高校計算機(jī)專業(yè)智慧教育實驗云平臺的設(shè)計與實踐

孫慧然 應(yīng)紅霞 王紅梅

摘? 要： 長春工業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院設(shè)計并實現(xiàn)了針對高校計算機(jī)專業(yè)的智慧教育實驗云平臺。文章介紹了平臺的功能、架構(gòu)及實現(xiàn)，及其在實踐教學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)實踐表明，該平臺達(dá)到了提高實驗教學(xué)質(zhì)量和提升學(xué)生程序設(shè)計能力的目的。

關(guān)鍵詞： 智慧教育; 云平臺; 教育云; 實踐教學(xué)

中圖分類號：TP393.05-4;G642.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）07-55-03

Design and practice of experiment teaching cloud platform for smart

education of computer specialties

Sun Huiran， Ying Hongxia， Wang Hongmei

（School of Computer Science and Engineering of Changchun University of Technology， Changchun， Jilin 130012， China）

Abstract： The school of computer science and engineering of Changchun University of Technology has designed and implemented a experiment teaching cloud platform for smart education of computer specialties in colleges and universities. This paper introduces the function， architecture and implementation of the platform， as well as its application in practical teaching. Teaching practice shows that the platform achieves the purpose of improving the quality of experiment teaching and promoting the programming ability of students'.

Key words： smart education; cloud platform; education cloud; practical teaching

0 引言

傳統(tǒng)時代的智慧教育通常是用一套公眾接受的帶有真理性質(zhì)的思維模式來啟發(fā)和教育學(xué)生。進(jìn)入信息化時代，人們對智慧教育的認(rèn)識又發(fā)生了改變：智慧教育是一種通過信息技術(shù)來改革傳統(tǒng)教育各個方面，目的在于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力、批判思維能力、問題解決能力等高階思維能力，即發(fā)展學(xué)習(xí)者的智慧[1]。信息時代的智慧教育是利用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，來改進(jìn)或完善傳統(tǒng)教育的缺陷，通過對教育的不斷優(yōu)化來培養(yǎng)學(xué)習(xí)者終生學(xué)習(xí)的能力和發(fā)展學(xué)習(xí)者的智慧。智慧實驗是智慧教育的一個分支。

云計算作為分布式計算的一種，其在教育領(lǐng)域的遷移稱為“教育云”[2]。國外研究者在 2009 年前后開始關(guān)注教育云[3]。根據(jù)國家十二五規(guī)劃《素質(zhì)教育云平臺》的要求，各個地區(qū)涌現(xiàn)出了諸多教育云的教學(xué)應(yīng)用案例[4]。例如，2014年5月，重慶市召開了教育“云課堂”項目應(yīng)用推進(jìn)工作研討會，會上展示了教育云課堂教師講授與同學(xué)學(xué)習(xí)和互動的整個過程，整堂課利用云平臺+微課+PPT來呈現(xiàn)，學(xué)生在課堂上利用平板電腦學(xué)習(xí)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的共享。

明確感受到了實驗教育云未來發(fā)展的強(qiáng)勁趨勢及學(xué)校自身發(fā)展的需要和辦學(xué)定位，我?！L春工業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的科研團(tuán)隊結(jié)合學(xué)院自身需要研發(fā)了實驗教育云平臺。

1 實驗教育云平臺的功能設(shè)計、架構(gòu)設(shè)計及實現(xiàn)

1.1 實驗教育云平臺的功能設(shè)計

實驗教育云平臺功能模塊主要包含系統(tǒng)管理模塊、實驗教學(xué)管理模塊和實驗進(jìn)度管理模塊。

系統(tǒng)管理模塊包括班級管理、權(quán)限管理、課程管理和鏡像管理子模塊。班級管理子模塊主要是系統(tǒng)管理級以班級為單位導(dǎo)入學(xué)生的姓名、學(xué)號和密碼。權(quán)限管理子模塊是系統(tǒng)管理者為實驗教師和學(xué)生分配不同的使用權(quán)限。課程管理子模塊為教師分配本學(xué)期的實驗課程。鏡像管理子模塊為不同的實驗課程分配不同的實驗環(huán)境。

