計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

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計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)篇1

0引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等信息技術(shù)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域中的廣泛運(yùn)用，高校中各個(gè)專業(yè)的教學(xué)都和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生了緊密的關(guān)聯(lián)，因此通過計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來提升學(xué)生的專業(yè)能力成為高校教學(xué)的關(guān)鍵部分[1]。所以，高校需要構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行管理，提升教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。而云計(jì)算的出現(xiàn)，為高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)帶來新的構(gòu)建思路。

1云計(jì)算對(duì)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的支持

1.1云計(jì)算能夠降低計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本

以云計(jì)算為支撐的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)于用戶端硬件設(shè)備的要求較低，用戶只需要擁有一臺(tái)能夠上網(wǎng)的終端設(shè)備，設(shè)備上安裝有瀏覽器，并且設(shè)備擁有進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)的接口，就能夠像使用本計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的文件以及安裝的軟件一樣去使用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)提供各種資源和服務(wù)[2]。這樣的使用方式使得計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不需要投入過多的成本，同時(shí)也不需要不斷地更新硬件設(shè)備和軟件，進(jìn)一步降低了設(shè)計(jì)成本。

1.2云計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問

基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┚薮蟮拇鎯?chǔ)空間，這就為計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存儲(chǔ)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)提供了巨大的空間。同時(shí)，不管是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)還是在實(shí)驗(yàn)完成后得出的最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生都能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于云端，并且這些數(shù)據(jù)也可以永久性地存在在云端中，這樣在學(xué)生下次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)就能夠從云端下載數(shù)據(jù)繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)，或者學(xué)生可以在其他設(shè)備上查看數(shù)據(jù)和繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[3]。這樣不僅能夠幫助學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)以及評(píng)價(jià)，還能夠幫助教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)。另外，云端存儲(chǔ)還能夠?yàn)閷W(xué)生提供自由訪問實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的功能，改變了以往高校為了保護(hù)計(jì)算機(jī)而在計(jì)算機(jī)上安裝還原卡導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法存儲(chǔ)的問題，這樣能夠大大激發(fā)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的興趣。

1.3云計(jì)算能夠減輕實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)壓力和實(shí)現(xiàn)資源共享

云平臺(tái)能夠提供軟件、基礎(chǔ)設(shè)施以及平臺(tái)3個(gè)方面的服務(wù)，所以實(shí)驗(yàn)室中的軟件更新和維護(hù)是由云平臺(tái)提供，基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)也是由云平臺(tái)提供，平臺(tái)的更新也是由云平臺(tái)提供，因此基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)并不需要不斷對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)也不需要對(duì)軟件進(jìn)行不斷更新。這樣減輕了高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室對(duì)硬件和軟件進(jìn)行維護(hù)和更新的壓力。另外，基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)資源共享，這是因?yàn)樗薪虒W(xué)資源中的信息資源都能夠存儲(chǔ)在云端。

2云計(jì)算下高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性分析

在云計(jì)算下進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其可行性可以從3個(gè)方面進(jìn)行分析，分別是操作方面的可行性、技術(shù)方面的可行性以及經(jīng)濟(jì)方面的可行性。

2.1操作方面的可行性

在操作方面，隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的方式已經(jīng)在很多領(lǐng)域和行業(yè)中得到應(yīng)用。對(duì)于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，其設(shè)計(jì)過程不僅僅是要實(shí)現(xiàn)一種程序的運(yùn)行，還要實(shí)現(xiàn)開發(fā)出能夠滿足不同需求的功能。而數(shù)據(jù)庫技術(shù)能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)關(guān)于教學(xué)管理系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的過程、方法等進(jìn)行全面分析提供支撐，同時(shí)還能夠不斷完善系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)在數(shù)據(jù)方面的各種需求。

2.2技術(shù)方面的可行性

首先，在數(shù)據(jù)庫方面，MySQL數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、修改、增加以及刪除等操作，有著穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理能力，并且數(shù)據(jù)庫技術(shù)還處于不斷發(fā)展的過程中，因此在之后的發(fā)展過程中能夠促使系統(tǒng)在這一方面的功能得到不斷完善[4]。其次，在設(shè)計(jì)環(huán)境方面，軟件環(huán)境可以使用B/S的架構(gòu)模型，這樣用戶并不需要下載專門的客戶端，只需要在瀏覽器上打開即可使用。在硬件環(huán)境方面，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)只需要在普通的計(jì)算機(jī)上就可以完成。云環(huán)境方面采用hadoop就可以在計(jì)算機(jī)上搭建云平臺(tái)。再次，在服務(wù)器方面，Linux和Windows兩者均可。最后，在開發(fā)技術(shù)方面，HTML、CSS、MySQL、Tomcat、hadoop等均可進(jìn)行開發(fā)。

