云技術(shù)在士官職業(yè)教育中的應(yīng)用研究與探索

張衡+郭海濤+王番+孫偉+紀(jì)松

摘 要：隨著云技術(shù)在教育領(lǐng)域的逐步推進(jìn)，軍隊對教育云服務(wù)的期望和需求也與日俱增。將云技術(shù)的硬件虛擬化、軟件模塊化和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化等特性應(yīng)用于士官職業(yè)教育，可以大大改善目前存在的管理體制、教育體系、培訓(xùn)手段等方面的不足，并能有效推進(jìn)我軍士官職業(yè)教育的科學(xué)、持續(xù)和創(chuàng)新發(fā)展。文章對云技術(shù)在《攝影測量與遙感技術(shù)》士官學(xué)員課程中的應(yīng)用進(jìn)行了有益嘗試和探索，望能為士官職業(yè)教育提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：云技術(shù);士官職業(yè)教育;攝影測量與遙感技術(shù);網(wǎng)絡(luò)課程

中圖分類號：G434 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2016）20-0082-04

一、引言

士官在未來信息化戰(zhàn)爭和多樣化軍事任務(wù)中的作用舉足輕重[1][2]，實行與士官主體地位相對稱、與軍隊信息化建設(shè)相適應(yīng)、與國家職業(yè)教育相融合的士官職業(yè)教育培養(yǎng)戰(zhàn)略已成為客觀需求。然而目前我軍士官職業(yè)教育存在以下不足：①士官職業(yè)教育的思想、理念、手段和方法明顯滯后于國家和軍隊信息化建設(shè)發(fā)展的要求;②士官職業(yè)教育的教學(xué)內(nèi)容更新不及時，無法與部隊裝備匹配，使得學(xué)員所學(xué)知識不能很好的與任職崗位相對接;③士官職業(yè)教育“逐級遞進(jìn)”的培訓(xùn)體制不能充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性[3]，造成部隊出現(xiàn)“既缺人，人卻閑”的尷尬局面;④士官職業(yè)教育課程實踐環(huán)節(jié)比重不夠。

要解決上述問題，必須緊跟時代和社會發(fā)展的步伐，探索和研究士官職業(yè)教育的新途徑和新方法，深入挖掘士官職業(yè)教育與信息化教育手段的結(jié)合點和契入點，進(jìn)而實現(xiàn)士官職業(yè)教育從傳統(tǒng)的偏重知識傳授向注重專業(yè)技能和綜合實踐能力素質(zhì)的提高轉(zhuǎn)變[4]、從呆板的“填鴨式”教學(xué)方法向利用云計算等多種新技術(shù)并舉的多樣式多手段教學(xué)模式轉(zhuǎn)變、從單一體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)教育體制向提升士官崗位任職能力和滿足基層部隊需求的新要求轉(zhuǎn)變。

二、云技術(shù)及其在士官職業(yè)教育信息化中的應(yīng)用

云技術(shù)是在分布式計算、網(wǎng)格計算、并行計算等幾種計算基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種新式計算模式[5]，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的前沿。目前公認(rèn)的云技術(shù)服務(wù)有三種基本分類：IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺即服務(wù)）和SaaS（軟件即服務(wù)）。與傳統(tǒng)單機(jī)模式相比，云技術(shù)中用戶所處理的數(shù)據(jù)、信息并沒有儲存在本地設(shè)備中，而是存貯在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)中心中。這些數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)庫的維護(hù)管理都是由提供云服務(wù)的企業(yè)進(jìn)行管理運作，并由他們提供強(qiáng)大云計算和云存儲能力來保障用戶的正常使用，而云端用戶不受時間、地點的限制，任何用戶都可以通過聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備來完成許多復(fù)雜的任務(wù)和功能。

