面向職業能力培養的云端培訓平臺整合構建研究

摘要：本文根據我國職業教育發展的新形式，以及現階段職業教育不足，結合云計算技術，整合構建了一套面向職業院校的在校學生、社會培訓機構、自由學習者的云端培訓平臺建設方案，本方案能有效支持以班級為單位的教學、培訓，以及自由學者的學習，方案提供了兩套基于在線的虛擬仿真實驗系統。

關鍵詞：云計算;職業教育;學習平臺;教學資源庫;慕課

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）21-0237-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 目前職業能力培養中的問題

1.1關于職業教育

職業能力是人們從事其職業的多種能力的綜合，是指在職業活動中運用習得知識、態度、技能進行遷移、整合，進而形成的能勝任職業任務的處理能力。職業教育的目的就是培養受教育者的職業能力。

2019年教育部發布的《職業教育法修訂草案（征求意見稿）》，給職業教育下的定義是：是指為了使受教育者具備從事某種職業或者職業發展所需要的職業道德、專業知識、技術技能和能力素質而實施的教育活動，包括各級各類職業學校教育和各種形式的職業培訓;國際勞動組織把正規職業教育定義為“遵循預先制訂的學習內容和精確的學習目標，在教育機構或專門設計的培訓場所（包括企業的正規學徒制系統）開展的結構化、系統化的教育及培訓”。職業教育本身即包含了職業學校教育和職業技能培訓。

2019年1月24日，國家發布了《國家職業教育改革實施方案》，指明“職業教育與普通教育是兩種不同教育類型，具有同等重要地位”;2019年5月6日，國家發布《高職擴招專項工作實施方案》，宣布高職教育大規模擴招100萬。這一系列國家政策的出臺，充分說明國家對職業教育的重視。職業教育目前正從中職、高職，向本科延伸。我國高等職業教育人才培養模式出現的辦學主體多元化、服務對象多樣化、辦學形式多樣性、培養目標長遠化、課程設置市場化、教學內容實踐化、資格證書規范化、評估體系特色化等新的發展趨勢。我國高等職業教育人才培養模式改革的策略：教育思想上突出“以人為本”、培養目標上以職業能力為本位、專業設置以市場需求為導向、課程體系向綜合化發展、師資隊伍建設向雙師結構型發展、人才培養途徑以校企合作為主、適當發展本科以上層次的高職教育、構建職教與普教銜接的終身教育體系、加強職業資格證書考核標準等，使其更符合世界職業教育發展趨勢[1]。傳統的“技能型”人才培養正向“高素質應用型”人才培養轉變。

1.2 目前職業能力培養中的問題及原因

經調研發現，現階段職業教育、職業培訓的質量還有待進一步加強，比如：（1）當前針對職業教育的教學與培訓，學員接受職業技能理論教育的廣度和深度不足，（2）實踐操作不足，與理論脫節，動手能力偏弱。產生上述現象的原因有以下幾點：（1）職業教育整體還有向普通本科教育看齊的想法，沒有定位準職業教育的重心，沒有考慮生源質量;（2）對實踐環節重視不足，導致資金投入不到位的問題;（3）職業教育手段不豐富，導致學員接觸學習資源的機會不足;（4）職業教育資源針對性不強，導致學員學習過程中很難適應。隨著高職院校擴招100萬的國家計劃的實施，接受職業教育的對象已不僅僅是普通接受了中職、初中、高中教育的生源，也可能是下崗工人、退役軍人、農民工職業教育，這部分新型受教育者不僅受教育背景差異巨大，而且可能因養家和生存壓力，在接受全日制教育的同時，也要同步工作及處理其他生活事宜，導致學習時間碎片化，學習場所不固定。

2 基于現階段互聯網信息技術建設云端培訓平臺的必要性、可行性

在職業教育發展歷程中，學習空間相伴而生，時期不同，形態不同。深度融合趨勢下的教育技術和教育實踐，正在引發學習的內容、理念、手段、方式的全面變革，進而形成一種全新的學習形態——泛在學習，能為學習者提供終身學習、全方位學習、無縫學習和混合學習狀態，人們接受教育、接受培訓不再只是在學校或者培訓機構，學習變得無處不在。

