職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的支撐技術(shù)*

曹育紅，袁南輝，毛俊程

(1.廣東技術(shù)師范學(xué)院 教育技術(shù)與傳播學(xué)院，廣東 廣州 510665；2.廣州一學(xué)就慧軟件技術(shù)公司，廣東 廣州 510623)

職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的支撐技術(shù)*

曹育紅1，袁南輝1，毛俊程2

(1.廣東技術(shù)師范學(xué)院 教育技術(shù)與傳播學(xué)院，廣東 廣州 510665；2.廣州一學(xué)就慧軟件技術(shù)公司，廣東 廣州 510623)

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的云平臺(tái)是職業(yè)技能傳承過(guò)程中教育資源服務(wù)于大規(guī)模用戶(hù)群體、支撐海量數(shù)據(jù)有效匯聚的關(guān)鍵。智慧學(xué)習(xí)構(gòu)建的支撐技術(shù)是實(shí)現(xiàn)職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的基礎(chǔ)。該文在闡述智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的內(nèi)涵基礎(chǔ)上，利用云平臺(tái)第三方AppScale開(kāi)源解決項(xiàng)目搭建職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境云平臺(tái)，通過(guò)構(gòu)建服務(wù)器集群、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施，在物理服務(wù)器上部署虛擬化組件Xen以及云計(jì)算管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)虛擬資源池的管理和按需提供服務(wù)。采用動(dòng)作捕捉技術(shù)記錄學(xué)習(xí)者在知識(shí)獲取、技能傳承互動(dòng)、技能協(xié)作實(shí)訓(xùn)等過(guò)程，采用信息物理系統(tǒng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的互聯(lián)與深度融合，采用大規(guī)模流媒體技術(shù)以Adobe Connect為底層支撐，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)管理、學(xué)習(xí)內(nèi)容管理等服務(wù)功能。

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境；云平臺(tái)；情景識(shí)別

一、引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)領(lǐng)域?qū)臉I(yè)者的職業(yè)技能、學(xué)習(xí)技能和創(chuàng)新技能提出新的要求，其發(fā)展趨勢(shì)就是要建構(gòu)與之相適應(yīng)的職業(yè)技能智慧傳承環(huán)境。目前在行業(yè)領(lǐng)域沒(méi)有產(chǎn)生大規(guī)模的職業(yè)技能傳承轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散，其主要原因是缺乏知識(shí)傳承擴(kuò)散的相關(guān)條件而使職業(yè)技能傳承停留在師徒范圍內(nèi)。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和高新技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論在生產(chǎn)部門(mén)還是服務(wù)部門(mén)對(duì)具有動(dòng)手能力強(qiáng)、“技能水平高”的人才需求與日俱增。2015年7月1日國(guó)務(wù)院出臺(tái)《“互聯(lián)網(wǎng)＋”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，緊密配合“中國(guó)制造2025”，通過(guò)將制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合來(lái)提升制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平；采用協(xié)同制造模式促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作發(fā)展。將中國(guó)制造向智能制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造和大規(guī)模個(gè)性化制造方向推進(jìn)，構(gòu)建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的協(xié)同制造公共服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)中國(guó)制造產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)化生態(tài)體系的良性循環(huán)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”職業(yè)技能傳承的發(fā)展趨勢(shì)就是要建構(gòu)與之相適應(yīng)的職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，這有助于為國(guó)家、社會(huì)和企業(yè)培育職業(yè)技能與崗位匹配的人才，并將在提高勞動(dòng)者素質(zhì)、促進(jìn)就業(yè)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變和延遲就業(yè)、緩減就業(yè)壓力、促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、增進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定中起到促進(jìn)作用。

