曾明星　徐洪智　黃云　鐘鍵　周清平　寧小浩

摘要：實(shí)訓(xùn)是軟件工程專業(yè)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是高校人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求對(duì)接的重要手段。如何利用人工智能構(gòu)建智能化的實(shí)訓(xùn)空間，為學(xué)生提供沉浸式智能訓(xùn)練環(huán)境，提高實(shí)踐教學(xué)的效果，已成為軟件工程教育及其研究的關(guān)注重點(diǎn)。借鑒體育訓(xùn)練中的“游泳池”訓(xùn)練法構(gòu)建的“游泳池”實(shí)訓(xùn)，意在通過將人工智能等先進(jìn)技術(shù)融入實(shí)訓(xùn)空間，為學(xué)生創(chuàng)建一種“壓力系統(tǒng)”與“吸引力系統(tǒng)”共存的沉浸式工程實(shí)踐環(huán)境（相當(dāng)于游泳池），提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和抗壓能力?；谌斯ぶ悄艿能浖こ獭坝斡境亍睂?shí)訓(xùn)空間是一個(gè)由封閉的物理空間（“物理池”）與智能的虛擬空間（“虛擬池”）“二池”合一的沉浸式“游泳池”環(huán)境?！拔锢沓亍笔钦n堂集中實(shí)訓(xùn)的物理場(chǎng)所，具有“封閉、真實(shí)、抗壓、快樂”等特征?！疤摂M池”是學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、課堂集中實(shí)訓(xùn)、課后拓展訓(xùn)練的虛擬場(chǎng)所，包含實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池、實(shí)訓(xùn)資源池、實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池、實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池、實(shí)訓(xùn)管理池與環(huán)境控制池六大功能模塊，可實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)、評(píng)測(cè)和管理的自動(dòng)化、智能化、精準(zhǔn)化與場(chǎng)景化。青軟實(shí)訓(xùn)與吉首大學(xué)等50多所高校深度合作，運(yùn)用“游泳池”實(shí)訓(xùn)方法并采用U+新工科智慧云開展企業(yè)實(shí)訓(xùn)與課程設(shè)計(jì)，均取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：人工智能;實(shí)踐教學(xué);游泳池實(shí)訓(xùn);物理空間;虛擬空間

中圖分類號(hào)：G434? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1009-5195（2020）04-0048-09? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2020.04.006

*基金項(xiàng)目：2019年度教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金項(xiàng)目“面向新工科人才培養(yǎng)的智能教育空間建構(gòu)研究”（19XJA880003）;2018年度湖南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“人工智能時(shí)代‘新工科教育空間建構(gòu)研究”（18YBA363）。

作者簡(jiǎn)介：曾明星，研究員，碩士生導(dǎo)師，吉首大學(xué)軟件學(xué)院（湖南張家界 427000），吉首大學(xué)教育科學(xué)研究院（湖南吉首 416000）;徐洪智，博士，副教授，吉首大學(xué)軟件學(xué)院（湖南張家界 427000）;黃云，博士，副教授，吉首大學(xué)軟件學(xué)院（湖南張家界 427000）;鐘鍵，講師，吉首大學(xué)軟件學(xué)院（湖南張家界 427000）;周清平，博士后，教授，吉首大學(xué)軟件學(xué)院（湖南張家界 427000）;寧小浩，講師，吉首大學(xué)軟件學(xué)院（湖南張家界 427000）。

一、引言

軟件工程人才的培養(yǎng)是發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)的重要抓手。軟件工程具有強(qiáng)實(shí)踐性、工程性與應(yīng)用性等特征，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力有非常高的要求，必須在“動(dòng)手做”中領(lǐng)會(huì)軟件開發(fā)的思想。但傳統(tǒng)軟件工程教育經(jīng)常存在重理論、輕實(shí)踐，學(xué)生實(shí)踐能力不足，學(xué)生的抗壓能力差等問題。軟件工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)①、專業(yè)實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和抗壓能力非常關(guān)鍵。隨著人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域日益廣泛的應(yīng)用，如何利用人工智能構(gòu)建智能化的實(shí)訓(xùn)空間，為學(xué)生提供沉浸式智能訓(xùn)練環(huán)境，提高實(shí)踐教學(xué)的效果，已成為當(dāng)前軟件工程教育及其研究關(guān)注的重點(diǎn)。

空間是指物體存在、運(yùn)動(dòng)（有限或無限）的場(chǎng)所（龍花樓，2013）。物理空間、網(wǎng)絡(luò)空間（又稱信息空間、數(shù)字空間、虛擬空間）和社交空間等都屬于空間的范疇。學(xué)習(xí)空間是指用于學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，包括物理空間和虛擬空間（Brown，2003），具有靈活的布局、圓形課桌、多屏空間、信息共享等功能特征（許亞鋒等，2015）。實(shí)訓(xùn)空間也屬于學(xué)習(xí)空間范疇，是一種面向?qū)嵺`教學(xué)而設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練的空間。當(dāng)前專門針對(duì)軟件工程專業(yè)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行空間設(shè)計(jì)的成果較少，已有研究主要集中在課堂教學(xué)方面，如胡娟娟（2012）從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、資源組織和課堂活動(dòng)組織三個(gè)方面對(duì)多屏學(xué)習(xí)空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在“未來課堂”中展開教學(xué)實(shí)踐和應(yīng)用。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的研究開始關(guān)注智能化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間。例如，梁為（2014）基于Silverlight架構(gòu)構(gòu)建了基于3D虛擬體驗(yàn)環(huán)境的體驗(yàn)式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間;于方（2018）基于“任務(wù)場(chǎng)景智能推送”+“任務(wù)線性流式驅(qū)動(dòng)”理念設(shè)計(jì)了智慧實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)空間;塔衛(wèi)剛等（2018）提出了基于智能技術(shù)整合的學(xué)習(xí)空間構(gòu)架（包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、算法層、感知層、認(rèn)知層和應(yīng)用層）;楊現(xiàn)民等（2020）基于泛在學(xué)習(xí)、無縫學(xué)習(xí)、智慧學(xué)習(xí)背景提出了智能時(shí)代學(xué)習(xí)空間的融合樣態(tài)與融合路徑等。這些研究成果尤其是智能化網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的相關(guān)研究給本研究設(shè)計(jì)提供了較多啟發(fā)。

