面向成人教育開放式虛擬實驗平臺的設計與應用

　　【摘要】實踐教學是成人教育的一塊短板，現(xiàn)有的實踐教學資源也較為零散、單一。文章針對這些結(jié)構(gòu)差異、開發(fā)語言不同，甚至數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也各異的課程實驗系統(tǒng)，提出了一種采用面向服務架構(gòu)（SOA）技術(shù)，將這些孤立的異構(gòu)系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的實驗管理平臺中，實現(xiàn)一個松耦合、標準化的開放式虛擬實驗平臺。各類課程實驗項目具備統(tǒng)一的操作模式和管理方式，便于成人學生通過網(wǎng)絡進行虛擬仿真實驗。
　　【關鍵詞】成人教育；面向服務架構(gòu)；Web Service；虛擬實驗
　　【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2013）06—0116—04
　　一 引言
　　隨著學習型社會建設的深入，終身教育與終身學習時代已經(jīng)到來。作為學習型社會建設的重要組成部分一一成人教育，在這個終身學習的大環(huán)境下發(fā)展非常迅速，同時也承載了更多的責任與使命。但是，成人教育的發(fā)展也遇到一個發(fā)展的瓶頸問題：如何解決成人教育教學過程中實踐環(huán)節(jié)的落實？由于成人教育的教學對象主要以在職從業(yè)人員為主，這些學員來學校接受教育的時間是非常有限，進行實踐教學的時間就更少了。因此，大部分成人教育機構(gòu)采用“實+虛”的模式，也即采用實地實驗室與虛擬實驗室相結(jié)合的方式。由于成人教育機構(gòu)的場地有限，實地實驗室數(shù)量并不是很多，因而采用虛擬實驗的方式來完成實踐教學環(huán)節(jié)的就比較多。
　　經(jīng)研究調(diào)查，目前各類虛擬的、仿真類的課程實驗軟件層出不窮。但是，由于沒有統(tǒng)一的標準和規(guī)范，這些課程實驗軟件的開發(fā)技術(shù)、運行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫設計都各不相同。諸多因素導致這些優(yōu)秀的課程實驗軟件成為一個個“資源孤島”，無法實現(xiàn)課程資源的共享，學生疲于在不同課程系統(tǒng)中切換登陸。針對這些現(xiàn)象，本文提出構(gòu)建一個集成的、開放式的虛擬實驗平臺。該平臺采用SOA架構(gòu)，將現(xiàn)成的、異構(gòu)的遠程實驗軟件集成到該實驗平臺，并向成人教育學員開放實驗權(quán)限，通過Intemet的方式進行統(tǒng)一實驗和實踐教學管理。通過這一開放式平臺可以完成成人教育中大部分課程的實踐教學任務，克服實踐教學難開展、實驗資源不均衡等問題，從而有效地提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。 二
　　基于SOA的虛擬實驗平臺的總體架構(gòu)設計
　　面向服務架構(gòu)（Service Oriented Architecture，SOA）是一種面向服務的架構(gòu)方法，與傳統(tǒng)面向?qū)ο蠛突�于�?gòu)件的軟件開發(fā)方法相比，具有重構(gòu)性強、松耦合、面向服務等特點。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，尤其是Web技術(shù)的不斷革新，面向服務的SOA技術(shù)正得到廣泛的應用。
　　1 實驗平臺的總體架構(gòu)
　　開放式的虛擬實驗平臺采用SOA的系統(tǒng)架構(gòu)，利用Web服務（Web Service）實現(xiàn)平臺與接入的各個實驗軟件之間的通信，并對XML文件進行加密，加強系統(tǒng)通信的安全性。平臺采用多層架構(gòu)模式，各層邏輯清晰，服務標準化，系統(tǒng)重用性都得到了極大的提升。它的主要架構(gòu)模型如圖1所示。
