大规模在线开放课程在高职实训中的应用

武玉坤，徐浙君，姜浙炜，庞春雨

（1.浙江邮电职业技术学院 人工智能学院，浙江 绍兴 312366；2.深信服科技股份有限公司，广东 深圳 518057）

0 引言

MOOC（massive open online courses）在我国高等教育中掀起了新一轮教学信息化改革浪潮。在新一波改革浪潮的冲击下，高校、科研院所以及教育机构纷纷开展了基于MOOC的教学改革探索与实践。MOOC的到来将促使高等职业院校传统综合实训的教学模式发生变革，这既是挑战也是机遇[1]。

MOOC的以下优势是引起重视的主要原因：①教学资源和学习工具的多样性。在线开放课程整合多种形式的数字资源和网络工具，形成了多种课程资源和学习工具。②课程易于使用。开放在线课程让世界各地的用户可以通过互联网学习国内外著名高校提供的优质课程，打破传统课堂的时间和空间限制。③课程受众广泛。大量的MOOC用户可以在线同时进行学习。

MOOC对高职院校具有重要意义：①为高职院校学生提供优质免费的教学资源。大规模开放在线课程的引入可以弥补高职院校在师资力量和教学资源方面的不足[2]。截至2017年，中国高校大约有1400多门大规模在线开放课程，这些优质的课程资源将会助力高职院校的教学与科研。②学习方式适合高职院校学生。由于MOOC的开放性，学生可以通过各种电子设备参与到课程当中来，不受时间与空间的限制，最大限度地利用碎片时间来提高学习效率。

虽然大规模开放在线课程给高职院校带来了诸多益处，但很多课程并不是针对高等职业教育的，这些课程偏理论轻实践，课程的内容大部分都是根据章节录制视频、制作电子教案、试卷试题等。在线开放课程中缺少试验环境，缺少适合高职院校学生的实训项目，这并不利于高等职业教育的培养目标，即培养高技能型人才。本文针对这个问题，以浙江邮电职业技术学院信息安全技术应用专业的网络安全运维课程为例，通过虚拟仿真技术在课程中设计了试验环境，重点解决了大部分在线开放课程无法进行实践实训的问题。

本文的组织结构为：第一部分简述了大规模在线开放课程的概况；第二部分分析了高职院校实训教学模式存在的问题；第三部分介绍了基于虚拟仿真实验的大规模在线开放课程的设计实现；第四部分给出了在线开放课程在综合实训中的效果分析。

1 高职院校校内实训教学模式存在的问题

随着国家对职业教育的重视，在高职院校中的投入也越来越大。但也还存在着管理模式落后，实训场地、设备短缺，学生动手能力差，在线开放课程不适合高职实训等问题。

1.1 综合实训管理模式相对落后

目前，我国许多高职院校对综合实训的管理不够重视，关于综合实训的制度不完善，实践教学的管理与评价体系不存在，实训中的硬件设备与软件平台不均衡。高职院校在实训课程中的主流思想仍然是把理论教学放在重要的位置，实训教学的课时不能满足教学需要，而且教学方法非常有限，这将导致高职学生无法适应职业岗位的实践需求。

1.2 实训场地、设备及“双师型”实践教师紧缺

随着高职院校的持续扩招，学生人数的猛增，我国很多高职院校因经费问题存在着缺少实训场地、实训设备不齐全、缺少完善的实验环境和缺乏相应的实训资源等问题；同时目前高职院校的教师大都是从科研型高等院校招聘的研究生，缺乏既懂教学又懂工程实践的双师型教学教师。不少实训教师仅有高校教师资格证，但缺少所授课程的专业资质，如信息安全工程师、高级程序员等证书，也没有实际工程经验。

1.3 学生动手实践能力差

学生普遍具有重理论轻实践的思想，在实践课程上懒于动手，而分析问题以及解决问题的能力都是在不断地动手实践中养成的。同时，由于实践性教学资源的匮乏，学生更不愿意自己去寻找实践性课程资源，只是从书本上一知半解地了解了项目的实施过程，并没有真正体会到项目的真实意图。

