研学实践课程平台的设计与实现

刘新

一、背景与意义

教育部等五部委联合下发《关于大力加强中小学线上教育教学资源建设与应用的意见》，规范了线上教育教学资源建设与应用工作，明确了数字教育资源的重要价值，指明了未来线上线下融合的发展方向。以往的研学实践教育活动由于物理空间的限制，优质教育资源的服务范围有限，有机会参与首都研学活动的中小学生凤毛麟角，疫情等突发状况甚至导致线下课程无法开展。为实现“停课不停学”，让更多学生了解课堂外的知识，以“线上+线下” 实践教育融合发展，推动研学组织形式和管理模式变革创新，可以将北京特色研学主题线路整合成立体化线上数字课程，以云研学的方式在更大范围内做好北京地方文化的输出，服务更多中小学生，加快实现基础教育现代化。

北京市自动化工程学校是全国中小学生研学实践教育营地，承担着将首都优质教育资源向全国中小学生输出的重任，也是面向全国中小学生开展爱国教育的重要窗口。根据《中央专项彩票公益金支持未成年人校外教育项目管理办法》和2020年度预算安排，结合新冠肺炎疫情防控工作实际，开发研学实践课程平台。在信息技术飞速发展的大背景下，学校将通过研学实践课程平台的建设为全国中小学生构建全时空、泛在的云端研学空间[2]。通过研学实践课程平台，利用大数据等多种新技术，提高学生兴趣，全面记录学生的学习数据，建立全面、科学的教育评价体系，通过数据驱动营地教育质量的提升，进而构建可以不断进化的营地品牌课程。平台的课程资源库面向全市研学实践教育基地开放，有助于形成具有区域特色的课程共享共建共创平台。

二、平台需求分析

随着数字化时代的发展，传统的线下研学活动方式已经满足不了现代化信息教育的要求，因此需要研学实践课程平台推进信息技术与教育教学深度融合。通过课程平台，老师可以进行创建班级、课程编辑、作业发布、学生作品评价、数据共享等相关操作;学生可以及时关注自己的课程，如自主学习、课程作业、舆论教师交流等，方便快捷。后台管理人员对平台可以全局管理，为老师和学生授权账号、添加课程、添加班级等。

（一）总体需求

全国中小学生研学实践教育营地北京市自动化工程学校的研学工作，是由学校中小学生实践教育办公室、教务、专业教研室、学生科、校办、总务科、保卫科等多个科室协同工作，是学校为做好服务基础教育的核心工作。研学课程主题要体现北京地域特色，课程内容具有强交互性，通过平台实现北京地域特点和文化特色的研学课程资源共享，将北京特色研学主题线路整合成立体化线上课程，并与线下研学活动相融合，实现常态化的线上线下融合教学。本平台角色分可分为三类，即：学生用户，教师用户和管理员。根据调查研究，本系统教师用户需实现的功能有：师生建立关联、课程编辑开发、线上学习、学生作品评价和学习数据统计。支持学生与教学老师管理、权限分配、生成数据报告，为以后整个平台的改进与提升提供基础信息。

该平台应该具备以下主要几个角色和权限：

服务端系统管理员：系统的设置、调试和维护;

服务端账号管理员：负责管理和发放各端需要的账号;

最终客户端课程编辑人员：编辑教学老师和课程所需要的课程;

最终客户端课程审核人员：审核编辑提交的相关课程;

最终客户端授课老师：查看和教学已授权的相关课程、直播、创建班级、评价班级学生学习结果和上传的内容;

最终客户端学生：学习已授权的相关课程;

（二）设计目标

以平台为依托，以数字课程和学生数据为核心建设，以全方位多层次跨领域伴随性采集学生学习结果和习题的精准数据为载体，扩大优质教育资源覆盖面，实现资源共建共享、交流服务一体化融合。汇聚优质教育教学资源，利用3D、AR等信息技术，探索新型教学模式以推动信息技术与教育教学实践的深度融合，建立新型教育与学习方式。