1.云技術(shù)與教育領(lǐng)域結(jié)合優(yōu)勢

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》明確提出了建設(shè)國家教育云基礎(chǔ)平臺的問題[6]。將云技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域，是指利用虛擬化、負(fù)載均衡和分布式存儲等技術(shù)，建立一個統(tǒng)一的智能開放架構(gòu)云計算平臺[7]，深度集成整合各類教學(xué)資源、實踐平臺和應(yīng)用，按需向用戶提供租用或免費服務(wù)，滿足教育用戶通過各種信息終端完成教學(xué)、學(xué)習(xí)、科研、管理、社會交往等方面的需求，實現(xiàn)發(fā)布教育信息、獲取教學(xué)資源、開展教學(xué)互動、統(tǒng)計教育信息與數(shù)據(jù)、形成科學(xué)決策、實施教育評價、開展協(xié)同科研等系列活動。在享用教育云服務(wù)過程中，用戶不用擔(dān)心硬件性能、軟件版本、數(shù)據(jù)同步、信息安全、存儲備份、帶寬等各種問題，只要擁有網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備，就能夠像使用水、電、氣一樣，隨時、隨地、隨需信手拈來使用教育資源，獲得教育服務(wù)。

2.云技術(shù)在士官職業(yè)教育中的作用

（1）云技術(shù)可以最大限度整合士官教育信息資源

傳統(tǒng)意義上的士官職業(yè)教育信息資源主要針對教員師資資源而言的，在云技術(shù)里，將教育資源動態(tài)化處理，除了師資資源，還將與教學(xué)資源關(guān)聯(lián)的教學(xué)實驗、教學(xué)理念、教學(xué)設(shè)施、部隊裝備資源等在云教育平臺下利用云技術(shù)來完成充分整合，使得士官職業(yè)教育有的放矢，破解以往教學(xué)資源分配不均、各類資源重復(fù)建設(shè)、利用率低下、教與學(xué)內(nèi)容脫節(jié)等諸多困局。

（2）云技術(shù)可以極大提高士官教育的質(zhì)量和效率

教育質(zhì)量和效率是職業(yè)教育乃至整個教育界的命脈，也是教育的競爭力所在。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往是將不同教育背景的士官學(xué)員放在一個起跑線上進(jìn)行統(tǒng)一授課，不利于“個性化學(xué)習(xí)”和“終身學(xué)習(xí)”理論。把云服務(wù)的理念引入士官職業(yè)教育中，充分利用幕課、在線辦公、在線視頻、在線實驗室、網(wǎng)盤等云服務(wù)[8]，來充實教學(xué)和實踐過程，提高教育質(zhì)量。同時也可以把移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用引入教與學(xué)的過程，讓學(xué)員能夠及時了解動態(tài)的教學(xué)信息，并能夠充分利用“碎片”時間和教員、學(xué)員之間做好“無縫”互動，提升教育效率。

（3）云技術(shù)可以很大程度上節(jié)省教育經(jīng)費的投入

云技術(shù)中的IaaS能夠降低硬件資源的投入和更新成本，并能最大化其利用率;Paas和Saas能夠減少我們的軟件成本，并且在維護(hù)方面能夠大大減少人力、物力和財力的投入，杜絕了以往教學(xué)模式中的“重硬件建設(shè)輕內(nèi)容建設(shè)”的死循環(huán)模式。

三、云技術(shù)支撐下的《攝影測量與遙感技術(shù)》士官課程建設(shè)

《攝影測量與遙感技術(shù)》是測繪類士官專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，主要探討攝影測量與遙感技術(shù)的理論實質(zhì)、技術(shù)和使用方法[1][9]。課程要求學(xué)員全面系統(tǒng)地掌握攝影測量與遙感技術(shù)的基本理論、方法和攝影測量儀器設(shè)備的設(shè)計和工作原理，了解利用攝影測量與遙感原理測制數(shù)字地形圖的主要作業(yè)方法，掌握遙感圖像處理與應(yīng)用的基本技能。本課程設(shè)置60學(xué)時（其中實踐課程20學(xué)時），開課前需要學(xué)員預(yù)修《測量學(xué)》、《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》、《地圖基礎(chǔ)知識》和《軍事地形學(xué)》等專業(yè)課程。針對本課程實踐比重較高、實驗軟件重多、實驗場地分散、準(zhǔn)備資源繁雜等因素，我們建立了基于云計算的《攝影測量與遙感技術(shù)》教學(xué)與實踐一體化平臺，通過對設(shè)備資源的網(wǎng)絡(luò)化管理、集約化利用、一站式服務(wù)，轉(zhuǎn)變了課程的教學(xué)組織模式，實現(xiàn)了教學(xué)組織的流程化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化[10]，大大提升了士官學(xué)員的教學(xué)效果，為士官職業(yè)教育累積了豐富的經(jīng)驗。

