高校编程类课程云端仿真实验教学平台创新设计与应用

李蕾+高兴媛+鲁文科

摘 要：设计基于云端的编程类课程仿真实验平台。该平台实现了云端编程，师生可实时互动，将全方位教学方式集于一体，为创新教育课程体系、改革教学方法、强化创新教学实践提供了零距离对接。在功能设计上体现课程个性化、教学过程化、预习简单化、作业智能化、能力测评实时化，在设计思路上体现角色人性化和操作流程简单化，在设计特色上体现知识的连通性、项目的实用性、课程的灵活性，适合应用于高校创新编程类课程仿真实践教学。

关键词关键词：仿真实验；高校编程类课程；教学创新平台；云端平台；创新教学

DOIDOI：10.11907/rjdk.161439

中图分类号：G433

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）008-0210-03

0 引言

“互联网+”战略是利用互联网平台，利用信息通信技术，把互联网和包括传统行业在内的各行各业结合起来，在新的领域创造一种新的生态，简单地说就是“互联网+XX传统行业=互联网XX行业”，但不是简单相加。国办发〔2015〕36号文件[1]就深化高校创新创业教育改革提出了实施意见，尤其在“健全创新创业教育课程体系”中，建议各高校要根据人才培养定位和创新创业教育目标要求，促进专业教育与创新创业教育有机融合，调整专业课程设置，挖掘和充实各类专业课程的创新创业教育资源，在传授专业知识过程中加强创新创业教育；在“改革教学方法和考核方式”方面要求各高校广泛开展启发式、讨论式、参与式教学，扩大小班化教学覆盖面，推动教师把国际前沿学术发展、最新研究成果和实践经验融入课堂教学，注重培养学生的批判性和创造性思维，激发创新创业灵感。运用大数据技术，掌握不同学生学习需求和规律，为学生自主学习提供更加丰富多样的教育资源。在这样的大背景下，研究“互联网+教育”的高校编程类课程云端教学创新具有重要的研究意义和实际价值。

1 云端仿真实验教学平台研究现状

“互联网+”的例子屡见不鲜，如互联网+传统百货卖场诞生了京东，互联网+传统集市诞生了淘宝，互联网+传统银行诞生了支付宝，互联网+传统交通诞生了“优步”等手机端打车APP。传统的教育模式与理念+互联网=互联网教育，将会为高校编程类课程的创新带来新的机遇和挑战。目前，计算机编程类课程在学校课堂教学和企业需求的无缝对接中还存在很多不足。

（1）教学模式及理念与企业人才需求脱节。随着移动互联网的兴起，颠覆一个行业已不再是梦想，比如阿里巴巴、京东凭借商家平台化模式，颠覆了传统零售商不断开设实体店的模式。不仅仅是电商业，微信的推出已经颠覆了电信业传统的盈利模式，成功迈出了商业化第一步，打破了原有的电商模式，形成电商平台，微信是成功的OTT产品之一。

教育行业，特别是高校教育，还处于传统、封闭的状态，虽然很多高校在尝试做一些改变，不断加快创新创业教育优质课程信息化建设，推出一批资源共享的慕课、视频公开课等在线开放课程；也组织学科带头人和行业企业优秀人才，联合编写具有科学性、先进性、适用性的创新创业教育重点教材。教师自身也从业务能力与教学方法等方面作了一些改变，但成效不容乐观。表现在课堂教学效果不明显，编程类课程师生课前、课中、课后的互动性方式过于传统，知识与企业的需求不匹配，学生学习积极性不高。

（2）企业需求与培养目标之间存在信息不对称。

2013年就业数据显示，大学计算机系学生真正从事对口工作的只10%，学校的培养目标与实际就业结果形成了巨大落差。落差形成的根本原因是企业需求与学生培养目标之间存在信息的不对称。

（3）编程类课程自身特点未能与企业需求有效结合。

编程类课程都是实践性非常强的课程，必须动手练习才能掌握，仅看视频很难学好计算机编程课程。

编程类课程是更新最快的课程，10多年前毕业时，只要学C、VB就可以了。现在除了要学会C、VB，还要会Java、php、.NET、HTML、JS、CSS、DIV、SQL等。教师要跟上这些课程的发展，也要不断地学习。

