CN104008454A - 实训工程实验室系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实训工程实验室系统。通过老师端子系统、学生端子系统和管理员子系统利用后台服务器和数据库的交互关系，实现在线的教学和管理工作。本发明相对于现有技术而言，采用先进的安全与权限机制有效的增强了系统的安全性，并且系统方便用户对课程安排、教材资料等信息进行管理，也方便用户对教学交流沟通指导等操作进行管理。

Description

实训工程实验室系统

技术领域

本发明专利涉及一种虚拟仿真系统，特别地，涉及一种实训工程实验室系统。 

背景技术

本发明涉及的技术中有如下几个主要技术： 

云计算技术(Cloud Computing) 

目前采用现下比较流行的云计算技术虚拟化技术(Kernel-based Virtual Machine)搭建软硬环境，让用户能够工作在我们构建的私有云平台上，实现较好的实验室课程控制和计算机机房管理。 

流媒体技术 

采用流媒体技术(Streaming Media)，在实训实验室中用户互动实现实时发布音频、视频、动画。 

三分屏技术 

采用三分屏技术，用户端可以使用三分屏实现同屏显示教师桌面、学生桌面、课程播放窗口。 

集成环境 

线上线下，单项综合，集成实训环境(比如说:商业智能大数据，我们事先集成好Cognos、Oracle、SPSS等实训环境)。 

系统还原 

如果系统遇到系统破坏后，系统管理员可以实现迅速还原，方便用户对虚拟机集群的统一管理。 

日志统计与导出 

系统可记录系统运行日志、用户上课日志、考试日志、实训日志等功能，在次日志基础之上可以实现自定义报表导出。 

教学体系 

服务外包职业能力实训工程实验室配置了适合高校教学的实验内容，内容大多数源自于企业真实项目。实验内容由项目，代码，文字，课件，视频，课后练习，项目文档等综合组成，体现为内容网站的形式，配合学校实验教学和学生自学。训练内容根据学科编制成A、B、C三级训练单元，下表是以本科类院校为例，将院校实验课程和工程实践单元分解构建的三级训练单元，外包世界可根据院校类别提供详细的学科内容及训练单元的解决方案。 

特点 

●创新性：新鲜真实的国际性商业应用、案例与学习资源 

●高科技：虚拟化与云技术等前沿科技的应用与实现 

●高效益：融合教育体系快速高效培养多方面人才 

●可控性：从成本和建设规模可控制可执行 

●可持续：校企结合产学结合持续运营与促进 

增值服务 

a)基地建设 

公司在全国范围内择优挑选实力较强的合作院校与机构建立软件外包职业能力测评项目培训基地，由工业和信息化部教育与考试中心进行备案与认定，负责实施全国信息技术人才培养工程项目，建设 全国信息技术人才培养相关服务体系，通过实施统一的教育培训方案，为软件外包人才与用人单位之间搭建起有效沟通平台。 

b)考试认证 

根据合作外包企业岗位的用人需求，配合国家工业和信息化部相关认证部门负责针对认证岗位匹配实验室生源 

c)就业服务 

公司依托服务外包人才网和“工程师预备站”就业项目为通过实验室训练的学员提供完备的就业推荐服务。开展服务外包人才的选拔和岗位对接，为具有专业外包技术和技能的毕业生、致力于服务外包专业人才培养的院校、国内外外包企业提供准确、直接、科学的人才服务。 

d)师资培训 

公司在实验室建设整个过程中将为院校提供师资培训服务，从实验室的规划建设到相关课程的建设，教学实施与管理，就业服务与推荐都提供整套的师资培训。通过完善的师资培训，提高院校教师在实践方面的经验，开阔教师社会实践视野，创新教学方法，提升整体师资队伍的水平。 

现有技术中有如下问题： 

教师远程共享自己桌面，教师通过桌面共享向学生传输自己的桌面信息，因目前采用局域网，在画面传输速度、质量和用户数量上都要有一定限制。 

因普遍的局域网都是支持100MB/s，实际传输速率基本上都会＜12.5MB/s.这就要求在在系统共享桌面、播放录音、视频时候，对这些数据做转换处理，以保证系统的响应时间在合理的范围之内。 