三、开发环境及配置

课程平台客户端开发环境为：U n i ty3D+Vi s u a lStudio 2017，服务管理端为：Java+JSP，在搭建好服务管理端平台开发环境后，安装Eclipse IDE进行开发设计，数据库为MySQL。

（一）C/S+B/S结构

通过市场调研与需求分析，决定用C/S+B/S双模式结构，由于本平台最终用户客户端（学生与教学老师）需要使用的系统功能较多和有3D模型渲染需求，并对响应速度有高要求，安全性较好性能较高，因此最终客户端采用C/S架构非常合适;而服务端管理系统需要快速启动和运行，界面简洁，主要用于数据管理和展现，要求更新和维护方便，因此B/S架构非常合适管理服务端。最终用户客户端使用Unity3D进行开发，性能高效，编译后的程序可以在Windows、iPad、安卓等设备上均可以稳定运行，兼容多种设备类型，可以应对不同客户的设备情况。

（二）利用UGC模式

采用UGC（ User Generated Content，用户生成内容）的模式由教师和学生不断丰富课程内容，并通过云研学的形式面向贫困及边远地区学生提供免费研学课程，服务数万中小学生，促进优质教育资源普及共享，推进信息技术与教育教学深度融合，实现教育思想、教育理念、教育方法和教育手段等全方位创新。对于推动教育改革，提高教育质量，促进教育公平，培养创新人才和构建学习型社会具有重要意义。

四、平台总体设计

根据平台的需求分析和环境配置，进行分析设计整个平台的设计，需要满足不仅能创建自定义课程及资源内容，同时能够保证各类型格式的统一性。使教学老师和学生成为课程内容的使用者，同时又是课程内容的生产者;平台上所自有课程和共享课程均通过严谨的审核，并运用技术手段进行版权的保护，同时确保了内容的科学性和数据的安全性。

（一）平台逻辑结构

平台体系架构采用分層式结构，分为GUI层、业务逻辑层和后台管理系统，系统逻辑体系架构如图1所示。

（二）平台设计原则

根据学校师生与目标用户的操作步骤，保证平台运行的稳定性和安全性等，开发与设计包含以下几个原则：整体布局系统的架构，系统运行流畅稳定，优化用户的工作流程，简明易用，便于管理。

（三）网络拓扑设计

网络拓扑结构 如图2所示。

五、平台实现

研学实践课程平台构建研学创课及备课、研学课程展示、研学课程交互、研学活动辅助、研学课程学生学习、研学线上资源管理和后台管理数据安全运维七个子系统，实现校外研学活动与学校教育互补，通过课程平台实现地域特点和文化特色的课程资源共享，将特色研学主题线路整合成立体化线上课程及课件并与线下研学活动相融合，方便在疫情等突发情况下开展远程教学，推动信息技术与教学模式创新，推动形成“课堂用、平台用、普遍用”的信息化教学新常态[3]。遵循统一的数据标准与数据规范，能够与参与活动学校及当地教委的原有应用系统、新构建的应用系统之间进行快速、安全的数据交换。具备统一的安全服务体系，包括用户认证授权、应用安全、数据安全、系统安全、网络安全;确保整个平台在其生命周期中的可靠运转，提升研学营地的整体接待能力和优质资源辐射范围。

六、结语

通过分析，将研学实践课程平台按照最原始的方案产生，已经在投入试运行，提高研学实践教育活动的工作效率，将工作进行信息化管理。

构建研学云课堂课程群生态体系，以综合数字平台为依托，以数字课程和学生数据为核心建设，以全方位多层次跨领域伴随性采集学生学习过程的精准数据为载体，扩大优质教育资源覆盖面，实现资源共建共享、交流服务一体化融合。利用3D、AR等信息技术，探索新型教学模式以推动信息技术与教育教学实践的深度融合。通过研学实践课程平台的线上线下融合，关注学生的素质教育与主动学习的习惯，提升学生的核心素养和技术能力。汇聚优质教育教学资源，建立新型教育体系。