二、“游泳池”實(shí)訓(xùn)的由來與界定

游泳屬于全身性的有氧運(yùn)動(dòng)，能改善血液循環(huán)，提高能量代謝與心肺功能，并且在運(yùn)動(dòng)過程中因人體關(guān)節(jié)不負(fù)重，對(duì)關(guān)節(jié)起保護(hù)作用。因此，游泳訓(xùn)練法最初是用于受傷運(yùn)動(dòng)員機(jī)體康復(fù)的一種手段。人們要想學(xué)好游泳，在教練傳授基本原理與動(dòng)作要領(lǐng)以后，必須親自進(jìn)入游泳池中實(shí)踐。學(xué)員在教練的引導(dǎo)、示范下自主探索、領(lǐng)會(huì)動(dòng)作要領(lǐng)，在池中“嗆水”而不斷提升技能，最終錘煉成為一名游泳健將。反之，人們難以僅靠聽講游泳的理論學(xué)會(huì)游泳本領(lǐng)。

加拿大教練布倫特·麥克法萊恩將“游泳池”訓(xùn)練法運(yùn)用于田徑短跑與跨欄跑運(yùn)動(dòng)，提出了有氧游泳池訓(xùn)練法與無氧游泳池訓(xùn)練法兩種田徑訓(xùn)練法;其實(shí)踐表明，該訓(xùn)練法具有訓(xùn)練多樣化、預(yù)防損傷、安全有趣、發(fā)展力量與柔韌素質(zhì)、再生與恢復(fù)、持續(xù)抗阻力等特征（布倫特·麥克法萊恩等，1993）。盡管很少有學(xué)者對(duì)“游泳池”訓(xùn)練法進(jìn)行明確界定，但“游泳池”訓(xùn)練的原理已在高校和企業(yè)的實(shí)踐教學(xué)中得到應(yīng)用。例如，關(guān)玉欣等（2019）在軟件工程專業(yè)實(shí)訓(xùn)中應(yīng)用“游泳池”訓(xùn)練法并取得了良好的教學(xué)效果;青島銳聘申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利《一種基于泳池實(shí)訓(xùn)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)》（劉全，2017）;吉首大學(xué)等高校與青軟實(shí)訓(xùn)合作在實(shí)踐教學(xué)中也應(yīng)用了該方法。

實(shí)訓(xùn)是工程類專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是高校人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求對(duì)接的重要手段。實(shí)訓(xùn)即“實(shí)踐”加“培訓(xùn)”。軟件工程專業(yè)實(shí)訓(xùn)是學(xué)生直接進(jìn)行軟件項(xiàng)目開發(fā)，提高實(shí)踐能力與職業(yè)素養(yǎng)的訓(xùn)練過程（羅菁等，2011）。因受到學(xué)習(xí)游泳及布倫特·麥克法萊恩在田徑短跑與跨欄跑運(yùn)動(dòng)中采用“游泳池”訓(xùn)練法的啟發(fā)，筆者借鑒關(guān)玉欣等（2019）及部分企業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嘗試提出“游泳池”實(shí)訓(xùn)這一概念?！坝斡境亍睂?shí)訓(xùn)是指為學(xué)生創(chuàng)建一種“壓力系統(tǒng)”與“吸引力系統(tǒng)”共存的沉浸式工程實(shí)踐環(huán)境（相當(dāng)于游泳池），運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程，進(jìn)行工程項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和抗壓能力等“四種能力”快速提升的實(shí)踐教學(xué)過程?！坝斡境亍睂?shí)訓(xùn)包含“二個(gè)轉(zhuǎn)變”“三個(gè)環(huán)境”和“四種能力”?！岸€(gè)轉(zhuǎn)變”指：教師由知識(shí)的傳授者向任務(wù)設(shè)計(jì)者、情境營(yíng)造者和教練轉(zhuǎn)變，學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受者向主動(dòng)學(xué)習(xí)者與運(yùn)動(dòng)員轉(zhuǎn)變?！叭齻€(gè)環(huán)境”指：一是通過打造時(shí)空與任務(wù)壓力（在固定的時(shí)空中完成特定的實(shí)訓(xùn)任務(wù)）、工作與競(jìng)爭(zhēng)壓力環(huán)境即“壓力系統(tǒng)”，提高學(xué)生訓(xùn)練的強(qiáng)度與動(dòng)力;二是通過創(chuàng)設(shè)多樣化、個(gè)性化、游戲化、強(qiáng)交互的訓(xùn)練環(huán)境即“吸引力系統(tǒng)”，提高訓(xùn)練的積極性與主動(dòng)性;三是通過創(chuàng)建沉浸式真實(shí)企業(yè)實(shí)踐環(huán)境，以“做中學(xué)”“練中創(chuàng)”的方式實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化、遷移與創(chuàng)造。

三、基于人工智能的軟件工程“游泳池”實(shí)訓(xùn)空間設(shè)計(jì)

軟件工程“游泳池”實(shí)訓(xùn)空間秉承CDIO （Conceive、Design、Implement、Operate）工程教育思想，是以“做中學(xué)”理念為導(dǎo)向，以培養(yǎng)軟件工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力與抗壓能力為目標(biāo)，綜合運(yùn)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和自動(dòng)控制等技術(shù)，構(gòu)建一種封閉的物理空間（“物理池”）與智能的虛擬空間（“虛擬池”）“二池”合一的沉浸式“游泳池”環(huán)境，為學(xué)生提供趣味化、多樣化、真實(shí)化、項(xiàng)目化、智能化、精準(zhǔn)化訓(xùn)練內(nèi)容的一種線上線下混合式實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所?！拔锢沓亍迸c“虛擬池”的合理設(shè)計(jì)可以打造實(shí)訓(xùn)空間的“壓力系統(tǒng)”“吸引力系統(tǒng)”及沉浸式真實(shí)項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)境。

1.“物理池”的設(shè)計(jì)