2.3經(jīng)濟(jì)方面的可行性

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)主要是對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行管理，在系統(tǒng)開發(fā)的過程中除了需要投入大量時(shí)間和人力以外，還需要一定的資金投入。但是在開放過程中，所需要的任何軟件都可以在網(wǎng)絡(luò)上免費(fèi)下載，并且整個(gè)系統(tǒng)只需要少量的服務(wù)器就可以支撐。另外，整個(gè)系統(tǒng)操作簡單，相關(guān)設(shè)備費(fèi)用支出較少，因此從經(jīng)濟(jì)效益來看，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是可行的。

3云計(jì)算下計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，可以以云計(jì)算分層思想為指導(dǎo)，通過分布式存儲(chǔ)、虛擬化技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件和硬件資源的高效管理，其核心架構(gòu)可以分為4層，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層以及應(yīng)用層。其中，基礎(chǔ)設(shè)施層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是保障本系統(tǒng)發(fā)揮出其功能的支撐。因此在本層使用了云計(jì)算虛擬化技術(shù)，在Windows下構(gòu)建了服務(wù)器集群，以此對(duì)所有設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理?；A(chǔ)管理層主要部署了Hadoop系統(tǒng)，構(gòu)建了偽分布式云環(huán)境。在這一環(huán)境中，hadoop中的每一個(gè)組件能夠擁有獨(dú)立的虛擬機(jī)，并且能夠通信。應(yīng)用接口層主要在安裝hadoop時(shí)進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)了和hadoop平臺(tái)相連。應(yīng)用層主要安裝和部署計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，能夠?qū)ζ匠５墓ぷ鬟M(jìn)行管理，并且該層提供給用戶的頁面只需要瀏覽器就可以打開和操作，方便快捷。

3.2軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可以采用B/S架構(gòu)，這樣獲得的云平臺(tái)架構(gòu)較合理。同時(shí)，B/S架構(gòu)在前端只是實(shí)現(xiàn)極少的事務(wù)邏輯，大部分還是在服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)，因此B/S符合云平臺(tái)的構(gòu)建原則。對(duì)于B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)主要從3個(gè)層次進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是表示層、業(yè)務(wù)層以及持久層。其中，表示層是用戶直接操作的層級(jí)，因此該層需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)收集、錄入、展示的功能，從而能夠響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，并且進(jìn)行處理。業(yè)務(wù)層是邏輯層，是整個(gè)程序的大腦，因此需要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行驗(yàn)證的功能，從而對(duì)用戶的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行建模，提供靈活的管理機(jī)制，并且對(duì)將出現(xiàn)的錯(cuò)誤信息進(jìn)行反饋。持久層和數(shù)據(jù)庫相連，容易失控，其主要的作用是建立和數(shù)據(jù)庫的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的添加、查詢以及修改等操作等。

3.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)主要分為數(shù)據(jù)表概念設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，在數(shù)據(jù)表概念設(shè)計(jì)方面，整個(gè)數(shù)據(jù)庫主要包含以下幾個(gè)表格：一是用戶信息表；二是學(xué)生課程表；三是教師信息表；四是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表；五是管理人員信息表；六是實(shí)驗(yàn)信息表；七是書籍信息表等；八是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信息表；九是項(xiàng)目任務(wù)分配表。除上述信息表以外，還包括了其他一些信息表。其次，在數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，主要是將各種信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫能夠識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)模型[5]。具體來說就是得出各種數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)，比如在用戶信息表中，將用戶的ID設(shè)置為主鍵，其他設(shè)置為空；再比如在實(shí)驗(yàn)室信息表中，將ID設(shè)置為主鍵，其余設(shè)置為空；在學(xué)生課程表中，將ID設(shè)置為主鍵，其余設(shè)置為空。

4計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)中主要設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)功能，分別是查詢功能、日程記錄功能、群件管理功能、報(bào)修功能以及其他功能。

