高等院校智慧實訓教學平臺設計與實現的研究

王越超

（廣州城市職業學院，廣東 廣州 510405）

0 引 言

近年來，隨著新一代信息技術的快速發展，學校大力推動教育信息化建設項目，促進信息技術與教育教學深度融合，支持學校充分利用信息技術開展人才培養模式和教學方法改革，逐步實現信息化教與學應用師生全覆蓋。學校創新信息時代教育治理新模式，開展大數據支撐下的教育治理能力優化行動，推動以互聯網等信息化手段服務教育教學全過程。作者針對本校的實驗實訓過程缺乏跟蹤監控手段、學生實驗實訓的時間空間受限等問題，提出通過建設智慧實驗實訓平臺，利用信息化手段創新改革實驗實訓教法，實現實訓教學全程信息化管理，支持多終端數據互通，課前、課中、課后無縫銜接，教師實時有效監督學生學習進度，支持師生線上互動答疑，全面突破時間、空間限制，學生可隨時隨地做實驗實訓，實現“做中學、學中做、邊做邊學、邊學邊做”的教法改革，提升實驗實訓教學質量，提高學生的創新實踐動手能力。作者負責該項目的整體技術架構設計、功能模塊設計，負責部分模塊的核心代碼實現的工作任務。該系統已經上線使用，已獲得良好的應用效果。

1 系統的功能分析

智慧實訓教學平臺可以劃分為3個功能模塊：教務管理平臺、教師教學平臺、學生實訓平臺。

1.1 教務管理平臺的功能模塊設計

權限管理：可管理維護賬號權限，可設置用戶的角色權限，包含子功能：查詢數據、添加用戶、修改用戶信息、刪除用戶、設置角色、查看全部數據。需包括的數據項：用戶名、姓名、用戶角色、狀態、用戶類型。可下載導入模板，可批量導入教師數據。

基本配置：可配置維護院系、專業、課程的基礎信息。可批量導入院系、專業、課程基礎信息。

課程資源管理：可添加教材，可錄入實訓課程的PPT課件、實訓任務、課程習題等。

班級管理：可維護管理實訓班級信息、學生信息，可查看學生實訓報告。

1.2 教師教學平臺的功能模塊設計

智慧課堂：支持教師開展現場授課、遠程授課，支持教師布置課程預習任務、隨堂練習、課后實驗實訓任務。包括的子功能：我的班級、開始上課、班級活躍排行榜，可下發課件、布置隨堂練習、布置實訓任務等。

教學互動：支持開展課堂搶答，支持在線答疑，可設置精選問答，可查詢學生答卷等。

統計空間：可查看各班級的預習統計情況、問答統計情況、習題統計情況、實訓統計情況等。

系統設置：可設置附件下載目錄、錄屏的存儲目錄、PPT同步授課功能等。

1.3 學生實訓平臺的功能模塊設計

學生登錄：包括登錄本地及遠程實驗實訓環境，支持“本地實驗”和“遠程實驗”模式。可選擇“遠程實驗”模式，直接登錄到遠程實驗環境做實驗實訓，一鍵登錄到遠程云端實驗實訓環境，隨時隨地做實驗，提升實驗實訓教學的效率。也可選擇“本地實驗”模式，使用本地電腦做實驗實訓。

我的實訓：支持查看教師分配的實訓任務，點擊“開始實訓”，進入實訓界面。可查看實訓任務名稱、實訓目標、實訓環境要求、實訓內容、實訓附件文檔。點擊繼續實訓，可進入向導式的實訓任務界面，左側顯示實訓步驟，右側顯示實訓步驟的具體內容，點擊提交實訓步驟，則自動依據平臺教師設定的實訓規則，檢測學生是否已經按要求完成了實驗實訓步驟的內容。支持自動截取實訓過程的關鍵步驟截圖。支持自動生成實驗實訓報告書。