二、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的內(nèi)涵

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是一種能感知學(xué)習(xí)情境、識(shí)別學(xué)習(xí)者特征、提供合適的學(xué)習(xí)資源與便利的互動(dòng)工具，能夠自動(dòng)記錄學(xué)習(xí)過(guò)程、評(píng)測(cè)學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)的場(chǎng)所或活動(dòng)空間[1]。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境實(shí)現(xiàn)物理環(huán)境與虛擬環(huán)境的融合，為師徒共同體職業(yè)技能傳承模式提供新的思路，通過(guò)師徒共同體中師徒之間和內(nèi)部其他成員之間的職業(yè)技能傳承、互動(dòng)交流、資源共享等活動(dòng)，把職業(yè)技能的隱性知識(shí)顯性化為共同體可以表達(dá)的知識(shí)；通過(guò)師徒共同體成員的內(nèi)化吸收，轉(zhuǎn)化為成員個(gè)體特有的隱性知識(shí)，促進(jìn)師徒共同體成員職業(yè)技能的提升和發(fā)展。在信息化背景下智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是職業(yè)技能傳承對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展的訴求，是有效促進(jìn)職業(yè)技能傳承模式和傳授方式變革的支撐條件。

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境已成為全球關(guān)注的研究領(lǐng)域，國(guó)外研究主題具有鮮明的地域特色，其中智能學(xué)習(xí)環(huán)境的結(jié)構(gòu)功能、適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持的策略及算法、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)策略和案例等是最受關(guān)注的研究主題。隨著信息技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用，未來(lái)教室環(huán)境、數(shù)字技術(shù)支持的創(chuàng)新教學(xué)以及師生對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境的體驗(yàn)等正逐漸成為研究熱點(diǎn)，對(duì)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境在教學(xué)性能、學(xué)習(xí)績(jī)效提升、用戶(hù)態(tài)度和學(xué)習(xí)體驗(yàn)等已獲得趨于正面的研究結(jié)論[2]。自2008年始開(kāi)始伴隨著便攜式移動(dòng)手持設(shè)備的普及，可穿戴電腦技術(shù)及傳感技術(shù)等創(chuàng)新技術(shù)在教育中的應(yīng)用，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中有關(guān)學(xué)習(xí)活動(dòng)類(lèi)型的研究趨于多樣化和創(chuàng)新性，學(xué)習(xí)空間的研究趨于開(kāi)放性和虛擬性，學(xué)習(xí)交互類(lèi)型研究趨于多通道化和多層次性，學(xué)習(xí)體驗(yàn)研究趨于直觀化和豐富性，學(xué)習(xí)支持研究趨于個(gè)性化和自適應(yīng)性。在新技術(shù)支持下全新的學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)、創(chuàng)新的教學(xué)形態(tài)、真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)、智慧化的學(xué)習(xí)支持等將成為未來(lái)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的研究重點(diǎn)。

三、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的云平臺(tái)

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境作為一個(gè)泛在技術(shù)支持下的學(xué)習(xí)環(huán)境，充分利用信息科學(xué)技術(shù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的記錄、傳輸、編輯的智能化、多元化、便捷化，通過(guò)大數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、挖掘、呈現(xiàn)等手段，建立技能傳承模式、傳承風(fēng)格、傳承態(tài)度和傳承創(chuàng)新模型[3]。職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的云平臺(tái)是職業(yè)技能傳承過(guò)程中教育資源服務(wù)于大規(guī)模用戶(hù)群體、支撐海量數(shù)據(jù)有效匯聚的關(guān)鍵。云平臺(tái)在服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等方面提供高可用、高穩(wěn)定性能的基礎(chǔ)設(shè)施支持，包含數(shù)據(jù)中心、云部署管理軟件、虛擬化組件和云計(jì)算管理系統(tǒng)構(gòu)成。對(duì)于智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的云平臺(tái)依托開(kāi)源解決方案進(jìn)行搭建，采用計(jì)算虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心虛擬化，在智慧學(xué)習(xí)環(huán)境云平臺(tái)中管理人員利用管理系統(tǒng)定制云平臺(tái)管理規(guī)則，學(xué)習(xí)者根據(jù)自身的需求利用職業(yè)技能教育資源管理系統(tǒng)申請(qǐng)相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容。云平臺(tái)首先對(duì)學(xué)習(xí)者的合法性進(jìn)行審批，然后根據(jù)學(xué)習(xí)者的申請(qǐng)學(xué)習(xí)內(nèi)容云平臺(tái)自動(dòng)對(duì)虛擬機(jī)的類(lèi)型和容量進(jìn)行匹配，配置虛擬機(jī)服務(wù)器硬件及所需的軟件和應(yīng)用，最后虛擬服務(wù)器將學(xué)習(xí)計(jì)劃、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)度傳輸給智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)者。

