“現代學徒制”下物聯網應用技術專業平臺的分析與研究

李文翔 李忠森

摘 要：對工學結合校企合作“現代學徒制”培養模式，并對課程體系及實施過程進行系統的整理與重構，以校園網為依托，為學生、教師、企業提供一個無縫連接的開放的柔性平臺，已成為現代教育理論和實踐的重要內容。基于B/S體系結構，文中分析并給出了現代學徒制下物聯網應用技術專業平臺的設計方案和功能模塊，同時提出了該平臺基于Web服務的五層軟件體系結構和基于RTP/RTSP協議的視頻直播工作流程。最后就平臺的應用和功能的完善做了探討。

關鍵詞：現代學徒制；專業應用平臺；Web服務；B/S體系結構

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）06-0-03

0 引 言

“現代學徒制”以企業用人需求與崗位資格標準為服務目標，以校企合作為基礎，以學生（學徒）的培養為核心，以課程為紐帶，以工學結合、半工半讀為形式，以學校、行業、企業的深度參與和教師、師傅的深入指導為支撐的人才培養模式，強調“做中學、學中做”[1]。而專業應用技術平臺建設通過信息技術實現教學資源的共享，方便教師和學生的學習與工作，便于開展教學過程控制[2]。

在研究國內外專業應用技術平臺應用方面所取得的理論和實踐成果的基礎上[3-6]，對工學結合校企合作“現代學徒制”培養模式與課程體系及實施過程進行系統的整理與重構，為學生、教師、企業提供一個無縫連接的開放的柔性平臺，不斷推進教學資源的共建共享，提高優質教學資源的使用效率，擴大受益面。

1 現代學徒制平臺的設計方案

1.1 現代學徒制平臺的設計目標

基于現代學徒制的物聯網應用技術專業平臺是一個基于Internet的網絡教學應用系統。本平臺的建設不僅針對高校物聯網應用技術專業的在校生自主學習，還可以滿足物聯網相關服務類企業人員、社會學習者學習咨詢及培訓和開展科技服務工作的需要。從在校生學習的角度，物聯網應用技術專業資源庫提供給學生豐富的學習資料，拓展了學習空間，培養學生自主學習協作學習探究學習的能力；從教師教學的角度，通過資源平臺可以進行課程開發和課程教學，為教學提供了豐富優質的教學資源；從物聯網相關和社會人員使用的角度，物聯網應用技術專業資源平臺項目為企業和社會人員提供了資源檢索、信息查詢、資料下載、教學指導、學習咨詢、人員培訓等功能。

1.2 平臺的運行環境

（1）服務端

一臺用于提供Web服務運行的Web服務器，可以安裝Windows Server 2012操作系統+IIS7.0+ASP.NET。

一臺用于管理數據庫空間并提供數據讀寫操作的數據庫服務器，應當安裝Windows Server 2012操作系統+SQL Server 2012。

一臺用于提供文件共享的文件服務器，主要安裝Windows Server 2012操作系統。

一臺專門處理流媒體文件的流媒體服務器，可以安裝Windows Server 2003操作系統+Windows Media Encoder 7.1+H264編碼器+數碼攝像機。

（2）客戶端

普通PC機或智能終端，可以安裝Windows操作系統或其他操作系統+瀏覽器+VLC多媒體播放器。

1.3 平臺的組成及其功能模塊

根據文獻[7]與文獻[8]的闡述，綜合考慮系統設計的實用性和經濟性，確定采用B/S模式下Web訪問的網絡教育和交流環境。平臺的網絡拓撲如圖1所示。

基于現代學徒制的物聯網應用技術專業平臺不僅能為在校學生提供學習和企業員工再學習的機會，還能為在校老師和企業導師提供交流的平臺。因此該平臺主要涉及的三類用戶分別為教員、學員和系統管理員。平臺的頂層用例圖如圖2所示。其中學員包含了在校學生和企業員工兩類用戶，而教師和企業導師都可以視為教員。

平臺三類用戶的需求是構建一個現代學徒制下物聯網應用技術專業知識的學習和交流平臺。針對三類用戶的需求分析，該平臺由在線實時學習、離線學習、崗位技能培訓、項目工作室、互動交流等應用子系統組成，平臺功能模塊圖如圖3所示。

教員利用該平臺可以完成對教學資源的組織和管理工作，包括教學資源的增刪改操作等。教員可以通過專用攝像機將其講課過程實時傳輸到服務器或者經錄制處理后上傳到服務器，供學員在客戶端在線或離線學習。同時，作為教員的企業導師可以依據企業崗位需求在平臺上制定崗位技能培訓計劃和任務，供學員進行技能培訓。該平臺提供了一個學員和教員二者之間項目合作交流的平臺，從而提高高校和企業的產學研合作。在該平臺上教員可以依據學員的綜合表現做出綜合性評價。各應用子系統的功能簡要說明如下：

（1）在線實時學習子系統

該子系統主要用來實現學習的實時直播功能，滿足學員線上實時學習的需求。在服務端，利用數字攝像機將教員的講課過程實時傳輸到服務器，然后通過視頻直播模塊將音視頻信號采集編碼壓縮生成ASF流媒體文件，并經服務器傳送到網絡上。客戶端，學員只需在瀏覽器上通過視頻直播連接就可以實時接收到教員講課的過程。

（2）離線學習子系統

該子系統主要實現的是學習的點播功能，滿足學員線下自學的需求。在服務端，利用數字攝像機將教員的講課過程進行錄制處理，通過專業的視頻處理軟件生成ASF流媒體文件后上傳到服務器的指定目錄下?？蛻舳耍瑢W員只需在瀏覽器上選擇教學視頻點播就可以進行學習。

