計(jì)算機(jī)專業(yè)智慧教育平臺(tái)設(shè)計(jì)探析

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摘要：長春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了針對高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的智慧教育實(shí)驗(yàn)云平臺(tái)。文章介紹了平臺(tái)的功能、架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)，及其在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)實(shí)踐表明，該平臺(tái)達(dá)到了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和提升學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的目的。

關(guān)鍵詞：智慧教育；云平臺(tái)；教育云；實(shí)踐教學(xué)

0引言

傳統(tǒng)時(shí)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(shí)代，人們對智慧教育的認(rèn)識(shí)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(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)是智慧教育的一個(gè)分支。云計(jì)算作為分布式計(jì)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(tái)》的要求，各個(gè)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(xiàng)目應(yīng)用推進(jìn)工作研討會(huì)，會(huì)上展示了教育云課堂教師講授與同學(xué)學(xué)習(xí)和互動(dòng)的整個(gè)過程，整堂課利用云平臺(tái)+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(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的共享。明確感受到了實(shí)驗(yàn)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，我校——長春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合學(xué)院自身需要研發(fā)了實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)。

1實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1.1實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)功能模塊主要包含系統(tǒng)管理模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程。鏡像管理子模塊為不同的實(shí)驗(yàn)課程分配不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊主要是教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理，包括教師上傳實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，課前布置每堂課使用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。教師可以查詢學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況，并對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)相擬度進(jìn)行查詢，并最終給出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。實(shí)驗(yàn)進(jìn)度管理模塊的操作者是學(xué)生。首先學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的登錄，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)際操作或程序設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后截圖并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后由教師給出實(shí)驗(yàn)成績后，學(xué)生在學(xué)生端查詢實(shí)驗(yàn)成績。實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

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(shí)技術(shù)將虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境移植到Web頁面和生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁[5]，這樣使用者就通過虛擬生成的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。將多個(gè)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(shí)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(tái)同時(shí)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(shí)現(xiàn)。所以這種“瘦客戶端/胖服務(wù)器”模式易于后臺(tái)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(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

按照實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)與架構(gòu)設(shè)計(jì)，其教育云平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。圖3的左側(cè)為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容，圖的右側(cè)為R語言的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，教師可以在后臺(tái)查詢實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交情況和錄入實(shí)驗(yàn)成績。

2結(jié)束語

本文介紹的實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)各類程序設(shè)計(jì)語言實(shí)驗(yàn)環(huán)境的在線布署，該實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)自2019年9月對在校師生提供云在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。至今，實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)所支持的在線實(shí)驗(yàn)課程主要有C語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、R語言編程技術(shù)、計(jì)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(jì)和LINUX程序設(shè)計(jì)等。該實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)為我校計(jì)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(shí)驗(yàn)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(jià)。我們還將在平臺(tái)的兼容性和可擴(kuò)展性方面進(jìn)行改進(jìn)，使該平臺(tái)能夠與時(shí)俱進(jìn)，適合不斷發(fā)展和變化的教學(xué)需要。

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

作者:孫慧然 應(yīng)紅霞 王紅梅 單位:長春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院