(一)云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施

智慧學(xué)習(xí)環(huán)境云平臺(tái)建設(shè)首先是云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與部署，針對(duì)XaaS 多層次結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)設(shè)施層、面向職業(yè)技能傳承的應(yīng)用層虛擬化成統(tǒng)一平臺(tái)是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境云平臺(tái)構(gòu)建的關(guān)鍵。IaaS層提供基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)，重點(diǎn)建立職業(yè)技能行業(yè)領(lǐng)域資源信息基礎(chǔ)架構(gòu)，對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)虛擬化管理，對(duì)職業(yè)技能資源實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分配、動(dòng)態(tài)部署、動(dòng)態(tài)配置和自動(dòng)回收，實(shí)現(xiàn)性?xún)r(jià)比好、可靠性高、擴(kuò)展能力強(qiáng)和按需使用的彈性基礎(chǔ)設(shè)施。為保障運(yùn)轉(zhuǎn)云服務(wù)環(huán)境的可用性和穩(wěn)定性，IaaS層采用數(shù)據(jù)多級(jí)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)備份和數(shù)據(jù)系統(tǒng)恢復(fù)方式為職業(yè)技能行業(yè)領(lǐng)域資源存儲(chǔ)提供服務(wù)，為職業(yè)技能行業(yè)領(lǐng)域海量資源的存儲(chǔ)和應(yīng)用提供綠色安全保障服務(wù)。在安全信息空間層次提供病毒防護(hù)、流程監(jiān)控與控制等有效的服務(wù)，為安全、高可用性的職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境云平臺(tái)提供基礎(chǔ)支撐。

云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建采用整合和創(chuàng)新的技術(shù)路線(xiàn)。整合來(lái)自第三方的解決方案或區(qū)域范圍內(nèi)現(xiàn)有的云設(shè)施平臺(tái)資源，利用云平臺(tái)開(kāi)源項(xiàng)目搭建職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境云基礎(chǔ)設(shè)施研究平臺(tái)[4]。對(duì)于職業(yè)技能傳承過(guò)程中各類(lèi)傳承群體日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)需求采用高可用性、可擴(kuò)展云存儲(chǔ)技術(shù)提供支撐服務(wù)，適應(yīng)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下云平臺(tái)資源和服務(wù)動(dòng)態(tài)部署和云工作流的整合。職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境云平臺(tái)采用開(kāi)源的AppScale 進(jìn)行擴(kuò)展， AppScale 環(huán)境包括應(yīng)用負(fù)載均衡器節(jié)點(diǎn)、應(yīng)用服務(wù)器節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)庫(kù)被管節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。利用其應(yīng)用服務(wù)器提供的云計(jì)算應(yīng)用作為執(zhí)行環(huán)境，使用分布式文件系統(tǒng)HDFS、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL 集群和NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)等進(jìn)行多種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，調(diào)用分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)Hadoop 的MapReduce編程模型，實(shí)施大規(guī)模數(shù)據(jù)分析和處理操作；依托AppScale 平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證與授權(quán)、緩存、電子郵件等功能。

圖1 AppScale環(huán)境

應(yīng)用負(fù)載均衡器節(jié)點(diǎn)可以部署、運(yùn)行和監(jiān)管開(kāi)發(fā)者提交的應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用負(fù)載的變化增加或減少資源；接收并認(rèn)證最終用戶(hù)的服務(wù)請(qǐng)求。應(yīng)用服務(wù)器為應(yīng)用提供分布式運(yùn)行環(huán)境，數(shù)據(jù)庫(kù)管理節(jié)點(diǎn)和被管節(jié)點(diǎn)一起為應(yīng)用提供可伸縮和可靠的分布式存儲(chǔ)服務(wù)。