“物理池”即實(shí)訓(xùn)的物理空間，是一個(gè)立體化、現(xiàn)代化的綜合實(shí)踐場(chǎng)，是教師教學(xué)、學(xué)生線上線下實(shí)訓(xùn)的物理場(chǎng)所?！拔锢沓亍笨梢杂蓚鹘y(tǒng)的實(shí)訓(xùn)室、實(shí)驗(yàn)室、教室和工作坊等進(jìn)行智能化改造而成，“池”內(nèi)具有各種設(shè)施（網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)境控制設(shè)施等）、設(shè)備（教學(xué)設(shè)備以及信息采集設(shè)備等）、實(shí)訓(xùn)資源（如數(shù)據(jù)庫、軟件資源、項(xiàng)目、案例等）、軟件開發(fā)環(huán)境與工具等，涵蓋智能教學(xué)與管理系統(tǒng)，工程實(shí)踐系統(tǒng)，信息感知、采集與反饋系統(tǒng)和環(huán)境控制系統(tǒng)等，具有精準(zhǔn)教學(xué)、智能管理、工程實(shí)踐、技術(shù)體驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)、人機(jī)交互、分享展示、環(huán)境調(diào)節(jié)等諸多功能。在“物理池”中，教師是實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)的管理者、監(jiān)控者、組織者，教師成為教練，與人工智能協(xié)同，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo);學(xué)生是實(shí)訓(xùn)的主體，學(xué)生成為運(yùn)動(dòng)員，與人工智能協(xié)同實(shí)踐與學(xué)習(xí)?！拔锢沓亍钡脑O(shè)計(jì)以提升“壓力”為主、“吸引力”為輔，應(yīng)具有如下特征：

（1）封閉：沉浸式物理環(huán)境。沉浸的意思是浸泡，浸入水中，常比喻完全處于某種境界或思想活動(dòng)中?！拔锢沓亍钡臅r(shí)間與空間是有限的，即在規(guī)定的實(shí)訓(xùn)時(shí)間內(nèi)（如課程設(shè)計(jì)連續(xù)10天，每天6小時(shí)），學(xué)生只能沉浸于這一相對(duì)封閉空間中進(jìn)行高強(qiáng)度的工程訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，完成規(guī)定的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，教師只能沉浸于這一空間中指導(dǎo)與管理，通過時(shí)空與任務(wù)的“壓力”來提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)的緊迫性與效率。

（2）真實(shí)：沉浸式企業(yè)環(huán)境。通過校企深度合作創(chuàng)建“6R”真實(shí)環(huán)境，學(xué)生按照真實(shí)企業(yè)的開發(fā)過程，沉浸于真實(shí)的軟件開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用真實(shí)的開發(fā)工具，感受真實(shí)的企業(yè)文化，進(jìn)行真實(shí)企業(yè)項(xiàng)目訓(xùn)練，通過體驗(yàn)真實(shí)企業(yè)的工作“壓力”來提高學(xué)生的實(shí)踐能力和解決真實(shí)問題的能力。

（3）抗壓：沉浸式競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。模擬企業(yè)開發(fā)小組組建學(xué)生項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，一般由4～6人組成一個(gè)小組，每小組自主推選出一名項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。通過建立小組競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，形成競(jìng)爭(zhēng)氛圍，營(yíng)造危機(jī)感，通過競(jìng)爭(zhēng)“壓力”來提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與抗壓能力。

（4）快樂：沉浸式游戲環(huán)境。一是構(gòu)建多樣化的智能教學(xué)系統(tǒng)與自動(dòng)化環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，滿足學(xué)生的個(gè)性化身心需求，提高訓(xùn)練的快樂感;二是設(shè)計(jì)立體化、游戲化的教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容，采取專題研討、頭腦風(fēng)暴和成果展示等豐富多彩的課堂活動(dòng)，通過環(huán)境與內(nèi)容的“吸引力”來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.“虛擬池”的設(shè)計(jì)

智能虛擬空間又稱“虛擬池”，是教師實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)與自動(dòng)化管理、學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主訓(xùn)練與個(gè)性化學(xué)習(xí)的虛擬場(chǎng)所。“虛擬池”的設(shè)計(jì)以提升“吸引力”為主、“壓力”為輔，與“物理池”相互交融、相互補(bǔ)充，可以大力提升實(shí)訓(xùn)效果。

（1）“虛擬池”技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

“虛擬池”技術(shù)框架為6層體系結(jié)構(gòu)，即物理層、數(shù)據(jù)層、算法層、感知層、認(rèn)知層和應(yīng)用層，如圖1所示。物理層是整個(gè)“虛擬池”的物理基礎(chǔ)，包括所有物理資源和虛擬化資源池，通過運(yùn)用虛擬化技術(shù)將底層物理資源（如計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等）集成起來，虛擬為一個(gè)大的云計(jì)算資源池，通過資源池提供算力、存儲(chǔ)、感知等智能云服務(wù)。數(shù)據(jù)層為“虛擬池”提供數(shù)據(jù)支持，其數(shù)據(jù)可以來源于本地或網(wǎng)絡(luò)，主要包括基本信息數(shù)據(jù)、行為狀態(tài)數(shù)據(jù)、情感數(shù)據(jù)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、光線等）和管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層提供數(shù)據(jù)的采集、挖掘、處理、監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、標(biāo)注和交易等服務(wù)。算法層主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法等，是“虛擬池”實(shí)現(xiàn)的核心與關(guān)鍵技術(shù)，為其應(yīng)用提供算法保障。常見的機(jī)器學(xué)習(xí)算法有線性回歸、K-近鄰、K-均值、決策樹、樸素貝葉斯、邏輯回歸、隱馬爾可夫模型等。深度學(xué)習(xí)算法是基于人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理建立起來的系統(tǒng)算法，常見的有卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。感知層主要包括生物特征識(shí)別（手形等生理特征及手勢(shì)等行為特征）、語音識(shí)別、語音合成、文本識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)。借助該技術(shù)可以采集、分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)學(xué)情。認(rèn)知層主要包括自然語言處理、情感計(jì)算、知識(shí)圖譜、教育規(guī)劃與決策等，不僅能夠感知語音、圖像與文字，理解其背后的深層次含義（徐曄等，2019），還能更好地解決人機(jī)交互中的情感缺失、交互不精準(zhǔn)等問題（塔衛(wèi)剛等，2018）。應(yīng)用層位于最上層，是用戶與智能云服務(wù)體系的接口，主要用于實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)開展、實(shí)訓(xùn)資源獲取、實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)、實(shí)訓(xùn)管理等，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、評(píng)測(cè)和管理的智能化、自動(dòng)化、精準(zhǔn)化與場(chǎng)景化。這種體系結(jié)構(gòu)將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，為“虛擬池”的運(yùn)行提供高效的算法、強(qiáng)大的算力與大數(shù)據(jù)保障。