1.4 在线开放课程缺乏实训试验

当前很多高职院校的实训模式就是案例教学，而且很多案例的内容与最新的技术实际相脱离，实训之后，学生并没有达到职业岗位所需要的实际能力要求。大部分的在线开放课程都缺少实践环境，都注重理论的讲解与分析，设置在线试验的在线开放课程少之又少，很多课程网站都只有单一的模板[3]，这违背了高等职业教育培养高技能型人才的初衷。

2 网络安全运维精品在线开放课程的建设

2.1 建设理念

为了使大规模在线开放课程适合高职院校的综合实训，我们联合深信服科技股份有限公司共同开发了一套基于虚拟试验环境[4-5]的在线开放课程。该模式将会改变传统的以实验室和校内外实训基地为中心的教学模式，在线开放课程主要设置短视频、讲义、虚拟试验环境、讨论区等。短视频与讲义主要是辅助学生预习、学习、掌握最基础的理论知识；最重要的是虚拟试验环境模块，在该模块中设置实训内容、操作细节、注意事项等；讨论区主要是用来让教师布置作业，学生提出问题等。

“网络安全运维”是信息安全类专业实践教学环节中的专业必修课程，也是信息安全技术应用专业学生学习网络安全攻防实战等专业课的先导课程，是专业基础知识与工程实践的纽带[6-7]。课程设计以学生为主体，以就业为导向，结合行业典型的工作岗位需求和高职教育的教学特点，突出岗位核心能力的核心技能课程，通过产教融合、校企合作等形式，构建具有偏实践、偏工程特色的课程内容和教材体系。促进行业企业参与职业教育人才培养全过程，以项目为引领，实现教学内容与技能标准对接，同时体现教学内容与职业标准的契合性。通过详细和全面的职业技术实训项目，促进学习者的技能实践能力和职业素养的提高，帮助学生积累实际实践经验，体现职业教育的特色，全面提高学生的职业道德、职业能力和综合素质[8]。

2.2 基于虚拟仿真实验的在线开放课程设计

2.2.1 在线开放课程系统架构

在线开放课程以虚拟仿真系统为基础，虚拟仿真系统产品架构层次可分为基础硬件设备层、虚拟化内核层、虚拟化服务管理层、云资源服务管理层及业务层，系统架构如图1所示。

图1 系统架构

（1）硬件基础设施层：包括服务器、存储、网络等基础硬件设备，提供硬件支撑。

（2）虚拟化内核层：基于不同的虚拟化技术，实现硬件基础设备即计算、存储和网络的虚拟化。

（3）虚拟化服务管理层：计算服务对虚拟机整个生命周期进行管理，网络服务提供虚拟机的网络分配及负责外网络与内网络之间的通信，存储服务负责对虚拟机的存储资源进行分配管理。

（4）云资源服务管理层：与虚拟化管理服务层对接，以平台化方式整合计算、网络、存储服务，以直观的方式展现、简化操作项目。

（5）业务层：本层业务包括信息安全教学云实训系统、信息安全教学云实训系统与应用及其他案例驱动的多种系统提供教学、实训等环境。

2.2.2 网站系统功能

图2 系统功能

网络安全运维在线开放课程以教学云实训系统为主，提供教师管理和学生实训两大方向，易于教师组织实训课程，方便学生学习信息安全基础课程和核心课程。作为信息安全技术的教学实训系统，实训管理功能使师生之间的交流和沟通得到加强，教师对学生的实训指导更加便利，学习效率得到成倍提高。资源监控和虚拟机模板功能提供实时监控主机和每个虚拟机的运行状态和资源利用率，实训指导书、实训视频等都嵌入到平台中，这种全新的教学实训环境为教师和学生提供了便利[9]。在线开放课程的教学资源主要是简短的教学视频—“微课”。我们的教学视频主要是为特定的技能点制作，而不是像其他在线开放课程以知识点为单位去制作，时长一般为7～8分钟。视频具有播放、暂停、回放等功能，便于学生在自主学习过程中记录学习笔记和反思学习内容。信息安全教学云实训系统设计更加贴合教师的教学模式和学生的学习模式，在此基础上进行创新，结合虚拟化技术，将功能进行细分，整体上提供师生界面友好、体验效果佳的实训系统。为更好地突出教学实训，将各部分管理功能进行顺序细分，使师生通过目录布局就可以了解实训操作顺序，一目了然，旨在减少操作平台的时间，更加注重教学实训本身。

