基于云计算的网络实践教学云平台设计与开发＊

宋荣

（江西交通职业技术学院，江西南昌 330013）

教育部门对各大院校的实践教学体系建设提出了要求，并强调线上实践教学体系的打造。因此，各大院校开始积极建设网络实践教学云平台，利用现代化技术，确保实践教学资源的共享和应用。Spring MVC框架具有强大的数据集成和共享功能，基于该框架开展云平台的建设，通过需求设计、模块设计、数据库设计方法，确保平台在网络实践教学中应用科学、稳定。

1 平台需求分析

1.1 用户需求

高校在实践教学模式打造过程中，尝试将网络教学模式与实践教学模式相融合，开发实践教学云平台。平台需要满足大量数据的集成功能，且需要具备用户权限、用户模块的分配工作。基于Spring MVC 框架构建实践教学平台，主要目标用户分为教师、学生、管理人员。不同用户在系统平台中拥有不同的操作权限。教师拥有资源创建、资源共享、资源上传的权限，经过系统后台审核之后，可以将资源储存到数据库之中，用于指导学生开展具体的实践教学活动。同时，教师在登录到平台之后，可以查看学生的资源使用情况，根据课程内容、课程模块，查看具体实践课程的计划，建立虚拟实践课堂。在实践教学之中，教师可以提前登录平台，设置平台录像功能、学习时间要求等，并在平台之中与学生之间开展交流[1]。

系统管理人员具备数据维护、数据审核等权限，主要负责系统的安全性管理和拓展性管理。管理人员可以登录账号进入到云平台后台开展数据资源增删工作，同时可以审查教师和学生是否存在违规操作等行为。管理员在系统中拥有最高权限，具备审核、查阅、权限配置等。

学生在系统之中具备信息查询、资源使用、资源下载、信息反馈等相关权限。学生可以根据教师发布的资源信息、建设的实践教学模块等，按照教师要求将实践作业上传，并完成教师所颁布的实践学习任务，反馈教学成果。学生可以在终端设备或者PC 端设备中登录系统，在输入学号、密码之后，进入界面后可以完成课程查询、课程实践等相关操作。

1.2 功能需求

网络实践教学平台建设旨在打造数字化的教学资源，实现学生实践操作的在线化、虚拟化。教师作为平台资源的创建者和上传者，可以根据实践课程教学具体要求，有选择性地上传资源。系统配置虚拟化平台，教师在打开虚拟平台之后，学生可以在虚拟场景中使用实践操作所需的仪器和设备，并通过在线操作完成实践过程。因此，通过对平台系统的总体功能分析，其主要具备以下3 个功能。

第一，平台具备资源库管理功能。可以支持相关人员的资源上传、增加、修改工作，并可以对资源进行统计和审核，以可视化的方式将资源模块展现出来。用户将资源上传到指定模块之后，学生可以在相应模块中检索和下载实践学习所需的资源。

第二，平台具备虚拟化的设备管理功能。平台可以通过部署虚拟机、构建虚拟机的方式，统一开展虚拟机的开关操作、更新操作。同时，平台具备虚拟机检测功能，可以根据课程教学任务实现个性化的虚拟场景建设，满足教学实践中虚拟分配、虚拟建设的要求。

第三，系统具备教学功能。可以用于实践教学活动的管理，并组织实践教学活动的开展，学生的基本信息和课程学习数据可以储存到云平台之中，并根据用户的操作需求，将平台系统中的资源分配给用户，确保资源分配的合理性。用户在完成实践操作的同时，确保访问的安全性。

2 系统平台架构设计

基于平台所应具备的相应功能，设计系统平台架构。系统架构设计采用三层设计方法，应用MVC 结构方式，确保可以满足不同学科、不同课程的实践教学要求。同时，设计的架构具有强大的适应性和拓展性，在稳定性上也需要得到保障，基于MVC 架构及中间技术的应用，整个平台架构共计分为3 个层级：第一个层级为视图层，主要负责资源展示、模块展示；第二个层级为业务层，主要负责业务权限操作及业务整合；第三个层级为数据层，主要负责资源储存、分配和管理。

在系统平台架构设计过程中，通过定义层级结构的方式，实现层级之间的耦合，确保平台中的资源具有重用性。用户基于平台可拓展性，根据课程的开发打造模块。使用MVC 框架可以确保实践教学中业务要求的快速响应，且功能模块构建更加灵活。具体框架中各层级模块如下。

数据层：数据层配置相应的数据库，用于储存学生的基本信息数据、实践教学资源数据、课程资源数据等，具备数据访问日志储存功能。数据层主要为实践教学中的数据资源传输、上传、处理提供相应的服务，并通过数据封装的方式，管理各类数据。例如，数据层可以提供储存数据访问功能，教师封装上传的课程实践资源数据，学生在相应的模块中下载和使用。针对平台虚拟操作功能，将虚拟设备数据、访问组件数据、业务数据、接口数据等进行封装处理，确保数据的可应用性和安全性[2]。