（2）“虛擬池”主要功能設(shè)計(jì)

如圖2所示，“虛擬池”的主要功能模塊包括實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池、實(shí)訓(xùn)資源池、實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池、實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池、實(shí)訓(xùn)管理池與環(huán)境控制池等，它們之間是一種相互協(xié)同、相互支持的關(guān)系。在迭代開發(fā)過程中，以實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池為中心，各主體之間、各“池”之間需要進(jìn)行交互，例如，學(xué)生、實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實(shí)訓(xùn)資源池交互，學(xué)生獲取所需的項(xiàng)目、案例、微視頻等學(xué)習(xí)資源;學(xué)生、實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池交互，學(xué)生可以獲得智能導(dǎo)師的指導(dǎo)與幫助;實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池交互，可以自動(dòng)批改實(shí)訓(xùn)文檔，檢測(cè)代碼，測(cè)評(píng)實(shí)訓(xùn)效果;實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池與實(shí)訓(xùn)管理池交互，教師可以自動(dòng)獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)與過程數(shù)據(jù)，監(jiān)控實(shí)訓(xùn)全過程;師生、實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池與環(huán)境控制池交互，獲得個(gè)性化的物理環(huán)境支持;學(xué)生實(shí)訓(xùn)成績(jī)的生成需要實(shí)訓(xùn)管理池與實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池的協(xié)同，個(gè)性化學(xué)習(xí)資源的自動(dòng)推送離不開實(shí)訓(xùn)資源池與實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池的交互。

①實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池：訓(xùn)練真實(shí)化與協(xié)同化

實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池是“虛擬池”的主“池”，是學(xué)生在線開發(fā)、文檔撰寫與交互體驗(yàn)的主要場(chǎng)所，是知識(shí)內(nèi)化、遷移、應(yīng)用與創(chuàng)造的“主戰(zhàn)場(chǎng)”，其核心功能是學(xué)生能在“池”中直接進(jìn)行真實(shí)軟件項(xiàng)目開發(fā)訓(xùn)練。首先，教師需要在實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池中部署真實(shí)軟件開發(fā)環(huán)境（前端環(huán)境、后端環(huán)境、軟件維護(hù)環(huán)境和逆向工程環(huán)境等），設(shè)計(jì)、布置實(shí)訓(xùn)任務(wù);然后，學(xué)生可以登錄系統(tǒng)，在實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池中逐步完成從項(xiàng)目規(guī)劃到需求分析，再到系統(tǒng)設(shè)計(jì)（總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)）、編碼實(shí)現(xiàn)、軟件測(cè)試、軟件運(yùn)維等真實(shí)項(xiàng)目開發(fā)全過程，每一個(gè)過程需要撰寫并輸出相應(yīng)的開發(fā)文檔。通過校企深度合作，將真實(shí)軟件企業(yè)的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)流程、開發(fā)方式、開發(fā)環(huán)境、開發(fā)技術(shù)與工具、項(xiàng)目管理等引入實(shí)訓(xùn)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)過程真實(shí)化。學(xué)生在開發(fā)過程中遇到疑難問題或文檔、代碼等出現(xiàn)錯(cuò)誤，實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池會(huì)自動(dòng)提供信息反饋，實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池會(huì)提供在線指導(dǎo)服務(wù)。教師可以通過智能管理助手查看學(xué)生實(shí)訓(xùn)的全部過程，包括系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)建模、測(cè)試方式與各階段的開發(fā)文檔情況，與學(xué)生進(jìn)行在線交流或現(xiàn)場(chǎng)面對(duì)面交流，并提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)。這種以真實(shí)軟件項(xiàng)目開發(fā)為主線的沉浸式訓(xùn)練方式，充分體現(xiàn)了CDIO工程教育思想，能很好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程基礎(chǔ)與工程問題解決能力培養(yǎng)目標(biāo)。

“虛擬池”實(shí)質(zhì)上是一個(gè)虛擬化的云計(jì)算資源池，大量的程序運(yùn)行在實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池的“云”中，不但對(duì)終端設(shè)備的要求不高，可以節(jié)約學(xué)校的投資成本，提高資產(chǎn)的使用壽命，而且學(xué)生使用開發(fā)平臺(tái)時(shí)會(huì)更加流暢，同時(shí)，云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)很容易擴(kuò)展，提高了升級(jí)的便利性。實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池在云計(jì)算的支持下，不但可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目訓(xùn)練的真實(shí)化、協(xié)同化，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感，提高實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，而且可以提高開發(fā)的質(zhì)量與效率。

②實(shí)訓(xùn)資源池：資源豐富化與游戲化

實(shí)訓(xùn)資源池是資源存取、匯聚、提供、開發(fā)與使用的場(chǎng)所，為學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)訓(xùn)練和自主學(xué)習(xí)提供充足的資源保障。資源包括與實(shí)訓(xùn)相關(guān)的真實(shí)項(xiàng)目庫、案例庫、開發(fā)工具庫和學(xué)習(xí)資源庫（如微視頻、試題、課件、實(shí)訓(xùn)教材及其他學(xué)習(xí)資源）等。資源的使用應(yīng)不受時(shí)空限制。學(xué)生不但可以在課堂訓(xùn)練中使用，也可以在課前與課后學(xué)習(xí)使用，實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)。實(shí)訓(xùn)資源本身的質(zhì)量很大程度上決定了學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效果。資源的設(shè)計(jì)必須滿足實(shí)訓(xùn)目標(biāo)與項(xiàng)目開發(fā)的要求，并能適應(yīng)不同基礎(chǔ)層次的學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，實(shí)訓(xùn)資源池要求資源種類和數(shù)量足夠多，還要具有層次性、遞進(jìn)性和挑戰(zhàn)性。對(duì)于微視頻、課件等學(xué)習(xí)資源，應(yīng)能夠簡(jiǎn)明、清晰、到位地解釋知識(shí)點(diǎn)。還可以運(yùn)用人機(jī)交互、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)進(jìn)行游戲化設(shè)計(jì)，盡量以多種媒體形式展現(xiàn)，呈現(xiàn)的內(nèi)容應(yīng)多維、立體、動(dòng)態(tài)，具有較強(qiáng)的交互性、體驗(yàn)性和娛樂性。

