配合国家教育信息化发展战略实施信息化教学整体方案设计与实践
2022-06-09
【文章摘要】
本文从实例出发，对如何实施信息化教学，从前端多媒体教室建设到教学资源库平台开发、资源建设思路以及后台云计算服务平台的搭建，提出了具体的整体解决方案。
【关键词】
云计算；虚拟化；教育信息化
0 引言
在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》中，明确提出要“强化信息技术应用，提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果”，针对教育信息化，教育部制订了《教育信息化十年发展规划(2011-2020)》，其目的是改革中国传统的传授式课堂教学模式，培养具有高度创新能力的创新型人才。
教育模式的改革，必然使用现代多媒体教学系统，依托网络信息技术，构建云计算服务硬件平台和以仿真实训软件为核心的教学资源库软件平台，配合前端多媒体教室中教师授课空间设备和学生互动设备，形成实施信息化教学整体方案，以丰富的教学资源为学生创造性思维的发展和创新能力的培养提供条件。
1 教室建设方案
以前的多媒体教室就是计算机+ 投影，因有线话筒、键盘和鼠标的限制，教师离不开讲台，成了课件的放映员和讲解员，师生之间缺乏互动交流，气氛呆板、生硬。
为解决目前教学手段中存在的问题， 用多点触控电子白板替代投影幕布，同时，它必须具备键盘和鼠标的功能，无线话筒取代有线话筒，让老师远离讲台，超短焦投影仪方便老师回归“黑板+ 粉笔” 的原生讲课姿态而又使用现代“电教平台”。多点触控电子白板既可以像传统的黑板一样，用手指书写、批注，又可以利用丰富的教学资源。同时配备一块同等大小和材质、无互动功能的笔写白板，兼顾传统书写习惯。
触控技术的选择是涉及整个系统应用成败的关键，只有对投影对象的放大、缩小、旋转等手势的判断精准无误，才能替代键盘和鼠标，否则达不到预期效果。目前的触控技术主要有电阻、电容、压感、声波、光学、红外、表面光波、纳米电路等多种技术，表面光波基本原理是在白板表面形成纵横交错、不可见的光网，当手指触碰时，阻断了光线，从而判断出触点的位置，它能够真正实现4 点、10 点、16 点、32 点、48 点触控，触控点越多，对手势判断越精准，使用操作更轻松。
2 教学资源库提供教与学的互动平台
教学资源库是发展教育信息化、实现教育现代化的核心和关键。教师是教学和教育改革的主体，要使网上教学资源真正建好、用好，教师是最重要的因素。因此，教学资源的建设应以教师自己收集、整理和制作的课件及其相关资源为主，制作难度较大的仿真软件、成套的视频教程主要通过购买的方式获得。立足于课堂教学， 构建一个开放的、共享的、富有学校特色的校本资源库。要建成这样一个师生广泛使用的优秀教学资源库，管理平台的开发是必须的，功能不一定要多么强大，主要要求是操作、使用简单，能实现各类文档的在线播放，要方便教师上传资源和学生上传作业，方便教师和学生查找和播放，要集成仿真实训平台和远程辅导功能。
“共享型专业教学资源库云综合平台”，教师采用工号、学生用学号登录，系统采用“学院——专业——课程——教师”的基本架构，每位教师都有自己的空间，教师本人对自己的空间拥有完全控制权，其他人只有下载、播放权，教师在自己的空间中建立什么样的文件夹？如何存储自己上课要用到的资源等，完全由自己做主，对某些文件夹也可以屏蔽他人的下载和播放，对如“作业”之类的文件夹可以对自己任课班级的学生开放上传权、屏蔽下载权。
教师自己上传的资源更有针对性和适用性，资源的管理和使用更符合教师和学生的思维和使用习惯，必然会得到教师和学生的广泛应用。
