基于云計算的網絡實踐教學云平臺設計與開發＊

宋榮

（江西交通職業技術學院，江西南昌 330013）

教育部門對各大院校的實踐教學體系建設提出了要求，并強調線上實踐教學體系的打造。因此，各大院校開始積極建設網絡實踐教學云平臺，利用現代化技術，確保實踐教學資源的共享和應用。Spring MVC框架具有強大的數據集成和共享功能，基于該框架開展云平臺的建設，通過需求設計、模塊設計、數據庫設計方法，確保平臺在網絡實踐教學中應用科學、穩定。

1 平臺需求分析

1.1 用戶需求

高校在實踐教學模式打造過程中，嘗試將網絡教學模式與實踐教學模式相融合，開發實踐教學云平臺。平臺需要滿足大量數據的集成功能，且需要具備用戶權限、用戶模塊的分配工作。基于Spring MVC 框架構建實踐教學平臺，主要目標用戶分為教師、學生、管理人員。不同用戶在系統平臺中擁有不同的操作權限。教師擁有資源創建、資源共享、資源上傳的權限，經過系統后臺審核之后，可以將資源儲存到數據庫之中，用于指導學生開展具體的實踐教學活動。同時，教師在登錄到平臺之后，可以查看學生的資源使用情況，根據課程內容、課程模塊，查看具體實踐課程的計劃，建立虛擬實踐課堂。在實踐教學之中，教師可以提前登錄平臺，設置平臺錄像功能、學習時間要求等，并在平臺之中與學生之間開展交流[1]。

系統管理人員具備數據維護、數據審核等權限，主要負責系統的安全性管理和拓展性管理。管理人員可以登錄賬號進入到云平臺后臺開展數據資源增刪工作，同時可以審查教師和學生是否存在違規操作等行為。管理員在系統中擁有最高權限，具備審核、查閱、權限配置等。

學生在系統之中具備信息查詢、資源使用、資源下載、信息反饋等相關權限。學生可以根據教師發布的資源信息、建設的實踐教學模塊等，按照教師要求將實踐作業上傳，并完成教師所頒布的實踐學習任務，反饋教學成果。學生可以在終端設備或者PC 端設備中登錄系統，在輸入學號、密碼之后，進入界面后可以完成課程查詢、課程實踐等相關操作。

1.2 功能需求

網絡實踐教學平臺建設旨在打造數字化的教學資源，實現學生實踐操作的在線化、虛擬化。教師作為平臺資源的創建者和上傳者，可以根據實踐課程教學具體要求，有選擇性地上傳資源。系統配置虛擬化平臺，教師在打開虛擬平臺之后，學生可以在虛擬場景中使用實踐操作所需的儀器和設備，并通過在線操作完成實踐過程。因此，通過對平臺系統的總體功能分析，其主要具備以下3 個功能。

第一，平臺具備資源庫管理功能。可以支持相關人員的資源上傳、增加、修改工作，并可以對資源進行統計和審核，以可視化的方式將資源模塊展現出來。用戶將資源上傳到指定模塊之后，學生可以在相應模塊中檢索和下載實踐學習所需的資源。

第二，平臺具備虛擬化的設備管理功能。平臺可以通過部署虛擬機、構建虛擬機的方式，統一開展虛擬機的開關操作、更新操作。同時，平臺具備虛擬機檢測功能，可以根據課程教學任務實現個性化的虛擬場景建設，滿足教學實踐中虛擬分配、虛擬建設的要求。

第三，系統具備教學功能。可以用于實踐教學活動的管理，并組織實踐教學活動的開展，學生的基本信息和課程學習數據可以儲存到云平臺之中，并根據用戶的操作需求，將平臺系統中的資源分配給用戶，確保資源分配的合理性。用戶在完成實踐操作的同時，確保訪問的安全性。