1.云技術(shù)在《攝影測量與遙感技術(shù)》課程中的應(yīng)用思路

針對傳統(tǒng)教學(xué)中場地設(shè)備分散、實驗數(shù)據(jù)無序、遙感影像判讀訓(xùn)練困難等現(xiàn)狀，以云計算等技術(shù)和硬件設(shè)備為依托，采用虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)軟硬資源、數(shù)據(jù)資源的一體化管理和利用，主要思路包括：

（1）硬件設(shè)備資源的“虛擬化”改造

依托現(xiàn)有設(shè)備（包括影像服務(wù)器、數(shù)字立體測圖工作站、繪圖儀、數(shù)字掃描工作站等），建立虛擬資源池，將所有分散的設(shè)備虛擬成一部“云服務(wù)器”，實現(xiàn)計算資源、服務(wù)資源、存儲資源的統(tǒng)一管理和利用。

（2）實驗軟件資源的“模塊化”定制

把課程實踐環(huán)節(jié)用到的操作系統(tǒng)、實習(xí)軟件（如單像測圖系統(tǒng)、正射影像制作系統(tǒng)、空中三角測量系統(tǒng)等）進(jìn)行模塊化定制，以提供不同組合的實驗環(huán)境使用。

（3）影像數(shù)據(jù)資源的“網(wǎng)絡(luò)化”應(yīng)用

將多時相、多分辨率、多波段的各類遙感影像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線收集和管理，建立遙感影像云服務(wù)系統(tǒng)，為定向軟件、判讀軟件、遙感圖像處理軟件提供影像按需下載和解譯服務(wù)。

（4）教學(xué)答疑模式的“交互式”轉(zhuǎn)變

依托全軍訓(xùn)練管理網(wǎng)和現(xiàn)有幕課平臺，建立統(tǒng)一的云教學(xué)和實踐在線平臺，打破場地約束，使學(xué)員隨時、隨地、按需進(jìn)行理論知識和在線實踐學(xué)習(xí)。

（5）教學(xué)質(zhì)量效果的“可視化”評價

通過對學(xué)習(xí)日志和行為統(tǒng)計等分析，可以記錄和發(fā)現(xiàn)學(xué)員在教學(xué)和實驗環(huán)節(jié)中存在的諸多問題，經(jīng)在線可視分析評價，可為后續(xù)的教學(xué)設(shè)計提供重要直觀的參考價值;通過學(xué)員在線試題解答結(jié)果，經(jīng)可視化數(shù)據(jù)挖掘，可為本課程的教學(xué)評估提供第一手真實資料。

2.云環(huán)境下的《攝影測量與遙感技術(shù)》課程總體框架

一體化教學(xué)和實踐平臺邏輯上可以分為三層架構(gòu)，如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)支撐層：是云平臺最基礎(chǔ)的設(shè)施，包括基礎(chǔ)硬件、基礎(chǔ)軟件和虛擬資源等，主要作用是根據(jù)需要發(fā)布和維護(hù)各類虛擬機(jī)的運行，支撐網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，提供平臺安全保障。

（2）數(shù)據(jù)支撐層：主要作用是管理和維護(hù)數(shù)據(jù)量較大、密級較高的遙感影像數(shù)據(jù)，包括教學(xué)和實驗過程中用到的各類影像數(shù)據(jù)，以及影像數(shù)據(jù)管理、服務(wù)等軟件。

（3）軟件服務(wù)層：包括本門課程中各類教學(xué)實習(xí)軟件、開發(fā)環(huán)境、開發(fā)工具，本層是進(jìn)行士官教學(xué)和實驗活動的主要對象。

3.云環(huán)境下的《攝影測量與遙感技術(shù)》課程重點建設(shè)內(nèi)容

《攝影測量與遙感技術(shù)》教學(xué)與實踐一體化云平臺建設(shè)是用云技術(shù)和創(chuàng)新的方法完成士官職業(yè)教育授課任務(wù)，使得理論與實踐同步、教員與學(xué)員同步，因此云平臺要緊緊圍繞“兩點一線”來建設(shè)，“兩點”就是參與課程的主體——教員和學(xué)員，“一線”指的就是教員教、學(xué)員學(xué)的過程。這個過程在云環(huán)境下通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來完全實現(xiàn)，重點需要建設(shè)好以下幾個內(nèi)容。