眾所周知，用戶(hù)的需求多種多樣，并且處在快速變化的過(guò)程當(dāng)中。云平臺(tái)必須能夠提供與用戶(hù)需求相適應(yīng)的敏捷云服務(wù)。所謂敏捷，是指按照定制的業(yè)務(wù)流程，靈活地裝配和集成云服務(wù)，為用戶(hù)提供個(gè)性化解決方案，真正做到“按需使用，隨需應(yīng)變”。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心和云平臺(tái)分別實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施和操作系統(tǒng)級(jí)別的敏捷性，但是還不支持應(yīng)用(云服務(wù))級(jí)別的敏捷性。

(二)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)首先構(gòu)建服務(wù)器集群、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施，然后在物理服務(wù)器上部署虛擬化組件Xen，使得每臺(tái)物理服務(wù)器可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)實(shí)例，最后部署云計(jì)算管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)虛擬資源池的管理和按需提供服務(wù)。數(shù)據(jù)中心的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的云控制器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)用戶(hù)和所有虛擬化資源的管理，管理人員和用戶(hù)通過(guò)Web、REST 和SOAP 接口訪問(wèn)服務(wù)；同時(shí)云控制器節(jié)點(diǎn)部署簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)Walrus，用于虛擬機(jī)鏡像以及用戶(hù)數(shù)據(jù)的存取，Walrus 采用“存儲(chǔ)桶+對(duì)象”的方式組織數(shù)據(jù)，一個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)文件。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心包含多個(gè)計(jì)算機(jī)集群，每個(gè)集群又包含多個(gè)物理節(jié)點(diǎn)，即物理服務(wù)器；集群控制器節(jié)點(diǎn)在集群范圍內(nèi)部署和監(jiān)控虛擬機(jī)實(shí)例，在虛擬機(jī)之間構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)物理節(jié)點(diǎn)上安裝的節(jié)點(diǎn)控制器負(fù)責(zé)接收集群控制器的指令，通過(guò)Xen 組件管理虛擬機(jī)實(shí)例的創(chuàng)建、執(zhí)行、監(jiān)控和銷(xiāo)毀。存儲(chǔ)控制器節(jié)點(diǎn)為虛擬機(jī)實(shí)例提供持久化的塊存儲(chǔ)服務(wù)，按照需要把物理存儲(chǔ)設(shè)備以邏輯卷的形式加載到虛擬機(jī)實(shí)例上[5]。

(三)云服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

對(duì)數(shù)據(jù)、應(yīng)用和流程三個(gè)層次提供云服務(wù)的集成框架如右圖3所示，其中，PetalsESB 是適合廣域網(wǎng)環(huán)境的分布式服務(wù)總線(xiàn)，提供消息路由機(jī)制，支持多種通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；PetalsESB 的負(fù)載均衡組件保證服務(wù)總線(xiàn)不會(huì)存在單點(diǎn)失效問(wèn)題；工作流管理組件提供BPEL(Business Process Execution Language，業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語(yǔ)言)編輯器和執(zhí)行引擎；服務(wù)治理組件在注冊(cè)信息庫(kù)中保存所有服務(wù)的元數(shù)據(jù)，用于云服務(wù)的注冊(cè)和查找；服務(wù)監(jiān)控組件對(duì)云服務(wù)流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析；分布式服務(wù)總線(xiàn)是實(shí)現(xiàn)云服務(wù)集成的核心組件，負(fù)責(zé)配置、設(shè)計(jì)、調(diào)試和部署云服務(wù)流程的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。

圖3 云服務(wù)集成實(shí)現(xiàn)方案

四、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境支撐技術(shù)

職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的支撐技術(shù)包括動(dòng)作捕捉技術(shù)、情景識(shí)別技術(shù)和學(xué)習(xí)技術(shù)等主要支撐技術(shù)。

(一)動(dòng)作捕獲技術(shù)