计算机类课程是一个金字塔型，所有基础课程都在底部。不少学生第一节课就听不懂，到期末已经彻底放弃学习，最后是基础课程没学好，高端课程更没能力学。

2 云端仿真实验教學平台设计思路

综上分析，”互联网+高校教育”的教学模式是高校编程类课程传统教学模式的延伸与跨越，在功能设计上要体现课程个性化、教学过程化、预习简单化、作业智能化、能力测评实时化，在设计思路上要角色人性化和操作流程简单化，在设计特色上体现知识的连通性、项目的实用性、课程的灵活性，将企业需求和学校人才培养方案完美结合。

2.1 教师端口

教师通过云端平台成功注册登录后，按所在学校，进入“教师中心”。授课教师通过云端平台建立课程（可以选择已经创建好的模板课，也可以根据专业人才培训方案和指定的教材、教学大纲和考试大纲自己手动创建）后，即可开始授课。在云端仿真实验教学平台教师端，有教室首页、预习管理、作业管理、学生管理和统计信息等功能。

（1）教室首页：显示所开课程的知识点、实验、作业和加入学习的学生；可以查看最近学生预习汇总（可查看学生预习明细）；最近学生作业汇总（可查看学生作业完成明细）；开展师生互动云端仿真实验平台授课。

（2）预习管理：教师可在这个模块里“布置预习任务”（设置任务开始日期和结束日期）；查看布置过的预习列表。

（3）作业管理：显示所有布置过的作业列表；可以布置新的作业；对已经布置的作业进行批改。批改的时候可以一键运行批阅，得分也可以一键确认并直接显示评分结果。

（4）学生管理：对进入云端仿真实验课堂的学生进行增加（一对一）或批处理（根据模板数据导入），或导出所有加入云端仿真实验教学平台的学生信息。

（5）统计信息：统计学生作业完成情况，并实现导出作业报告（项目实训报告）。

2.2 学生端口

学生通过云端平台成功注册后登录（按所在学校、班级修改个人信息，或由授课教师直接导入），进入“学生中心”后，即可看到开设的课程和对应的授课教师。进入课程中心后，在云端仿真实验教学平台学生端，有教室首页、我的预习、我的作业、在线帮助等功能模块。

（1）教室首页：显示自己当前登录的教室（云端仿真学生端课程），可以选择加入教室实时听课。在该页面中学生可查看最新的预习通知和最新的作业通知。

（2）我的预习：学生可在此模块中查看所有的预习任务及完成情况。

（3）我的作业：学生可在此模块查看所有老师布置的作业任务及完成情况。

云端仿真实验教学平台设计思路如图 1所示。此平台突破了传统的教学模式，创造性地将“互联网+高等教育”完美融合，把云端编程、实时互动的仿真实验教学模式集成组合为一体。

3 云端仿真实验教学平台技术架构

依据云计算的自服务化、计算机服务化、资源虚拟化、管理智能化特性，将编程类课程放置在公共云端，通过云端仿真实验教学平台完成授课，与传统教学模式在教学效果、师生互动、资源共享、课堂答疑、课前预习、课后实践、作业批改等方面提供全新的体验。云端仿真实验教学平台技术架构[2]如图2所示。

3.1 云服务平台（SaaS）

SaaS平台[3]是运营SaaS软件的平台，是一种软件布局模型，是传统软件开发模式和交互模式的变革，便于用户通过互联网托管、部署及接入，是目前最流行的云端运算类型。高校计算机专业编程类基础课程较多，比如HTML、CSS、SQL、C语言、JAVA、C++、数据结构等，不同软件运行的环境不同，在运行之前需要搭建不同的环境。而借助SaaS服务，在云端提供仿真实验教学、考核或自学，无须安装软件，无须搭建环境，通过云端仿真实践教学平台上就可以完成教学互动、作业管理、实验管理、自学管理、统计管理等基础功能。

3.2 云数据基础平台（PaaS）

PaaS[4]是将软件研发的平台作为一种服务，以SaaS模式提交给用户，所以PaaS也是SaaS模式的一种应用。高校编程类课程教学模式正从传统授课方式转化为互网络+模式，集教师、学生、企业人力资源部门、企业员工、社会编程爱好者的应用于一体。如何高效整合，集中管控IT资源，满足高校师生需求；如何高效整合企业应用，使IT真正成为其创新的驱动力，以PaaS为核心构建云平台是最佳选择。它实质上就是一个预先装好的Web Container和一组公共服务，如数据存储服务、消息队列、集中式Session及Cache等。