远程调用实训平台，目前采用vnc(Virtual Network Computer)远程控制软件，软件功能无法实现虚拟机资源的调用。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种实训工程实验室系统，该系统包括老师端子系统、学生端子系统和管理员子系统三个主要部分，以及后台服务器和数据库；其中，老师端子系统包括画面监控模块、课程教学模块、指导模块、教务管理模块、权限管理模块、课程管理模块、学生管理模块、教材管理模块、课堂管理模块和个人资料模块；学生端子系统包括求教模块、听课模块、实训模块、个人讯息模块、教师讯息模块、我的课程模块、我的资源模块和个人资料模块；管理员子系统包括权限管理模块、系统管理模块、虚拟维护模块和资源管理模块。 

另外提供一种基于实训工程实验室系统的教学管理方法，该方法分为三个阶段： 

第一阶段，在管理员子系统负责云计算虚拟机环境的建立，并对于教学资料进行上传，同时对整个教学系统和教师学生等用户进行管理，对于教师子系统和学生子系统，主要是登陆账户和等待账户授权权限的验证； 

第二阶段，管理员子系统在教学过程中，主要负责对于虚机资源的管理和维护，创建年级、学期和班级结构和信息，设置教室和制定基本课表、制定教学计划，教师子系统在调用虚机资源后，进行教学过程中的课程管理，而学生子系统则是在调用虚机资源后，进行教学过程中的课程浏览； 

第三阶段，教师子系统负责针对学生的课程教学，对于学生界面进行监控以及对于学生提出的问题进行指导，而学生子系统则是对于教师的课程教学内容进行接收，完成听课和项目实训，并发出对于教师子系统的求教内容。 

本发明的有益技术效果在于：采用先进的安全与权限机制有效的增强了系统的安全性，并且系统方便用户对课程安排、教材资料等信息进行管理，也方便用户对教学交流沟通指导等操作进行管理。 

附图说明

图1为实训工程实验室系统结构示意图； 

图2为老师端子系统结构示意图； 

图3为学生端子系统结构示意图； 

图4为管理员子系统结构示意图； 

图5为学生端提问流程图； 

图6为老师端解答问题流程图； 

图7为老师端建立课表流程图； 

图8为管理员建立虚机流程图。 

图9为整个教学管理流程图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。 

实验室系统是通过信息科技手段搭建的用于服务外包人才培养的实验室教学与实践环境。在实验室中学生可以依托虚拟学习环境在智能化辅助教学系统的指导下完成服务外包能力培养的体系化课程学习与训练，并围绕此建立能力评测、就业指导等配套相关服务。 

ITO实验室系统全称服务外包职业能力实训工程实验室系统，是通过信息科技手段搭建的用于服务外包人才培养的实验室教学与实践环境。在实验室中学生可以依托虚拟学习环境在智能化辅助教学系统的指导下完成服务外包能力培养的体系化课程学习与训练，并围绕此建立职业能力评测、就业指导等配套相关服务。 

ITO实验室系统可面向计算机科学与技术专业、软件工程专业、计算机应用专业、信息与通信工程、电子信息工程等相关专业，培养服务外包软件开发、软件测试、系统集成、项目管理等职业岗位的人才。 

ITO实验室系统的基本功能包括联合建设服务外包职业能力实训工程实验室、植入服务外包基地理论课程、开展服务外包相关岗位实训、进行服务外包项目实战和交付、提供职业素质与能力提升、提供工程师岗位能力评测、提供相关国家权威岗位认证、提供就业指导和人才信息管理等。 

ITO实验室系统使用当下流行的云计算技术手段构建软硬件环 境，让在机房中实验的学生能够工作在我们构建的私有云平台上，并提供教学管理客户端，实现了较好的实验室课堂控制和计算机机房管理。系统增加企业工程实践项目指导训练单元，可设计学校实验课程和项目实践课时，从而提高学生项目经验以及就业能力，协助学生在校园环境中体验企业项目过程，为进入服务外包行业打下坚实基础。 