職業(yè)技能傳承過(guò)程中獲取職業(yè)技能的顯性知識(shí)和隱性知識(shí)是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，采用職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的動(dòng)作捕獲技術(shù)記錄職業(yè)技能智慧傳承全過(guò)程，建立學(xué)習(xí)者模型來(lái)追蹤傳承過(guò)程、分析傳承結(jié)果、評(píng)測(cè)傳承效果。

作為最常用的動(dòng)作捕獲技術(shù)——光學(xué)式動(dòng)作捕捉技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理利用紅外攝像機(jī)跟蹤拍攝目標(biāo)特定光點(diǎn)，對(duì)圖像傳感器上生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行三角測(cè)量來(lái)獲得目標(biāo)的3D空間位置。特定移動(dòng)光點(diǎn)包括被動(dòng)式標(biāo)記點(diǎn)、主動(dòng)式標(biāo)記點(diǎn)和時(shí)間調(diào)制式主動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)。被動(dòng)式標(biāo)記點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，捕捉范圍大，既沒(méi)有運(yùn)動(dòng)方式的限制，又可以根據(jù)不同捕捉需求靈活變化，其精度可以達(dá)到像素極。主動(dòng)式標(biāo)記點(diǎn)是為解決被動(dòng)式系統(tǒng)光球被遮住的問(wèn)題而采用主動(dòng)發(fā)射光線(xiàn)的LED，由于主動(dòng)發(fā)光可以直接將光線(xiàn)發(fā)送至攝影機(jī)，這樣就減少光線(xiàn)路線(xiàn)距離而使捕捉范圍更大。時(shí)間調(diào)制式主動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)是對(duì)主動(dòng)式系統(tǒng)標(biāo)記點(diǎn)體積較大、無(wú)法捕捉太細(xì)致動(dòng)作的改進(jìn)，將LED標(biāo)記點(diǎn)經(jīng)過(guò)自帶的板載處理與高速攝像機(jī)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電同步，實(shí)現(xiàn)在室外陽(yáng)光下的運(yùn)動(dòng)捕捉。職業(yè)技能動(dòng)作捕獲制作流程如下頁(yè)圖4所示。

(二)情景識(shí)別技術(shù)

職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的情景識(shí)別是依托信息物理系統(tǒng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的互聯(lián)與深度融合。信息物理系統(tǒng)(CPS，Cyber Physical Systems)是基于嵌入式設(shè)備的高效能網(wǎng)絡(luò)化智能信息系統(tǒng)，將計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)融合一體，通過(guò)計(jì)算單元和物理對(duì)象在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的相互協(xié)同和交互，提供實(shí)時(shí)通信、實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制、遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制以及信息反饋等方面的功能[6]。CPS融合傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)依托網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接成一個(gè)大型分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。CPS體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、認(rèn)知層、控制層，如圖5所示。感知層由傳感器、控制器和采集器等感知設(shè)備組成，負(fù)責(zé)感知職業(yè)技能傳承環(huán)境的物理屬性；其中，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將物理環(huán)境對(duì)象與信息世界相聯(lián)建立協(xié)同控制的CPS實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的同時(shí)，為系統(tǒng)提供協(xié)同感知服務(wù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分組傳輸服務(wù)；認(rèn)知層負(fù)責(zé)對(duì)物理世界感知和認(rèn)識(shí)，采用感知數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)知計(jì)算和推理分析，認(rèn)知層由認(rèn)知適配層、管理層和邏輯層組成；控制層則負(fù)責(zé)制定控制策略，其依據(jù)是來(lái)自于認(rèn)知層的認(rèn)知結(jié)果，通過(guò)發(fā)布遠(yuǎn)程控制指令來(lái)指揮各個(gè)物理設(shè)備終端，使得這些終端設(shè)備可以協(xié)同工作，建立物理世界反饋循環(huán)控制系統(tǒng)。

圖4 職業(yè)技能動(dòng)作捕獲制作流程

圖5 CPS體系架構(gòu)

(三)學(xué)習(xí)技術(shù)