由于基于信息技術的學習平臺——慕課正在被如火如荼的使用，并廣受好評。慕課的優點是，平臺一旦錄入學習資源，可以長期反復使用，在多媒體技術支持下能較好的表現學習內容，在移動數據、移動終端的支持下，能較好的支持泛在學習，上述特點也正好彌補了傳統職業教育的部分不足，使用學員可以更好地理解培訓教材，隨時隨地可接人的特性顯著增加了學員的學習機會，形象鮮活的多媒體教學資源也增強了學員的學習興趣。

傳統基于信息技術的學習平臺，基于普通服務器或傳統虛擬機建設，在可擴展性、均衡負載、應對突發高訪問量等方面有很大不足。云計算的出現彌補了上述大部分不足。云計算技術采用虛擬化技術、分布式技術、并行計算技術等技術將資源虛擬化為計算資源服務，用戶按需求申請相關資源，并可以動態調整，不需了解底層技術，降低了用戶的使用難度。本文將深入分析研究如何基于云計算構建一套適應多類型終端、多客戶端接入的面向職業教育的培訓平臺建議方案，平臺既能較好的支持高職院校在校學生學習，又能較好的支持自由學習和職業培訓。《地平線報告》的研究成果表明，未來教育將更多地以非正式學習的形式呈現。

3 云端培訓平臺構建

3.1功能分析

說明，本文所稱慕課包含MOOC子系統和SPOC子系統，MOOC架構課程服務于自由學習者，SPOC課程服務于班級授課。

本文構建的培訓平臺方案，具有慕課教學的核心功能，本培訓平臺方案具有以下基本功能：（1）充分發揮云計算在構建培訓平臺中的技術優勢;（2）能完成課程或培訓項目為學習單位的教學、培訓工作;（3）為了強化職業教育實踐性、服務于就業的特性，全面構建配套在線虛擬仿真實驗平臺，實驗平臺以兩種方式提供：B/S結構的web模式，云桌面模式。

本平臺主要服務于以下幾類接受職業培訓的人員：（1）職業院校的在校學生，支持以班級為單位的教學，主要通過本平臺的SPOC架構課程實現;（2）未來有可能采用彈性學制學習的新型職業院校學生，如下崗工人、退役軍人、農民工;（3）社會培訓機構;（4）自由接受培訓者，主要通過本平臺的MOOC架構課程實現。

3.2 技術實現

3.2.1 支持技術

云計算（ cloud computing），云是指互聯網，關于云計算的定義有很多，廣為接受的是美國國家標準與技術研究院（NIST）的定義：云計算是一種能夠通過網絡以便利的、按需付費的方式獲取計算資源（包括網絡、服務器、存儲、應用和服務等）并提高其可用性的模式，這些資源來自一個共享的、可配置的資源池，并能夠以最省力和無人干預的方式獲取和釋放。云計算主要分為三個服務層次：（l）IaaS，基礎設施既服務，（2）PaaS，平臺既服務，（ 3）SaaS，軟件既服務，三者關系如下圖1所示：

SaaS提供給客戶的服務是運行于云計算基礎設施上的應用程序，用戶可以直接使用，如B/S結構軟件、C/S結構軟件等;PaaS將開發語言、開發工具、數據庫等部署到供應商的云基礎設施上，客戶能控制托管環境配置和部署的應用程序;IaaS提供對所有計算基礎設施的利用，包括處理CPU、GPU、內存、外存儲、網絡及其他基本的計算資源，通過虛擬化技術，將上述計算資源池化，用戶根據需要申請，并附屬安裝操作系統和PaaS應用服務。

3.2.2 部署模型

基于云計算部署應用，對資源動態配置、負載均衡、分布式計算、網絡存儲等具有先天的優勢，而這些技術特性恰恰能優化在線培訓平臺訪問性能和使用性能。部署模型主要指云端部分，本套在線培訓平臺的部署模型如圖2所示。

