文/ 廣州城市職業(yè)學院 楊桂珍

近年來，廣大高校積極響應國家政策號召，大力推動校內教育信息化建設，促進信息技術與教育教學深度融合，充分利用信息技術優(yōu)化人才培養(yǎng)模式和改革教學方法，逐步實現(xiàn)信息化教學受益面的師生全覆蓋，開展信息技術支撐下的教育治理能力優(yōu)化行動，推動計算機互聯(lián)網信息化手段服務教育教學全過程。

針對高校實驗實訓過程中存在的問題，提出通過建設智慧實驗實訓平臺，利用以云計算、人工智能、大數(shù)據技術、區(qū)塊鏈等技術為代表的信息化手段創(chuàng)新改革實驗實訓教法，實現(xiàn)實訓教學全程信息化管理，實現(xiàn)“做中學、學中做、邊做邊學、邊學邊做”的教學模式改革，提升實驗實訓教學質量，提高學生的創(chuàng)新實踐動手能力。

一、現(xiàn)狀分析

基于對現(xiàn)階段高校計算機、通信、自動化、電子等工程類專業(yè)實訓課程的現(xiàn)狀分析，當前實驗實訓教學存在以下困難：

（1）實驗實訓設備不足

受學校固定資產規(guī)劃、學生人數(shù)規(guī)模等客觀辦學條件影響，高校實驗實訓設施設備容量有限，僅能滿足本?；镜慕虒W安排要求，難以通過純線下實訓的方式提高實踐教學比例。

（2）實驗實訓的時間空間受限

線下實驗實訓教學必須要到校內專用場地內實施，依賴校內設施設備，因上述設備限制等原因，對教務排課等教學安排的要求也較高。

（3）過程缺乏跟蹤監(jiān)控手段

按照當前教學模式，實驗實訓課程的結果評價以最終作業(yè)或作品評定為主，缺乏對學生實操過程的全方位跟蹤監(jiān)控與教學指導。

二、 基于新一代信息技術探索智慧實訓教學改革

1.智慧實訓教學改革構想

建設智慧實驗實訓平臺，通過信息化手段創(chuàng)新改革實驗實訓教學方法，實現(xiàn)全程信息化管理的實驗實訓教學，其建設與應用將有效促進工程類，尤其是程序設計類課程的遠程線上教學，教師能夠更加緊密地圍繞該類課程群建設，以專業(yè)知識為建設模塊、以應用技能為建設導向，構建實驗教學項目庫，加強數(shù)字教材、數(shù)字課堂建設，實現(xiàn)線上教學資源的開放共享。學生則通過智慧身份認證更加注重學習過程，杜絕了學習中斷、找人代替等情況的發(fā)生。在大學生掌握專業(yè)骨干課程內容基礎上開展的崗位實踐能力教育，不影響學校正常教學活動，又能達到培養(yǎng)“理論扎實、實踐過硬”高級應用人才的培養(yǎng)目標[1]。同時，運用多元化評價機制激發(fā)學生的學習積極性，使學生能夠根據自身專業(yè)知識能力提升需求完成課程考核，有效促進遠程線上教育的開展。

2.實訓平臺模塊設計

智慧實訓教學平臺劃分為3 個功能模塊：教務管理平臺、教師教學平臺、學生實訓平臺。（見下頁圖1）

圖1

（1）教務管理平臺的功能模塊設計：

a）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、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。需包括的數(shù)據項：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。

b）基本配置

可配置維護院系、專業(yè)、課程的基礎信息?？膳繉朐合?、專業(yè)、課程基礎信息。

c）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。

d）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。

（2）教師教學平臺的功能模塊設計：

a）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。

b）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。

c）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。

（3）學生實訓平臺的功能模塊設計：

a）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。

b）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、實訓內容、實訓附件文檔。點擊繼續(xù)實訓，可進入向導式的實訓任務界面，左側顯示實訓步驟，右側顯示實訓步驟的具體內容，點擊提交實訓步驟，則自動依據平臺教師設定的實訓規(guī)則，檢測學生是否已經按要求完成了實驗實訓步驟的內容。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。

c）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。

d）我的題庫：需支持學生在線做習題，鞏固課程的學習效果。

e）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。

f）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。

g）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。

h）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。

3.新模式實訓教學的特色

（1）支持多終端數(shù)據互通

教師WEB 端/PC 端、學生WEB 端/PC 端、學校管理員WEB端數(shù)據互通，充分利用各類型設備資源實現(xiàn)課前、課中、課后教學無縫銜接，全面突破時間空間限制，學生可通過不同設備隨時隨地做實驗實訓。

（2）支持遠程環(huán)境做任務

通過線上遠程服務器，提前配置好虛擬實驗環(huán)境供學生使用，并支持通過WEB 瀏覽器方式直接遠程訪問云端平臺，學生可以使用任意一臺電腦進行實訓。

（3）支持線上互動評價

系統(tǒng)內置一鍵截圖、一鍵錄屏工具等，方便師生溝通，支持自動生成實驗實訓報告，自動批改功能輔助判斷實驗實訓步驟的結果，學生在線提交心得總結，教師批改反饋，學生可查看教師批改結果及評價反饋記錄。