職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)作為認(rèn)知工具，系統(tǒng)地應(yīng)用一種整體性知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)、執(zhí)行、管理和評(píng)價(jià)職業(yè)技能傳承過(guò)程中教與學(xué)，利用相應(yīng)的學(xué)習(xí)工具實(shí)現(xiàn)特定職業(yè)技能傳承目標(biāo)[7]。職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境學(xué)習(xí)系統(tǒng)依托Adobe Connect實(shí)現(xiàn)自主點(diǎn)播學(xué)習(xí)、在線(xiàn)課程學(xué)習(xí)和在線(xiàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)等功能，其系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖6所示。

圖6 職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境學(xué)習(xí)系統(tǒng)

1.自主點(diǎn)播學(xué)習(xí)

自主點(diǎn)播學(xué)習(xí)基于Connect的視頻會(huì)議解決方案實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容自主點(diǎn)播。其學(xué)習(xí)過(guò)程是首先錄制職業(yè)技能傳承教學(xué)活動(dòng)，為該職業(yè)技能分配一個(gè)唯一的可點(diǎn)播的URL地址；然后對(duì)傳承內(nèi)容和受傳對(duì)象賦予自主點(diǎn)播學(xué)習(xí)的訪問(wèn)權(quán)限；通過(guò)設(shè)置文件共享、桌面共享等方式創(chuàng)建與該職業(yè)技能相關(guān)的教學(xué)資源歸檔文件；在接到點(diǎn)播請(qǐng)求后將啟動(dòng)該職業(yè)技能的URL鏈接，通過(guò)播放該職業(yè)傳承內(nèi)容的視頻信息進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)；在視頻播的過(guò)程中將學(xué)習(xí)記錄發(fā)送至服務(wù)器，使傳承者可以及時(shí)獲取受傳承對(duì)象的自主點(diǎn)播學(xué)習(xí)情況。

2.在線(xiàn)課程學(xué)習(xí)

Adobe Connect在線(xiàn)課程系統(tǒng)在職業(yè)技能傳承的課程、課程表和虛擬教室等方向?yàn)樵诰€(xiàn)課程學(xué)習(xí)提供技術(shù)保障。在線(xiàn)課程學(xué)習(xí)過(guò)程是建立職業(yè)技能傳承內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)，包括匯總性職業(yè)技能內(nèi)容、某一職業(yè)技能內(nèi)容以及基于訪問(wèn)權(quán)限的職業(yè)技能內(nèi)容；然后將職業(yè)技能內(nèi)容庫(kù)中相關(guān)課程與受傳承對(duì)象關(guān)聯(lián)，通過(guò)設(shè)置評(píng)估測(cè)試來(lái)避免在沒(méi)有完全掌握該職業(yè)技能課程內(nèi)容前而退出學(xué)習(xí)的情況；跟蹤受傳承對(duì)象的學(xué)習(xí)進(jìn)度使其下次進(jìn)入在線(xiàn)課程學(xué)習(xí)時(shí)可以在上次離開(kāi)的位置繼續(xù)學(xué)習(xí)課程；以學(xué)生登記、訪客登記、URL權(quán)限等三種訪問(wèn)級(jí)別開(kāi)展虛擬教室職業(yè)技能傳承會(huì)話(huà)；職業(yè)技能傳承者為受傳承對(duì)象定制學(xué)習(xí)計(jì)劃并依此生成課程表；在線(xiàn)課程學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)不同地域同步按需學(xué)習(xí)，記錄受傳承對(duì)象的學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果。

3.在線(xiàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)

在線(xiàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)以Adobe Connect實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)視頻會(huì)議系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將不同地域的受傳承對(duì)象組織起來(lái)共同完成某一項(xiàng)目。在線(xiàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程針對(duì)某一具體項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)帶有URL地址的虛擬會(huì)議室，職業(yè)技能傳承者按照項(xiàng)目需求對(duì)會(huì)議室進(jìn)行布局；參與此項(xiàng)目的受傳承對(duì)象按項(xiàng)目需求被賦予不同的角色，角色決定其能夠執(zhí)行功能和使用權(quán)限；項(xiàng)目會(huì)議室由職業(yè)技能傳承者控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在會(huì)議中將完成該項(xiàng)目所需的職業(yè)技能資源以視頻和音頻形式進(jìn)行傳遞和共享，同時(shí)采用電子白板、分組私聊、實(shí)時(shí)音頻和實(shí)時(shí)視頻等形式進(jìn)行項(xiàng)目討論。

