“现代学徒制”下物联网应用技术专业平台的分析与研究

李文翔 李忠森

摘 要：对工学结合校企合作“现代学徒制”培养模式，并对课程体系及实施过程进行系统的整理与重构，以校园网为依托，为学生、教师、企业提供一个无缝连接的开放的柔性平台，已成为现代教育理论和实践的重要内容。基于B/S体系结构，文中分析并给出了现代学徒制下物联网应用技术专业平台的设计方案和功能模块，同时提出了该平台基于Web服务的五层软件体系结构和基于RTP/RTSP协议的视频直播工作流程。最后就平台的应用和功能的完善做了探讨。

关键词：现代学徒制；专业应用平台；Web服务；B/S体系结构

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）06-0-03

0 引 言

“现代学徒制”以企业用人需求与岗位资格标准为服务目标，以校企合作为基础，以学生（学徒）的培养为核心，以课程为纽带，以工学结合、半工半读为形式，以学校、行业、企业的深度参与和教师、师傅的深入指导为支撑的人才培养模式，强调“做中学、学中做”[1]。而专业应用技术平台建设通过信息技术实现教学资源的共享，方便教师和学生的学习与工作，便于开展教学过程控制[2]。

在研究国内外专业应用技术平台应用方面所取得的理论和实践成果的基础上[3-6]，对工学结合校企合作“现代学徒制”培养模式与课程体系及实施过程进行系统的整理与重构，为学生、教师、企业提供一个无缝连接的开放的柔性平台，不断推进教学资源的共建共享，提高优质教学资源的使用效率，扩大受益面。

1 现代学徒制平台的设计方案

1.1 现代学徒制平台的设计目标

基于现代学徒制的物联网应用技术专业平台是一个基于Internet的网络教学应用系统。本平台的建设不仅针对高校物联网应用技术专业的在校生自主学习，还可以满足物联网相关服务类企业人员、社会学习者学习咨询及培训和开展科技服务工作的需要。从在校生学习的角度，物联网应用技术专业资源库提供给学生丰富的学习资料，拓展了学习空间，培养学生自主学习协作学习探究学习的能力；从教师教学的角度，通过资源平台可以进行课程开发和课程教学，为教学提供了丰富优质的教学资源；从物联网相关和社会人员使用的角度，物联网应用技术专业资源平台项目为企业和社会人员提供了资源检索、信息查询、资料下载、教学指导、学习咨询、人员培训等功能。

1.2 平台的运行环境

（1）服务端

一台用于提供Web服务运行的Web服务器，可以安装Windows Server 2012操作系统+IIS7.0+ASP.NET。

一台用于管理数据库空间并提供数据读写操作的数据库服务器，应当安装Windows Server 2012操作系统+SQL Server 2012。

一台用于提供文件共享的文件服务器，主要安装Windows Server 2012操作系统。

一台专门处理流媒体文件的流媒体服务器，可以安装Windows Server 2003操作系统+Windows Media Encoder 7.1+H264编码器+数码摄像机。

（2）客户端

普通PC机或智能终端，可以安装Windows操作系统或其他操作系统+浏览器+VLC多媒体播放器。

1.3 平台的组成及其功能模块

根据文献[7]与文献[8]的阐述，综合考虑系统设计的实用性和经济性，确定采用B/S模式下Web访问的网络教育和交流环境。平台的网络拓扑如图1所示。

基于现代学徒制的物联网应用技术专业平台不仅能为在校学生提供学习和企业员工再学习的机会，还能为在校老师和企业导师提供交流的平台。因此该平台主要涉及的三类用户分别为教员、学员和系统管理员。平台的顶层用例图如图2所示。其中学员包含了在校学生和企业员工两类用户，而教师和企业导师都可以视为教员。

平台三类用户的需求是构建一个现代学徒制下物联网应用技术专业知识的学习和交流平台。针对三类用户的需求分析，该平台由在线实时学习、离线学习、岗位技能培训、项目工作室、互动交流等应用子系统组成，平台功能模块图如图3所示。

教员利用该平台可以完成对教学资源的组织和管理工作，包括教学资源的增删改操作等。教员可以通过专用摄像机将其讲课过程实时传输到服务器或者经录制处理后上传到服务器，供学员在客户端在线或离线学习。同时，作为教员的企业导师可以依据企业岗位需求在平台上制定岗位技能培训计划和任务，供学员进行技能培训。该平台提供了一个学员和教员二者之间项目合作交流的平台，从而提高高校和企业的产学研合作。在该平台上教员可以依据学员的综合表现做出综合性评价。各应用子系统的功能简要说明如下：

（1）在线实时学习子系统

该子系统主要用来实现学习的实时直播功能，满足学员线上实时学习的需求。在服务端，利用数字摄像机将教员的讲课过程实时传输到服务器，然后通过视频直播模块将音视频信号采集编码压缩生成ASF流媒体文件，并经服务器传送到网络上。客户端，学员只需在浏览器上通过视频直播连接就可以实时接收到教员讲课的过程。

（2）离线学习子系统

该子系统主要实现的是学习的点播功能，满足学员线下自学的需求。在服务端，利用数字摄像机将教员的讲课过程进行录制处理，通过专业的视频处理软件生成ASF流媒体文件后上传到服务器的指定目录下。客户端，学员只需在浏览器上选择教学视频点播就可以进行学习。

（3）岗位技能培训子系统

该子系统主要实现的是学员企业岗位技能的培训。其主要参与者为企业导师与学员。企业导师根据实际企业岗位的技能需求指定培训计划，并给学员安排日常的工作和学习培训任务。学员根据企业导师发布的任务安排按时按量完成任务，并通过该系统上传任务成果。企业导师可以实时跟踪学员的动态，并依据学员的成果进行相应的评价。