实验室产品由硬件教学环境、实验室教学系统平台、实验室教学课程内容和实验室配套服务四个部分组成。其中硬件教学环境包括仿真的服务外包模拟场地环境和云服务计算机硬件平台；实验室教学系统平台包括内容管理系统、教学交互系统平台、虚拟化管理平台；实验室教学课程内容从格式上包括视频、项目文档、源码、课件、知识库、能力指标库、题库等。 

服务外包职业能力实训工程实验室配置了适合高校教学的实验内容，内容大多数源自于企业真实项目。实验内容由项目，代码，文字，课件，视频，课后练习，项目文档等综合组成，体现为内容网站的形式，配合学校实验教学和学生自学。 

服务外包职业能力实训工程实验室教学系统基于高校机房现有配置环境，在服务器上构建私有云环境，并构建内容服务器，配置服务器等配套设置，弱化讲师教学计算机和学生实训计算机的客户端配置，将老师教学，学生学习的环境运行在云端，并通过客户端分屏技术，实现更好的教师教学课堂控制和学生自我演练。这样在基本不改变学校机房的本地局域网环境的情况下，实现了工程实验环境全部工作在服务器端全真实环境的目的。 

如图1所示，实训工程实验室系统包括老师端子系统、学生端子系统以及管理员子系统三个主要部分，还有后台服务器和数据库等常用的设备(未示出)。其中，老师端子系统包括画面监控模块、课程教学模块、指导模块、教务管理模块、权限管理模块、课程管理模块、学生管理模块、教材管理模块、课堂管理模块和个人资料模块；学生端子系统包括求教模块、听课模块、实训模块、个人讯息模块、教师讯息模块、我的课程模块、我的资源模块和个人资料模块；管理员子系统包括权限管理模块、系统管理模块、虚拟维护模块和资源管理模块。 

系统的开发主要是为了使教学的管理工作更加规范化、系统化和程序化，提高信息处理的速度和准确性，提高学生对求教的用户体验。 

如图2所示，老师端子系统中教师根据用户账号和密码进行登陆后进入系统，随后根据需要启动各个功能模块。画面监控模块用于通过屏幕监控指定学生的操作画面；课程教学模块用于在学生屏幕上显示教师画面内容，让学生进行学习和阅读；指导模块用于列出需要指导的学生的排队序列，并根据选择结果连接对应的学生桌面；教务管理模块用于进行教务参数的设置；权限管理模块用于对系统人员的操作权限进行设置；课程管理模块用于进行课程内容的设置；学生管理模块用于进行作业的批改；教材管理模块用于对教材及附件内容进行存储和更新；课堂管理模块用于供老师查询学生的上课出席情况；个人资料模块用于对个人资料进行存储、更新和查询等操作。 

如图3所示，学生端子系统中学生根据用户账号和密码进行登陆 后进入系统，随后根据需要启动各个功能模块。求教模块用于学生进行向指定的教师进行提问；听课模块用于连接老师桌面并在屏幕上显示老师端发送来的课堂内容；实训模块用于连接虚机桌面进行实训；个人讯息模块用于显示当前登录人信息；老师讯息模块用于显示老师信息；我的课程模块用于对课程相关内容进行显示、存储和更新等相关操作；我的资源模块用于对教材及附件内容进行存储和更新；个人资料模块用于对个人信息进行存储、更新和查询等操作。 

如图4所示，管理员子系统中系统管理员根据用户账号和密码进行登陆后进入系统，随后根据需要启动各个功能模块。权限管理模块用于对教师、管理员和学生的用户权限进行管理；系统管理模块用于对系统中存储的教师、管理员和学生的基本信息进行管理；虚机维护模块用于对学生使用的虚拟机相关信息进行管理；资源管理模块用于对教师和学生使用的教材资源进行管理。 