本平臺的云端基于云計算技術部署了實現三大功能的服務器：（1）在線培訓系統服務器，用于運行具有慕課性質的在線培訓系統;（2）基于B/S結構的虛擬仿真服務器，用于運行B/S架構虛擬仿真實驗，接受客戶端瀏覽器接人，包含pc瀏覽器接入、手機瀏覽器接人、其他設備的瀏覽器接人;（3）云桌面服務器，用于運行C/S結構和單機版虛擬仿真應用，接受用戶在安裝瘦客戶端后，憑賬號和密碼接人遠云桌面，以便運行云桌面的各種非B/S結構虛擬仿真應用程序。

考慮到在線培訓平臺一般訪問量較大，大流量的教學視頻的網上傳輸也導致單臺服務器壓力較大，本方案發揮云計算優勢部署多臺服務器，以勻衡訪問負載，減輕單臺服務器的訪問壓力，也起到冗余備份的作用，如果平臺運行中訪問學員地域跨度較大，也可以采用多區域部署。

云分為公有云、私有云和混合云：（1）公有云服務，需要用戶通過互聯網從供應商處購買，公有云一般通過Internet使用，公有云在短期內能夠以低廉的價格，得到高質量、及時的服務;（2）私有云服務，是客戶自行單獨建設的。私有云能提供對服務質量、安全性、數據的完全控制，并可以控制在私有云基礎設施上如何部署應用程序。（3）混合云是公有云和私有云兩種服務方式的結合。由于安全和控制原因，有的企業不愿意將信息放置在公有云上，但建設私有云，短期持有成本較大，建設也需要時間，因此部分企業更愿意使用混合云計算的模式，核心業務和數據運行于私有云上，非核心業務和突發業務運行于公有云上，公有云成為處理需求高峰的一個較廉價的方式。

對于培訓平臺部署在何種類型云計算平臺上，需要根據培訓平臺定位及各種因素進行決策。分析如下：（1）如果主要服務于校內學生，對上傳教學資源速度及校內訪問速度比較介意，系統會長期使用，并且信息中心有自己的網絡管理人員，短期內有充足的資金，并且許可購置網絡設備，可以采用私有云部署;（2）如果培訓平臺運行的時間不確定，并且沒有計劃投入大量資金建設網絡機房，可以采用公有云部署;（3）如果想提升終端用戶使用體驗，采用均衡負載技術，需要多區域部署，優先使用公有云部署方式;（4）公有云和私有云的持有成本，和持有時間長短有關，短期內使用公有云，持有成本較小，長期使用，私有云未必不是較好的選擇;（5）在合適的情況下，可以考慮混合云，如敏感業務和數據運行于私有云，突發服務運行于公有云，使用公有云成為處理需求高峰的一個較快捷實惠的方式。本系統的部署方式取決于平臺使用方的定位，本方案并不作限定和要求。

3.3 軟件系統架構

系統構架是對需求的技術實現構架，也包含計算機硬件和軟件之間的銜接。本文結合職業教育特點、培訓對象特點、云技術、在線培訓需要構建了以下云平臺系統架構模型，分為云端和用戶端兩部分，如圖3所示。

3.3.1 云端部分

云端部分主要包含三個功能區域：軟件既服務區域、平臺既服務區域、基礎設施既服務區域，分別詳述如下。

3.3.1.1 軟件既服務區域

軟件既服務區域是本平臺功能執行區域，基于云計算技術構建了三大功能：在線培訓系統、基于B/S架構的虛擬仿真實驗系統、基于“云桌面”的虛擬仿真實驗系統。分別詳述如下：

（1）在線培訓系統。本系統具有慕課平臺的核心功能，本系統分兩部分：1.適用于自由學習的MOOC子系統，2.適用于課堂教學的SPOC子系統。在線培訓系統提供課程或者項目的完整教學過程，主要提供教學視頻、教學大綱、教學PPT等教學資源，提供留言討論版。