4.1查詢功能和存儲(chǔ)功能的設(shè)計(jì)

基于元計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)⒏咝Ｖ兴袑W(xué)生實(shí)驗(yàn)之后的數(shù)據(jù)以及相互交流之后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云端，擺脫了傳統(tǒng)的存儲(chǔ)工具，比如本地計(jì)算機(jī)、硬盤、U盤等，從而擺脫了傳統(tǒng)的存儲(chǔ)模式。云存儲(chǔ)能夠?qū)⒏鞣N數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在云端服務(wù)器，其中的云查詢功能能夠幫助所有師生通過各種終端，如手機(jī)、電腦、掌上電腦等隨時(shí)隨地查詢自身所需要的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還能夠隨時(shí)隨地搜索符合自身需求的實(shí)驗(yàn)資源。

4.2記錄功能的設(shè)計(jì)

日程記錄功能能夠幫助所有教師和學(xué)生通過不同終端查詢?nèi)諝v、課程以及課程開展日期等內(nèi)容，為所有教師和學(xué)生充分結(jié)合自身實(shí)際情況來開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)或者實(shí)驗(yàn)室預(yù)約活動(dòng)提供更多的便利[6]。通過日程記錄功能還能夠補(bǔ)充傳統(tǒng)日程管理中查詢、修改等方面的不足。另外，便簽記錄功能還能夠幫助學(xué)生更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)。在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中，學(xué)生本身對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的意見、建議以及一些見解都需要存儲(chǔ)到本地計(jì)算機(jī)中，這樣不可避免地會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺失的情況。而便簽記錄功能能夠?qū)崿F(xiàn)即時(shí)記錄，學(xué)生只需要通過手機(jī)等終端就可以從云端看到自己所存儲(chǔ)的信息，并且還能夠在遠(yuǎn)端建立起關(guān)于這些信息的文檔。

4.3管理功能的設(shè)計(jì)

在管理功能中，群件功能可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁的生成、評(píng)論管理、附件上傳以及信息共享等功能。教師和學(xué)生可以通過該功能將自己對(duì)教學(xué)效果的評(píng)論發(fā)布在云端或者是將自身擁有的信息資源共享到云端，促使其他人也可以分享這些資源。報(bào)修功能可以促使學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課過程中或者是完成實(shí)驗(yàn)課程之后通過手機(jī)等終端設(shè)備將相關(guān)計(jì)算機(jī)等設(shè)備出現(xiàn)的問題傳輸?shù)皆贫?，這樣設(shè)備維護(hù)人員就可以通過云端及時(shí)了解出現(xiàn)的問題，從而對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行維修。這樣就可以更好地解決在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中出現(xiàn)的記錄不清晰、維修記錄丟失以及維修不能夠滿足需求等問題，從而提升工作效率。

4.4其他功能的設(shè)計(jì)

首先，設(shè)計(jì)人員管理功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)學(xué)生、教師、課程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等方面的管理，比如系統(tǒng)管理員可以修改學(xué)生、教師、課程等的信息，并且將信息在云端更新，促使學(xué)生和教師在第一時(shí)間收到消息，提前做出改變。同時(shí)，人員管理功能還能夠?qū)崿F(xiàn)教師實(shí)驗(yàn)預(yù)約、信息驗(yàn)證、作業(yè)批改等[7]。在學(xué)生方面可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)分析以及實(shí)驗(yàn)效果查詢等功能。其次，在實(shí)驗(yàn)預(yù)約功能方面，教師和學(xué)生可以通過自己的ID、實(shí)驗(yàn)課程編號(hào)、實(shí)驗(yàn)課程申請(qǐng)時(shí)間等來實(shí)現(xiàn)預(yù)約。同時(shí)，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)約的信息對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行合理安排，對(duì)其中存在的課程沖突進(jìn)行處理，并且及時(shí)告知相關(guān)教師和學(xué)生。另外，在預(yù)約之后，如果教師以及學(xué)生的實(shí)際情況出現(xiàn)變化，還可以及時(shí)取消預(yù)約。