我要預習：需支持學生在線預習的功能，支持PPT課件、視頻課件，增強課堂效果。

我的題庫：需支持學生在線做習題，鞏固課程的學習效果。

我的提問：需支持學生在線提問，需支持上傳文檔附件、截圖、視頻，學生端需自帶截圖功能、一鍵視頻錄制的功能，需支持靜音錄屏、錄音錄屏的錄制模式，方便學生操作。

精選問答：教師精選的問答記錄，可共享給班級學生查看，提升教學資源利用率。

我的答卷：支持查看我的答題記錄，支持按教材名稱、試卷名稱、教師名稱查詢。

系統設置：可設置系統參數，包括：附件下載的臨時目錄，錄制視頻的臨時存放目錄。

2 系統的設計與實現

2.1 系統架構設計

本系統開發主要采用B/S技術架構，使用Java、SpringMVC、Struts2、Mybatis、Ext4Js、C#、HTML5、JavaScript等新一代互聯網技術進行開發設計。容器采用Tomcat、Nginx做負載均衡，滿足高并發訪問量的業務需求，采用大型關系數據庫MySQL，結合Memcache、分布式緩存等技術，提高了系統性能，如圖1所示。

圖1 平臺總體技術架構

2.2 系統模塊設計

系統主要劃分為：教務管理平臺、教師教學平臺、學生實訓平臺。各模塊還有子功能，分別為：權限管理、基本配置、課程資源管理、班級管理、數據分析統計、智慧課堂、教學互動、實訓監督、統計空間、系統設置、學生本地實驗模式、學生遠程實驗模式、在線預習的功能、在線做習題、在線提問、系統設置等，如圖2所示。

圖2 應用架構總圖

2.3 系統編碼實現

系統采用Java編程語言實現功能模板，采用MySQL作為數據庫。教務管理后臺的實訓課件資源管理模塊，支持zip格式的文件上傳，系統自動解壓并形成課件章節目錄。該功能的核心代碼如下：

3 核心技術要點

本項目的核心技術及創新性有以下幾點：

（1）采用新一代的軟件開發技術及現代網絡安全通信技術，應用Java、C#、SpringMVC、Struts2、Mybatis、Ext4Js等技術；

（2）容器采用Tomcat，Nginx做負載均衡技術，滿足高并發訪問量的業務需求；采用大型關系數據庫MySQL，結合Memcache、分布式緩存等技術，提高了系統的性能；

（3）使用WebSocket技術跟服務器通信，支持實時反饋使用狀態、減少通信量；

（4）學生實驗實訓的學習過程留痕，便于教師、學校教務管理人員追查學生實驗實訓的過程記錄；

（5）支持實體環境做實驗實訓任務，包括但不限于支持軟件開發編程課程、軟件工具使用課程等，支持線上遠程虛擬環境做實驗；

（6）支持通過Web瀏覽器方式直接訪問遠程云端實驗實訓環境做實驗，支持自動生成實驗實訓報告，并支持實驗實訓過程的輔助判卷；

（7）支持教師實時有效監督學生學習進度，包括跨周跨月實驗實訓任務，方便監督及指導學生學習；

（8）依據課前預習數據、實驗實訓過程數據、習題完成數據，系統可自動生成課程成績；

（9）支持師生線上互動答疑，包括系統內置一鍵截圖工具、內置一鍵錄屏工具等，方便師生溝通。

4 系統特色及功能演示

課程資源管理界面，可添加、修改、刪除課程資源數據，如圖3所示。

圖3 課程資源管理界面

教材錄入界面，可添加章節目錄、添加課件文檔，可添加實訓任務，如圖4所示。

圖4 教材錄入界面

實訓任務錄入界面，可添加實訓步驟，設置標題、添加附件、設置實訓任務的具體要求，如圖5所示。

圖5 實訓任務錄入界面

5 結 論

通過開發應用智慧實訓教學平臺，學生實訓的學習過程留痕，便于教師、學校教務管理人員追查學生實驗實訓的過程記錄。系統支持教師實時有效監督學生學習進度，包括跨周、跨月的實驗實訓任務，方便教師監督及指導學生學習，提高學生的創新實踐動手能力，提升實訓教學質量。