基于大数据和云计算技术的电子信息专业群实训平台设计

张伟龙 李荣娴 于涛 河北交通职业技术学院

一、研究背景

1.电子信息类专业实训室现状

电子信息专业群以软件技术专业为核心，以移动应用开发、计算机网络技术、物联网应用技术、计算机应用技术、数字媒体应用技术专业为基础，拓展云计算、大数据、虚拟现实、网络空间安全专业方向。专业课程重合科目较多，实训室分项功能多样、负担繁重，实训室建设投入成本大，且设备更新换代较快，维护成本高。实训过程数据难以存储，实训数据无法接入校园大数据交换平台，以至于大量信息不能共享。实训室利用率偏差较大，有的实训室利用率很高、机器负担过大、频发出错，而有的实训室利用率低，浪费严重。

2.学生现状分析

目前职业院校信息类专业学生规模不断扩大，学生质量参差不齐，学生来源多样。有参加普通高考的，有通过单招联考的，还有中职3+2、五年一贯制等多种形式考试进入职业院校信息类专业学习。这些学生的知识储备、专业认知、思维能力、接受能力、自控能力都不一样，他们在实训操作练习时，掌握程度，实训效果难以全面有效的反映给指导老师。学校对学生实训环节也没有相应的视频记录和分析措施。不能有效的根据学生特点展开教学和实训，难以实现差异化管理，缺乏实时评判和纠错机制。

3.信息技术的发展

随着信息技术的飞速发展，大数据和云计算已经渗透到经济生活的各个领域。教学、实训过程中海量、高增长率和多样化的信息资需要使用大数据平台分析、判断，为决策者提供服务。传统的服务器架构已无法支持大量的数据抓取、存储、分析和展现工作。而云计算技术的兴起完全的填补了该问题，通过利用云计算的高可扩展性、便捷的部署方式、便捷的管理方式来实现大数据平台的快速有效部署。

二、实训平台建设目标和内容

搭建、实现基于大数据技术的全天候开放型网络教学实训一体化平台，实现学生线上线下主动式学习。并将学情数据传送至校园大数据中心，分析学生特点、设置专业课程及难度。从学生个体差异出发，推送个性化教学目标、实训方案，探索、实践并形成以学生为中心的新型个性化教学模式。将电子信息专业群所使用的软件集成到私有云服务器上，通过浏览器访问云端构建实训环境，访问一体化教学实训资源，进一步实现信息化与教学实训的深度融合。构建专业群核心课程教学资源库，包含教学大纲、视频资源、实训指导、实训代码和数据、综合实训等一系列教学实训资源，全方位解决“教、学、做”过程中所遇到的问题。

课程建设：运用相关大数据、云计算、数据挖掘等技术深入研究教师、学生等各教学主体之间的特性，挖掘各教学主体之间相互作用的内在规律，构建教学主体之间相互作用的演化模型，分析演化过程的动态性、复杂性，准确掌握学生在教学实施过程中对知识的掌握程度、学习习惯等，依据职业岗位对人才需求的变化并对人才培养方案、教学目标与教学内容进行修订与调整，形成学生培养目标。整合原有开发语言课程，针对电子信息专业群特点和大数据适用原则，侧重开发软件应用较多的专业课，如程序设计类课程、数据库类课程、网络技术类课程。

（5）资源共享差。各校院、学科、企业之间因管理、资金、产权保护等因素限制，导致仿真平台共享较差。多数仿真平台仅服务于校内电脑终端、特定用户，未能面向社会用户开放。多数平台无法通过手机、IPAD等移动客户端随时随地链接实验，开放方式不灵活。

综合实践模式建设：为进一步加强对学生综合能力、创新能力的培养, 以能力培养为主线构建实践教学内容体系，根据一体化实训平台所记录的学生各个实训环节的数据，通过大数据分析学情特征，科学的设计实训大纲、调整实验内容，创新性的分配个性化实训任务。由系统平台推送与学生自主选择相结合确定实训内容 ,在视频资源指导下独立完成实训全过程提升学生的自主实训积极性，增强学生进行创造性实验的能力，确保学生在实训环节中得到充分的基本技能和创新能力训练。

三、实训平台架构和功能特点

实训平台为电子信息专业群综合性实训平台，是所有模块的核心母平台,分为基础层、数据层、应用层和用户层。

1.基础层：基础层主要包括通信网络的基础设施、校园局域网和无线网络三部分。通过对服务器、存储设备、网络资源的虚拟化，为实训平台用户提供及时、高速、可靠的计算、存储和软件实训资源，从而提供服务器利用率，降低运营成本、节约资源。

2.数据层：数据层主要包括基础资源数据库、视频资源数据库、实训过程资源数据库、用户信息数据库、共享资源数据库。根据不同的业务需求，通过数据共享交换平台汇聚信息、整合资源，建设相关的专题业务数据库，再运用大数据技术、挖掘分析，为上层业务应用提供数据支撑，为教学管理和个性化学习科学依据。

3.应用层：应用层为各类需求提供统一的功能支持和安全保障，主要包括面向需求的应用提供统一的功能支持，包括各类应用系统。

实验资源管理系统：动态调整、动态搭建实训环境，根据需求创建教学实验内容及实验环境。包括人才培养方案、教学大纲、课程规划、视频学习、实训操作、过程数据、课程代码、过程考核、考试成绩、质量评价等。

虚拟机管理系统：动态分配实训资源，动态分发计算任务，管理任务，可视化资源等。

实训测试管理系统：针对实验课程在线进行课程实训考核，实现老师在后台进行班级管理和试卷的一键添加、查看、删除的统一化管理。

教师管理系统：教师管理系统支持角色权限自由分配和按需分配角色，如：专业负责人管理员、课程管理员、项目组管理员、实验小组组长，学生等角色的动态管理，每种角色权限范围可随客户需求现场修改。管理内容可自由选择和定制。

学生练习系统：学生可以查看实训过程中各个环节的存在问题，如重点步骤、易错题、正确率等。该模块提供实训步骤查看、过程提交、测试考试、自动评分等，根据教师事先设定的标准答案自动评分，自动统计所有学生的得分情况并提供可视化成绩报表。

质量评价系统：主要是对实训过程数据进行监控和汇总分析，建立监控点，实时计算出每个指标对应的结果值，根据结果数据可以进行数据对比分析，及时进行预警，通过大数据分析，得出同类型的指标排名分析，以便于后续的改进。

4.用户层：主要包括管理员、教师和学生。用户使用计算机、移动电脑、智能手机和其它电子终端等等设备，可以在实训室、宿舍、图书馆等符合网络接入要求的地方访问实训平台。

四、建设成效

实训平台依据信息专业学生特点，主要从平台管理、课程资源管理、学习管理三个方面，解决实训管理、学生个性化学习、实训质量诊断与改进三大难题。该平台能够对实训任务全程记录，依据指标点进行诊断分析，多维度展示结果，形成诊改报告，便于持续改进。