5結(jié)語

對(duì)于高校來說，建設(shè)基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前高校重要的內(nèi)容之一。在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)中，不僅需要以高投入來解決實(shí)驗(yàn)室管理的難題，還需要通過人力來盡量保存師生存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，大大增加了實(shí)驗(yàn)運(yùn)行成本。而以云計(jì)算為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)不僅能夠降低投入成本，還能夠?yàn)閹熒峁┚薮蟮拇鎯?chǔ)空間以及更強(qiáng)大的計(jì)算能力。因此，我國高校需要構(gòu)建以云計(jì)算為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，以此來提高高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

作者:崔家敏 單位:鄭州財(cái)經(jīng)學(xué)院

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)篇2

0引言

傳統(tǒng)時(shí)代的智慧教育通常是用一套公眾接受的帶有真理性質(zhì)的思維模式來啟發(fā)和教育學(xué)生。進(jìn)入信息化時(shí)代，人們對(duì)智慧教育的認(rèn)識(shí)又發(fā)生了改變：智慧教育是一種通過信息技術(shù)來改革傳統(tǒng)教育各個(gè)方面，目的在于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力、批判思維能力、問題解決能力等高階思維能力，即發(fā)展學(xué)習(xí)者的智慧[1]。信息時(shí)代的智慧教育是利用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)，來改進(jìn)或完善傳統(tǒng)教育的缺陷，通過對(duì)教育的不斷優(yōu)化來培養(yǎng)學(xué)習(xí)者終生學(xué)習(xí)的能力和發(fā)展學(xué)習(xí)者的智慧。智慧實(shí)驗(yàn)是智慧教育的一個(gè)分支。云計(jì)算作為分布式計(jì)算的一種，其在教育領(lǐng)域的遷移稱為“教育云”[2]。國外研究者在2009年前后開始關(guān)注教育云[3]。根據(jù)國家十二五規(guī)劃《素質(zhì)教育云平臺(tái)》的要求，各個(gè)地區(qū)涌現(xiàn)出了諸多教育云的教學(xué)應(yīng)用案例[4]。例如，2014年5月，重慶市召開了教育“云課堂”項(xiàng)目應(yīng)用推進(jìn)工作研討會(huì)，會(huì)上展示了教育云課堂教師講授與同學(xué)學(xué)習(xí)和互動(dòng)的整個(gè)過程，整堂課利用云平臺(tái)+微課+PPT來呈現(xiàn)，學(xué)生在課堂上利用平板電腦學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的共享。明確感受到了實(shí)驗(yàn)教育云未來發(fā)展的強(qiáng)勁趨勢(shì)及學(xué)校自身發(fā)展的需要和辦學(xué)定位，我?！L春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合學(xué)院自身需要研發(fā)了實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)。

1實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1.1實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)功能模塊主要包含系統(tǒng)管理模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度管理模塊。系統(tǒng)管理模塊包括班級(jí)管理、權(quán)限管理、課程管理和鏡像管理子模塊。班級(jí)管理子模塊主要是系統(tǒng)管理級(jí)以班級(jí)為單位導(dǎo)入學(xué)生的姓名、學(xué)號(hào)和密碼。權(quán)限管理子模塊是系統(tǒng)管理者為實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生分配不同的使用權(quán)限。課程管理子模塊為教師分配本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課程。鏡像管理子模塊為不同的實(shí)驗(yàn)課程分配不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊主要是教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理，包括教師上傳實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，課前布置每堂課使用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。教師可以查詢學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況，并對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)相擬度進(jìn)行查詢，并最終給出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。實(shí)驗(yàn)進(jìn)度管理模塊的操作者是學(xué)生。首先學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的登錄，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)際操作或程序設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后截圖并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后由教師給出實(shí)驗(yàn)成績后，學(xué)生在學(xué)生端查詢實(shí)驗(yàn)成績。實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

在圖2中，Web服務(wù)器的主要功能是通過互聯(lián)網(wǎng)接入Web服務(wù)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境移植到Web頁面和生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁[5]，這樣使用者就通過虛擬生成的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。將多個(gè)Web服務(wù)器組成了云端Web客戶群。應(yīng)用服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)的結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行保存，同時(shí)將處理結(jié)果通過Web傳送到Web服務(wù)器端。由于此可，這種B/S結(jié)構(gòu)極大地簡輕了云端Web服務(wù)器的工作負(fù)荷，只需安裝Web瀏覽器作為云端的運(yùn)行平臺(tái)同時(shí)只負(fù)責(zé)一小部分的人機(jī)交互的業(yè)務(wù)邏輯處理工作，主要的業(yè)務(wù)邏輯處理工作由服務(wù)器群實(shí)現(xiàn)。所以這種“瘦客戶端/胖服務(wù)器”模式易于后臺(tái)管理和維護(hù)，并具有良好的穩(wěn)定性、魯棒性和可擴(kuò)展性。