資源既可以由主講教師自行開發(fā)或校企合作開發(fā)，也可以利用現(xiàn)有優(yōu)秀開放教育資源（如MOOC、微課等）或?qū)ζ溥M(jìn)行二次開發(fā)利用。高質(zhì)量實(shí)訓(xùn)資源的開發(fā)需要由高水平的專業(yè)團(tuán)隊(duì)來完成。對(duì)于實(shí)力強(qiáng)大的高校來說，自行開發(fā)容易保證質(zhì)量，但地方性院校因受諸多條件的限制，利用豐富的開放教育資源無疑是一種更好的做法。盡管開放教育資源非常豐富，但魚龍混雜，并且開發(fā)某一個(gè)項(xiàng)目所涉及的資源，可能會(huì)來源于多個(gè)平臺(tái)，具有分散無序、碎片化和關(guān)聯(lián)缺失等問題。如何提高開放教育資源的利用或二次開發(fā)效果？可以運(yùn)用知識(shí)圖譜、數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，將海量且繁雜的知識(shí)碎片整合為一個(gè)語義化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，或運(yùn)用跨媒體知識(shí)圖譜，分析、挖掘不同媒體中的知識(shí)，圍繞開發(fā)過程及行業(yè)背景，將海量資源與知識(shí)體系進(jìn)行組織、管理、重組、表征、融合并加以挖掘利用（李振等，2019），提高資源的可用性與適切性，更好地滿足個(gè)性化、多元化的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)需求。實(shí)訓(xùn)資源池可以為學(xué)生提供個(gè)性化、豐富化、游戲化的資源，可以提高系統(tǒng)的“吸引力”，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

③實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池：學(xué)習(xí)智能化與個(gè)性化

實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池是為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開發(fā)目標(biāo)，為學(xué)生自動(dòng)推薦學(xué)習(xí)資源、策略和路徑，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)與解決疑難問題的虛擬場(chǎng)域。該模塊綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、知識(shí)圖譜、知識(shí)表示、知識(shí)推理、人機(jī)交互等人工智能技術(shù)，創(chuàng)建集智能導(dǎo)師、智能導(dǎo)學(xué)、智能應(yīng)答、智能伙伴等功能于一體的智能教學(xué)系統(tǒng)（相當(dāng)于虛擬機(jī)器人）。

第一，智能導(dǎo)師。模擬教師教學(xué)過程、經(jīng)驗(yàn)和方法，代替教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一或一對(duì)多教學(xué)與指導(dǎo)，向具有不同需求和特征的學(xué)生傳遞軟件項(xiàng)目開發(fā)知識(shí)，可以使教師從繁瑣的事務(wù)性教學(xué)工作中解放出來，也可以使學(xué)生不受時(shí)空限制地接受教學(xué)指導(dǎo)。第二，智能導(dǎo)學(xué)。將與項(xiàng)目開發(fā)相關(guān)的知識(shí)體系分解為多個(gè)知識(shí)元，通過關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行語義定義，再進(jìn)行歸納與整理，圍繞項(xiàng)目開發(fā)形成新的知識(shí)體系與邏輯知識(shí)地圖。此功能通過適時(shí)監(jiān)控、搜集、響應(yīng)和診斷學(xué)生的訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)（如編碼、文檔編寫、交流與協(xié)作等），識(shí)別學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格與習(xí)慣，對(duì)學(xué)生進(jìn)行建模;依據(jù)學(xué)生訓(xùn)練需求、訓(xùn)練風(fēng)格和先前知識(shí)自動(dòng)推送合適的學(xué)習(xí)資源、導(dǎo)航與策略;運(yùn)用算法生成精準(zhǔn)的個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑，最大限度地優(yōu)化學(xué)生的訓(xùn)練過程，真正做到自適應(yīng)學(xué)習(xí)。第三，智能應(yīng)答。智能應(yīng)答是一個(gè)大規(guī)模知識(shí)處理與自動(dòng)反饋應(yīng)答系統(tǒng)，可以針對(duì)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中提出的各種知識(shí)、技術(shù)與方法等問題，先進(jìn)行內(nèi)容的分析與解讀，再針對(duì)性地自動(dòng)回答學(xué)生的疑問。第四，智能伙伴。智能伙伴是一個(gè)社交智能化系統(tǒng)，具有虛擬學(xué)習(xí)伙伴、虛擬學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的功能。實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池可以承擔(dān)虛擬導(dǎo)師、虛擬伙伴等多種角色，既能實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)，又能實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)與社交智能化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率與效果，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性。

④實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池：評(píng)測(cè)自動(dòng)化與客觀化

實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池是代碼自動(dòng)檢測(cè)、開發(fā)文檔自動(dòng)批改與評(píng)價(jià)、實(shí)訓(xùn)成績(jī)自動(dòng)生成的場(chǎng)所。不但能即時(shí)、快速檢測(cè)訓(xùn)練效果，而且能即時(shí)精準(zhǔn)反饋實(shí)訓(xùn)問題，為教師動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略、學(xué)生實(shí)時(shí)改進(jìn)實(shí)訓(xùn)方法提供依據(jù)。

第一，智能代碼檢測(cè)。在傳統(tǒng)的代碼檢測(cè)技術(shù)（調(diào)試、編譯、識(shí)別、比較等）基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用深度學(xué)習(xí)與區(qū)塊鏈等技術(shù)，可以設(shè)計(jì)出一套對(duì)安全漏洞敏感的代碼漏洞自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)（邱煒偉等，2019），既可發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯(cuò)誤，也能對(duì)可能存在的邏輯錯(cuò)誤進(jìn)行提示，還能查找出代碼存在的安全隱患，并準(zhǔn)確定位錯(cuò)誤代碼的位置，提供詳細(xì)的代碼缺陷說明、正確代碼示例和修改建議等。第二，智能文檔批改。綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、語義識(shí)別、文字識(shí)別、圖像識(shí)別等技術(shù)，對(duì)學(xué)生的軟件開發(fā)文檔、實(shí)訓(xùn)報(bào)告進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與批改，給出評(píng)語、評(píng)分和修改意見，并且針對(duì)其個(gè)性與共性問題自動(dòng)輸出統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告。第三，智能評(píng)測(cè)。一是通過圖像識(shí)別、自然語言處理和情感計(jì)算等技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過程和實(shí)訓(xùn)行為數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析、判斷學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)。二是在智能代碼檢測(cè)、智能批改的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練進(jìn)行結(jié)果性評(píng)價(jià)，最終自動(dòng)評(píng)定學(xué)生的實(shí)訓(xùn)綜合成績(jī)。實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池所具有的代碼檢測(cè)、開發(fā)文檔批改與實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)的自動(dòng)化及即時(shí)精準(zhǔn)反饋問題等功能，便于提升學(xué)生訓(xùn)練與學(xué)習(xí)的效率、評(píng)價(jià)的公平性與客觀性，進(jìn)而提高學(xué)生的滿意度。