对于制作难度大、成本较高的成套视频教程，可以购买专业公司制作的产品， 分学院存放，共同使用，不放在教师个人空间中。
虚拟仿真技术是当今非常流行的新型教学媒体，它解决了实操实训进不去、看不见、难再现、多污染、高消耗、不安全、设施设备不足、实训指导教师不足等众多难题，而且将趣味性、现场氛围、个性化导训、智能化考核、分层次实训等先进的教育思想融人其中，创造出智能化、信息化、现代化的实训环境。各类专业仿真实训软件的开发难度是很大的，可以购买专业开发公司的成熟产品，集成到教学资源管理平台中。
远程辅导是除作业提交、作业批改以外，师生课后互动交流的主要场所，远方的老师通过笔记本电脑或带摄像头和话筒的台式计算机，在规定的辅导日期和时间内，进入教师姓名对应的辅导室，学生可以在教室参与辅导，也可以利用自己的笔记本或手机在其它地方参与辅导，“白板共享”可以让老师和学生在同一块白板上书写，配合语音进行远程辅导，同时书写的人太多、太乱的话，老师可以取消任意学生的书写权。同时说话的人太多，也可以取消任意学生的话语权。“文档共享” 或“网页共享”，老师可以在远方打开一个任意类型的文档或网页让学生观看，同时配合语音讲解，可以更加清楚地解答学生的问题。“程序共享”，可以在远方打开任意的应用软件，如：auto cad、excel 等，并可以一边操作一边讲解，这对软件类课程的远程辅导非常有效。
3 云计算保障教学资源库的高密度访问
供全校师生大规模使用的教学资源库和仿真实训软件的应用，用过去的方式，把应用系统安装在某台物理服务器上，访问规模必然受限，数千人同时使用某一应用系统要么服务器崩溃，要么根本就登录不了。同一应用系统装在多台物理服务器上，数据的统一性、完整性存在很大问题，管理也复杂。为了解决这些问题，应用服务器虚拟化集群技术是必然的选择，所有应用系统部署在若干虚拟机上， 一个虚拟机总是依赖于某台物理服务器， 当某台服务器超负荷时，云计算平台会复制一台虚拟机从另一台物理服务器上启动，供更多人使用，而对用户来讲好象没有区别，用户提交的数据必须使用统一的云存储，而不放在服务器的本地，这就解决了数据的完整性和统一性。
4 应用虚拟化构建虚拟实训平台
云计算中的应用虚拟化，可以将应用软件变为可以通过互联网浏览器使用的服务，因此应用软件不再需要安装在本地，而是安装在虚拟服务器上，虚拟服务器可以建立很多，有冲突的应用软件可以分开安装，永远不会冲突。特别是对于单机版的仿真实训软件，不需要一台计算机购买一套，只要一套安装在虚拟服务器上，通过应用虚拟化发布后就自然成为了“网络版”，可供多人同时使用。当某一应用软件访问人数过多时，云计算平台会自动实现虚拟机的跳转，但许多仿真实训软件都有加密狗，加密狗是物理设备无法跳转，可以用一台物理服务器和若干USB HUB 作为USB 服务器，所有加密狗都插在它上面，虚拟机的应用程序都访问该服务器的加密狗，保证了虚拟机在动态迁移过程中的正常运行。
5 结论
云计算可以解决过去许多无法解决的难题，是互联网产业中最具生命力的一项技术，在发展教育信息化、实现教育现代化的历史进程中，我们应该充分利用各种先进技术，为教学手段的更新、课堂教学模式的改革提供强大的技术支持。只有这样，我们的教育水平才能走向世界的前列。
【参考文献】
[1] 胡亚梅.《建设高等学校优质教学资源库》[J]. 江苏高教.2004(4):70-72
[2] 张莹，张兴.《以虚拟仿真资源为抓手，打造湖铁特色教学资源平台》[J]. 中国教育信息化.2012(13):47- 49
[3] 张鑫.《浅谈基于应用程序虚拙化的实验室管理》[J]. 科技信息.2011(6):251-252