云端编程类课程仿真实验教学平台会产生大量的数据，PaaS平台正好满足了仿真实验平台需求，为高校编程类课程（云课程）、编程类课程线上作业（云作业）、编程类课程线上实验项目（云实验）、学生信息、教师信息等提供了数据存储服务，可将存储在PaaS平台上的数据迁移至私有云端，更方便教学和培训。

3.3 云硬件平台（IaaS）

教师或学生通过Internet 可以从完善的计算机基础设施获得服务。这类服务称为基础设施即服务。基于 Internet 的服务（如存储和数据库）是 IaaS[5]的一部分。Internet上其它类型的服务包括平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。PaaS提供可以访问的完整或部分应用程序开发，SaaS则提供了完整的可直接使用的应用程序，比如通过 Internet管理高校编程类课程的教学资源。IaaS平台提供对计算机基础设施的利用，包括云服务器、云存储、云网络交换机和云安全设备等，它作为一种按需服务，无须购买服务器、软件、数据库空间或网络设备，只需购买这些资源的外包服务即可。

高校编程类课程云端仿真实验教学平台以IaaS为基础，PaaS为开发工具，SaaS为顶层应用，取代以往的内部部署应用服务，是高校编程类课程创新教学的一部分。将实践动手能力的编程类课程布署到云端仿真实验教学平台，是对传统教学模式的一种挑战和创新。

4 云端仿真实验教学平台实现效果

通过前期项目规划、调研、项目需求分析等，与杭州华恩教育科技有限公司协作，顺利完成高校编程类课程云端仿真实验教学平台（http：//www.itbegin.com）的开发。其核心功能如下：①在线编程。每个用户都有独立的项目空间；②在线运行。各种编程语言均可运行结果；③实时同步。教师端与学生端全程实时同步；④交互操作。教师端可以协助学生编程；⑤在线作业。教师可在线布置、检查作业，学生可在线完成作业；⑥在线预习。教师可在线布置、检查预习情况，学生可在线预习；⑦教材定制。教师可定制教材及知识点。

4.1 平台入口

进入www.itbegin.com主页，依据提示进行新账户注册。注册完成后选择“老师”或“学生”身份即可“立即加入院校通”，完善相关信息即可。

4.2 教师端操作

进入“教师中心”即可进入教师管理页，在该页中可自动增加教材（教材可选择平台中已有的课程，也可根据模板自建），也可查看“我的教室”，选择需要开通的课程，即可在线开通上课；在该模块中，可对加入该教室的学生进行“学生管理”、“布置预习任务”、“检查预习”、“布置作业”、“检查作业”等操作。

4.3 学生端操作

学生选择 “进入学生中心”或“我的课堂”，即可找到对应的“教室”，“加入学习”或向老师求助，可以完成预习作业，也可完成课后作业，线上教學师生互动，效果如图3所示。

其中，A知识点：同步教师端； B教师编码区：同步教师端；C演示和练习：同步教师端；D学生编码区：在线编码功能，在线运行编码结果；求助教师功能；界面操控功能。

5 结语

本文提出并设计实现了一款适合高校编程类课程云端仿真实验教学的“互联网+高校教育”平台，集课件实验、实验结果在线运行、教学过程高效互动等特点于一体，无需安装无需维护，专注实践（项目驱动教学、自动生成实验报告），操作便捷。目前已应用于浙江长征职业技术学院计算机相关专业编程类课程教学，效果良好，提高了学生学习的积极性。此仿真实验教学平台适合学生特点，是典型的教学创新课程过程化、作业智能化、测评实时化的云端仿真实验平台，有利于教师创新教学，有利于学生自主学习，有利于深化和落实高校创新教育改革的实施，实现人才培养与企业需求的零距离接轨。

参考文献：

[1] 国务院.国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见（国办发[2015]36号） [EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1778/201505/187212.html

[2] 李蕾.基于VDI技术的开放式教学平台搭建研究[J].现代商贸工业，2014（15）：170-173.

[3] 牛博，赵卫东.一种基于SaaS的公共服务平台实现方案[J].计算机与现代化，2010（8）：157-159.

[4] 阮志敏.谈平台即服务PaaS[EB/OL].http：//www.uml.org.cn/zjjs/201107014.asp，2011-6-27/2016-3-25.

[5] 贾琨.开源IaaS云平台的分析与比较[EB/OL].http：//www.chinacloud.cn/show.aspx？id=11245&cid=17

（责任编辑：杜能钢）