本方案認為，根據職業教育的需要，在線培訓系統應包含以下功能，其中在線虛擬仿真實驗平臺既可以支持在線培訓系統，也可以獨立運行。如圖4所示。

針對上圖說明如下.MOOC子系統：①提供按教學過程組織教學視頻的機制，并支持各種分辨率規格的教學視頻的切換;②觀看教學視頻環節，提供筆記功能，供學員觀看教學視頻時隨時記錄、隨時發布，并可以隨時查看和評論他人的筆記;③在學習支持方面，在MOOC型課程，一般老師一次性提供教學資源、預先組織好教學過程，在學生自由學習時提供的實時學習支持較少，學習中的問題一般通過學生自助解決，因此MOOC課程開設以課程論壇為主要交互方式的異步交互模式，也可以提供同步交互模式，如果QQ、微信等，但如果參與課程、進行自由學習的學員較多時，老師很難及時響應，而且不利于學習過程留痕;④每次課結束，提供課內測驗，為了隨堂得到測驗結果，以便及時反饋給學生，題型是客觀題，便于計算機批閱;課程全結束，MOOC課程提供在線考試，由于MOOC課程是學員自學，并不組織線下考試，全部通過培訓系統提供的考試系統完成，試卷均為客觀題，分數由系統自動生成，如果合格還可能提供平臺認證的證書;⑤MOOC子系統提供評價環節，主要通過投票系統實現，本文稱為課程評價，分為單次課程評價主和整體課程評價，由于MOOC課程基本是一種靜態課程，老師參與較少，老師通過前期組織教學資源形成完整教學過程，因此此類評價是一種教學評價。

SPOC子系統：SPOC子系統用來支持班級化教學，主要用于混合教學和翻轉課堂等教學模式，因此SPOC子系統除了具有MOOC系統的基本功能外，支持班級化教學的特征有所增強：①強化及時交互、實時交互，針對每次開課提供課程論壇，在開課結束后論壇隨之結束。實時互動方面，QQ、微信是不錯的選擇，但這種方式不利于學習過程留痕，論壇也可成為同步交互的渠道，由教師及時回復問題來實現，如果條件允許，可以組織教學團隊，由助教及時答疑，這種方式的同步交互有利于學習過程留痕;②SPOC子系統也提供隨堂測驗和在線考試，但由于SPOC課程主要用于支持班級化教學，基于在線考試的防作弊技術還不成熟，因此期末考試一般通過線下考試進行，因此SPOC課程提供的對整體課程的考試更傾向于在線測試，用于學生自我檢查，也可以用于期末考試;③SPOC子系統也提供評價環節，本文稱為資源評價，分為單次資源評價主和整體資源評價，主要因為，SPOC在線課程只是整體教學過程的一種主要教學資源，整體教學過程由混合教學和翻轉課堂實現。

針對MOOC課程，由于是學員自由學習，很難提供實體實驗室，如果課程本身需要，本方案提供在線虛擬仿真實驗系統，這也是本方案重點構建部分，在線虛擬仿真實驗室既是在線培訓系統重要組成部分和亮點所在，也可以獨立使用，將在下文中予以詳細說明。針對SPOC課程，由于此類課程面向班級化教學，一般發生在學校或者培訓機構里，應該首先提供實體實驗，遵循“能實不虛”的原則，在線虛擬仿真實驗系統只作為補充或者發揮系統特長之用，如展示內部構造。

由于在線培訓系統是整個培訓平臺的核心功能，因此提供pc瀏覽器接人、手機瀏覽器接人、手機app接人三種方式，主推使用pc版網站和手機app接人本系統，手機版網站更側重于分享鏈接、傳播。基于B/S程序結構的網站是用戶在各種形式的終端計算設備上使用培訓平臺的重要形式，其跨平臺性是一個顯著的優點，只要安裝瀏覽器就可以使用[2]。網頁客戶端布局，使用自適應的客戶端響應式將是一個未來的方向和趨勢，所有設備的瀏覽器共用一套客戶端代碼。但是此種布局對瀏覽器的兼容性要求較高，要求ie瀏覽器版本必須在ie8以上，由于國內用戶有相當一部分電腦的ie低于ie8，使用此種布局會導致網頁顯示混亂。因此，在現階段，本方案建議pc版網站和手機版網站分別建設，pc版網站要兼容ie6，在ie6上運行良好，htm15代碼和較新的框架使用時要注意進行兼容性測試，由于手機操作系統更新較快、較統一，手機版網站則沒有過多兼容性問題，對htm15代碼的支持良好。