實驗教學(xué)管理模塊主要是教師進(jìn)行實驗教學(xué)的管理，包括教師上傳實驗指導(dǎo)書，課前布置每堂課使用的實驗環(huán)境。教師可以查詢學(xué)生的實驗報告完成情況，并對學(xué)生的實驗相擬度進(jìn)行查詢，并最終給出學(xué)生的實驗成績。

實驗進(jìn)度管理模塊的操作者是學(xué)生。首先學(xué)生完成實驗教育云平臺的登錄，然后根據(jù)實驗指導(dǎo)書的實驗內(nèi)容對實驗環(huán)境進(jìn)行實際操作或程序設(shè)計，完成實驗內(nèi)容后截圖并提交實驗報告，最后由教師給出實驗成績后，學(xué)生在學(xué)生端查詢實驗成績。實驗教育云平臺的功能設(shè)計如圖1所示。

1.2 實驗教育云平臺的架構(gòu)設(shè)計

在圖2中，Web服務(wù)器的主要功能是通過互聯(lián)網(wǎng)接入Web服務(wù)，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)將虛擬實驗環(huán)境移植到Web頁面和生成動態(tài)網(wǎng)頁[5]，這樣使用者就通過虛擬生成的實驗環(huán)境進(jìn)行實驗操作。將多個Web服務(wù)器組成了云端Web客戶群。應(yīng)用服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)的結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行保存，同時將處理結(jié)果通過Web傳送到Web服務(wù)器端。由于此可，這種B/S結(jié)構(gòu)極大地簡輕了云端Web服務(wù)器的工作負(fù)荷，只需安裝Web瀏覽器作為云端的運(yùn)行平臺同時只負(fù)責(zé)一小部分的人機(jī)交互的業(yè)務(wù)邏輯處理工作，主要的業(yè)務(wù)邏輯處理工作由服務(wù)器群實現(xiàn)。所以這種“瘦客戶端/胖服務(wù)器”模式易于后臺管理和維護(hù)，并具有良好的穩(wěn)定性、魯棒性和可擴(kuò)展性。

1.3 實驗教育云平臺的實現(xiàn)

按照實驗教育云平臺的功能設(shè)計與架構(gòu)設(shè)計，其教育云平臺的實現(xiàn)如圖3所示。圖3的左側(cè)為學(xué)生的實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容，圖的右側(cè)為R語言的實驗環(huán)境。學(xué)生提交實驗報告后，教師可以在后臺查詢實驗報告提交情況和錄入實驗成績。

2 結(jié)束語

本文介紹的實驗教育云平臺可以實現(xiàn)各類程序設(shè)計語言實驗環(huán)境的在線布署，該實驗教育云平臺自2019年9月對在校師生提供云在線實驗教學(xué)服務(wù)。至今，實驗教育云平臺所支持的在線實驗課程主要有C語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、R語言編程技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、編譯原理、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和LINUX程序設(shè)計等。該實驗教育云平臺為我校計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的近千位師生提供服務(wù)，其實驗教學(xué)示范作用顯著，并在師生中取得了良好的教學(xué)評價。我們還將在平臺的兼容性和可擴(kuò)展性方面進(jìn)行改進(jìn)，使該平臺能夠與時俱進(jìn)，適合不斷發(fā)展和變化的教學(xué)需要。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 馬莉.智慧教育的內(nèi)涵與特征[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2019.18（4）：21-22

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[3] 吳砥，李環(huán)，吳磊，周鵬，尉小榮.國外教育云發(fā)展趨勢及其啟示[J].中國教育信息化，2018.11：21-25

[4] 史艷萍，謝松.教育云應(yīng)用的現(xiàn)狀研究[J].電子商務(wù)，2014.9：66-67，71

[5] 蔣耘晨.虛擬實驗室技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社，2011.