面向成人教育开放式虚拟实验平台的设计与应用

郑炜　齐幼菊　蒋融融　阮晓芳

【摘要】实践教学是成人教育的一块短板，现有的实践教学资源也较为零散、单一。文章针对这些结构差异、开发语言不同，甚至数据库管理系统也各异的课程实验系统，提出了一种采用面向服务架构（SOA）技术，将这些孤立的异构系统集成到统一的实验管理平台中，实现一个松耦合、标准化的开放式虚拟实验平台。各类课程实验项目具备统一的操作模式和管理方式，便于成人学生通过网络进行虚拟仿真实验。

【关键词】成人教育；面向服务架构；Web Service；虚拟实验

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2013）06—0116—04

一 引言

随着学习型社会建设的深入，终身教育与终身学习时代已经到来。作为学习型社会建设的重要组成部分一一成人教育，在这个终身学习的大环境下发展非常迅速，同时也承载了更多的责任与使命。但是，成人教育的发展也遇到一个发展的瓶颈问题：如何解决成人教育教学过程中实践环节的落实？由于成人教育的教学对象主要以在职从业人员为主，这些学员来学校接受教育的时间是非常有限，进行实践教学的时间就更少了。因此，大部分成人教育机构采用“实+虚”的模式，也即采用实地实验室与虚拟实验室相结合的方式。由于成人教育机构的场地有限，实地实验室数量并不是很多，因而采用虚拟实验的方式来完成实践教学环节的就比较多。

经研究调查，目前各类虚拟的、仿真类的课程实验软件层出不穷。但是，由于没有统一的标准和规范，这些课程实验软件的开发技术、运行环境、数据库设计都各不相同。诸多因素导致这些优秀的课程实验软件成为一个个“资源孤岛”，无法实现课程资源的共享，学生疲于在不同课程系统中切换登陆。针对这些现象，本文提出构建一个集成的、开放式的虚拟实验平台。该平台采用SOA架构，将现成的、异构的远程实验软件集成到该实验平台，并向成人教育学员开放实验权限，通过Intemet的方式进行统一实验和实践教学管理。通过这一开放式平台可以完成成人教育中大部分课程的实践教学任务，克服实践教学难开展、实验资源不均衡等问题，从而有效地提高人才培养的质量。 二

基于SOA的虚拟实验平台的总体架构设计

面向服务架构（Service Oriented Architecture，SOA）是一种面向服务的架构方法，与传统面向对象和基于构件的软件开发方法相比，具有重构性强、松耦合、面向服务等特点。随着软件技术的发展，尤其是Web技术的不断革新，面向服务的SOA技术正得到广泛的应用。

1 实验平台的总体架构

开放式的虚拟实验平台采用SOA的系统架构，利用Web服务（Web Service）实现平台与接入的各个实验软件之间的通信，并对XML文件进行加密，加强系统通信的安全性。平台采用多层架构模式，各层逻辑清晰，服务标准化，系统重用性都得到了极大的提升。它的主要架构模型如图1所示。

平台的架构主要分为四层，分别为应用层、服务管理层、接口层和现有系统层。

（1）应用层：也可以成为服务应用层，是服务的消费者。主要是教师和学生等用户通过浏览器直接与平台发生对话功能，也包括系统内的服务调用。这一层是实验平台与用户的接口。具体的课程实验项目的运行通过服务管理层提供的服务得以实现。

（2）服务管理层：是系统注册服务的主要管理层。在这一层包括服务的提供者和服务的注册中心。本层引入了UDDI规范，UDDI创建注册表服务规范。注册表服务主要对中间件层提供的Web Service进行分类。提供的标准数据结构对提供的Web Service技术建立了统一的模型。其中，Web服务器主要作为服务的提供者，将平台中的实验的接入服务、子实验的创建服务等各类服务在UDDI处进行注册，供服务应用层调用。

（3）接口层：是接入现有异构系统的关键层。在这一层中，现有的异构系统通过Web Service技术传输用户登录、实验操作、数据同步等信息，并用WSDL描述各个异构系统的接口文件。

