計算機專業(yè)智慧教育實驗云平臺探析

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摘要：長春工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院設(shè)計并實現(xiàn)了針對高校計算機專業(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)

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)計算機科學(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行平臺同時只負(fù)責(zé)一小部分的人機交互的業(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)

[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

[2]李政奇.云計算在教育領(lǐng)域的應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技,2016.12:130-131

[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.

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