（3）崗位技能培訓子系統

該子系統主要實現的是學員企業崗位技能的培訓。其主要參與者為企業導師與學員。企業導師根據實際企業崗位的技能需求指定培訓計劃，并給學員安排日常的工作和學習培訓任務。學員根據企業導師發布的任務安排按時按量完成任務，并通過該系統上傳任務成果。企業導師可以實時跟蹤學員的動態，并依據學員的成果進行相應的評價。

（4）項目工作室

教員通過公告欄可以在網上發布項目招募信息。線下學員與教員之間可以通過各種形式完成項目，并上傳項目成果供其他成員參考使用。學員或教員也可以發布自己完成的研究成果，供其他成員參考使用與評價。

（5）資源共享平臺

提供一個基于Web的資源上傳下載平臺。教員可以上傳教學資源或相關優質資源到服務器的指定目錄下。學員可以通過下載鏈接下載相關教學資源。

（6）互動交流平臺

提供一個在線師徒交流、討論場所。學員可以向教員提問，教員進行實時解答，也可以發布對某個問題或某個領域的典型解答。

（7）考核評價子系統

該系統用于教員對學員的考核評價。主要包含崗位技能認證子系統、網上作業評價子系統、網上考試子系統和項目成果效益評價子系統。具體如下：

a.崗位技能認證子系統是對學員日常任務完成效果和崗位技能證書的綜合評價；

b.網上作業評價子系統在發布日常作業后，學員完成作業后對作業效果的綜合評價；

c.網上考試子系統通過發布在線考試題目，學員完成在線考試后進行的考核評價；

d.項目成果效益評價子系統對學員在項目工作室中參與的程度以及完成項目的社會效益等進行綜合評價。

2 平臺實現的主要關鍵技術

2.1 基于Web服務的五層軟件體系結構

采用基于Web服務的五層軟件體系結構，分為數據層、數據服務層、業務邏輯層、業務接口層和業務表示層。其五層結構如圖4所示。

（1）數據層。主要實現數據存儲、數據間的聯系等邏輯關系。該層采用SQL Server 2012以及XML來完成；

（2）數據服務層。該層起中介作用，是承接業務邏輯層對數據層的數據調用。將后臺數據庫表的操作封裝于該層，即DAO組件都放在該層；

（3）業務邏輯層。該層主要將各種業務功能邏輯組件以Web服務組件進行封裝，比如用戶登錄、視頻播放、文件上傳下載等功能；

（4）業務接口層。該層主要對業務邏輯層封裝的Web服務組件進行描述和組合，并將Web服務組件注冊發布到IIS上，實現各個服務之間的交互；

（5）業務表示層。該層主要為用戶提供輸入/輸出交互界面，通過調用業務接口層上的Web服務將系統的各個功能在瀏覽器上輸出。

2.2 基于RTP/RTSP協議的視頻直播

提供教學視頻直播是基于現代學徒制的物聯網應用技術專業平臺的主要功能之一。目前流媒體技術的成熟發展為實現教學視頻直播提供了有效的技術支持。由于移動終端的普及，根據文獻[9]與文獻[10]的描述，該平臺使用基于RTP/RTSP協議的視頻直播技術，主要解決客戶端在不同應用平臺（PC機或智能終端）上視頻的實時播放問題。工作流程如圖5所示，采集端將采集到的音視頻信號進行處理，并用H264編碼，經RTP和UDP封裝后上傳至流媒體服務器。流媒體服務器根據客戶端發送的RTSP交互協議發起或終結流媒體處理，并將經過UDP、RTP拆包后的數據通過VLC編碼后在客戶端播放。

3 關于系統進一步完善與應用的思考

本文提出的基于現代學徒制的物聯網應用專業平臺只是網絡教學和專業交流平臺的一個基本雛形，平臺現有的基本功能可以進一步完善和擴充。目前可以從以下幾方面考慮：

（1）優化考核評價標準，需要研究現代學徒制下考核評價的標準化和評價分析功能；

（2）完善開發更為友好的交互界面，繼續研究更為有效的視頻直播技術；

（3）在資源共享模塊方面，考慮采用Hadoop云平臺解決文件服務器資源不足的問題；

（4）在項目工作室方面，考慮引進O2O模式來提高共同合作開發項目的服務。

4 結 語

本文給出了現代學徒制下物聯網應用專業平臺的設計方案，該平臺包含了在線實時學習子系統、離線學習子系統、崗位技能培訓子系統、考核評價子系統、項目工作室、互動交流平臺和資源共享平臺等功能模塊，并提出了該平臺的基于Web服務的五層軟件體系結構。針對實時視頻播放問題，給出一個基于RTP/RTSP協議的視頻直播工作流程。平臺部署和實施工作成為后期研究的重點。

參考文獻

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[2]劉艷莉，孫雨耕，程鵬，等.數字化教學資源共享信息平臺建設研究[J].現代遠距離教育，2011（2）：39-42.

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[6]呂元海.基于Native XML數據庫的視頻教學資源平臺構建[D].西安：西安電子科技大學，2011.

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[8]潘捷.基于開源架構的校園流媒體系統的設計與實現[D].上海：復旦大學，2009.

[9]李玲娟.一種視頻直播系統的設計與實現[D].青島：青島科技大學，2013.

[10]王征.移動終端流媒體傳輸協議的研究與實現[D].杭州：浙江大學，2006.