⑤實(shí)訓(xùn)管理池：管理全程化與可視化

實(shí)訓(xùn)管理池是實(shí)訓(xùn)質(zhì)量的有力保障，與實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池及實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池交互，對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程與學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控與診斷，輔助教師進(jìn)行項(xiàng)目管理與日常教學(xué)管理。

第一，無感考勤。以人臉識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)等為基礎(chǔ)，通過攝像頭掃描抓拍學(xué)生人臉，再將抓拍的圖片與學(xué)生人臉庫中的圖片進(jìn)行比對(duì)分析并與課表關(guān)聯(lián)，自動(dòng)生成考勤表。不但可以實(shí)時(shí)跟蹤整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程，實(shí)現(xiàn)全程考勤，而且無須人工參與，可以有效解決傳統(tǒng)人工考勤存在的代答、代簽及浪費(fèi)課堂時(shí)間等問題。第二，智能監(jiān)測(cè)。一是通過各種傳感器、眼動(dòng)識(shí)別儀和可穿戴設(shè)備等，綜合運(yùn)用生物特征識(shí)別、語音識(shí)別、圖像識(shí)別和情境感知等技術(shù)，建立多元數(shù)據(jù)感知通道，現(xiàn)場(chǎng)采集、提取學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、訓(xùn)練軌跡與學(xué)習(xí)情感（喜怒哀樂）等數(shù)據(jù)。二是運(yùn)用學(xué)習(xí)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、淺文本處理、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)在線提取學(xué)生編碼實(shí)踐、設(shè)計(jì)體驗(yàn)、文本撰寫、資料查找、視頻觀看和交互協(xié)作過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)。三是以學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)與行為數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，集文本挖掘、情感計(jì)算、信息提取、認(rèn)知診斷和數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)等技術(shù)（李振等，2019），對(duì)學(xué)生進(jìn)行畫像，描述學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、技術(shù)能力、項(xiàng)目管理、學(xué)習(xí)風(fēng)格及情感狀態(tài)等方面的特征，監(jiān)測(cè)學(xué)生的顯性與隱性訓(xùn)練狀態(tài)與行為。第三，智能診斷。在智能監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用學(xué)習(xí)分析與自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)等，以知識(shí)圖譜的形式可視化展示學(xué)生軟件開發(fā)知識(shí)點(diǎn)與技能的掌握程度，精準(zhǔn)定位學(xué)生的訓(xùn)練短板（李振等，2019），為學(xué)生提供個(gè)性化反饋或?qū)W習(xí)報(bào)告，再與實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池、實(shí)訓(xùn)資源池交互，為學(xué)生提供差異化學(xué)習(xí)路徑與學(xué)習(xí)資源推送服務(wù)，同時(shí)為教師優(yōu)化教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容提供精準(zhǔn)服務(wù)及教學(xué)決策支持。第四，智能預(yù)測(cè)。通過數(shù)據(jù)建模，對(duì)與項(xiàng)目開發(fā)過程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和智能評(píng)估，找出學(xué)生訓(xùn)練結(jié)果與學(xué)習(xí)內(nèi)容、資源、行為、認(rèn)知等變量之間的關(guān)系，對(duì)學(xué)生未來的開發(fā)能力與學(xué)習(xí)趨勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)（閆志明等，2017），進(jìn)而為學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)劃的調(diào)整提供參考，為學(xué)生的精準(zhǔn)就業(yè)提供依據(jù)。第五，智能管理助手。一是項(xiàng)目管理。包含項(xiàng)目過程管理、里程碑管理、需求管理、缺陷管理及代碼托管服務(wù)等，重點(diǎn)對(duì)實(shí)訓(xùn)全過程進(jìn)行可視化管理。教師可以實(shí)時(shí)查看每個(gè)小組項(xiàng)目開發(fā)的進(jìn)度、代碼與文檔質(zhì)量、代碼貢獻(xiàn)度，也可以通過與實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池進(jìn)行交互，了解代碼與文檔的自動(dòng)評(píng)測(cè)情況。二是日常教學(xué)管理。管理實(shí)訓(xùn)過程中的日常性教學(xué)事務(wù)，如訓(xùn)練任務(wù)分解與發(fā)布;作業(yè)布置、自動(dòng)評(píng)閱與統(tǒng)計(jì)等;對(duì)學(xué)生的考勤進(jìn)行分析、學(xué)生項(xiàng)目分組、學(xué)生課堂行為表現(xiàn)、學(xué)生成績(jī)管理和學(xué)業(yè)預(yù)警管理等，有利于教師在課堂上集中精力與學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一交流和指導(dǎo)，解答學(xué)生疑難問題。實(shí)訓(xùn)管理池不但可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理的全程化、可視化與自動(dòng)化，提高管理效率，而且可以適時(shí)監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，提高系統(tǒng)的“壓力”，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

四、應(yīng)用案例：吉首大學(xué)-青軟實(shí)訓(xùn)合作實(shí)施軟件工程“游泳池”實(shí)訓(xùn)模式

2012年，吉首大學(xué)與青軟實(shí)訓(xùn)教育科技股份有限公司開始深度合作培養(yǎng)軟件工程人才，專業(yè)性較強(qiáng)的專業(yè)課程和課程設(shè)計(jì)由企業(yè)選派技術(shù)專家入校授課，學(xué)生在第7學(xué)期前往企業(yè)進(jìn)行為期18周的沉浸式企業(yè)實(shí)訓(xùn)。從2015年至今，“Java課程設(shè)計(jì)”等和企業(yè)實(shí)訓(xùn)均采用“游泳池”實(shí)訓(xùn)模式。該實(shí)訓(xùn)模式，線下“物理池”采用實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)管理模式，通過人—人交互對(duì)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理、專業(yè)指導(dǎo)及知識(shí)傳授;線上“虛擬池”采用自適應(yīng)智能教學(xué)模式，通過人—機(jī)交互或人—機(jī)—人交互對(duì)學(xué)生進(jìn)行機(jī)器自動(dòng)指導(dǎo)、管理與評(píng)測(cè)及認(rèn)知類、技能類等知識(shí)傳授，讓學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