求教指导是老师对学生提的问题进行答疑解惑，该业务包括学生提问、指导队列、连接指导、历史资料指导四个主要的流程。指导页面以三分屏进行展示，左侧是学生的虚机页面，中间是老师与学生沟通的聊天页面，右侧是当前在线人列表及老师上传的附件列表。 

排课管理是教师对每学期课程进行安排，包括教室设定、基本课表、课程管理、课程浏览及我的课程五个流程。教务处老师可以先对教室的开放时间进行设定，然后对课程安排进行排列，并对上课的老师和班级进行指定；老师可以对上课的教材提前进行上传和编辑，并可以查看最终的效果。 

该系统的用户包括老师、学生、教务处人员以及系统的管理人员(后台的管理人员)。不同的人员具有不同的权限，每种角色都可以查询自己的相关信息。系统的管理人员可以增加、删除以及修改修改其他所有人员的信息。 

管理员通过资源管理模块提前把教材上传至服务器，然后老师在备课时可以选择上课所需要的教材；另外老师还可以根据自己需要为查询所有的教材。 

为了使学生和老师能方便地演示和实现简单实验，系统提供了对虚拟机的配制功能。管理员通过虚机维护模块对虚拟机的各种基本参数进行配制，每位老师与学生都可以拥有一台自己专属的虚拟机，老师可以边操作边演示课程内容，学生可以在此机器上进行自己的实训。 

下面通过几个实例说明各个子系统的工作流程： 

当学生进行提问而教师回答问题时，对于学生端子系统，如图5所示，求教模块把学生输入的问题以问题信息的形式发送到后台服务器，后台服务器把问题信息数据存储到数据库中，并把相关的问题信息发送到老师端子系统的指导模块，指导模块连接用户画面，并把教师回答结果显示在学生端屏幕上。 

而对于老师端子系统，如图6所示，指导模块接收到学生提问请求后，根据问题列表选择对应答复的问题，将问题信息发送到后台服务器，后台服务器根据问题信息从数据库中提取问题相关信息并返回到指导模块，此时，指导模块连接选择的问题对应的学生画面，进行指导与回答问题，并在结束后对问题状态进行更新，如：解决、待解 决等。 

对于课程安排和课表制作来说，如图7所示，老师端子系统的课程管理模块接收教师输入的排课信息，形成基本课表，并把课表发送到后台服务器，后台服务器把课表信息存储在数据库中，同时形成课表相关信息发送到老师端子系统的课程管理模块，并显示在屏幕上。 

当学生需要利用虚机进行实训时，通过实训模块发送请求，在管理员子系统中，如图8所示，虚机维护模块根据发出请求的学生用户对应的信息获取虚机信息，并把虚机信息发送到后台服务器，后台服务器根据虚机信息从数据库中获取虚机相关信息，并把这些信息发送到虚机维护模块，虚机维护模块根据接收的虚机相关信息建立实训用虚机，并连接到学生端子系统的实训模块，随后，学生可以通过实训模块进行虚机实训操作。 

基于本发明提供的实训工程实验室系统完成的整个教学管理流程分为如下三个阶段： 

第一阶段，在管理员子系统负责云计算虚拟机环境的建立，并对于教学资料进行上传，同时对整个教学系统和教师学生等用户进行管理。对于教师子系统和学生子系统，主要是登陆账户和等待账户授权权限的验证。 

第二阶段，管理员子系统在教学过程中，主要负责对于虚机资源的管理和维护，创建年级、学期和班级结构和信息，设置教室和制定基本课表、制定教学计划。教师子系统在调用虚机资源后，进行教学过程中的课程管理，而学生子系统则是在调用虚机资源后，进行教学 过程中的课程浏览。 

第三阶段，教师子系统负责针对学生的课程教学，对于学生界面进行监控以及对于学生提出的问题进行指导，而学生子系统则是对于教师的课程教学内容进行接收，完成听课和项目实训，并发出对于教师子系统的求教内容。 