2 系統平臺架構設計

基于平臺所應具備的相應功能，設計系統平臺架構。系統架構設計采用三層設計方法，應用MVC 結構方式，確保可以滿足不同學科、不同課程的實踐教學要求。同時，設計的架構具有強大的適應性和拓展性，在穩定性上也需要得到保障，基于MVC 架構及中間技術的應用，整個平臺架構共計分為3 個層級：第一個層級為視圖層，主要負責資源展示、模塊展示；第二個層級為業務層，主要負責業務權限操作及業務整合；第三個層級為數據層，主要負責資源儲存、分配和管理。

在系統平臺架構設計過程中，通過定義層級結構的方式，實現層級之間的耦合，確保平臺中的資源具有重用性。用戶基于平臺可拓展性，根據課程的開發打造模塊。使用MVC 框架可以確保實踐教學中業務要求的快速響應，且功能模塊構建更加靈活。具體框架中各層級模塊如下。

數據層：數據層配置相應的數據庫，用于儲存學生的基本信息數據、實踐教學資源數據、課程資源數據等，具備數據訪問日志儲存功能。數據層主要為實踐教學中的數據資源傳輸、上傳、處理提供相應的服務，并通過數據封裝的方式，管理各類數據。例如，數據層可以提供儲存數據訪問功能，教師封裝上傳的課程實踐資源數據，學生在相應的模塊中下載和使用。針對平臺虛擬操作功能，將虛擬設備數據、訪問組件數據、業務數據、接口數據等進行封裝處理，確保數據的可應用性和安全性[2]。

業務層：業務層則采用落實控制的方式實現實踐教學業務的建設與打造。業務層是實踐教學云平臺設計的中間層，是連接視圖層和數據層的中間環節，根據實踐教學邏輯，為用戶提供相應的業務服務。課程業務組件會根據課程類型、課程性質，為用戶提供相應的課程資源服務。用戶業務組件根據用戶的權限，分配不同的模塊，配置不同的功能按鈕，實現業務的合理分配。任務組件、報表組件、管理資源、參數組件等應用根據用戶的實際訪問需求，實現不同的業務功能，輔助開展實踐課程教學工作的開展。

視圖層：視圖層主要是實踐教學平臺的可視化展示，按照功能頁面劃分可以將視圖層分為登錄界面、管理界面、課程界面、報表界面、交互界面等。不同界面展示不同類型的數據資源，并配置相應的功能性按鈕，用戶在點擊按鈕后可以切換至其他視圖界面之中。其中課程管理視圖將不同的課程名稱、課程編號、課程圖像等進行展示，用戶管理視圖界面主要用于顯示用戶權限、信息，任務管理視圖主要用于課程的設計和實踐教學場景的生成。視圖層是用戶實現相應操作功能的基礎，具有顯示、交互等作用。

3 系統平臺數據庫設計

3.1 數據庫設計流程

數據庫是資源儲存和資源共享關鍵。實踐教學平臺設計與開發應合理利用數據庫，確保系統的運行穩定，保障實踐教學資源檢索功能、共享功能的實踐。數據庫建設共計分為以下5 個階段：①需求分析階段。根據實踐教學云平臺的功能需求、用戶需求，建設數據庫框架，用于相應用戶的相關操作。②根據數據抽象，建立系統概念模型。③明確實體與虛擬之間的轉化關系，構建轉化體系。④優化數據儲存結構和儲存方法，設定數據存取模式。⑤根據平臺實際功能需求，導入數據信息資源。⑥數據庫日常運維管理。

