高校计算机专业智慧教育实验云平台的设计与实践

孙慧然 应红霞 王红梅

摘  要： 长春工业大学计算机科学与工程学院设计并实现了针对高校计算机专业的智慧教育实验云平台。文章介绍了平台的功能、架构及实现，及其在实践教学中的应用。教学实践表明，该平台达到了提高实验教学质量和提升学生程序设计能力的目的。

关键词： 智慧教育; 云平台; 教育云; 实践教学

中图分类号：TP393.05-4;G642.4          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2021）07-55-03

Design and practice of experiment teaching cloud platform for smart

education of computer specialties

Sun Huiran， Ying Hongxia， Wang Hongmei

（School of Computer Science and Engineering of Changchun University of Technology， Changchun， Jilin 130012， China）

Abstract： The school of computer science and engineering of Changchun University of Technology has designed and implemented a experiment teaching cloud platform for smart education of computer specialties in colleges and universities. This paper introduces the function， architecture and implementation of the platform， as well as its application in practical teaching. Teaching practice shows that the platform achieves the purpose of improving the quality of experiment teaching and promoting the programming ability of students'.

Key words： smart education; cloud platform; education cloud; practical teaching

0 引言

传统时代的智慧教育通常是用一套公众接受的带有真理性质的思维模式来启发和教育学生。进入信息化时代，人们对智慧教育的认识又发生了改变：智慧教育是一种通过信息技术来改革传统教育各个方面，目的在于培养学习者的创新能力、批判思维能力、问题解决能力等高阶思维能力，即发展学习者的智慧[1]。信息时代的智慧教育是利用现代的科学技术，来改进或完善传统教育的缺陷，通过对教育的不断优化来培养学习者终生学习的能力和发展学习者的智慧。智慧实验是智慧教育的一个分支。

云计算作为分布式计算的一种，其在教育领域的迁移称为“教育云”[2]。国外研究者在 2009 年前后开始关注教育云[3]。根据国家十二五规划《素质教育云平台》的要求，各个地区涌现出了诸多教育云的教学应用案例[4]。例如，2014年5月，重庆市召开了教育“云课堂”项目应用推进工作研讨会，会上展示了教育云课堂教师讲授与同学学习和互动的整个过程，整堂课利用云平台+微课+PPT来呈现，学生在课堂上利用平板电脑学习，实现学习资源的共享。

明确感受到了实验教育云未来发展的强劲趋势及学校自身发展的需要和办学定位，我校——长春工业大学计算机科学与工程学院的科研团队结合学院自身需要研发了实验教育云平台。

1 实验教育云平台的功能设计、架构设计及实现

1.1 实验教育云平台的功能设计

实验教育云平台功能模块主要包含系统管理模块、实验教学管理模块和实验进度管理模块。

系统管理模块包括班级管理、权限管理、课程管理和镜像管理子模块。班级管理子模块主要是系统管理级以班级为单位导入学生的姓名、学号和密码。权限管理子模块是系统管理者为实验教师和学生分配不同的使用权限。课程管理子模块为教师分配本学期的实验课程。镜像管理子模块为不同的实验课程分配不同的实验环境。

实验教学管理模块主要是教师进行实验教学的管理，包括教师上传实验指导书，课前布置每堂课使用的实验环境。教师可以查询学生的实验报告完成情况，并对学生的实验相拟度进行查询，并最终给出学生的实验成绩。

实验进度管理模块的操作者是学生。首先学生完成实验教育云平台的登录，然后根据实验指导书的实验内容对实验环境进行实际操作或程序设计，完成实验内容后截图并提交实验报告，最后由教师给出实验成绩后，学生在学生端查询实验成绩。实验教育云平台的功能设计如图1所示。

1.2 实验教育云平台的架构设计

在图2中，Web服务器的主要功能是通过互联网接入Web服务，通过虚拟现实技术将虚拟实验环境移植到Web页面和生成动态网页[5]，这样使用者就通过虚拟生成的实验环境进行实验操作。将多个Web服务器组成了云端Web客户群。应用服务器端主要负责数据采集，并对采集后的数据进行数据分析和处理，然后将处理后的数据的结果传送到数据库服务器进行保存，同时将处理结果通过Web传送到Web服务器端。由于此可，这种B/S结构极大地简轻了云端Web服务器的工作负荷，只需安装Web浏览器作为云端的运行平台同时只负责一小部分的人机交互的业务逻辑处理工作，主要的业务逻辑处理工作由服务器群实现。所以这种“瘦客户端/胖服务器”模式易于后台管理和维护，并具有良好的稳定性、鲁棒性和可扩展性。

1.3 实验教育云平台的实现

按照实验教育云平台的功能设计与架构设计，其教育云平台的实现如图3所示。图3的左侧为学生的实验指导书的内容，图的右侧为R语言的实验环境。学生提交实验报告后，教师可以在后台查询实验报告提交情况和录入实验成绩。

2 结束语

本文介绍的实验教育云平台可以实现各类程序设计语言实验环境的在线布署，该实验教育云平台自2019年9月对在校师生提供云在线实验教学服务。至今，实验教育云平台所支持的在线实验课程主要有C语言程序设计、数据结构、R语言编程技术、计算机网络、操作系统、编译原理、面向对象程序设计和LINUX程序设计等。该实验教育云平台为我校计算机科学与工程学院的近千位师生提供服务，其实验教学示范作用显著，并在师生中取得了良好的教学评价。我们还将在平台的兼容性和可扩展性方面进行改进，使该平台能够与时俱进，适合不断发展和变化的教学需要。

参考文献（References）：

[1] 马莉.智慧教育的内涵与特征[J].软件导刊（教育技术），2019.18（4）：21-22

[2] 李政奇.云计算在教育领域的应用[J].无线互联科技，2016.12：130-131

[3] 吴砥，李環，吴磊，周鹏，尉小荣.国外教育云发展趋势及其启示[J].中国教育信息化，2018.11：21-25

[4] 史艳萍，谢松.教育云应用的现状研究[J].电子商务，2014.9：66-67，71

[5] 蒋耘晨.虚拟实验室技术[M].北京理工大学出版社，2011.