基于云在線平臺的智慧實驗教學改革與實踐

孫慧然 應紅霞 王紅梅

摘 ?要： 文章闡述了長春工業大學云在線平臺的架構設計，以及基于實驗教育云平臺的SPCOE和ECOE實驗教學模式。為促進高校基于教育云平臺的智慧實驗教學改革，提供了一種新的方案。

關鍵詞： 教育云; 智慧實驗; 教學模式; 云在線平臺; 增強型云在線實驗

中圖分類號：TP393.05-4;G642.4 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2021）08-130-03

Reform and practice of intelligent experiment teaching based on cloud online platform

Sun Huiran， Ying Hongxia， Wang Hongmei

（School of Computer Science and Engineering of Changchun University of Technology， Changchun， Jilin 130012， China）

Abstract： This paper describes the architecture of the cloud online platform of Changchun University of Technology， and expounds the SPOCE and ECOE experiment teaching modes based on the cloud platform of experiment education， which provide a new scheme for promoting the reform of intelligent experiment teaching based on education cloud platform in colleges and universities.

Key words： education cloud; intelligence experiment; teaching mode; cloud online platform; ECOE

0 引言

《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》明確提出：“充分整合現有資源，采用云計算技術，形成資源配置與服務的集約化發展途徑，構建穩定可靠、低成本的國家教育云服務模式。面向全國各級各類學校和教育機構，提供公共存儲、計算、共享帶寬、安全認證及各種支撐工具等通用基礎服務，支撐優質資源全國共享和教育管理信息化[1]。”自此，利用云計算技術建設“教育云”平臺，形成資源配置優化和教育的信息化，已逐步成為教育界的共識。

由長春工業大學計算機科學與工程學院的科研團隊設計的云在線實驗教學平臺由2018年9月正式投入計算機專業的實驗教學。利用云在線實驗教學平臺，創新了實驗教學模式并應用于實驗教學實踐，取得了良好的實驗教學效果，使學生的程序設計能力得到了提升[2]。

1 云在線實驗教學平臺的設計

1.1 云在線實驗教學平臺的設計原則

⑴ 可行性

云在線實驗教學平臺的設計，要保證平臺是真實可行的，要確保平臺研發成功后能夠被使用者使用。這就要求在平臺的研發過程中所選用的平臺開發語言、核心技術要謹慎的考慮，使研發出來的平臺具有可行性和可使用性。

⑵ 可操作性強，界面友好

在研發過程中，研發者要征求學生和老師的現實教學需求，平臺的設計要力爭滿足功能實用，可操作性強和界面友好的特點，避免平臺操作流程過于復雜，難以滿足師生需求，從而影響教學效果。

⑶ 可拓展性

在這個與時俱進的時代里，研發者應考慮到平臺的可拓展性。一個好的智慧實驗教育云平臺，應根據知識的迭代更新和學生的學習需求來不斷對自身的功能進行拓展和完善。這要求設計者充分利用人工智能技術設計一個可拓展性良好的實驗教育平臺，實現資源的智慧管理和智慧整合。

⑷ 安全性

因為本平臺是面向廣大師生提供服務的，必須保證平臺的安全性。因此，在設計者在設計過程中，要根據用戶的不同權限加以區分，并設計必要的加密算法避免實驗教育云平臺遭受不明黑客的攻擊，從而造成云平臺的癱瘓和重要數據的丟失。

1.2 云在線實驗教學平臺的設計

在詳細描述了云在線實驗教育云平臺原則的基礎上，結合我校計算機專業的實驗教學情況，對云在線實驗教學平臺進行功能設計和架構設計，具體如圖1所示。

本平臺采用基于B/S架構，即瀏覽器/服務器模式。在表示層，在網絡連通的條件下，只需若干臺裝有瀏覽器的計算機從業務邏輯層請求相關的功能，在瀏覽器端生成虛擬實驗環境的網頁即可。業務邏輯層主要從數據庫服務器中存儲的數據進行分析和處理，實現實驗資源上傳功能、實驗練習功能、實驗題目測驗功能、實驗報告提交功能和實驗查重功能。數據持久層主要負責數據存儲服務，根據瀏覽器端用戶的請求和操作，調用相應的業務邏輯層功能對數據進行處理，將處理后的數據存儲到數據庫服務器，并將處理的數據回傳到瀏覽器端。

