基于大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)的電子信息專業(yè)群實訓(xùn)平臺設(shè)計

張偉龍 李榮嫻 于濤 河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、研究背景

1.電子信息類專業(yè)實訓(xùn)室現(xiàn)狀

電子信息專業(yè)群以軟件技術(shù)專業(yè)為核心，以移動應(yīng)用開發(fā)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字媒體應(yīng)用技術(shù)專業(yè)為基礎(chǔ)，拓展云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)方向。專業(yè)課程重合科目較多，實訓(xùn)室分項功能多樣、負擔(dān)繁重，實訓(xùn)室建設(shè)投入成本大，且設(shè)備更新?lián)Q代較快，維護成本高。實訓(xùn)過程數(shù)據(jù)難以存儲，實訓(xùn)數(shù)據(jù)無法接入校園大數(shù)據(jù)交換平臺，以至于大量信息不能共享。實訓(xùn)室利用率偏差較大，有的實訓(xùn)室利用率很高、機器負擔(dān)過大、頻發(fā)出錯，而有的實訓(xùn)室利用率低，浪費嚴重。

2.學(xué)生現(xiàn)狀分析

目前職業(yè)院校信息類專業(yè)學(xué)生規(guī)模不斷擴大，學(xué)生質(zhì)量參差不齊，學(xué)生來源多樣。有參加普通高考的，有通過單招聯(lián)考的，還有中職3+2、五年一貫制等多種形式考試進入職業(yè)院校信息類專業(yè)學(xué)習(xí)。這些學(xué)生的知識儲備、專業(yè)認知、思維能力、接受能力、自控能力都不一樣，他們在實訓(xùn)操作練習(xí)時，掌握程度，實訓(xùn)效果難以全面有效的反映給指導(dǎo)老師。學(xué)校對學(xué)生實訓(xùn)環(huán)節(jié)也沒有相應(yīng)的視頻記錄和分析措施。不能有效的根據(jù)學(xué)生特點展開教學(xué)和實訓(xùn)，難以實現(xiàn)差異化管理，缺乏實時評判和糾錯機制。

3.信息技術(shù)的發(fā)展

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)和云計算已經(jīng)滲透到經(jīng)濟生活的各個領(lǐng)域。教學(xué)、實訓(xùn)過程中海量、高增長率和多樣化的信息資需要使用大數(shù)據(jù)平臺分析、判斷，為決策者提供服務(wù)。傳統(tǒng)的服務(wù)器架構(gòu)已無法支持大量的數(shù)據(jù)抓取、存儲、分析和展現(xiàn)工作。而云計算技術(shù)的興起完全的填補了該問題，通過利用云計算的高可擴展性、便捷的部署方式、便捷的管理方式來實現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺的快速有效部署。

二、實訓(xùn)平臺建設(shè)目標和內(nèi)容

搭建、實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的全天候開放型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實訓(xùn)一體化平臺，實現(xiàn)學(xué)生線上線下主動式學(xué)習(xí)。并將學(xué)情數(shù)據(jù)傳送至校園大數(shù)據(jù)中心，分析學(xué)生特點、設(shè)置專業(yè)課程及難度。從學(xué)生個體差異出發(fā)，推送個性化教學(xué)目標、實訓(xùn)方案，探索、實踐并形成以學(xué)生為中心的新型個性化教學(xué)模式。將電子信息專業(yè)群所使用的軟件集成到私有云服務(wù)器上，通過瀏覽器訪問云端構(gòu)建實訓(xùn)環(huán)境，訪問一體化教學(xué)實訓(xùn)資源，進一步實現(xiàn)信息化與教學(xué)實訓(xùn)的深度融合。構(gòu)建專業(yè)群核心課程教學(xué)資源庫，包含教學(xué)大綱、視頻資源、實訓(xùn)指導(dǎo)、實訓(xùn)代碼和數(shù)據(jù)、綜合實訓(xùn)等一系列教學(xué)實訓(xùn)資源，全方位解決“教、學(xué)、做”過程中所遇到的問題。

課程建設(shè)：運用相關(guān)大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)深入研究教師、學(xué)生等各教學(xué)主體之間的特性，挖掘各教學(xué)主體之間相互作用的內(nèi)在規(guī)律，構(gòu)建教學(xué)主體之間相互作用的演化模型，分析演化過程的動態(tài)性、復(fù)雜性，準確掌握學(xué)生在教學(xué)實施過程中對知識的掌握程度、學(xué)習(xí)習(xí)慣等，依據(jù)職業(yè)崗位對人才需求的變化并對人才培養(yǎng)方案、教學(xué)目標與教學(xué)內(nèi)容進行修訂與調(diào)整，形成學(xué)生培養(yǎng)目標。整合原有開發(fā)語言課程，針對電子信息專業(yè)群特點和大數(shù)據(jù)適用原則，側(cè)重開發(fā)軟件應(yīng)用較多的專業(yè)課，如程序設(shè)計類課程、數(shù)據(jù)庫類課程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類課程。

（5）資源共享差。各校院、學(xué)科、企業(yè)之間因管理、資金、產(chǎn)權(quán)保護等因素限制，導(dǎo)致仿真平臺共享較差。多數(shù)仿真平臺僅服務(wù)于校內(nèi)電腦終端、特定用戶，未能面向社會用戶開放。多數(shù)平臺無法通過手機、IPAD等移動客戶端隨時隨地鏈接實驗，開放方式不靈活。