數據庫主要用戶包括教師、學生、管理員3 類。在實體權限分配上，將實體屬性、虛擬屬性之間的關系進行分配，構建關系模型，并使用數據表的方式表達出來[3]。

3.2 數據庫E-R 圖

在數據庫建設過程中，主要基于E-R 圖實現實體間的信息聯系。通過E-R 構建的方式，明確了事物之間的相互聯系，使得用戶可以更加快速、便捷地理解信息描述內容。目前，E-R 實體關系圖的建設主要應用DBMS 形式，以此保障基礎數據結構的科學性和穩定性。實踐教學云平臺中的實體包括課程信息實體、用戶實體、實踐實體、課表實體、文檔實體等，不同信息實體之間的E-R 模型圖存在一定的差別。以交流內容信息實體為例，構建的E-R 模型圖中包括教師編號、學生編號、信息記錄3 個部分。課程實體信息則包括課程編號、課程名稱、課程類型、課程簡介、課程時間等幾部分。基于E-R 圖構建各數據信息之間的實體關系，從而建立課程信息表。本平臺數據庫使用SQL 數據庫，并在數據庫之中輸入和建立數據信息表，用于具體的權限分配和數據提取。數據信息表包括課程資源信息表、教師基本信息表、學生基本信息表、管理信息表等。明確數據庫中不同信息表中的字段名稱、數據類型、數據長度、類型等。例如，教師信息表中的字段名稱為Teachearbh，數據類型為VARCHAR，長度為10，鍵型為主鍵。課程資源信息表中的課程編號及課程名稱的字段為Contestid 和Contesname，兩者的數據類型均為VARCHAR，數據長度均為10[4]。

3.3 類庫設計

實踐教學平臺類庫封裝了相應的業務操作，方便在實踐教學之中靈活應用。核心類庫的建設將邊界類庫、業務類庫、數據類庫融合，用于數據庫的訪問控制。3 個類庫在結構上與平臺框架層級之間相互對應。業務類庫主要對應平臺系統之中的數據層、業務層，響應用戶在系統之中的操作行為，當用戶在平臺上點擊相應的模塊之后，邊界類庫會收到用戶的命令請求，處理相關的業務。數據類庫主要用于訪問控制，通過對訪問權限的調度、配置，實現對業務的調整，并根據業務指令處理相關數據信息。

4 平臺功能設計與實現

4.1 整體功能設計

系統平臺設計將實踐課程教學作為主要依據，結合系統的功能需求、用戶需求，完成教學平臺的功能設計。云平臺系統的角色包括教師、學生、管理員3種，在功能實現上，管理員主要開展平臺中的項目資源管理，負責數據的統計工作，其中包括教師和學生在業務操作過程中所產生的日志數據等。教師主要負責實踐項目資源的發布與管理，將數據資源應用到具體課程的實踐教學之中，并綜合管理學生所完成的實踐作品。每個用戶在功能模塊的操作中均基于平臺預設的邏輯流程。按照功能模塊框架開展實踐項目建設、任務分配和任務安排等工作，并對學生完成的實踐作品進行評價。學生在登錄到云平臺之后，可以在對應課程的模塊之中獲取相應的學習任務及項目任務，提交實踐項目的紀要，并在平臺之中討論和總結項目的成果。根據云平臺對學生實踐成果的評價，學生可以了解自身的實踐技能掌握情況，判斷自身能力是否勝任相應的崗位。

4.2 功能模塊設計

系統平臺配置相應的模塊，用于支持實踐教學項目的開展。系統主要功能模塊包括資源管理模塊、課程管理模塊、文檔管理模塊、信息交流模塊、教學模塊等幾個部分。教師在平臺中主要進行相應功能模塊的操作。例如，在資源管理模塊中，教師在界面輸入賬號、密碼登錄到系統之中后，點擊課程模塊按鈕之后，可以將文本資源、圖像資源、視頻資源等上傳至對應的模塊之中，進行相應信息的編輯、刪除、上傳等。在課程管理模塊之中，不同課程教師負責不同模塊的建設，根據本校的實踐教學要求和實踐課程內容，組織開展專項實踐課程教學工作，設置課程的開放時間、開放對象等。信息交流模塊主要根據不同實踐課程的要求，在對應課程下設置討論區，學生可以在該模塊之中表述自己在實踐項目參與中所遇到的問題，與教師在平臺中進行雙向溝通。

