注重分数向注重能力转变，全面提高实践教学质量。

其次，针对实践教学环节落实困难的问题，学校可以基于“云平台实验室”和“实践教学网络平台”的教学支撑，实现师生在平台上开展实验任务、课程设计、综合实践、毕业设计4个实践教学场景的课堂教学。通过虚拟实验环境、教学进度、教学内容资源的集成和综合运用，平台可以在不增加教师负担的前提下，构建起优化教师课堂教学、方便学生课后自主学习、培养学生创新实践能力的立体化实践教学体系，从而大幅提升学生的工程应用能力，提高项目化教学课堂质量。

2 平台需求分析

实践教学平台设计是践行实践教学方式变革的一种创新，目的是实现资源数字化、仪器设备虚拟化、实践操作在线化。平台通过对学生操作水平现状的分析统计，并结合教师评判，实现对实践环节質量的把控。实践教学平台为学生和教师搭建了一个良好的交互平台，教师与学生在教学任务实施中可以通过平台加强师生的交流与互动。

构建基于云计算的实践教学平台，目的是将数字化实践教学内容资源部署在云端，利用云计算机的特性，提高资源使用率，降低存储成本。在传统实践教学管理过程中，均由教师自行处理实验数据，必定会出现评价标准不一、实践效果评价比较随意的情况。在使用云平台后，整个平台可以通过构建数据中心，将实验实践相关的数据和评价指标标准化。平台通过云盘将相关数据保存到数据中心，从而实现对实验数据的科学管理，确保各种实验数据在使用过程中的便捷性与安全性，实现了评价结果的权威性和公正性。

师生在实训过程中，可以实时将相关操作数据存储于云平台。当师生需要使用云平台的数据资源时，只需要通过云计算终端登录到系统平台即可。为保障资源的利用率与安全性，平台可根据用户角色和请求将有限资源分配给用户，在保证完成实践操作任务的同时，也保证了其他资源的合理利用和访问安全。在实训任务结束后，使用人员通过云端可以将这些实验结果数据和一些有价值的再生资源存储到云存储设备中，以便统计分析和学习推荐。

3 平台功能设计

云实践教学平台系统包含管理员、教师、学生组长和学生4种角色。管理员实现项目资源管理、实训人员管理、类型管理、日志管理、教学数据统计等功能。教师实现项目发布与管理、资源建设与管理、教学管理、作品管理等功能模块，每个模块都有相应的流程和操作模块，例如项目管理包括项目设置、项目分组、任务安排、学习内容、评价设置、时间设置等。学生登录平台后可获取学习任务、项目任务;提交项目开发日报、纪要、项目讨论、项目总结;熟悉项目开发规范、流程并进行项目开发;还可进行技能测评，准确掌握自身岗位胜任能力。图1是平台功能模块示意图。

4 平台架构设计

实训教学平台基于校园云平台，充分利用现有的校园资源，在学校对整个信息门户系统进行云端化部署的基础上，利用云平台的高可伸缩性配置实训教学平台，以满足应用和用戶规模增长的需要。学校通过校园云平台，实现统一身份认证与统一授权管理、共享数据中心建设，进而实现实训教学平台的高性能存取服务建设。

图2为校园教育云平台的示意图。考虑到不同学科对实践教学不同的要求，需提高实践教学平台的可适应性和扩展性服务，因此采用MVC三层架构方式以及中间件技术，将整个系统分成视图层、业务层和数据层3个部分，通过定义各层之间的接口，实现层与层之间的耦合，遵循高内聚、低耦合的设计原则，提高软件的重用性、可维护性与可扩展性。整个平台架构具有处理实验业务迅速、各服务接口灵活、功能模块构件化等特点。

（1）数据层：此层存储平台的所有数据，对外提供数据处理服务，如表操作和存储访问等，封装了课程数据和师生数据、虚拟仪器数据、管理分析数据及数据访问组件、业务数据组件、数据接口等。

（2）业务层：业务层是整个软件系统的中间层，连接视图层和数据层，包含各种业务逻辑，提供课程业务组件、用户业务组件、任务业务组件、管理业务组件、报表业务组件、参数业务组件等组件访问。

（3）视图层：也就是用户界面，主要由窗体和控件实现，包括课程管理视图、用户管理视图、任务管理视图（由实验课、课程设计、综合实践、毕业设计4个实践教学场景组成）、系统管理视图、统计报表视图、参数管理视图等交互界面。

5 系统类库设计

5.1    实体关系设计

实体关系设计是平台数据库设计的关键工作之一。根据实践教学过程的操作，结合前期的需求分析以及功能目标的定义，完成的系统ER图。

5.2    类库设计

平台的类库封装了相应的业务操作，方便灵活调用，其核心类库主要有边界类库、业务类库和数据库访问控制类库。这3个类库分别对应3层架构中的视图层、业务层和数据层，其中业务类库联系视图层和数据访问层，接收用户在边界类库中的操作，处理边界类库的业务;数据库访问控制类库接收业务类的访问调用，根据业务类的请求进行业务数据处理、管理和操作数据库。

6 结语

本文针对实践教学资源匮乏、分散性强、管理困难等难题，以数字化教学内容资源和虚拟仪器为基础，构思了一个基于“学校云”的“云实践教学平台”。该平台采用三层结构化顶层设计思想，结合虚拟实验环境，实现教学安排、教学内容资源的高度集成，可以在不增加教师负担的前提下，提供有利于教师课堂教学和学生课后自主学习的实验环境，培养学生的创新能力和实践技能，最终到达显著提高项目化教学质量，助力学生提升工程应用能力的目标。

[参考文献]

[1] 周建功，陆敏，郭锟.基于ITIL的电子政务云运维体系建设研究[J].中国科技纵横，2017（18）：15-16.

[2] 周明莉.数据仓库系统的测试工具开发与实现探究[J].知识文库，2017（14）：257.

[3] 高小鹏，阮帅，于福洋，等.基于教学数据的课程关联挖掘研究[J].计算机教育，2018（3）：84-88.

[4] 张颖，凌仕勇.VDI+VOI融合的多媒体教室桌面云设计与实践[J].实验室研究与探索，2017，36（10）：145-148.

[5] 薛嘉睿.石油厂房土建施工监理的信息化管理研究[J].中国管理信息化，2018，21（2）：42-43.

[6] 程强，顾新，全力.知识链的知识协同模式研究[J].图书馆，2018（3）：44-48.

[7] 施世兴，陈国宏，蔡彬清.基于阶层线性模型的知识共享行为机制研究——以事业单位为例[J].科技管理研究，2018，38（2）：139-147.

[8] 伍茜溪.供给侧视角下经济发展新动能培育探析[J].云南财经大学学报，2018，34（4）：11-19.