业务层：业务层则采用落实控制的方式实现实践教学业务的建设与打造。业务层是实践教学云平台设计的中间层，是连接视图层和数据层的中间环节，根据实践教学逻辑，为用户提供相应的业务服务。课程业务组件会根据课程类型、课程性质，为用户提供相应的课程资源服务。用户业务组件根据用户的权限，分配不同的模块，配置不同的功能按钮，实现业务的合理分配。任务组件、报表组件、管理资源、参数组件等应用根据用户的实际访问需求，实现不同的业务功能，辅助开展实践课程教学工作的开展。

视图层：视图层主要是实践教学平台的可视化展示，按照功能页面划分可以将视图层分为登录界面、管理界面、课程界面、报表界面、交互界面等。不同界面展示不同类型的数据资源，并配置相应的功能性按钮，用户在点击按钮后可以切换至其他视图界面之中。其中课程管理视图将不同的课程名称、课程编号、课程图像等进行展示，用户管理视图界面主要用于显示用户权限、信息，任务管理视图主要用于课程的设计和实践教学场景的生成。视图层是用户实现相应操作功能的基础，具有显示、交互等作用。

3 系统平台数据库设计

3.1 数据库设计流程

数据库是资源储存和资源共享关键。实践教学平台设计与开发应合理利用数据库，确保系统的运行稳定，保障实践教学资源检索功能、共享功能的实践。数据库建设共计分为以下5 个阶段：①需求分析阶段。根据实践教学云平台的功能需求、用户需求，建设数据库框架，用于相应用户的相关操作。②根据数据抽象，建立系统概念模型。③明确实体与虚拟之间的转化关系，构建转化体系。④优化数据储存结构和储存方法，设定数据存取模式。⑤根据平台实际功能需求，导入数据信息资源。⑥数据库日常运维管理。

数据库主要用户包括教师、学生、管理员3 类。在实体权限分配上，将实体属性、虚拟属性之间的关系进行分配，构建关系模型，并使用数据表的方式表达出来[3]。

3.2 数据库E-R 图

在数据库建设过程中，主要基于E-R 图实现实体间的信息联系。通过E-R 构建的方式，明确了事物之间的相互联系，使得用户可以更加快速、便捷地理解信息描述内容。目前，E-R 实体关系图的建设主要应用DBMS 形式，以此保障基础数据结构的科学性和稳定性。实践教学云平台中的实体包括课程信息实体、用户实体、实践实体、课表实体、文档实体等，不同信息实体之间的E-R 模型图存在一定的差别。以交流内容信息实体为例，构建的E-R 模型图中包括教师编号、学生编号、信息记录3 个部分。课程实体信息则包括课程编号、课程名称、课程类型、课程简介、课程时间等几部分。基于E-R 图构建各数据信息之间的实体关系，从而建立课程信息表。本平台数据库使用SQL 数据库，并在数据库之中输入和建立数据信息表，用于具体的权限分配和数据提取。数据信息表包括课程资源信息表、教师基本信息表、学生基本信息表、管理信息表等。明确数据库中不同信息表中的字段名称、数据类型、数据长度、类型等。例如，教师信息表中的字段名称为Teachearbh，数据类型为VARCHAR，长度为10，键型为主键。课程资源信息表中的课程编号及课程名称的字段为Contestid 和Contesname，两者的数据类型均为VARCHAR，数据长度均为10[4]。

3.3 类库设计

实践教学平台类库封装了相应的业务操作，方便在实践教学之中灵活应用。核心类库的建设将边界类库、业务类库、数据类库融合，用于数据库的访问控制。3 个类库在结构上与平台框架层级之间相互对应。业务类库主要对应平台系统之中的数据层、业务层，响应用户在系统之中的操作行为，当用户在平台上点击相应的模块之后，边界类库会收到用户的命令请求，处理相关的业务。数据类库主要用于访问控制，通过对访问权限的调度、配置，实现对业务的调整，并根据业务指令处理相关数据信息。

4 平台功能设计与实现

4.1 整体功能设计

系统平台设计将实践课程教学作为主要依据，结合系统的功能需求、用户需求，完成教学平台的功能设计。云平台系统的角色包括教师、学生、管理员3种，在功能实现上，管理员主要开展平台中的项目资源管理，负责数据的统计工作，其中包括教师和学生在业务操作过程中所产生的日志数据等。教师主要负责实践项目资源的发布与管理，将数据资源应用到具体课程的实践教学之中，并综合管理学生所完成的实践作品。每个用户在功能模块的操作中均基于平台预设的逻辑流程。按照功能模块框架开展实践项目建设、任务分配和任务安排等工作，并对学生完成的实践作品进行评价。学生在登录到云平台之后，可以在对应课程的模块之中获取相应的学习任务及项目任务，提交实践项目的纪要，并在平台之中讨论和总结项目的成果。根据云平台对学生实践成果的评价，学生可以了解自身的实践技能掌握情况，判断自身能力是否胜任相应的岗位。

