基于大數據和云計算技術的電子信息專業群實訓平臺設計

張偉龍 李榮嫻 于濤 河北交通職業技術學院

一、研究背景

1.電子信息類專業實訓室現狀

電子信息專業群以軟件技術專業為核心，以移動應用開發、計算機網絡技術、物聯網應用技術、計算機應用技術、數字媒體應用技術專業為基礎，拓展云計算、大數據、虛擬現實、網絡空間安全專業方向。專業課程重合科目較多，實訓室分項功能多樣、負擔繁重，實訓室建設投入成本大，且設備更新換代較快，維護成本高。實訓過程數據難以存儲，實訓數據無法接入校園大數據交換平臺，以至于大量信息不能共享。實訓室利用率偏差較大，有的實訓室利用率很高、機器負擔過大、頻發出錯，而有的實訓室利用率低，浪費嚴重。

2.學生現狀分析

目前職業院校信息類專業學生規模不斷擴大，學生質量參差不齊，學生來源多樣。有參加普通高考的，有通過單招聯考的，還有中職3+2、五年一貫制等多種形式考試進入職業院校信息類專業學習。這些學生的知識儲備、專業認知、思維能力、接受能力、自控能力都不一樣，他們在實訓操作練習時，掌握程度，實訓效果難以全面有效的反映給指導老師。學校對學生實訓環節也沒有相應的視頻記錄和分析措施。不能有效的根據學生特點展開教學和實訓，難以實現差異化管理，缺乏實時評判和糾錯機制。

3.信息技術的發展

隨著信息技術的飛速發展，大數據和云計算已經滲透到經濟生活的各個領域。教學、實訓過程中海量、高增長率和多樣化的信息資需要使用大數據平臺分析、判斷，為決策者提供服務。傳統的服務器架構已無法支持大量的數據抓取、存儲、分析和展現工作。而云計算技術的興起完全的填補了該問題，通過利用云計算的高可擴展性、便捷的部署方式、便捷的管理方式來實現大數據平臺的快速有效部署。

二、實訓平臺建設目標和內容

搭建、實現基于大數據技術的全天候開放型網絡教學實訓一體化平臺，實現學生線上線下主動式學習。并將學情數據傳送至校園大數據中心，分析學生特點、設置專業課程及難度。從學生個體差異出發，推送個性化教學目標、實訓方案，探索、實踐并形成以學生為中心的新型個性化教學模式。將電子信息專業群所使用的軟件集成到私有云服務器上，通過瀏覽器訪問云端構建實訓環境，訪問一體化教學實訓資源，進一步實現信息化與教學實訓的深度融合。構建專業群核心課程教學資源庫，包含教學大綱、視頻資源、實訓指導、實訓代碼和數據、綜合實訓等一系列教學實訓資源，全方位解決“教、學、做”過程中所遇到的問題。

課程建設：運用相關大數據、云計算、數據挖掘等技術深入研究教師、學生等各教學主體之間的特性，挖掘各教學主體之間相互作用的內在規律，構建教學主體之間相互作用的演化模型，分析演化過程的動態性、復雜性，準確掌握學生在教學實施過程中對知識的掌握程度、學習習慣等，依據職業崗位對人才需求的變化并對人才培養方案、教學目標與教學內容進行修訂與調整，形成學生培養目標。整合原有開發語言課程，針對電子信息專業群特點和大數據適用原則，側重開發軟件應用較多的專業課，如程序設計類課程、數據庫類課程、網絡技術類課程。

（5）資源共享差。各校院、學科、企業之間因管理、資金、產權保護等因素限制，導致仿真平臺共享較差。多數仿真平臺僅服務于校內電腦終端、特定用戶，未能面向社會用戶開放。多數平臺無法通過手機、IPAD等移動客戶端隨時隨地鏈接實驗，開放方式不靈活。

綜合實踐模式建設：為進一步加強對學生綜合能力、創新能力的培養, 以能力培養為主線構建實踐教學內容體系，根據一體化實訓平臺所記錄的學生各個實訓環節的數據，通過大數據分析學情特征，科學的設計實訓大綱、調整實驗內容，創新性的分配個性化實訓任務。由系統平臺推送與學生自主選擇相結合確定實訓內容 ,在視頻資源指導下獨立完成實訓全過程提升學生的自主實訓積極性，增強學生進行創造性實驗的能力，確保學生在實訓環節中得到充分的基本技能和創新能力訓練。

三、實訓平臺架構和功能特點

實訓平臺為電子信息專業群綜合性實訓平臺，是所有模塊的核心母平臺,分為基礎層、數據層、應用層和用戶層。

1.基礎層：基礎層主要包括通信網絡的基礎設施、校園局域網和無線網絡三部分。通過對服務器、存儲設備、網絡資源的虛擬化，為實訓平臺用戶提供及時、高速、可靠的計算、存儲和軟件實訓資源，從而提供服務器利用率，降低運營成本、節約資源。

2.數據層：數據層主要包括基礎資源數據庫、視頻資源數據庫、實訓過程資源數據庫、用戶信息數據庫、共享資源數據庫。根據不同的業務需求，通過數據共享交換平臺匯聚信息、整合資源，建設相關的專題業務數據庫，再運用大數據技術、挖掘分析，為上層業務應用提供數據支撐，為教學管理和個性化學習科學依據。

3.應用層：應用層為各類需求提供統一的功能支持和安全保障，主要包括面向需求的應用提供統一的功能支持，包括各類應用系統。

實驗資源管理系統：動態調整、動態搭建實訓環境，根據需求創建教學實驗內容及實驗環境。包括人才培養方案、教學大綱、課程規劃、視頻學習、實訓操作、過程數據、課程代碼、過程考核、考試成績、質量評價等。

虛擬機管理系統：動態分配實訓資源，動態分發計算任務，管理任務，可視化資源等。

實訓測試管理系統：針對實驗課程在線進行課程實訓考核，實現老師在后臺進行班級管理和試卷的一鍵添加、查看、刪除的統一化管理。

教師管理系統：教師管理系統支持角色權限自由分配和按需分配角色，如：專業負責人管理員、課程管理員、項目組管理員、實驗小組組長，學生等角色的動態管理，每種角色權限范圍可隨客戶需求現場修改。管理內容可自由選擇和定制。

學生練習系統：學生可以查看實訓過程中各個環節的存在問題，如重點步驟、易錯題、正確率等。該模塊提供實訓步驟查看、過程提交、測試考試、自動評分等，根據教師事先設定的標準答案自動評分，自動統計所有學生的得分情況并提供可視化成績報表。

質量評價系統：主要是對實訓過程數據進行監控和匯總分析，建立監控點，實時計算出每個指標對應的結果值，根據結果數據可以進行數據對比分析，及時進行預警，通過大數據分析，得出同類型的指標排名分析，以便于后續的改進。

4.用戶層：主要包括管理員、教師和學生。用戶使用計算機、移動電腦、智能手機和其它電子終端等等設備，可以在實訓室、宿舍、圖書館等符合網絡接入要求的地方訪問實訓平臺。

四、建設成效

實訓平臺依據信息專業學生特點，主要從平臺管理、課程資源管理、學習管理三個方面，解決實訓管理、學生個性化學習、實訓質量診斷與改進三大難題。該平臺能夠對實訓任務全程記錄，依據指標點進行診斷分析，多維度展示結果，形成診改報告，便于持續改進。