5 系統測試

5.1 功能測試

建設完成系統平臺之后，需要結合實際教學情況及平臺功能設計要求，測試平臺的功能是否可以滿足實踐教學活動開展的需要，測試平臺中存在的問題，并通過代碼修正、關系修正的方式，對網絡實踐教學平臺進行功能完善。在開展功能測試過程中，主要評價功能界面是否正常顯示、平臺系統架構是否安全穩定、各功能模塊是否對應業務關系。根據平臺設計目標，采用針對性用例測試方法，對各功能用例開展評價。當測試階段發現用例功能顯示為無效數據，或者顯示出現錯誤信息時，則需找出影響功能的相應節點，采取修補措施確保功能的完善。測試過程中輸入有效數據后，會獲得實際結果，通過對比預期結果的方法，開展功能性測試工作，確保系統平臺功能可以滿足用戶的實際要求[5]。

5.2 集成測試

平臺集成測試則主要針對系統及功能模塊開展，根據設計目標、目標對象，判斷各接口之間的數據傳遞是否良好，是否存在丟包的情況，各集成模塊之間的整體功能是否完善。通過功能結構和體系結構的劃分，可以采用分解描述、接口描述、關系描述的方法，判斷需求與模塊之間的連接是否良好。

6 平臺設計重點及要點總結

6.1 授權機制設計

在對本校網絡實踐教學平臺進行設計的過程中，平臺設計的核心重點在于如何根據目標對象配置不同的訪問權限。管理員具備后臺數據訪問權限，教師具備資源上傳權限，學生具備業務操作、作業上傳等權限。在用戶權限分配過程中，主要根據用戶的登錄名稱、賬號信息等驗證結果，配置不同的用戶權限。數據庫中儲存教師、學生、管理員的基本信息，并配置相應的信息表，用戶在登錄界面中輸入賬號、密碼之后，會根據用戶角色類型，驗證輸入賬號密碼是否正確，驗證成功之后會跳轉到相應的界面。用戶在訪問平臺數據庫中的資源時，可以根據用戶角色跳轉到不同的界面。例如，教師和學生在系統中擁有的權限不同，在登錄課程資源模塊時，教師跳轉的授權界面具備資源上傳模塊，學生則不會出現該模塊按鈕。因此，平臺設計的重點和要點是對授權機制的完善，應用數據信息表，可以解決該問題，確保網絡實踐教學項目的有序開展。

6.2 功能模塊設計

功能模塊的設計是網絡教學實踐平臺設計的核心內容，考慮到不同課程教師、學生對平臺功能需求差異。需結合高校的實踐課程類型及實踐課程項目內容，有針對性地打造教育模式。因此，平臺功能模塊設計需要同時考慮到實踐課程教學的共性與個性需求，結合高校的實際工作綜合處理，并確保功能模塊的可拓展性。這就需要維護人員在長期實踐中不斷對功能屬性進行調研，不斷修正功能模塊。

6.3 功能集成測試

功能集成測試的目的是判斷平臺開發建設是否可以滿足安全性、穩定性、功能性的要求，通過問題查詢的方式不斷完善系統。采用用例測試的方法，在功能測試和集成測試過程中，找出是否存在問題。并利用自動化程序開展壓力測試工作，構建長效壓力測試用例機制，這是課題研究接下來需要重點考慮的內容。

7 結束語

綜上所述，本課題研究開發的網絡實踐教學平臺主要目標用戶包括教師、學生和管理員3 種，各登錄窗口人員擁有不同的操作權限。經過功能測試和集成測試之后顯示良好，測試結果科學、可靠。系統基于MVC 框架形成了業務層、數據層、視圖層，各層之間的耦合性良好，業務響應迅速，數據庫則使用類庫設計方法，建設訪問控制類庫，確保數據庫切實響應用戶需求。