（1）《攝影測量與遙感技術(shù)》在線仿真與虛擬實驗室

使用先進(jìn)的可視化手段輔助教學(xué)，在云平臺上為學(xué)員提供充分的視覺信息，是改進(jìn)教學(xué)方法的重要途徑。本課程研究的主要內(nèi)容是三維空間信息的獲取與表現(xiàn)，在教學(xué)中涉及大量的空間坐標(biāo)系、透視投影變換、旋轉(zhuǎn)變換以及航天遙感、航空攝影、航空影像等內(nèi)容，這些知識抽象枯燥，不易進(jìn)行實驗，學(xué)員在學(xué)習(xí)時，常常感到難以掌握。使用仿真可視化技術(shù)輔助專業(yè)教學(xué)，能有效提高現(xiàn)代化信息技術(shù)在專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用水平，為學(xué)員提供逼真感、沉浸感強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)“所見即所得”的效果，將枯燥的理論知識用生動靈活的表現(xiàn)形式進(jìn)行表達(dá)，有利于調(diào)動學(xué)員學(xué)習(xí)積極性，系統(tǒng)把握課程知識。圖2所示為“攝影測量與遙感”課程在線仿真實驗例子。

（2）基于網(wǎng)絡(luò)的遙感圖像二、三維判讀訓(xùn)練一體化教學(xué)實驗

將課程收集的各類遙感影像通過實地采集、數(shù)字測圖和三維建模，建成基于遙感圖像的二、三維一體化云判讀訓(xùn)練平臺。學(xué)員進(jìn)入判讀訓(xùn)練實驗狀態(tài)后，選擇所要培訓(xùn)的目標(biāo)，通過云平臺調(diào)用目標(biāo)的影像庫和相應(yīng)的三維模型庫，使影像和相應(yīng)三維模型聯(lián)動顯示如圖3所示。為了實施目標(biāo)判讀訓(xùn)練，對系統(tǒng)所涉及到的各類遙感目標(biāo)，利用成果資料建立標(biāo)準(zhǔn)庫，學(xué)員在所實驗的目標(biāo)影像上進(jìn)行采集，然后與標(biāo)準(zhǔn)庫里的目標(biāo)圖進(jìn)行對照，檢驗自己的判讀訓(xùn)練情況。

（3）云環(huán)境下的攝影測量程序設(shè)計練習(xí)實驗

攝影測量程序設(shè)計練習(xí)實驗主要包括獲取與處理、特征提取與定位、影像定向、影像匹配、DEM內(nèi)插、正射影像生成和地形三維景觀制作七個模塊，包含了攝影測量學(xué)中經(jīng)典的算法。該云平臺實驗系統(tǒng)具備了常用的攝影測量交互計算功能，學(xué)員可以通過對系統(tǒng)的操作理解掌握攝影測量的主要工序。此外，該系統(tǒng)還提供了編程接口和例子代碼（如圖4所示），學(xué)員可以自己動手編寫所學(xué)算法的程序，有助于他們更加準(zhǔn)確地掌握算法的原理。該系統(tǒng)可以滿足有一定編程基礎(chǔ)的士官學(xué)員單獨選修。

四、結(jié)束語

士官職業(yè)教育必須結(jié)合云計算等新技術(shù)、新應(yīng)用，從多方面、多維度、多渠道借勢借力，才能在全軍教育信息化建設(shè)道路上贏得未來，才能在強(qiáng)軍路上打造一條適合培養(yǎng)“四有”士官人才隊伍的創(chuàng)新之路，才能在推進(jìn)中國新軍事變革的征途中做好適應(yīng)未來信息化戰(zhàn)爭的新思維、新技術(shù)、新觀念的儲備。當(dāng)然隨著《攝影測量與遙感技術(shù)》士官課程的發(fā)展與變化，新的教學(xué)理念、教學(xué)方法和多媒體技術(shù)會逐漸滲透到信息化建設(shè)的各個方面，我們的研究也會隨著新技術(shù)的不斷更新與時俱進(jìn)，關(guān)于士官職業(yè)教育的研究與應(yīng)用，愿與同行們共商榷。

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（編輯：魯利瑞）