李愛生

（上海市行政管理學(xué)校，上海 201803）

1 研究背景

實訓(xùn)教學(xué)[1,4]是我國當(dāng)代職業(yè)教育重要的組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能的重要手段。2019年6月11日，教育部發(fā)布《關(guān)于職業(yè)院校專業(yè)人才培養(yǎng)方案制訂與實施工作的指導(dǎo)意見》，提出了以下兩點意見：（1）推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)有機融合。就是要全面提升教師信息技術(shù)應(yīng)用能力，推動大數(shù)據(jù)[3]、人工智能[6]、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代信息技術(shù)在教育教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，加快建設(shè)智能化教學(xué)支持環(huán)境，建設(shè)能夠滿足多樣化需求的課程資源，創(chuàng)新服務(wù)供給模式，服務(wù)學(xué)生終身學(xué)習(xí)。（2）改進(jìn)學(xué)習(xí)過程管理與評價。就是要加大過程考核、健全多元化考核評價體系，完善學(xué)習(xí)過程監(jiān)測、評價與反饋機制，強化實習(xí)、實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計（論文）等實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的全過程管理與考核評價。

可以看出，未來職業(yè)教學(xué)信息化發(fā)展重點已經(jīng)發(fā)生變化，重在利用新一代信息技術(shù)提升信息化教學(xué)能力，解決實訓(xùn)教學(xué)中遇到的種種問題，圍繞如何加強教學(xué)實訓(xùn)過程管控和實訓(xùn)數(shù)據(jù)采集，建立基于過程性的評價方式。這對現(xiàn)有實訓(xùn)教學(xué)提出了更高要求，現(xiàn)有實訓(xùn)手段已經(jīng)無法滿足，需要采用更先進(jìn)的信息化手段，建立智慧實訓(xùn)方式。

2 目前職業(yè)教育信息技術(shù)類專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)存在的問題分析

為解決現(xiàn)階段職業(yè)教育實訓(xùn)教學(xué)中客觀存在的一些問題，2019年開始筆者以學(xué)校信息安全與管理專業(yè)中高職貫通高水平專業(yè)建設(shè)為契機，把實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量提升作為中高職貫通高水平專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容，對實訓(xùn)教學(xué)問題進(jìn)行了深入的研究，歸納總結(jié)如下：

第一是實訓(xùn)資源問題。隨著近幾年大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)在市場得到大規(guī)模的應(yīng)用，這方面的人才顯得格外急缺。由于學(xué)校的課程體系相對滯后，實訓(xùn)課程還是基于原有技術(shù)開發(fā)的，內(nèi)容老舊，無法滿足培養(yǎng)新技術(shù)人才的要求。即使學(xué)校購置了先進(jìn)的實訓(xùn)設(shè)備，能夠滿足新技術(shù)的實訓(xùn)功能要求，但缺乏與實訓(xùn)設(shè)備配套的教學(xué)課程，導(dǎo)致在教學(xué)中，理論無法與實踐相結(jié)合。

第二是實訓(xùn)過程問題。在實訓(xùn)中，因?qū)嵱?xùn)環(huán)境操作復(fù)雜，學(xué)生往往無法對設(shè)備進(jìn)行有序地操作，會遇到各種難題。由于老師精力有限，不能做到對每個學(xué)生進(jìn)行有效的指導(dǎo)，一旦學(xué)生遇到問題得不到解決，操作就無法繼續(xù)下去，也無法將遇到的問題記錄下來，請老師及時給予反饋，會導(dǎo)致整個實訓(xùn)教學(xué)效率低下，這就是我們常說的“進(jìn)不去、看不見、動不了、難再現(xiàn)”的問題。

第三是實訓(xùn)評價問題?，F(xiàn)階段全國職業(yè)教育正在積極考慮開展過程性評價的改革，但是還沒有更加科學(xué)的手段支撐。要徹底改變過去以期中、期末成績作為學(xué)生最終課程考核成績這種對于技能型人才培養(yǎng)不科學(xué)、不客觀的評價方式，過程性評價方式急需納入到職業(yè)教育學(xué)生技能考核體系中，基于全過程學(xué)習(xí)的記錄與分析，建立日常實訓(xùn)效能評估手段，建立實訓(xùn)過程數(shù)據(jù)記錄環(huán)境和理實一體化考核環(huán)境。