（2）基于B/S架構的虛擬仿真實驗系統，并啟用了負載均衡機制，此部分是本平臺提供的在線虛擬仿真實驗室的一部分，另外一部分基于“云桌面”的虛擬仿真實驗平臺，將在下文中說明。有些課程或者培訓項目需要配備實訓實驗環境，但是如果學習MOOC課程，一般是不會為學習者配備實體實驗室進行實訓實驗，因此建設在線虛擬仿真實驗室滿足實驗平臺是非常必要的，本系統提供的B/S結構的虛擬實驗室只需要瀏覽器就可以進行網上實驗，是首先形式。

以前，基于網頁的虛擬實驗室運行中往往需要給瀏覽器安裝插件才能運行，現在隨著瀏覽器、web標準的升級及穩定、ht-m15的流行及穩定，openGL3D繪圖技術正從計算機桌面、便攜式設備開始大規模應用于各種瀏覽器應用，在瀏覽器的應用中經過優化、裁剪、調整，最終基于openCL形成了一個新的子標準，webGL（Web Graphics Library）。webGL是一種3D繪圖協議，webGL把OpenGL和JavaScript結合在一起，提供了一個OpenGL的JavaScript綁定，進而讓HTML5 Canvas標簽納入了webGL技術。作為目前最先進的輕量級三維技術，可以實現三維產品的跨平臺應用以及真正的基于瀏覽器（Web）的系統開發[3]。WebGL兼容性很強，解決了Web三維交互的3個問題：①通過HTML腳本本身實現Web交互式三維動畫的制作，無須任何特定瀏覽器插件的支持;②利用底層的圖形硬件加速功能進行的圖形渲染，效率很高;③通過統一的、標準的、跨平臺的OpenGL ES接口實現免去了開發人員多次學習不同編程接口的麻煩

由于瀏覽器對webGL支持已經較為成熟，其具有兼容性強，無插件，支持多種格式三維模型導人，支持動畫和硬件加速，種種先天優勢注定其會在瀏覽器3D繪圖領導成為標準。本文建議，今后基于瀏覽器的虛擬仿真實驗室應該重點考慮采用webGL編程技術，或采用其他編輯軟件（如unity3D）構建虛擬仿真實驗場景后，在生成階段選擇生成webGL代碼，然后進行后期加工。

（3）基于“云桌面”的虛擬仿真實驗系統，用于運行c/s結構和單機版虛擬仿真應用，并啟用了負載均衡機制。由于課程性質，有的課程的配套實驗可采用B/S結構的虛擬仿真實驗平臺就可以，有些課程實驗由于較專業、很復雜，需要專業的c/s結構和單機版虛擬仿真應用程序才能更好地支持實驗，如Ma-chining、LTspice、muITIsim、Proteus、CadenceAllegro。本系統以云桌面的形式提供這些實驗，學習者不需要在自己的電腦上安裝這些實驗程序，只需要安裝一個瘦客戶端，通過賬戶及密碼登錄到云電腦的云桌面，云電腦上已經預裝好了實驗用程序，用戶可以選擇使用。

3.3.1.2 平臺既服務區域

平臺既服務區域，為數據庫層，為本平臺的運行提供格式化數據的存儲支持。PaaS最常見的用途是為應用程序開發和測試提供主機環境。但這并不是本方案使用PaaS的主要原因，PAAS平臺層核心功能有如下：（l）中間件資源池;（2）數據庫資源池。目的為了讓中間件資源、數據庫資源對應用來說抽象化，進而實現這兩類資源的擴展彈性化，從而有利于資源分配、監控管理。