4.2 功能模块设计

系统平台配置相应的模块，用于支持实践教学项目的开展。系统主要功能模块包括资源管理模块、课程管理模块、文档管理模块、信息交流模块、教学模块等几个部分。教师在平台中主要进行相应功能模块的操作。例如，在资源管理模块中，教师在界面输入账号、密码登录到系统之中后，点击课程模块按钮之后，可以将文本资源、图像资源、视频资源等上传至对应的模块之中，进行相应信息的编辑、删除、上传等。在课程管理模块之中，不同课程教师负责不同模块的建设，根据本校的实践教学要求和实践课程内容，组织开展专项实践课程教学工作，设置课程的开放时间、开放对象等。信息交流模块主要根据不同实践课程的要求，在对应课程下设置讨论区，学生可以在该模块之中表述自己在实践项目参与中所遇到的问题，与教师在平台中进行双向沟通。

5 系统测试

5.1 功能测试

建设完成系统平台之后，需要结合实际教学情况及平台功能设计要求，测试平台的功能是否可以满足实践教学活动开展的需要，测试平台中存在的问题，并通过代码修正、关系修正的方式，对网络实践教学平台进行功能完善。在开展功能测试过程中，主要评价功能界面是否正常显示、平台系统架构是否安全稳定、各功能模块是否对应业务关系。根据平台设计目标，采用针对性用例测试方法，对各功能用例开展评价。当测试阶段发现用例功能显示为无效数据，或者显示出现错误信息时，则需找出影响功能的相应节点，采取修补措施确保功能的完善。测试过程中输入有效数据后，会获得实际结果，通过对比预期结果的方法，开展功能性测试工作，确保系统平台功能可以满足用户的实际要求[5]。

5.2 集成测试

平台集成测试则主要针对系统及功能模块开展，根据设计目标、目标对象，判断各接口之间的数据传递是否良好，是否存在丢包的情况，各集成模块之间的整体功能是否完善。通过功能结构和体系结构的划分，可以采用分解描述、接口描述、关系描述的方法，判断需求与模块之间的连接是否良好。

6 平台设计重点及要点总结

6.1 授权机制设计

在对本校网络实践教学平台进行设计的过程中，平台设计的核心重点在于如何根据目标对象配置不同的访问权限。管理员具备后台数据访问权限，教师具备资源上传权限，学生具备业务操作、作业上传等权限。在用户权限分配过程中，主要根据用户的登录名称、账号信息等验证结果，配置不同的用户权限。数据库中储存教师、学生、管理员的基本信息，并配置相应的信息表，用户在登录界面中输入账号、密码之后，会根据用户角色类型，验证输入账号密码是否正确，验证成功之后会跳转到相应的界面。用户在访问平台数据库中的资源时，可以根据用户角色跳转到不同的界面。例如，教师和学生在系统中拥有的权限不同，在登录课程资源模块时，教师跳转的授权界面具备资源上传模块，学生则不会出现该模块按钮。因此，平台设计的重点和要点是对授权机制的完善，应用数据信息表，可以解决该问题，确保网络实践教学项目的有序开展。

6.2 功能模块设计

功能模块的设计是网络教学实践平台设计的核心内容，考虑到不同课程教师、学生对平台功能需求差异。需结合高校的实践课程类型及实践课程项目内容，有针对性地打造教育模式。因此，平台功能模块设计需要同时考虑到实践课程教学的共性与个性需求，结合高校的实际工作综合处理，并确保功能模块的可拓展性。这就需要维护人员在长期实践中不断对功能属性进行调研，不断修正功能模块。

6.3 功能集成测试

功能集成测试的目的是判断平台开发建设是否可以满足安全性、稳定性、功能性的要求，通过问题查询的方式不断完善系统。采用用例测试的方法，在功能测试和集成测试过程中，找出是否存在问题。并利用自动化程序开展压力测试工作，构建长效压力测试用例机制，这是课题研究接下来需要重点考虑的内容。

7 结束语

综上所述，本课题研究开发的网络实践教学平台主要目标用户包括教师、学生和管理员3 种，各登录窗口人员拥有不同的操作权限。经过功能测试和集成测试之后显示良好，测试结果科学、可靠。系统基于MVC 框架形成了业务层、数据层、视图层，各层之间的耦合性良好，业务响应迅速，数据库则使用类库设计方法，建设访问控制类库，确保数据库切实响应用户需求。