第四是實訓(xùn)管理問題。目前大多數(shù)職業(yè)學(xué)校都為需要實訓(xùn)的課程配備了相關(guān)的實訓(xùn)教學(xué)軟硬件，因每門課程的情況不同，購買的軟硬件所采用的工作環(huán)境、體系結(jié)構(gòu)、編程語言、開發(fā)方法等也各不相同。各專業(yè)的實驗教學(xué)建設(shè)大都自成體系，形成了“信息孤島”，最終導(dǎo)致實訓(xùn)軟件缺乏統(tǒng)一管理、系統(tǒng)操作模式不統(tǒng)一、無法支持相應(yīng)課程實訓(xùn)的擴(kuò)展、不同軟件不能運行在同一服務(wù)器上、實訓(xùn)數(shù)據(jù)無法共享等問題。

3 智慧實訓(xùn)實現(xiàn)途徑

智慧實訓(xùn)[1]是對實訓(xùn)過程全程監(jiān)控，對實訓(xùn)操作智能指導(dǎo)，對實訓(xùn)效能[2]科學(xué)評估，對實訓(xùn)教學(xué)及時反饋，從而建立過程性評價方式，最終建立崗位能力模型，能有效指導(dǎo)學(xué)生就業(yè)的一種智能化實訓(xùn)方式。

智慧實訓(xùn)依托三種途徑，分三個層面來實現(xiàn)，云基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心為智能化軟件系統(tǒng)運行提供環(huán)境，智能化軟件系統(tǒng)為科學(xué)化課程體系提供呈現(xiàn)方式。如圖1所示。

圖1 智慧實訓(xùn)實現(xiàn)途徑

首先建立科學(xué)化課程體系。實現(xiàn)智慧實訓(xùn)首先要考慮建立合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這里的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指實訓(xùn)任務(wù)的效能值，合理的實訓(xùn)結(jié)構(gòu)能有效反映技能達(dá)標(biāo)情況。合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來源于合理的實訓(xùn)課程內(nèi)容，因此實現(xiàn)智慧實訓(xùn)首要任務(wù)就是建立科學(xué)化的課程體系，這是實現(xiàn)智慧實訓(xùn)的途徑之一。而科學(xué)化的課程體系需要以企業(yè)崗位能力為導(dǎo)向，參照國家課程標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)崗位標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)建立。

其次建立智能化軟件系統(tǒng)。具備了合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或者說有了科學(xué)的課程體系之后，就是要對學(xué)生的實訓(xùn)進(jìn)行過程化監(jiān)控、指導(dǎo)、評估，對實訓(xùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。這需要依托智能化軟件系統(tǒng)，通過人工智能技術(shù)與實訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合，運用AI技術(shù)實現(xiàn)智能化管控實訓(xùn)過程，實現(xiàn)教學(xué)全過程智能化監(jiān)控與指導(dǎo)。過程管控是智慧實訓(xùn)的核心，需要依靠專門的AI引擎完成，AI引擎為學(xué)生實訓(xùn)提供操作識別、幫助提示、自動評分等智能支持，從而量化學(xué)生實訓(xùn)結(jié)果。

建立技能能力評價體系是智慧實訓(xùn)的核心意義之一。數(shù)據(jù)采集是服務(wù)于過程性評價體系建立的，建立評價體系首先需要數(shù)據(jù)，然后依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)建立崗位能力模型，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，匹配企業(yè)崗位能力模型，對學(xué)生的實訓(xùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。這必須依托智能化軟件系統(tǒng)完成。

最后建立云基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心。課程資源運行、軟件系統(tǒng)支撐、數(shù)據(jù)存儲等都需要計算和存儲資源，傳統(tǒng)的孤島式計算和存儲方式會導(dǎo)致教學(xué)效率低下、數(shù)據(jù)存儲隔離，利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建云數(shù)據(jù)中心，為課程資源存儲及運行、實訓(xùn)大數(shù)據(jù)存儲和分析、智能化軟件運行提供高效、安全、可靠的硬件環(huán)境，是實現(xiàn)智慧實訓(xùn)的基本保障。

4 CDL智慧實訓(xùn)架構(gòu)設(shè)計

結(jié)合以上對智慧實訓(xùn)實現(xiàn)方式[5]的探討，我們把智慧實訓(xùn)實現(xiàn)的主要任務(wù)分為三種，一是構(gòu)建科學(xué)化課程體系，二是構(gòu)建智能化軟件系統(tǒng)，三是部署云基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心。基于智慧實訓(xùn)的需求，我們在實踐探索中總結(jié)提煉出一種新型智慧實訓(xùn)創(chuàng)新架構(gòu)，課程定義實訓(xùn)室（Course Defined Laboratory，簡稱CDL）。該架構(gòu)分為三層：應(yīng)用層、控制層、設(shè)施層，下層為上層提供服務(wù)，如圖2所示。CDL智慧實訓(xùn)創(chuàng)新架構(gòu)功能實現(xiàn)如表1所示。

圖2 CDL智慧實訓(xùn)創(chuàng)新架構(gòu)