本文从实例出发，对如何实施信息化教学，从前端多媒体教室建设到教学资源库平台开发、资源建设思路以及后台云计算服务平台的搭建，提出了具体的整体解决方案。
【关键词】
云计算；虚拟化；教育信息化
0 引言
在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》中，明确提出要“强化信息技术应用，提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果”，针对教育信息化，教育部制订了《教育信息化十年发展规划(2011-2020)》，其目的是改革中国传统的传授式课堂教学模式，培养具有高度创新能力的创新型人才。
教育模式的改革，必然使用现代多媒体教学系统，依托网络信息技术，构建云计算服务硬件平台和以仿真实训软件为核心的教学资源库软件平台，配合前端多媒体教室中教师授课空间设备和学生互动设备，形成实施信息化教学整体方案，以丰富的教学资源为学生创造性思维的发展和创新能力的培养提供条件。
1 教室建设方案
以前的多媒体教室就是计算机+ 投影，因有线话筒、键盘和鼠标的限制，教师离不开讲台，成了课件的放映员和讲解员，师生之间缺乏互动交流，气氛呆板、生硬。
为解决目前教学手段中存在的问题， 用多点触控电子白板替代投影幕布，同时，它必须具备键盘和鼠标的功能，无线话筒取代有线话筒，让老师远离讲台，超短焦投影仪方便老师回归“黑板+ 粉笔” 的原生讲课姿态而又使用现代“电教平台”。多点触控电子白板既可以像传统的黑板一样，用手指书写、批注，又可以利用丰富的教学资源。同时配备一块同等大小和材质、无互动功能的笔写白板，兼顾传统书写习惯。
触控技术的选择是涉及整个系统应用成败的关键，只有对投影对象的放大、缩小、旋转等手势的判断精准无误，才能替代键盘和鼠标，否则达不到预期效果。目前的触控技术主要有电阻、电容、压感、声波、光学、红外、表面光波、纳米电路等多种技术，表面光波基本原理是在白板表面形成纵横交错、不可见的光网，当手指触碰时，阻断了光线，从而判断出触点的位置，它能够真正实现4 点、10 点、16 点、32 点、48 点触控，触控点越多，对手势判断越精准，使用操作更轻松。
2 教学资源库提供教与学的互动平台
教学资源库是发展教育信息化、实现教育现代化的核心和关键。教师是教学和教育改革的主体，要使网上教学资源真正建好、用好，教师是最重要的因素。因此，教学资源的建设应以教师自己收集、整理和制作的课件及其相关资源为主，制作难度较大的仿真软件、成套的视频教程主要通过购买的方式获得。立足于课堂教学， 构建一个开放的、共享的、富有学校特色的校本资源库。要建成这样一个师生广泛使用的优秀教学资源库，管理平台的开发是必须的，功能不一定要多么强大，主要要求是操作、使用简单，能实现各类文档的在线播放，要方便教师上传资源和学生上传作业，方便教师和学生查找和播放，要集成仿真实训平台和远程辅导功能。
“共享型专业教学资源库云综合平台”，教师采用工号、学生用学号登录，系统采用“学院——专业——课程——教师”的基本架构，每位教师都有自己的空间，教师本人对自己的空间拥有完全控制权，其他人只有下载、播放权，教师在自己的空间中建立什么样的文件夹？如何存储自己上课要用到的资源等，完全由自己做主，对某些文件夹也可以屏蔽他人的下载和播放，对如“作业”之类的文件夹可以对自己任课班级的学生开放上传权、屏蔽下载权。
教师自己上传的资源更有针对性和适用性，资源的管理和使用更符合教师和学生的思维和使用习惯，必然会得到教师和学生的广泛应用。