1.教學(xué)流程

“游泳池”實(shí)訓(xùn)主要采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程。（1）課前自主學(xué)習(xí)。教師在“虛擬池”部署項(xiàng)目庫、案例庫、工具庫及軟件開發(fā)環(huán)境等，發(fā)布訓(xùn)練任務(wù)（含任務(wù)描述與分級(jí)），設(shè)計(jì)制作微視頻、PPT、模板素材等學(xué)習(xí)資源;學(xué)生通過“虛擬池”自主學(xué)習(xí)，了解項(xiàng)目任務(wù)，復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。（2）課堂集中實(shí)訓(xùn)。教師現(xiàn)場(chǎng)了解或通過“虛擬池”實(shí)時(shí)獲取學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)難點(diǎn)精講點(diǎn)撥，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)與監(jiān)控，組織項(xiàng)目答辯與評(píng)審;學(xué)生按開發(fā)規(guī)范和項(xiàng)目進(jìn)度要求在實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)登錄“虛擬池”進(jìn)行高強(qiáng)度迭代開發(fā)訓(xùn)練，提交項(xiàng)目文檔、報(bào)告，同時(shí)，學(xué)生與教師或“虛擬池”交互，及時(shí)糾正代碼錯(cuò)誤，補(bǔ)充學(xué)習(xí)新知識(shí)，解決疑難問題。（3）課后拓展訓(xùn)練。教師通過“虛擬池”進(jìn)行指導(dǎo)、與學(xué)生一對(duì)一交流;學(xué)生不受時(shí)空限制在“虛擬池”進(jìn)行拓展訓(xùn)練與學(xué)習(xí)。

2.實(shí)訓(xùn)空間

“游泳池”實(shí)訓(xùn)的物理空間為學(xué)校軟件工程實(shí)訓(xùn)室或?qū)嶒?yàn)室（進(jìn)行課程設(shè)計(jì)）、青軟實(shí)訓(xùn)多功能智能實(shí)訓(xùn)室（完成企業(yè)實(shí)訓(xùn)）。線下教學(xué)情境的設(shè)計(jì)基本滿足前述的“封閉、真實(shí)、抗壓、快樂”等特征，通過同時(shí)打造“吸引力系統(tǒng)”和“壓力系統(tǒng)”來提高環(huán)境的沉浸度，進(jìn)而提高學(xué)生訓(xùn)練、學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力，提升實(shí)訓(xùn)效果。

“游泳池”實(shí)訓(xùn)的虛擬空間采用U+新工科智慧云（https：//www.eec-cn.com/）。該智慧云由青軟實(shí)訓(xùn)于2017年研發(fā)并通過對(duì)接企業(yè)級(jí)開發(fā)平臺(tái)，引入真實(shí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、真實(shí)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境、真實(shí)的企業(yè)項(xiàng)目案例，以智能化手段構(gòu)建的全新教育教學(xué)系統(tǒng)。智慧云集教育教學(xué)與工程實(shí)踐為一體，包括工程實(shí)踐平臺(tái)、智慧教學(xué)平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、內(nèi)容資源庫平臺(tái)、智能考試平臺(tái)、畢業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)等云平臺(tái)，為高校提供教、學(xué)、評(píng)、測(cè)、練一站式服務(wù)。工程實(shí)踐平臺(tái)具有在線項(xiàng)目開發(fā)、實(shí)訓(xùn)管理（含項(xiàng)目管理、考勤管理等）、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)、代碼自動(dòng)檢查、編譯構(gòu)建、代碼托管、實(shí)訓(xùn)評(píng)審等功能;智慧教學(xué)平臺(tái)具有備課、授課、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等功能;數(shù)據(jù)分析平臺(tái)具有數(shù)據(jù)匯總、課程動(dòng)態(tài)展示、項(xiàng)目實(shí)施情況查詢分析、教學(xué)資源管理、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、教學(xué)行為分析、教學(xué)預(yù)警等功能;內(nèi)容資源庫平臺(tái)提供豐富的企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目、案例、教學(xué)視頻、實(shí)訓(xùn)素材等資源。學(xué)生通過工程實(shí)踐云平臺(tái)體驗(yàn)真實(shí)項(xiàng)目開發(fā)過程與情境，獲得一對(duì)一的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)、代碼自動(dòng)檢查、代碼托管等服務(wù)，通過內(nèi)容資源庫平臺(tái)獲取豐富的個(gè)性化實(shí)訓(xùn)資源;教師利用智慧教學(xué)平臺(tái)備課、授課、布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)與作業(yè)。系統(tǒng)可以對(duì)學(xué)生的作業(yè)等進(jìn)行自動(dòng)批改、評(píng)分，還可以通過數(shù)據(jù)分析平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)全過程進(jìn)行管理與監(jiān)控，有利于教師實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)與管理，提高教學(xué)與管理效率。

總的來講，U+新工科智慧云已基本實(shí)現(xiàn)本實(shí)訓(xùn)空間設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池（云開發(fā)）、實(shí)訓(xùn)資源池（真實(shí)項(xiàng)目庫、案例庫、教學(xué)視頻、實(shí)訓(xùn)素材等）、實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池（代碼檢測(cè)與托管、實(shí)訓(xùn)評(píng)審等）、實(shí)訓(xùn)管理池（考勤管理、智能監(jiān)測(cè)、項(xiàng)目與學(xué)生管理）等功能。實(shí)訓(xùn)資源池（開放教育資源智能化二次開發(fā)）、實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池（智能文檔批改）、實(shí)訓(xùn)管理池（情感狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能診斷、智能預(yù)測(cè)）和實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池（智能導(dǎo)師、智能導(dǎo)學(xué)、智能應(yīng)答）等功能尚未實(shí)現(xiàn)，處在完善過程中。