表1 CDL智慧實訓(xùn)創(chuàng)新架構(gòu)功能實現(xiàn)

智慧實訓(xùn)需要用一種載體呈現(xiàn)在教學(xué)中，實訓(xùn)室是最為直接和有效的方式。基于CDL 智慧實訓(xùn)創(chuàng)新架構(gòu)建設(shè)的CDL 智慧實訓(xùn)平臺總體架構(gòu)分為三層：云數(shù)據(jù)中心層、統(tǒng)一平臺層、課程資源層，下層為上層提供服務(wù)，具體如圖3所示。

圖3 CDL智慧實訓(xùn)平臺總體架構(gòu)

云數(shù)據(jù)中心層對應(yīng)CDL架構(gòu)的設(shè)施層，位于整個架構(gòu)的最底層，由硬件資源、虛擬資源組成。硬件資源包括承載虛擬資源池的資源服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及調(diào)試控制器。

統(tǒng)一平臺層對應(yīng)CDL架構(gòu)的控制層，為整個實訓(xùn)平臺提供管理、控制、決策、內(nèi)容發(fā)布等功能。在這一層，AI引擎主要實現(xiàn)對學(xué)生實訓(xùn)進(jìn)行智能化指導(dǎo)和分析功能，火狐引擎實現(xiàn)對實訓(xùn)環(huán)境鏡像的加載、虛擬機的管理及提供相關(guān)程序接口功能。同時在這一層，實現(xiàn)對教師、學(xué)生、管理員三個角色定義及功能分配。發(fā)布中心主要實現(xiàn)課程發(fā)布、更新、系統(tǒng)升級和許可激活等功能。

課程資源層對應(yīng)CDL 架構(gòu)的應(yīng)用層，為在CDL 架構(gòu)上構(gòu)建信息技術(shù)類課程資源，如計算機網(wǎng)絡(luò)、信息安全、軟件開發(fā)、大數(shù)據(jù)、云計算等方面的課程資源。

5 CDL智慧實訓(xùn)實踐案例分析

在中高職貫通高水平專業(yè)建設(shè)期間，為了提升信息安全與管理專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全實訓(xùn)室基礎(chǔ)上，開發(fā)了CDL智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺，作為實訓(xùn)課程資源中心、一體化考試中心、競技訓(xùn)練中心、考證指導(dǎo)中心及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理中心。以崗位能力為導(dǎo)向，對課程體系進(jìn)行重構(gòu)，開發(fā)了包含網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)服務(wù)安全、web應(yīng)用安全、安全攻防等方面的多門信息安全相關(guān)實訓(xùn)課程資源。通過CDL智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺可實現(xiàn)根據(jù)實訓(xùn)課程內(nèi)容無感知地調(diào)用實訓(xùn)室網(wǎng)絡(luò)機架中的任意一臺或多臺設(shè)備。云計算資源池可存儲課程的鏡像環(huán)境，為所有課程的運行提供硬件資源。我校中高職貫通信息安全與管理專業(yè)CDL智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺具體部署如圖4所示。

圖4 CDL智慧實訓(xùn)實踐部署

我校CDL智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺的硬件設(shè)備集中部署在中心機房中，所有實訓(xùn)設(shè)備機架及智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺都與核心交換機相連接。CDL智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺是智慧實訓(xùn)的核心，提供教學(xué)資源C/S 和B/S 兩種模式的接口，學(xué)生和教師可以通過客戶端或遠(yuǎn)程方式登錄到智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)，也可通過智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺實現(xiàn)指定機架的遠(yuǎn)程接入，從而使用機架中的設(shè)備進(jìn)行實訓(xùn)。

智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺通過調(diào)試控制器可對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)機架設(shè)備及服務(wù)器資源進(jìn)行智能化管控和調(diào)度。學(xué)生登錄平臺后，可對機架上的任意一臺設(shè)備進(jìn)行控制。同時平臺可通過內(nèi)置的火狐引擎，對掛載服務(wù)器中的虛擬化資源進(jìn)行靈活分配和回收。

在智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺裝載了相應(yīng)實訓(xùn)課程的軟件包后，學(xué)生進(jìn)入該課程的任務(wù)引領(lǐng)式實訓(xùn)模式，開始任意實訓(xùn)任務(wù)的練習(xí)，平臺通過數(shù)據(jù)接口讀取課程實訓(xùn)軟件包中獲取的學(xué)生實訓(xùn)過程數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生在任務(wù)練習(xí)中的操作細(xì)節(jié)，結(jié)合一定的加權(quán)數(shù)學(xué)模型，得出該學(xué)生在本次任務(wù)實訓(xùn)中的任務(wù)完成度及綜合值。