　　平臺的架構(gòu)主要分為四層，分別為應用層、服務管理層、接口層和現(xiàn)有系統(tǒng)層。
　�。�1）應用層：也可以成為服務應用層，是服務的消費者。主要是教師和學生等用戶通過瀏覽器直接與平臺發(fā)生對話功能，也包括系統(tǒng)內(nèi)的服務調(diào)用。這一層是實驗平臺與用戶的接口。具體的課程實驗項目的運行通過服務管理層提供的服務得以實現(xiàn)。
　　（2）服務管理層：是系統(tǒng)注冊服務的主要管理層。在這一層包括服務的提供者和服務的注冊中心。本層引入了UDDI規(guī)范，UDDI創(chuàng)建注冊表服務規(guī)范。注冊表服務主要對中間件層提供的Web Service進行分類。提供的標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對提供的Web Service技術(shù)建立了統(tǒng)一的模型。其中，Web服務器主要作為服務的提供者，將平臺中的實驗的接入服務、子實驗的創(chuàng)建服務等各類服務在UDDI處進行注冊，供服務應用層調(diào)用。
　�。�3）接口層：是接入現(xiàn)有異構(gòu)系統(tǒng)的關鍵層。在這一層中，現(xiàn)有的異構(gòu)系統(tǒng)通過Web Service技術(shù)傳輸用戶登錄、實驗操作、數(shù)據(jù)同步等信息，并用WSDL描述各個異構(gòu)系統(tǒng)的接口文件。
　　（4）現(xiàn)有系統(tǒng)層：是平臺接入的現(xiàn)有異構(gòu)系統(tǒng)，例如各個課程軟件、教務信息管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)。
　　2 實驗平臺的主要數(shù)據(jù)流
　　虛擬實驗平臺的用戶通過Intemet瀏覽器進行用戶認證登錄，平臺根據(jù)不同的用戶類型提供不同的用戶操作界面。由于實驗平臺是教學的一部分，因此它的運行離不開教務管理系統(tǒng)和第三方課程軟件系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)。成人教育的學歷教育對實踐教學環(huán)節(jié)考核很嚴格。因此，實驗平臺的數(shù)據(jù)必須嚴格、準確，與教務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保持完全一致，例如課程、學生等信息。學生的實驗是在第三方的課程實驗軟件中完成的，課程軟件所對應的用戶角色與平臺的用戶角色必須統(tǒng)一，這樣才能提供準確的學生實驗成績。這其中涉及的數(shù)據(jù)主要有以下幾種：
　�。�1）課程信息：本學期開設的課程信息，數(shù)據(jù)來源是教務系統(tǒng)；
　　（2）學生信息：本學期在讀的學生信息，數(shù)據(jù)來源是教務系統(tǒng)；
　�。�3）選課信息：將“課程信息”和“學生信息”進行關聯(lián)，可以得到學生注冊某個課程的信息，數(shù)據(jù)來源是教學管理員根據(jù)學生的實際選課情況后在平臺中進行操作后產(chǎn)生：
　�。�4）實驗請求信息：課程教師設定的子實驗信息，第三方課程軟件提供實驗；
　�。�5）實驗成績：根據(jù)學生用戶的實驗操作，進行判定并反饋給實驗平臺該用戶的實驗操作成績。
　　以上數(shù)據(jù)信息與平臺的主要業(yè)務流程有密切相關，具體的數(shù)據(jù)流向如圖2所示。平臺除了以上數(shù)據(jù)信息外，還有其他數(shù)據(jù)，例如新聞、論壇帖子等數(shù)據(jù)。
　　三 實驗平臺的功能模塊劃分及用戶分析
　　開放式的虛擬實驗平臺主要劃分為：基礎數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理、實驗管理（實驗管理分為實驗前準備、實驗過程管理和學生成績管理）、交流平臺、平臺新聞管理五大板塊，如圖3所示。

相關熱詞搜索：成人教育 開放式 面向 實驗 虛擬