（4）项目工作室

教员通过公告栏可以在网上发布项目招募信息。线下学员与教员之间可以通过各种形式完成项目，并上传项目成果供其他成员参考使用。学员或教员也可以发布自己完成的研究成果，供其他成员参考使用与评价。

（5）资源共享平台

提供一个基于Web的资源上传下载平台。教员可以上传教学资源或相关优质资源到服务器的指定目录下。学员可以通过下载链接下载相关教学资源。

（6）互动交流平台

提供一个在线师徒交流、讨论场所。学员可以向教员提问，教员进行实时解答，也可以发布对某个问题或某个领域的典型解答。

（7）考核评价子系统

该系统用于教员对学员的考核评价。主要包含岗位技能认证子系统、网上作业评价子系统、网上考试子系统和项目成果效益评价子系统。具体如下：

a.岗位技能认证子系统是对学员日常任务完成效果和岗位技能证书的综合评价；

b.网上作业评价子系统在发布日常作业后，学员完成作业后对作业效果的综合评价；

c.网上考试子系统通过发布在线考试题目，学员完成在线考试后进行的考核评价；

d.项目成果效益评价子系统对学员在项目工作室中参与的程度以及完成项目的社会效益等进行综合评价。

2 平台实现的主要关键技术

2.1 基于Web服务的五层软件体系结构

采用基于Web服务的五层软件体系结构，分为数据层、数据服务层、业务逻辑层、业务接口层和业务表示层。其五层结构如图4所示。

（1）数据层。主要实现数据存储、数据间的联系等逻辑关系。该层采用SQL Server 2012以及XML来完成；

（2）数据服务层。该层起中介作用，是承接业务逻辑层对数据层的数据调用。将后台数据库表的操作封装于该层，即DAO组件都放在该层；

（3）业务逻辑层。该层主要将各种业务功能逻辑组件以Web服务组件进行封装，比如用户登录、视频播放、文件上传下载等功能；

（4）业务接口层。该层主要对业务逻辑层封装的Web服务组件进行描述和组合，并将Web服务组件注册发布到IIS上，实现各个服务之间的交互；

（5）业务表示层。该层主要为用户提供输入/输出交互界面，通过调用业务接口层上的Web服务将系统的各个功能在浏览器上输出。

2.2 基于RTP/RTSP协议的视频直播

提供教学视频直播是基于现代学徒制的物联网应用技术专业平台的主要功能之一。目前流媒体技术的成熟发展为实现教学视频直播提供了有效的技术支持。由于移动终端的普及，根据文献[9]与文献[10]的描述，该平台使用基于RTP/RTSP协议的视频直播技术，主要解决客户端在不同应用平台（PC机或智能终端）上视频的实时播放问题。工作流程如图5所示，采集端将采集到的音视频信号进行处理，并用H264编码，经RTP和UDP封装后上传至流媒体服务器。流媒体服务器根据客户端发送的RTSP交互协议发起或终结流媒体处理，并将经过UDP、RTP拆包后的数据通过VLC编码后在客户端播放。

3 关于系统进一步完善与应用的思考

本文提出的基于现代学徒制的物联网应用专业平台只是网络教学和专业交流平台的一个基本雏形，平台现有的基本功能可以进一步完善和扩充。目前可以从以下几方面考虑：

（1）优化考核评价标准，需要研究现代学徒制下考核评价的标准化和评价分析功能；

（2）完善开发更为友好的交互界面，继续研究更为有效的视频直播技术；

（3）在资源共享模块方面，考虑采用Hadoop云平台解决文件服务器资源不足的问题；

（4）在项目工作室方面，考虑引进O2O模式来提高共同合作开发项目的服务。

4 结 语

本文给出了现代学徒制下物联网应用专业平台的设计方案，该平台包含了在线实时学习子系统、离线学习子系统、岗位技能培训子系统、考核评价子系统、项目工作室、互动交流平台和资源共享平台等功能模块，并提出了该平台的基于Web服务的五层软件体系结构。针对实时视频播放问题，给出一个基于RTP/RTSP协议的视频直播工作流程。平台部署和实施工作成为后期研究的重点。

参考文献

[1]熊苹.走进现代学徒制[D].上海：华东师范大学，2004.

[2]刘艳莉，孙雨耕，程鹏，等.数字化教学资源共享信息平台建设研究[J].现代远距离教育，2011（2）：39-42.

[3]郜激扬，刘凤伟.基于校园网的教学资源平台设计[J].中山大学学报（自然科学版），2009，48（S1）：213-214.

[4]李健，谭爱平，刘曼春.基于Web 2.0的网络教学资源平台的构建[J].计算机与现代化，2012（5）：141-143，148.

[5]陈浩.基于AJAX的教学资源平台的设计与实现[D].上海：华中师范大学，2009.

[6]吕元海.基于Native XML数据库的视频教学资源平台构建[D].西安：西安电子科技大学，2011.

[7]刘柏洋.流媒体系统架构的技术分析[J].四川理工学院学报（自然科学版），2006，19（5）：51-54.

[8]潘捷.基于开源架构的校园流媒体系统的设计与实现[D].上海：复旦大学，2009.

[9]李玲娟.一种视频直播系统的设计与实现[D].青岛：青岛科技大学，2013.

[10]王征.移动终端流媒体传输协议的研究与实现[D].杭州：浙江大学，2006.