針對數據庫即服務，也是數據庫的管理即服務，如用戶提出使用請求，可返回給用戶可用的數據庫實例SID編號，但在哪里創建數據庫，如何分配相關資源用戶不需要關注。如果本平臺部署于公有云上，會使用到供應商的PaaS層的數據庫服務，也可以自行安裝數據庫服務。

3.3.1.3基礎設施既服務區域

物理資源在資源利用率方面有個非常著名的“991”原則，即90%的物理設備，在90%的在線時間內，只要10%的資源利用率，然而這90%的設備不能撤離，因為還有10%的峰值系統的資源利用率會超過90%。云計算出現后，可以最大限度地動態利用物理資源，將服務器的物理資源形成動態資源池，根據用戶需求、按需分配、動態調節滿足不同用戶需求[4]。云計算有如下優勢：（1）分離將程序與物理資源，（2）減輕用戶端負載，（3）分離基礎設施維護與開發應用，（3）資源擴展按需，（4）利用公有云從容應對高負載狀和一次性任務，（5）按需付費，（6）降低成本。

OpenStack是當今最具影響力的云計算管理工具，主要用來管理IaaS云端的虛擬資源池，為Rackspace和美國國家航空航天局聯合研發的，可擴展性良、好實施簡單，得到全球廠商驗證和認可，并被廣泛使用。OpenStack成為高校建設云基礎設施的首選IaaS管理軟件，OpenStack底層可以采用Xen、KVM和VMWare等多種虛擬化軟件。本方案建議，如果建設私有云，可以采用OpenStack作為底層計算資源虛擬化、池化、調度操作系統。

3.3.2 用戶端部分

本平臺用戶端接入主要分為：PC瀏覽器、PC云桌面接人端、手機APP、手機瀏覽器。其中，PC瀏覽器和手機瀏覽器可以接人在線培訓系統和基于B/S結構的虛擬仿真服務;PC云桌面接人端，學員需要安裝一套瘦客戶端，用于接人云桌面服務器環境，進行虛擬仿真實驗：手機APP用于接人基于在線培訓系統，由于在線培訓平臺是整個的基礎和核心，為了方便用戶使用，提供瀏覽器和手機APP接人兩種方式。

4 結語

“互聯網+”是一種新的基礎環境和社會形態，在社會資源配置中應充分利用云計算、互聯網、人工智能、大數據的信息化的集成交互特性。信息化時代的到來使得“終身學習”成為追趕知識經濟的基本要求，作為承載學習行為發生、提供環境刺激的“學習空間”備受關注，“重設學習空間”被《2018年中國職業教育技術展望：地平線項目報告》列為未來三至五年職業教育信息化的關鍵趨勢。

面向職業教育的云端培訓平臺整合構建方案，正是為了迎合泛在學習、非正式學習的趨勢，滿足國家新政策下職業教育的新特點，彌補職業教育中的不足，本方案將在后續實施中進行修正、改進。

參考文獻：

[1]丁鍇，顧月琴.從單一走向多元：我國高等職業教育人才培養模式的發展趨勢及主要策略[J].湖北工業職業技術學院學報，2019，32（6）：7-11.

[2]馬亮.在線教學資源庫支持技術研究[J].江蘇科技信息，2018（23）：67-70.

[3]周浩，王冬.WebGL技術在地理信息公共服務平臺升級中的研究應用[Jl.測繪與空間地理信息，2019，42（6）：134-135，138.

[4]施衛娟，竇如林.基于云計算的計算機類實驗室建設研究[Jl-電腦知識與技術，2020，16（7）：267-268.

【通聯編輯：聞翔軍】

基金項目：2018年江蘇省高等教育學會職業能力研究委員會研究課題（項目編號：ZY20188002）;南京交通職業技術學院教改課題（項目編號：JX1986）;南京交通職業技術學院高職教育研究基金項目（項目編號：19JYO01）;南京交通職業技術學院院級科研基金項目（項目編號：J21705）

作者簡介：馬亮（1978-），男，安徽阜陽人，碩士，研究方向為教學資源庫建設、網站建設、軟件編程。