高等院校智慧實訓教學平臺設計與實現(xiàn)的研究

王越超

（廣州城市職業(yè)學院，廣東 廣州 510405）

0 引 言

近年來，隨著新一代信息技術的快速發(fā)展，學校大力推動教育信息化建設項目，促進信息技術與教育教學深度融合，支持學校充分利用信息技術開展人才培養(yǎng)模式和教學方法改革，逐步實現(xiàn)信息化教與學應用師生全覆蓋。學校創(chuàng)新信息時代教育治理新模式，開展大數(shù)據(jù)支撐下的教育治理能力優(yōu)化行動，推動以互聯(lián)網(wǎng)等信息化手段服務教育教學全過程。作者針對本校的實驗實訓過程缺乏跟蹤監(jiān)控手段、學生實驗實訓的時間空間受限等問題，提出通過建設智慧實驗實訓平臺，利用信息化手段創(chuàng)新改革實驗實訓教法，實現(xiàn)實訓教學全程信息化管理，支持多終端數(shù)據(jù)互通，課前、課中、課后無縫銜接，教師實時有效監(jiān)督學生學習進度，支持師生線上互動答疑，全面突破時間、空間限制，學生可隨時隨地做實驗實訓，實現(xiàn)“做中學、學中做、邊做邊學、邊學邊做”的教法改革，提升實驗實訓教學質(zhì)量，提高學生的創(chuàng)新實踐動手能力。作者負責該項目的整體技術架構(gòu)設計、功能模塊設計，負責部分模塊的核心代碼實現(xiàn)的工作任務。該系統(tǒng)已經(jīng)上線使用，已獲得良好的應用效果。

1 系統(tǒng)的功能分析

智慧實訓教學平臺可以劃分為3個功能模塊：教務管理平臺、教師教學平臺、學生實訓平臺。

1.1 教務管理平臺的功能模塊設計

權限管理：可管理維護賬號權限，可設置用戶的角色權限，包含子功能：查詢數(shù)據(jù)、添加用戶、修改用戶信息、刪除用戶、設置角色、查看全部數(shù)據(jù)。需包括的數(shù)據(jù)項：用戶名、姓名、用戶角色、狀態(tài)、用戶類型?？上螺d導入模板，可批量導入教師數(shù)據(jù)。

基本配置：可配置維護院系、專業(yè)、課程的基礎信息。可批量導入院系、專業(yè)、課程基礎信息。

課程資源管理：可添加教材，可錄入實訓課程的PPT課件、實訓任務、課程習題等。

班級管理：可維護管理實訓班級信息、學生信息，可查看學生實訓報告。

1.2 教師教學平臺的功能模塊設計

智慧課堂：支持教師開展現(xiàn)場授課、遠程授課，支持教師布置課程預習任務、隨堂練習、課后實驗實訓任務。包括的子功能：我的班級、開始上課、班級活躍排行榜，可下發(fā)課件、布置隨堂練習、布置實訓任務等。

教學互動：支持開展課堂搶答，支持在線答疑，可設置精選問答，可查詢學生答卷等。

統(tǒng)計空間：可查看各班級的預習統(tǒng)計情況、問答統(tǒng)計情況、習題統(tǒng)計情況、實訓統(tǒng)計情況等。

系統(tǒng)設置：可設置附件下載目錄、錄屏的存儲目錄、PPT同步授課功能等。

1.3 學生實訓平臺的功能模塊設計

學生登錄：包括登錄本地及遠程實驗實訓環(huán)境，支持“本地實驗”和“遠程實驗”模式?？蛇x擇“遠程實驗”模式，直接登錄到遠程實驗環(huán)境做實驗實訓，一鍵登錄到遠程云端實驗實訓環(huán)境，隨時隨地做實驗，提升實驗實訓教學的效率。也可選擇“本地實驗”模式，使用本地電腦做實驗實訓。

我的實訓：支持查看教師分配的實訓任務，點擊“開始實訓”，進入實訓界面?？刹榭磳嵱柸蝿彰Q、實訓目標、實訓環(huán)境要求、實訓內(nèi)容、實訓附件文檔。點擊繼續(xù)實訓，可進入向?qū)降膶嵱柸蝿战缑?，左?cè)顯示實訓步驟，右側(cè)顯示實訓步驟的具體內(nèi)容，點擊提交實訓步驟，則自動依據(jù)平臺教師設定的實訓規(guī)則，檢測學生是否已經(jīng)按要求完成了實驗實訓步驟的內(nèi)容。支持自動截取實訓過程的關鍵步驟截圖。支持自動生成實驗實訓報告書。