2 創新實驗教學模式

2.1 設計SPCOE實驗教學模式

借鑒SPOC（Small Private Online Course小規模限制性在線課程）[3-5]成功教學案例，提出了SPCOE實驗教學模式。SPCOE是Small Private and Cloud Online Experiment的縮寫，中文的意思是小規模限制性云在線實驗。Small這里的小規模是指幾十人到幾百人，Private是指申請者參與云實驗的限制性準入條件。Cloud Online Experiment，這里的云實驗是指利用本課題所設計的云在線實驗教學平臺。SPCOE實驗教學模式主要是利用云在線實驗平臺，針對圍墻內的大學生進行設置，是一種結合了課堂實驗教學與云在線實驗教學的混合式實驗學習模式。SPOC的參加者需要具有很強自制能力，在規定的時間內完成課程。而以班級為單位進行的SPCOE實驗教學模式，對于學習能動性不強的學生而言，具有一定的約束作用，也能達到與SPOC相同的實驗教學效果。

2.2 設計ECOE實驗教學模式

ECOE是Enhanced Cloud Online Experiment的縮寫，翻譯成中文就是增強型云在線實驗。增強性云在線實驗教學模式是指在SSCOE實驗教學的基礎實驗教學上增加一定的實驗學時量，學生利用實驗教育云平臺完成具有一定難度和復雜度的實驗內容。增強性云在線實驗教學模式的設置是為了提高學生的程序設計綜合能力。

3 結束語

本云在線實驗教學平臺可以實現各類程序設計語言實驗環境的在線布署，平臺自2019年9月開始對在校師生提供云在線實驗教學服務。平臺的使用，在師生中得到了良好的實驗教學評價，也提升了學生做實驗的興趣和編程能力。總結長春工業大學計算機學院的云在線平臺的智慧實驗教學的改革與實踐的成功經驗共有兩點：一是設計并實現了適合學校實驗教學情況的云在線平臺，使平臺具有很強的可操作性和推廣價值;二是設計了SPCOE實驗教學模式和ECOE實驗教學模式，小規模限制性云在線實驗教學模式有利于學生夯實自身的基礎程序設計能力，而增強型云在線實驗教學模式是刻意提升學生編程能力，實現學生的編程能力從金字塔底端提升到金字塔頂端的蛻變。綜上所述，以我校長春工業大學為例，基于云在線平臺的智慧實驗教學的成功改革和實踐，為為促進高校基于教育云平臺的智慧實驗教學改革，提供一種新的方案。

參考文獻（References）：

[1] 王磊磊.基于教育云平臺的高效課堂教學實踐[J].中國教師，2019.8：93-95

[2] 陳婧，梁法春，曹學文，張樹文.油氣儲運國家級示范中心“云實驗室”建設初探[J].實驗室研究與探索，2014.33（12）：139-142

[3] 陳芳，何進，端木德強，王莉，陳雯莉.小規模限制性在線課程（SPOC）模式在微生物學教學中的實踐與探索[J].微生物學通報，2020.47（4）：1087-1094

[4] 馮健文，林璇，林培瑜.SPOC混合教學模式下的課程重構——以微格教學課程為例[J].中國教育技術裝備，2019.20：4-8

[5] 胡駿.探究SPOC模式在高職計算機文化基礎課程中的應用[J].通訊世界，2017.4：227-228

收稿日期：2021-03-06

基金項目：吉林省教育科學“十三五”規劃2020年度課題“高校計算機專業實驗教育云平臺和智慧實驗教學的創新設計與實踐研究”（GH20104）

作者簡介：孫慧然（1983-），女，吉林長春人，碩士，實驗師，主要研究方向：機器學習。