在智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺裝載了相應(yīng)實訓(xùn)課程的軟件包后，學(xué)生進(jìn)入該課程的項目式教學(xué)實訓(xùn)模式，開始任意實訓(xùn)項目案例的練習(xí)。平臺通過數(shù)據(jù)接口讀取課程實訓(xùn)軟件包中獲取的學(xué)生項目實訓(xùn)數(shù)據(jù)，結(jié)合一定的數(shù)學(xué)模型，科學(xué)、準(zhǔn)確、客觀地評價該學(xué)生每個綜合項目的實訓(xùn)能力水平。

教師通過智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺可及時掌握每位學(xué)生的實訓(xùn)動態(tài)，學(xué)生是否在積極地練習(xí)、是否按時完成實訓(xùn)內(nèi)容、過程是否順利、完成的質(zhì)量等都能夠準(zhǔn)確地掌握，可以此為依據(jù)對學(xué)生進(jìn)行有針對性的監(jiān)督和考核，督促學(xué)生不斷提升自己的技能水平。

教師通過智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺可查看學(xué)生對某一實訓(xùn)任務(wù)的整體完成情況，對學(xué)生普遍掌握較差的實訓(xùn)任務(wù)，教師可著重進(jìn)行講解，有針對性地改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容及側(cè)重點，提高教學(xué)質(zhì)量。

通過智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺，對學(xué)生實訓(xùn)軌跡的全程記錄和跟蹤，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，首先通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析，將學(xué)生的完成進(jìn)度、完成情況、基礎(chǔ)得分等信息以可視化的形式展現(xiàn)給管理員和教師。再利用人工智能模型，對學(xué)生的歷史情況加以分析，梳理學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、學(xué)習(xí)態(tài)度等信息，再次以可視化的形式展現(xiàn)給管理員和教師。利用大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的歷史數(shù)據(jù)，分析學(xué)生當(dāng)前項目的完成情況、學(xué)習(xí)態(tài)度等信息，將學(xué)生在實訓(xùn)過程中的每一個操作細(xì)節(jié)都納入到技能評價的考量范疇，使得對學(xué)生實訓(xùn)能力和水平的評價更為科學(xué)、準(zhǔn)確、客觀。

把收集到的學(xué)生學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)成果的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工智能建模，匹配已知的崗位能力模型，對學(xué)生進(jìn)行整體能力的評估，再以可視化的形式將學(xué)生的個人崗位能力特點展現(xiàn)給管理員和教師，生成對應(yīng)的崗位能力分析報告，既可用作教學(xué)內(nèi)部的分析探討，也可用作學(xué)生未來就業(yè)的崗位能力鑒定書，如圖5、圖6所示。

圖5 可視化崗位技能能力模型

圖6 學(xué)生崗位指導(dǎo)鑒定書

本專業(yè)CDL智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺可滿足多種信息技術(shù)類課程教學(xué)場景，除了滿足日常課程實訓(xùn)教學(xué)外，教師可對學(xué)生進(jìn)行理實一體化考試，所有課程實訓(xùn)結(jié)束后，教師可安排學(xué)生考取對應(yīng)的職業(yè)資格認(rèn)證，學(xué)生通過考證指導(dǎo)實訓(xùn)功能進(jìn)行專項模擬考試和逐項練習(xí)。對于參加技能競賽的學(xué)生，可以進(jìn)行針對性的訓(xùn)練，智慧實訓(xùn)系統(tǒng)提供正確答案和自動評分功能，可提升競技訓(xùn)練效率。學(xué)?？梢园阎腔蹖嵱?xùn)系統(tǒng)部署為公有云，為本校的師生提供專有的云端服務(wù)，學(xué)生可以在任何網(wǎng)絡(luò)觸及的地方進(jìn)行遠(yuǎn)程在線云端實訓(xùn)。

6 結(jié)語

CDL 智慧實訓(xùn)系統(tǒng)平臺建設(shè)是本專業(yè)對智慧實訓(xùn)實現(xiàn)方式的探索及踐行，在很大程度上解決了目前實訓(xùn)教學(xué)工作中遇到的一些難題，為本專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)找到了過程指導(dǎo)與評估實現(xiàn)方式，幫助我校打造以現(xiàn)有實訓(xùn)室環(huán)境為載體、以學(xué)生為主體、以大數(shù)據(jù)為支撐的科學(xué)化一體化教學(xué)體系，多維度、多方面對實訓(xùn)效能進(jìn)行科學(xué)化評價，為我校信息安全與管理專業(yè)中高職貫通高水平專業(yè)建設(shè)的教學(xué)資源建設(shè)及教學(xué)改革起到了重要的作用，把本專業(yè)的實訓(xùn)教學(xué)提升到了一個更高的水平。