1.3實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

按照實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)與架構(gòu)設(shè)計(jì)，其教育云平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)如圖3所示。圖3的左側(cè)為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容，圖的右側(cè)為R語言的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，教師可以在后臺(tái)查詢實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交情況和錄入實(shí)驗(yàn)成績。

2結(jié)束語

本文介紹的實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)各類程序設(shè)計(jì)語言實(shí)驗(yàn)環(huán)境的在線布署，該實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)自2019年9月對(duì)在校師生提供云在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。至今，實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)所支持的在線實(shí)驗(yàn)課程主要有C語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、R語言編程技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、編譯原理、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)和LINUX程序設(shè)計(jì)等。該實(shí)驗(yàn)教育云平臺(tái)為我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院的近千位師生提供服務(wù)，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范作用顯著，并在師生中取得了良好的教學(xué)評(píng)價(jià)。我們還將在平臺(tái)的兼容性和可擴(kuò)展性方面進(jìn)行改進(jìn)，使該平臺(tái)能夠與時(shí)俱進(jìn)，適合不斷發(fā)展和變化的教學(xué)需要。

作者:孫慧然 應(yīng)紅霞 王紅梅 單位:長春工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)篇3

0引言

在信息時(shí)代，各行各業(yè)的發(fā)展都離不開計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)人才在社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，培養(yǎng)能夠滿足企業(yè)需求的應(yīng)用型人才迫在眉睫。因此，高校在展開計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)操能力，這就意味著高校需要引入符合時(shí)代特征的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，幫助學(xué)生更好地掌握專業(yè)知識(shí)。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)時(shí)，應(yīng)遵循實(shí)用性、安全性、可拓展性等原則，為提高教學(xué)質(zhì)量提供硬件支持。

1高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路

在高校設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的過程中，應(yīng)密切結(jié)合教學(xué)實(shí)際設(shè)計(jì)內(nèi)容、功能。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)內(nèi)容主要包含管理功能、客戶端、文件解析等，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可從以下幾方面入手[1]。第一，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)時(shí)應(yīng)遵循實(shí)用性、安全性、可拓展性等原則。實(shí)用性是指該平臺(tái)需要合理有效整合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，為后續(xù)師生提供高效服務(wù)，比如便于教師錄入成績、方便學(xué)生查詢成績等。安全性是指擁有網(wǎng)絡(luò)權(quán)限的用戶才可進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，確保平臺(tái)中的數(shù)據(jù)不被泄露?？赏卣剐允侵妇W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)如果要添加新功能或新軟件就需要擁有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力，才能滿足學(xué)習(xí)需求。第二，應(yīng)對(duì)平臺(tái)中的學(xué)生信息、教師信息、功能等予以確定，從而生成用戶角色與功能模塊，在該部分確定好后才可以生成數(shù)據(jù)庫，并按照網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)用性、可拓展性等原則加以構(gòu)建。第三，要優(yōu)先考慮平臺(tái)客戶端中的模擬器安裝情況，了解其他平臺(tái)軟件的檢測原理，與本平臺(tái)模擬器實(shí)際情況充分融合明確最終的模擬器檢測方式。之后，在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中會(huì)產(chǎn)生相關(guān)參數(shù)，需要將參數(shù)統(tǒng)一提取、儲(chǔ)存。針對(duì)平臺(tái)客戶端中傳輸過來的結(jié)果文件特征予以分析，才能確定正確的參數(shù)提取方法。第四，結(jié)合計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況明確數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法。

2高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的具體設(shè)計(jì)

2.1總體設(shè)計(jì)

在對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，可以分成實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)和教學(xué)管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的功能包括實(shí)驗(yàn)介紹、作業(yè)管理、文件解析等，可以方便學(xué)生展開學(xué)習(xí)。教學(xué)管理系統(tǒng)的功能包括課程安排、成績管理、用戶管理和留言管理，教師可以在該模塊中安排課程內(nèi)容，并對(duì)學(xué)生信息實(shí)施高效管理，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)[2]。具體模塊如圖1所示。不同模塊的功能也不同，但都必須按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保最終設(shè)計(jì)出來的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以發(fā)揮作用。