对于制作难度大、成本较高的成套视频教程，可以购买专业公司制作的产品， 分学院存放，共同使用，不放在教师个人空间中。
虚拟仿真技术是当今非常流行的新型教学媒体，它解决了实操实训进不去、看不见、难再现、多污染、高消耗、不安全、设施设备不足、实训指导教师不足等众多难题，而且将趣味性、现场氛围、个性化导训、智能化考核、分层次实训等先进的教育思想融人其中，创造出智能化、信息化、现代化的实训环境。各类专业仿真实训软件的开发难度是很大的，可以购买专业开发公司的成熟产品，集成到教学资源管理平台中。
远程辅导是除作业提交、作业批改以外，师生课后互动交流的主要场所，远方的老师通过笔记本电脑或带摄像头和话筒的台式计算机，在规定的辅导日期和时间内，进入教师姓名对应的辅导室，学生可以在教室参与辅导，也可以利用自己的笔记本或手机在其它地方参与辅导，“白板共享”可以让老师和学生在同一块白板上书写，配合语音进行远程辅导，同时书写的人太多、太乱的话，老师可以取消任意学生的书写权。同时说话的人太多，也可以取消任意学生的话语权。“文档共享” 或“网页共享”，老师可以在远方打开一个任意类型的文档或网页让学生观看，同时配合语音讲解，可以更加清楚地解答学生的问题。“程序共享”，可以在远方打开任意的应用软件，如：auto cad、excel 等，并可以一边操作一边讲解，这对软件类课程的远程辅导非常有效。
3 云计算保障教学资源库的高密度访问
供全校师生大规模使用的教学资源库和仿真实训软件的应用，用过去的方式，把应用系统安装在某台物理服务器上，访问规模必然受限，数千人同时使用某一应用系统要么服务器崩溃，要么根本就登录不了。同一应用系统装在多台物理服务器上，数据的统一性、完整性存在很大问题，管理也复杂。为了解决这些问题，应用服务器虚拟化集群技术是必然的选择，所有应用系统部署在若干虚拟机上， 一个虚拟机总是依赖于某台物理服务器， 当某台服务器超负荷时，云计算平台会复制一台虚拟机从另一台物理服务器上启动，供更多人使用，而对用户来讲好象没有区别，用户提交的数据必须使用统一的云存储，而不放在服务器的本地，这就解决了数据的完整性和统一性。
4 应用虚拟化构建虚拟实训平台
云计算中的应用虚拟化，可以将应用软件变为可以通过互联网浏览器使用的服务，因此应用软件不再需要安装在本地，而是安装在虚拟服务器上，虚拟服务器可以建立很多，有冲突的应用软件可以分开安装，永远不会冲突。特别是对于单机版的仿真实训软件，不需要一台计算机购买一套，只要一套安装在虚拟服务器上，通过应用虚拟化发布后就自然成为了“网络版”，可供多人同时使用。当某一应用软件访问人数过多时，云计算平台会自动实现虚拟机的跳转，但许多仿真实训软件都有加密狗，加密狗是物理设备无法跳转，可以用一台物理服务器和若干USB HUB 作为USB 服务器，所有加密狗都插在它上面，虚拟机的应用程序都访问该服务器的加密狗，保证了虚拟机在动态迁移过程中的正常运行。
5 结论
云计算可以解决过去许多无法解决的难题，是互联网产业中最具生命力的一项技术，在发展教育信息化、实现教育现代化的历史进程中，我们应该充分利用各种先进技术，为教学手段的更新、课堂教学模式的改革提供强大的技术支持。只有这样，我们的教育水平才能走向世界的前列。
【参考文献】
[1] 胡亚梅.《建设高等学校优质教学资源库》[J]. 江苏高教.2004(4):70-72
[2] 张莹，张兴.《以虚拟仿真资源为抓手，打造湖铁特色教学资源平台》[J]. 中国教育信息化.2012(13):47- 49
[3] 张鑫.《浅谈基于应用程序虚拙化的实验室管理》[J]. 科技信息.2011(6):251-252