2.2.3 教学组织形式

在线开放课程中的教学实训系统模拟真实企业生产环境，使学生可平滑接入工作岗位，由浅入深循序渐进地学习信息安全知识。学期开始教师就完成相关实训课程授课计划的制定，并将本学期实训内容所需的学习资源和实训计划通过实训系统进行管理和发布，实训任务发布之后，学生就可以进入系统预习实验内容。实验过程中，教师会给每位学生分配实验虚拟机，针对课程与实验，全程提供实验配套指导书、教学PPT、推荐课程教材等平台教学资源；实验结束后，学生需提交实验报告，系统评判发布之后，学生即可查询成绩明细，并可预习下一次实验。

这种教学组织形式，师生角色互换，教师在教学活动中由演员转变为导演，学生则由观众转变为演员。教学的整体进度由教师负责安排，学生可根据自己的学习能力安排自己的课程进度。在线开放课程翻转课堂的教学模式可以让学生在教学过程中有更多的自由，真正实现以学生为中心的自主化、个性化学习[10]。学生通过Web接入试验环境，启动教师分配给自己的虚拟机资源，然后根据在线实验指导书的步骤进行实验，实验完成后可以上传实验文档交由系统评估打分。

2.2.4 授课计划管理

授课计划总体上在教学实验环节形成闭环，高效管理。教师可进行实训教学任务发布、确定实验时的课程任务发布，直至学生实验后的实验报告和发布成绩。教师在课程规划时，便可将本学期实训的全部实验资源导入系统，并将本学期全部实验进行顺序安排；当学生需实验时，教师可提前发布多次课程任务；学生实验结束后，提交实验报告，系统即可进行评估和评分。

2.2.5 实训实验流程管理

对学生而言，实验为重点，学生连接至系统后，便可按照教师设定进行实验，可远程接入也可通过Web界面连接，通过内置的实验指导手册、视频等资源，按操作步骤进行实验，达到在学中做、在做中学、以学促做、知行合一的学习效果。完成实验后填写实验报告，提交即可。操作简单，流程清晰，专注实验，实验管理流程如图3所示。

图3 实验管理

3 在综合实训中的应用效果

为了验证本文设计的基于虚拟仿真实验的大规模在线开放课程的应用效果，我们选取分院的信息安全专业的两个班：信安201班(49人)与信安202班(48人)两个平行班进行了比较。其中信安201使用开发的在线开放课程，而信安202采用原来的实训方式即案例实训方法。主要从试验完成率、作业提交比例、视频观看比例、学生提问问题数量、总评成绩五个方面进行了比较。结果如表1所示：

表1 两个班级实训效果比较

从表1中可以看出，应用了在线开放课程班级的实训效果超过未采用在线开放课程的班级。特别是在试验完成率方面超过14%，这主要是由于基于虚拟仿真实验的在线开放课程设置了方便的实验环境，便于学生进行实验。同时信安201班在作业提交比例、视频观看比例等方面都超过了信安202班，这也是因为在线开放课程在作业提交、视频观看、提问问题方面都设置了比较方便学生操作的作业版块、基于技能点的短视频、问题讨论区等模块。通过开发这些便于学生操作模块，教学模式变为以学生为中心、教学目标更加明确、也降低了学习者的认知难度，极大地提高了学生学习的积极性与兴趣，从而在总评成绩方面也有巨大的提高。

4 结语

本研究通过对高职院校综合实训中存在的不足进行分析，提出一种新的大规模在线开放课程的设计理念，并以信息安全技术应用专业的学生为试验对象，验证了基于虚拟仿真实验的在线开放课程的实训效果。结果显示，其在作业提交率、试验完成率、视频观看率、提问问题数、总评成绩等方面都取得了较好的效果。下一步我们将联合行业企业等，进一步完善在线开放课程，并且在更多的学生中进行推广与验证。