2.2子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的總體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，需要對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使子系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。可將網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的子系統(tǒng)分成5部分。（1）學(xué)籍管理系統(tǒng)。在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要確保系統(tǒng)功能的完善性。學(xué)生可在該系統(tǒng)中輸入名字等身份信息后能夠查詢到對(duì)應(yīng)的學(xué)籍信息，也可以根據(jù)需要修改登錄密碼。（2）成績管理系統(tǒng)。管理人員通過該系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生成績進(jìn)行記錄、保存、統(tǒng)計(jì)、查詢等操作。在這些功能中，教師與學(xué)生可以獲得的權(quán)限只有成績查詢，其他功能只由管理人員才能使用。（3）實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有文件下載、文件上傳、課程內(nèi)容介紹、文件解析等功能。在眾多功能中，教師可以對(duì)文件進(jìn)行上傳、下載以及查詢等操作，同樣學(xué)生也擁有這些權(quán)限。教師也可以通過該系統(tǒng)查詢教學(xué)地點(diǎn)、時(shí)間及班級(jí)信息。（4）課程安排系統(tǒng)。該系統(tǒng)是圍繞計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程展開設(shè)計(jì)的，包含教師列表獲取、計(jì)算機(jī)課程具體安排以及課程內(nèi)容查詢等。師生只能查詢計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，其他功能只有管理員才能使用。學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)后能夠查詢計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的上課地點(diǎn)、上課時(shí)間、任課教師等信息。（5）留言管理系統(tǒng)[3]。教師與學(xué)生可以在該系統(tǒng)中進(jìn)行發(fā)言和回復(fù)操作，而管理員則需要對(duì)系統(tǒng)中的留言加以審核，在具體設(shè)計(jì)過程中，要將新建、刪除、查詢權(quán)限賦予學(xué)生，而教師群體只擁有查詢和回復(fù)留言的權(quán)限。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中占據(jù)重要地位，其設(shè)計(jì)效果關(guān)乎著整個(gè)平臺(tái)是否可以高效運(yùn)作，因此這也意味著在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)應(yīng)確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性與完善性。完善性主要是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)參數(shù)是否可靠、真實(shí)，可用來衡量數(shù)參數(shù)的質(zhì)量。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與庫表。首先，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可以分別從定義、實(shí)體、參考等領(lǐng)域判斷數(shù)據(jù)參數(shù)是否完整，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)應(yīng)確保內(nèi)部數(shù)據(jù)是精確的。結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的設(shè)計(jì)需求，平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)擁有留言管理、成績管理、計(jì)算實(shí)驗(yàn)課程管理等功能，所以數(shù)據(jù)庫也應(yīng)對(duì)這些系統(tǒng)功能中的數(shù)據(jù)予以收集、處理與儲(chǔ)存，為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)運(yùn)行提供依據(jù)。其次，在對(duì)數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)需求可建立對(duì)應(yīng)的庫表，比如教師與學(xué)生信息庫表、留言信息庫表、成績信息庫表等。其中，學(xué)生信息庫表主要用來記錄學(xué)生的姓名、身份證號(hào)、用戶名、權(quán)限級(jí)別等學(xué)籍信息。教師信息庫表主要用來記錄教師的職工編號(hào)、密碼等身份信息。留言信息庫表中可以顯示留言時(shí)間、主題、學(xué)生學(xué)號(hào)等信息。成績信息庫表則用來記錄學(xué)生的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程成績，如課堂表現(xiàn)、出勤次數(shù)、實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成績等。另外，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)庫的安全性，可以采用相應(yīng)的安全管理措施保障數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息安全，例如通過密鑰對(duì)特殊信息進(jìn)行加密[4]。