綜合實踐模式建設(shè)：為進一步加強對學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng), 以能力培養(yǎng)為主線構(gòu)建實踐教學(xué)內(nèi)容體系，根據(jù)一體化實訓(xùn)平臺所記錄的學(xué)生各個實訓(xùn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析學(xué)情特征，科學(xué)的設(shè)計實訓(xùn)大綱、調(diào)整實驗內(nèi)容，創(chuàng)新性的分配個性化實訓(xùn)任務(wù)。由系統(tǒng)平臺推送與學(xué)生自主選擇相結(jié)合確定實訓(xùn)內(nèi)容 ,在視頻資源指導(dǎo)下獨立完成實訓(xùn)全過程提升學(xué)生的自主實訓(xùn)積極性，增強學(xué)生進行創(chuàng)造性實驗的能力，確保學(xué)生在實訓(xùn)環(huán)節(jié)中得到充分的基本技能和創(chuàng)新能力訓(xùn)練。

三、實訓(xùn)平臺架構(gòu)和功能特點

實訓(xùn)平臺為電子信息專業(yè)群綜合性實訓(xùn)平臺，是所有模塊的核心母平臺,分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和用戶層。

1.基礎(chǔ)層：基礎(chǔ)層主要包括通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施、校園局域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)三部分。通過對服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化，為實訓(xùn)平臺用戶提供及時、高速、可靠的計算、存儲和軟件實訓(xùn)資源，從而提供服務(wù)器利用率，降低運營成本、節(jié)約資源。

2.數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)庫、視頻資源數(shù)據(jù)庫、實訓(xùn)過程資源數(shù)據(jù)庫、用戶信息數(shù)據(jù)庫、共享資源數(shù)據(jù)庫。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，通過數(shù)據(jù)共享交換平臺匯聚信息、整合資源，建設(shè)相關(guān)的專題業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，再運用大數(shù)據(jù)技術(shù)、挖掘分析，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，為教學(xué)管理和個性化學(xué)習(xí)科學(xué)依據(jù)。

3.應(yīng)用層：應(yīng)用層為各類需求提供統(tǒng)一的功能支持和安全保障，主要包括面向需求的應(yīng)用提供統(tǒng)一的功能支持，包括各類應(yīng)用系統(tǒng)。

實驗資源管理系統(tǒng)：動態(tài)調(diào)整、動態(tài)搭建實訓(xùn)環(huán)境，根據(jù)需求創(chuàng)建教學(xué)實驗內(nèi)容及實驗環(huán)境。包括人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、課程規(guī)劃、視頻學(xué)習(xí)、實訓(xùn)操作、過程數(shù)據(jù)、課程代碼、過程考核、考試成績、質(zhì)量評價等。

虛擬機管理系統(tǒng)：動態(tài)分配實訓(xùn)資源，動態(tài)分發(fā)計算任務(wù)，管理任務(wù)，可視化資源等。

實訓(xùn)測試管理系統(tǒng)：針對實驗課程在線進行課程實訓(xùn)考核，實現(xiàn)老師在后臺進行班級管理和試卷的一鍵添加、查看、刪除的統(tǒng)一化管理。

教師管理系統(tǒng)：教師管理系統(tǒng)支持角色權(quán)限自由分配和按需分配角色，如：專業(yè)負責(zé)人管理員、課程管理員、項目組管理員、實驗小組組長，學(xué)生等角色的動態(tài)管理，每種角色權(quán)限范圍可隨客戶需求現(xiàn)場修改。管理內(nèi)容可自由選擇和定制。

學(xué)生練習(xí)系統(tǒng)：學(xué)生可以查看實訓(xùn)過程中各個環(huán)節(jié)的存在問題，如重點步驟、易錯題、正確率等。該模塊提供實訓(xùn)步驟查看、過程提交、測試考試、自動評分等，根據(jù)教師事先設(shè)定的標準答案自動評分，自動統(tǒng)計所有學(xué)生的得分情況并提供可視化成績報表。

質(zhì)量評價系統(tǒng)：主要是對實訓(xùn)過程數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和匯總分析，建立監(jiān)控點，實時計算出每個指標對應(yīng)的結(jié)果值，根據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)可以進行數(shù)據(jù)對比分析，及時進行預(yù)警，通過大數(shù)據(jù)分析，得出同類型的指標排名分析，以便于后續(xù)的改進。

4.用戶層：主要包括管理員、教師和學(xué)生。用戶使用計算機、移動電腦、智能手機和其它電子終端等等設(shè)備，可以在實訓(xùn)室、宿舍、圖書館等符合網(wǎng)絡(luò)接入要求的地方訪問實訓(xùn)平臺。

四、建設(shè)成效

實訓(xùn)平臺依據(jù)信息專業(yè)學(xué)生特點，主要從平臺管理、課程資源管理、學(xué)習(xí)管理三個方面，解決實訓(xùn)管理、學(xué)生個性化學(xué)習(xí)、實訓(xùn)質(zhì)量診斷與改進三大難題。該平臺能夠?qū)嵱?xùn)任務(wù)全程記錄，依據(jù)指標點進行診斷分析，多維度展示結(jié)果，形成診改報告，便于持續(xù)改進。