本发明的有益效果如下： 

本发明的实训工程实验室系统采用的云计算虚拟机技术，区别于普通的多媒体教学广播系统，教学环境虚拟化后具备了可还原性，也较普通教学环境更安全，学生实训只需能够运行虚拟环境，配置要求有所降低，基本上不改变学校原有机房环境的基础上，实现企业工程实践的仿真环境。 

从企业案例到企业项目，甚至完全由企业自行开发完成的教学课程包。配合企业岗位定制后，完全可供学生自由挑选学习，是整套实验室系统的核心价值所在，并且能够为服务外包行业人才的培养提供切实的帮助。 

ITO实训工程实验室系统全面覆盖职业能力实训的各项应用。系统用户界面友好，方便用户对课程安排、教材资料等信息进行管理，也方便用户对教学交流沟通指导等操作进行管理。 

ITO实训工程实验室系统易集成、易扩展。数据层采用JPA处理机制，灵活实现数据交换和共享，应用层完全基于Java/EJB/J2EE架构，并且使用组件化、模块化、对象化的设计方法，可以在任何平台上使用。 

实验室系统的采用先进的安全与权限机制有效的增强了系统的安全性。 

Claims (6)

1.一种实训工程实验室系统，其特征在于，该系统包括老师端子系统、学生端子系统和管理员子系统三个主要部分，以及后台服务器和数据库；

其中，老师端子系统包括画面监控模块、课程教学模块、指导模块、教务管理模块、权限管理模块、课程管理模块、学生管理模块、教材管理模块、课堂管理模块和个人资料模块；

学生端子系统包括求教模块、听课模块、实训模块、个人讯息模块、教师讯息模块、我的课程模块、我的资源模块和个人资料模块；

管理员子系统包括权限管理模块、系统管理模块、虚拟维护模块和资源管理模块。

2.如权利要求1所述的实验室系统，其特征在于，老师端子系统中画面监控模块用于通过屏幕监控指定学生的操作画面；课程教学模块用于在学生屏幕上显示教师画面内容，让学生进行学习和阅读；指导模块用于列出需要指导的学生的排队序列，并根据选择结果连接对应的学生桌面；教务管理模块用于进行教务参数的设置；权限管理模块用于对系统人员的操作权限进行设置；课程管理模块用于进行课程内容的设置。

3.如权利要求1所述的实验室系统，其特征在于，学生端子系统中求教模块用于学生进行向指定的教师进行提问；听课模块用于连接老师桌面并在屏幕上显示老师端发送来的课堂内容；实训模块用于连接虚机桌面进行实训。

4.如权利要求1所述的实验室系统，其特征在于，管理员子系统中权限管理模块用于对教师、管理员和学生的用户权限进行管理；系统管理模块用于对系统中存储的教师、管理员和学生的基本信息进行管理；虚机维护模块用于对学生使用的虚拟机相关信息进行管理；资源管理模块用于对教师和学生使用的教材资源进行管理。

5.如权利要求1所述的实验室系统，其特征在于，该系统的用户包括老师、学生、教务处人员以及系统的管理人员，不同的人员具有不同的权限，每种角色都可以查询自己的相关信息，系统的管理人员可以增加、删除以及修改修改其他所有人员的信息。

6.一种基于实训工程实验室系统的教学管理方法，其特征在于，该方法分为三个阶段：

第一阶段，在管理员子系统负责云计算虚拟机环境的建立，并对于教学资料进行上传，同时对整个教学系统和教师学生等用户进行管理，对于教师子系统和学生子系统，主要是登陆账户和等待账户授权权限的验证；

第二阶段，管理员子系统在教学过程中，主要负责对于虚机资源的管理和维护，创建年级、学期和班级结构和信息，设置教室和制定基本课表、制定教学计划，教师子系统在调用虚机资源后，进行教学过程中的课程管理，而学生子系统则是在调用虚机资源后，进行教学过程中的课程浏览；

第三阶段，教师子系统负责针对学生的课程教学，对于学生界面进行监控以及对于学生提出的问题进行指导，而学生子系统则是对于教师的课程教学内容进行接收，完成听课和项目实训，并发出对于教师子系统的求教内容。