3高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

3.1硬件設(shè)備支持

在將計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)完后，要想實(shí)現(xiàn)平臺(tái)運(yùn)行，就需要引入硬件設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的構(gòu)建主要依賴于網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)完成后的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)既可以在高校中運(yùn)行，又可以通過遠(yuǎn)程認(rèn)證進(jìn)入平臺(tái)內(nèi)部，基于此可以使用PC機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)終端。與此同時(shí)，還可以融入RCMS設(shè)備。通過該設(shè)備可以識(shí)別防火墻、路由器等，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)加以監(jiān)視管理。在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中存在多組實(shí)驗(yàn)臺(tái)，每組實(shí)驗(yàn)臺(tái)都會(huì)配備RCMS設(shè)備，而設(shè)備與實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的所有設(shè)施相連接。由于是和實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)施console口相連的，所以PC端可以訪問任何設(shè)備，且不用反復(fù)切換console口，只需要線上操作即可。在融入RCMS設(shè)備后，可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中生成用戶界面，學(xué)生與教師可以根據(jù)需要選擇相對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)進(jìn)入功能。如果一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中有多名學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)，那么圖標(biāo)中也會(huì)有對(duì)應(yīng)顯示，便于學(xué)生選擇與教師管理。在上一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后可以點(diǎn)擊清除功能，使上一組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果全部清空，便于下組學(xué)生進(jìn)行操作。當(dāng)實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，教師可以利用實(shí)驗(yàn)管理模塊的結(jié)果統(tǒng)計(jì)功能統(tǒng)一查詢學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。為了方便學(xué)生在平臺(tái)內(nèi)展開實(shí)驗(yàn)操作，還需要在實(shí)驗(yàn)管理模塊中應(yīng)用ActiveX控件，該控件具有體積小、安裝簡單等優(yōu)勢(shì)，學(xué)生也可以完成安裝。在安裝該控件的基礎(chǔ)上，學(xué)生在點(diǎn)擊進(jìn)入實(shí)驗(yàn)后界面就會(huì)通過插件自動(dòng)檢測PacketTracer[5]。如果沒有檢測到插件，那么就會(huì)在界面彈出對(duì)話框以警告用戶，用戶必須遵守規(guī)范安裝PacketTracer后才可順利進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作界面。如果插件檢測到系統(tǒng)已經(jīng)安裝了PacketTracer，就不會(huì)向用戶發(fā)出警告，會(huì)直接進(jìn)入操作界面，學(xué)生可完成對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作。

3.2技術(shù)支持

在互聯(lián)網(wǎng)背景下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的重要前提就是TCP/IP協(xié)議，對(duì)于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中的眾多功能來說，要想發(fā)揮功能作用就必須引入TCP/IP協(xié)議。當(dāng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，學(xué)生能夠在熟悉協(xié)議字段的前提下對(duì)各數(shù)據(jù)庫表加以編輯，并從相關(guān)數(shù)據(jù)編輯過程中對(duì)協(xié)議加以理解與掌握，這對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說較為重要。通過TCP/IP協(xié)議可以將計(jì)算機(jī)專業(yè)理論知識(shí)加以實(shí)踐，學(xué)生通過實(shí)際操作加深理論知識(shí)印象，并從中培養(yǎng)解決問題的能力，為將來就業(yè)提供有力保障。而且，實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目的就是提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，而TCP/IP協(xié)議的引入不僅有利于充分發(fā)揮教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)作用，還能提高教學(xué)質(zhì)量。

3.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)測試

實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)測試需要分別從實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的性能、功能兩方面展開測試。在對(duì)性能進(jìn)行測試時(shí)，可對(duì)平臺(tái)展開試運(yùn)行，將平臺(tái)置于高負(fù)壓狀態(tài)下觀察各項(xiàng)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果符合就說明該平臺(tái)能夠滿足計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)需求，如果指標(biāo)未達(dá)標(biāo)，那么就需要加以優(yōu)化，直至滿足標(biāo)準(zhǔn)為止。在對(duì)平臺(tái)功能進(jìn)行測試時(shí)，需要對(duì)學(xué)生、教師及管理員進(jìn)行多次測試，測試內(nèi)容包含權(quán)限、用戶連接、功能等。

4結(jié)語

綜上所述，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可分為實(shí)驗(yàn)管理、教學(xué)管理系統(tǒng)兩大模塊，功能主要涵蓋學(xué)籍管理、成績管理、實(shí)驗(yàn)管理、課程安排及留言管理。為確保平臺(tái)功能得以充分發(fā)揮，需要融入PC機(jī)、RCMS設(shè)備、ActiveX控件以及TCP/IP協(xié)議，以此來輔助計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)高效開展。

作者:鄭偉 單位:南陽師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院