我要預習：需支持學生在線預習的功能，支持PPT課件、視頻課件，增強課堂效果。

我的題庫：需支持學生在線做習題，鞏固課程的學習效果。

我的提問：需支持學生在線提問，需支持上傳文檔附件、截圖、視頻，學生端需自帶截圖功能、一鍵視頻錄制的功能，需支持靜音錄屏、錄音錄屏的錄制模式，方便學生操作。

精選問答：教師精選的問答記錄，可共享給班級學生查看，提升教學資源利用率。

我的答卷：支持查看我的答題記錄，支持按教材名稱、試卷名稱、教師名稱查詢。

系統(tǒng)設置：可設置系統(tǒng)參數(shù)，包括：附件下載的臨時目錄，錄制視頻的臨時存放目錄。

2 系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設計

本系統(tǒng)開發(fā)主要采用B/S技術架構(gòu)，使用Java、SpringMVC、Struts2、Mybatis、Ext4Js、C#、HTML5、JavaScript等新一代互聯(lián)網(wǎng)技術進行開發(fā)設計。容器采用Tomcat、Nginx做負載均衡，滿足高并發(fā)訪問量的業(yè)務需求，采用大型關系數(shù)據(jù)庫MySQL，結(jié)合Memcache、分布式緩存等技術，提高了系統(tǒng)性能，如圖1所示。

圖1 平臺總體技術架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)模塊設計

系統(tǒng)主要劃分為：教務管理平臺、教師教學平臺、學生實訓平臺。各模塊還有子功能，分別為：權限管理、基本配置、課程資源管理、班級管理、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、智慧課堂、教學互動、實訓監(jiān)督、統(tǒng)計空間、系統(tǒng)設置、學生本地實驗模式、學生遠程實驗模式、在線預習的功能、在線做習題、在線提問、系統(tǒng)設置等，如圖2所示。

圖2 應用架構(gòu)總圖

2.3 系統(tǒng)編碼實現(xiàn)

系統(tǒng)采用Java編程語言實現(xiàn)功能模板，采用MySQL作為數(shù)據(jù)庫。教務管理后臺的實訓課件資源管理模塊，支持zip格式的文件上傳，系統(tǒng)自動解壓并形成課件章節(jié)目錄。該功能的核心代碼如下：

3 核心技術要點

本項目的核心技術及創(chuàng)新性有以下幾點：

（1）采用新一代的軟件開發(fā)技術及現(xiàn)代網(wǎng)絡安全通信技術，應用Java、C#、SpringMVC、Struts2、Mybatis、Ext4Js等技術；

（2）容器采用Tomcat，Nginx做負載均衡技術，滿足高并發(fā)訪問量的業(yè)務需求；采用大型關系數(shù)據(jù)庫MySQL，結(jié)合Memcache、分布式緩存等技術，提高了系統(tǒng)的性能；

（3）使用WebSocket技術跟服務器通信，支持實時反饋使用狀態(tài)、減少通信量；

（4）學生實驗實訓的學習過程留痕，便于教師、學校教務管理人員追查學生實驗實訓的過程記錄；

（5）支持實體環(huán)境做實驗實訓任務，包括但不限于支持軟件開發(fā)編程課程、軟件工具使用課程等，支持線上遠程虛擬環(huán)境做實驗；

（6）支持通過Web瀏覽器方式直接訪問遠程云端實驗實訓環(huán)境做實驗，支持自動生成實驗實訓報告，并支持實驗實訓過程的輔助判卷；

（7）支持教師實時有效監(jiān)督學生學習進度，包括跨周跨月實驗實訓任務，方便監(jiān)督及指導學生學習；

（8）依據(jù)課前預習數(shù)據(jù)、實驗實訓過程數(shù)據(jù)、習題完成數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動生成課程成績；

（9）支持師生線上互動答疑，包括系統(tǒng)內(nèi)置一鍵截圖工具、內(nèi)置一鍵錄屏工具等，方便師生溝通。

4 系統(tǒng)特色及功能演示

課程資源管理界面，可添加、修改、刪除課程資源數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 課程資源管理界面

教材錄入界面，可添加章節(jié)目錄、添加課件文檔，可添加實訓任務，如圖4所示。

圖4 教材錄入界面

實訓任務錄入界面，可添加實訓步驟，設置標題、添加附件、設置實訓任務的具體要求，如圖5所示。

圖5 實訓任務錄入界面

5 結(jié) 論

通過開發(fā)應用智慧實訓教學平臺，學生實訓的學習過程留痕，便于教師、學校教務管理人員追查學生實驗實訓的過程記錄。系統(tǒng)支持教師實時有效監(jiān)督學生學習進度，包括跨周、跨月的實驗實訓任務，方便教師監(jiān)督及指導學生學習，提高學生的創(chuàng)新實踐動手能力，提升實訓教學質(zhì)量。