（4）现有系统层：是平台接入的现有异构系统，例如各个课程软件、教务信息管理系统等子系统。

2 实验平台的主要数据流

虚拟实验平台的用户通过Intemet浏览器进行用户认证登录，平台根据不同的用户类型提供不同的用户操作界面。由于实验平台是教学的一部分，因此它的运行离不开教务管理系统和第三方课程软件系统所提供的数据。成人教育的学历教育对实践教学环节考核很严格。因此，实验平台的数据必须严格、准确，与教务系统的数据保持完全一致，例如课程、学生等信息。学生的实验是在第三方的课程实验软件中完成的，课程软件所对应的用户角色与平台的用户角色必须统一，这样才能提供准确的学生实验成绩。这其中涉及的数据主要有以下几种：

（1）课程信息：本学期开设的课程信息，数据来源是教务系统；

（2）学生信息：本学期在读的学生信息，数据来源是教务系统；

（3）选课信息：将“课程信息”和“学生信息”进行关联，可以得到学生注册某个课程的信息，数据来源是教学管理员根据学生的实际选课情况后在平台中进行操作后产生：

（4）实验请求信息：课程教师设定的子实验信息，第三方课程软件提供实验；

（5）实验成绩：根据学生用户的实验操作，进行判定并反馈给实验平台该用户的实验操作成绩。

以上数据信息与平台的主要业务流程有密切相关，具体的数据流向如图2所示。平台除了以上数据信息外，还有其他数据，例如新闻、论坛帖子等数据。

三 实验平台的功能模块划分及用户分析

开放式的虚拟实验平台主要划分为：基础数据管理、用户权限管理、实验管理（实验管理分为实验前准备、实验过程管理和学生成绩管理）、交流平台、平台新闻管理五大板块，如图3所示。

系统的基础数据管理模块包括实验注册接入管理、学期管理、专业管理、课程管理、教师管理、学生管理、选课管理、资源分类管理等。用户权限管理模块包括角色管理、用户管理、权限管理等。实验管理是最主要的功能模块，包含实验前准备、实验过程管理和学生实验等。交流平台包含即时通和实验社区模块，提供了实验辅导教师与学生之间的即时交流功能。平台新闻包含新闻类别管理和新闻发布模块。

虚拟实验平台中，根据实际需求，用户主要分成以下角色以及角色及对应的功能为：

●实验中心管理员：实验中心管理

●教学管理员：教学管理

●实验课程教师：课程实验管理

●学生：学生实验

四 开放式虚拟实验平台的具体应用——以浙江广播电视大学为例

开放式虚拟实验平台是基于Web的远程实践教学平台。平台4类用户角色通过Intemet进行实验管理、实验敦学、实验操作、试验评价等具体的操作。本文以浙江广播电视大学的远程开放实验平台为例，平台的学生模块操作界面如图4所示。该平台完全参照本文的设计思路，完成对现有的“计算机网络”、“电工电子技术”、“建筑施工管理”等25门课程实验系统进行集成。将面向成人教育的课程实践教学搬到了网上，学员通过这一实验平台进行课程实验。

2012年，根据课程的特点及课程选课人数，学校选择了“组网技术”、“电子商务概论”、“建设工程项目管理”、“律师实务”等8门课程进行试点，并对师生中进行抽样调查，调查情况如表1所示。

抽样调查的结果显示，试点运行总体情况良好，但具体的数据也反映出一些问题：（1）教学管理人员对新平台增加的工作产生一些不满情绪，平台的教学管理模块有待进一步优化；（2）虽然部分课程及格率并不高，但师生满意度很高，反映出师生对新的实践模式有较高的认可度，例如“Linux网络系统管理”、“组网技等术”等课程；（3）“律师实务”、“地方政府绩效评估”等课程及格率很高，师生满意度并不高，反映出课程实践操作难度并不高，但操作步骤繁琐，引起师生不满；（4）“技能实验一岗位会计”课程由于软件本身的问题，在试点过程中异常错误频发，试点单位师生强烈不满，这也反映出接入的第三方课程实践系统需严格甄选。

五 结语

基于Intemet的开放式虚拟实验系统越来越受到成人教育学员的喜爱。针对众多的实践教学资源，采用基于SOA的方法将异构的实验系统集成到统一的实验平台无疑是节省人力、物力的好方法。经过一年的试点，虽然在执行过程中还是反映出不少问题，但是实践教学过程的创新模式还是受到了广大师生的好评。由于各个异构系统的差异性较大，数据同步过程中耗费的时间代价较大，如何提高数据同步速度以及数据传输的安全性，将是下一步研究的重点。