五、結(jié)論

本文從智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)中心以及云服務(wù)三個(gè)方面管理職業(yè)技能傳承虛擬資源，采用動(dòng)作捕捉技術(shù)記錄學(xué)習(xí)者在知識(shí)獲取、技能傳承互動(dòng)、技能協(xié)作實(shí)訓(xùn)等過(guò)程；采用信息物理系統(tǒng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的互聯(lián)與深度融合；采用大規(guī)模流媒體技術(shù)以Adobe Connect為底層支撐，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)管理、學(xué)習(xí)內(nèi)容管理等服務(wù)功能，為職業(yè)技能傳承智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建提供一定的理論支持，為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的硬件系統(tǒng)配置和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

[1] 黃榮懷,楊俊鋒.從數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境——學(xué)習(xí)環(huán)境的變革與趨勢(shì)[EB/OL]. http://www.doc88.com/p-341802106300.html,2016-01-02.

[2] 徐顯龍,錢(qián)冬明.職業(yè)教育智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)及應(yīng)用情景研究[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào),2014,(3):60-69.

[3] 張永和,肖廣德等.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)情景識(shí)別[EB/OL]. http://www.docin.com/p-465252555.html,2016-01-02.

[4] 李葆萍,江紹祥等.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)[EB/OL]. http://www.doc88.com/p-4032100780843.html,2016-01-05.

[5] 王鳳琦,陳守強(qiáng).智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)與構(gòu)建[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào),2013,36(6):964-891.

[6] 王中杰,謝璐璐.信息物理整合系統(tǒng)研究綜述[J].自動(dòng)化學(xué)，2011,37(10):115-116.

[7] 楊現(xiàn)民,余勝泉.智慧教育體系架構(gòu)與關(guān)鍵支撐技術(shù)[J].中國(guó)電化教育,2015,(1):77-84.

責(zé)任編輯：趙興龍

The Intelligent Study Environment Support Technology of Professional Skill Inheritance

Cao Yuhong1, Yuan nanhui1, Mao Juncheng2
(1.College of Educational Technology and Communication, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou Guangdong 510665; 2.Guangzhou Yixuejiuhui Software Company Limited, Guangzhou Guangdong 510623)

The intelligent study environment during the transmission of cloud platform is vocational skills education resources to serve the mass user groups, support the key to effective gathering huge amounts of data. Intelligent study support technology is the foundation of implement vocational skills inheritance wisdom learning environment. In this paper, on the basis of interpreting the connotation of the intelligent study environment, using third-party cloud platform AppScale to open source projects set up vocational skills study environment. The inheritance intelligent cloud platform is built with a cluster of servers, storage devices and network infrastructure, such as deployment on physical server virtualization component Xen and cloud computing management system, which are used to realize the virtual resource pool management and provide service on demand. The learners are recorded with a motion capture technology in knowledge acquisition and skill inheritance process, such as interaction and collaboration skills training,Physical systems, which are using the information technology from the Internet environment perception on the basis of realizing man,machine, the interconnection of content and depth of fusion. The large-scale streaming media technology in Adobe Connect to the underlying support is used to realize the self-study, self-managements online.

The Intelligent Study Environment; Cloud Platform; Scene Identification

G434

：A

1006—9860(2016)03—0087—05

曹育紅：博士，副教授，研究方向?yàn)槁殬I(yè)教育技術(shù)、職業(yè)技能智慧傳承(yuhongcao@126.com)。

袁南輝：教授，研究方向?yàn)榻逃夹g(shù)(ynhzhj@163.com)。

2016年1月11日

* 本文受教育部人文社科研究項(xiàng)目“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下師徒共同體職業(yè)技能傳承模式研究” (項(xiàng)目編號(hào)：15YJA880003)資助。