3.實(shí)施效果

盡管該智慧云不是專門針對(duì)軟件工程專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)而設(shè)計(jì)，其智能化程度也不是很高，只是弱人工智能的初步應(yīng)用，但其具有的實(shí)訓(xùn)教學(xué)功能對(duì)于“游泳池”實(shí)訓(xùn)效果的提升還是發(fā)揮了不可替代的作用。對(duì)吉首大學(xué)軟件工程專業(yè)學(xué)生完成“Java課程設(shè)計(jì)”（60學(xué)時(shí)）項(xiàng)目的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1所示。學(xué)生平均代碼量和項(xiàng)目平均覆蓋的基礎(chǔ)與核心知識(shí)點(diǎn)（面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)、IO、數(shù)據(jù)庫、集合、多線程、網(wǎng)絡(luò)交互、圖形報(bào)表、Swing等）數(shù)據(jù)指標(biāo)能夠直觀地反映學(xué)生的開發(fā)實(shí)踐能力，項(xiàng)目平均覆蓋的擴(kuò)展知識(shí)點(diǎn)（Jmf（音頻播放）、Javafx（視頻播放）、Android、BeautEye插件、WindowBuilder、線程池、Jsoup爬蟲、網(wǎng)頁數(shù)據(jù)解析、Banner插件、POI等）數(shù)據(jù)指標(biāo)的變化能說明學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的變化。由表1可知，2016年采用“游泳池”實(shí)訓(xùn)模式比2013年采用傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)模式時(shí)學(xué)生的滿意度、平均代碼量、平均覆蓋知識(shí)點(diǎn)數(shù)等指標(biāo)均有不同程度的增大，2019年采用“游泳池”實(shí)訓(xùn)并同時(shí)使用U+新工科智慧云以后，這些指標(biāo)又進(jìn)一步增大，說明學(xué)生的開發(fā)實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力等均不斷提升。

青軟實(shí)訓(xùn)還與青島理工大學(xué)、青島科技大學(xué)等52所高校深度合作，運(yùn)用“游泳池”實(shí)訓(xùn)方法并采用U+新工科智慧云開展企業(yè)實(shí)訓(xùn)與課程設(shè)計(jì)，均取得了良好的教學(xué)效果。

五、結(jié)論與討論

“游泳池”實(shí)訓(xùn)是指為學(xué)生創(chuàng)建的“壓力系統(tǒng)”與“吸引力系統(tǒng)”共存的沉浸式工程實(shí)踐環(huán)境，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程，進(jìn)行工程項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和抗壓能力等快速提升的實(shí)踐教學(xué)過程。軟件工程“游泳池”實(shí)訓(xùn)空間是綜合運(yùn)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、射頻識(shí)別、傳感與自動(dòng)控制等技術(shù)構(gòu)建的“物理池”和“虛擬池”“二池”合一的沉浸式“游泳池”訓(xùn)練環(huán)境。前者是課堂集中實(shí)訓(xùn)與交互體驗(yàn)的物理場(chǎng)所，后者是課前自主學(xué)習(xí)、課堂集中實(shí)訓(xùn)、課后拓展訓(xùn)練的虛擬場(chǎng)所，二者的有機(jī)融合形成較強(qiáng)的“壓力”與“吸引力”，大力提高學(xué)生訓(xùn)練的動(dòng)力與興趣?！拔锢沓亍卑ㄖ悄芙虒W(xué)與管理系統(tǒng)，工程實(shí)踐系統(tǒng)，信息感知、采集與反饋系統(tǒng)和環(huán)境控制系統(tǒng)等，具有精準(zhǔn)教學(xué)、智能管理、工程實(shí)踐、技術(shù)體驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)、人機(jī)交互、分享展示、環(huán)境調(diào)節(jié)等諸多功能，滿足“封閉、真實(shí)、抗壓、快樂”等沉浸式特征。“虛擬池”的技術(shù)框架由物理層、數(shù)據(jù)層、算法層、感知層、認(rèn)知層和應(yīng)用層構(gòu)成，具有實(shí)訓(xùn)業(yè)務(wù)池、實(shí)訓(xùn)資源池、實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)池、實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)池、實(shí)訓(xùn)管理池與環(huán)境控制池等功能模塊。人工智能賦能實(shí)踐教學(xué)，使實(shí)訓(xùn)過程真實(shí)化與協(xié)同化、實(shí)訓(xùn)資源豐富化與游戲化、知識(shí)學(xué)習(xí)智能化與個(gè)性化、實(shí)訓(xùn)評(píng)測(cè)自動(dòng)化與客觀化、實(shí)訓(xùn)管理全程化與可視化，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)精準(zhǔn)化，顯著提升學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效率與效果。

目前的人工智能還處于弱人工智能階段，強(qiáng)人工智能只是概念，距離實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用還有較遠(yuǎn)的距離（鄭勤華等，2019）。人工智能與教育的融合也處于初級(jí)階段（張慧等，2019），人工智能賦能實(shí)踐教學(xué)任重道遠(yuǎn)?！坝斡境亍睂?shí)訓(xùn)是一種提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量的有效方法，但現(xiàn)有“游泳池”實(shí)訓(xùn)空間的智能化水平不太高，還有較大的發(fā)展空間。隨著人工智能技術(shù)由感知智能邁向認(rèn)知智能，如何運(yùn)用人工智能進(jìn)一步提高“游泳池”實(shí)訓(xùn)空間的智能化程度，完善其功能，進(jìn)而不斷提升實(shí)踐教學(xué)效果，將有待下一步繼續(xù)研究與實(shí)踐。另外，“游泳池”實(shí)訓(xùn)空間與學(xué)生能力提升的關(guān)系及人工智能在“游泳池”實(shí)訓(xùn)中所起作用還有待進(jìn)行更為深入的實(shí)證研究。

致謝

感謝青軟實(shí)訓(xùn)總經(jīng)理助理張春麗女士提供相關(guān)案例材料與信息。

注釋：

① 這里的課程設(shè)計(jì)意為Practicum，指某一門課程的綜合性集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。如“C語言”課程設(shè)計(jì)，一般指運(yùn)用該課程主要知識(shí)、技術(shù)開發(fā)一個(gè)小型軟件項(xiàng)目所進(jìn)行的綜合性實(shí)踐訓(xùn)練。本文的課程設(shè)計(jì)均指此意。

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收稿日期 2020-03-03責(zé)任編輯 汪燕