（4）支持信息化教務過程管理

依據課前預習數(shù)據、實驗實訓過程數(shù)據、習題完成數(shù)據，系統(tǒng)可自動生成課程成績，平臺界面可一鍵導入導出學習軌跡與評估報告，全過程信息化管理，動態(tài)留痕，教師和教務管理人員可實時有效監(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，教務工作較傳統(tǒng)模式更為經濟高效，實現(xiàn)無紙化便捷管理。

4.教學改革實施步驟

（1）需求調研

實驗實訓資源的整合不是簡單的結合，而是資源的有機融合，其本質是資源共享，實現(xiàn)資源的最大化利用[2]。在校內及兄弟院校相關二級學院、專業(yè)進行走訪調研，了解當前計算機、通信、自動化、電子類專業(yè)實驗實訓課程的教學形式、現(xiàn)狀、困境與師生需求，形成開發(fā)需求分析與可行性報告，明確智慧實驗實訓平臺開發(fā)需求清單與目標功能模塊，制定項目開發(fā)計劃。

（2）平臺構建

搭建研發(fā)系統(tǒng)核心技術架構及功能框架，在平臺試運行雛形的基礎上逐步完成整個產品框架的研發(fā)及測試完善?；诖撕诵募夹g架構，全面支持多樣化授課方式和學生遠程連接虛擬實驗實訓環(huán)境進行課前預習、課中學習及課后練習，為學生隨時隨地的主動學習提供技術支持。在社會范圍內，充分依托各自的優(yōu)勢資源和優(yōu)勢，以互信和合約為基礎，以服務經濟轉型和滿足需求為出發(fā)點，以協(xié)同育人為核心[3]。

（3）教學試點

平臺主體功能開發(fā)完成后，以校內部分計算機類、通信類、自動化類、電子類專業(yè)班級作為教學改革試點，通過新模式的線上實驗實訓課程增加實操教學比重，并收集師生使用反饋，進一步改進完善系統(tǒng)功能，持續(xù)進行智慧實驗實訓平臺的更新迭代。

三、技術實現(xiàn)手段

1.采用的技術創(chuàng)新手段

（1）本系統(tǒng)開發(fā)主要采用B/S技術架構，使用JAVA、SpringMVC、Struts2、Mybatis、Ext4Js、C#、HTML5、JavaScript 等新一代互聯(lián)網技術進行開發(fā)設計。容器采用Tomcat、Nginx 做負載均衡，采用大型關系數(shù)據庫MySQL，同時結合Memcache、分布式緩存等技術，提高了系統(tǒng)性能。

（2）系統(tǒng)采用JAVA 編程語言實現(xiàn)功能模板，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。

（3）使用WebSocket 技術跟服務器通訊，支持實時反饋使用狀態(tài)、減少通信量。（見圖2）

圖2

2.重點突破的關鍵問題

（1）自動評判主觀題核心算法問題

高校教師教學過程中針對練習、作業(yè)、考試的批改工作較多，特別是實訓任務，涉及大量的主觀題、非標準化的步驟內容，教師逐個批改的工作量特別大、反饋周期更長。本平臺采用新一代大數(shù)據技術和人工智能深度學習技術改進主觀題自主評卷的算法，提升判卷的效率，降低教師批改工作量。

（2）實訓跟蹤開發(fā)工具多版本兼容性問題

前期開發(fā)過程中調研各院校所使用的開發(fā)軟件工具版本，綜合考慮評估，所采用的技術方案及架構充分考慮版本兼容性、擴展性，根據不同網絡的各層次節(jié)點，具備支持多種通信媒體、多種物理接口的能力，提供技術升級、設備更新迭代的靈活性，實現(xiàn)大部分軟件工具的兼容適配，確保滿足各校實訓需求。

（3）高并發(fā)訪問系統(tǒng)穩(wěn)定性問題

采用B/S 技術架構、大型關系數(shù)據庫技術MySQL、主流軟件開發(fā)技術JAVA 成熟穩(wěn)定的CentOS7操作系統(tǒng)及現(xiàn)代網絡安全通訊技術，并借助分布式區(qū)塊鏈技術記錄課程成績，避免系統(tǒng)的單點故障，通過事故監(jiān)控和網絡安全保密等技術措施提高整個平臺系統(tǒng)的安全可靠性，實現(xiàn)依據業(yè)務訪問量實時在線擴容的技術開發(fā)運維方案。

（4）本地環(huán)境部署過于繁瑣的問題

通過WEB 端直接訪問已經提前配置好在線實驗實訓環(huán)境的遠程云端服務器，通過虛擬機靈活開展實驗實訓教學，為學生節(jié)省安裝環(huán)境的工作量，預留更多時間研究、思考實驗實訓本身的任務內容，提升學習效率及質量。

結語

對學校而言，探索新模式線上實驗實訓教學，可以在增加實操教學比例、提升教學質量、改善實驗實訓過程跟蹤管理的基礎上，降低學校固定資產采購與維護壓力。對學生而言，通過虛擬仿真實操的方式將理論與實際操作能力相結合，有更加充裕的機會進行實操演練，促進知識的學以致用，加強對本專業(yè)相關實際工作能力的培養(yǎng)，避免紙上談兵，將大大提升畢業(yè)后的就業(yè)競爭力。基于以云計算、人工智能、大數(shù)據技術、區(qū)塊鏈等為代表的新一代信息技術，通過開發(fā)、應用智慧實訓教學平臺，可以更好地培養(yǎng)高質量、創(chuàng)新型、動手能力強的高素質專業(yè)技術人才。