摘 要隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用的推廣，高等教育專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的配套管理及管理平臺應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析的能力，該平臺也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研培養(yǎng)模式的橋梁。本文結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)科的特點(diǎn)，分析了大數(shù)據(jù)背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的需求，并進(jìn)一步研究了實(shí)驗(yàn)室配套管理平臺的實(shí)施方案、實(shí)施的整體架構(gòu)及部署，為專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和在新技術(shù)新環(huán)境下新的管理模式提供了具有可操作性、技術(shù)先進(jìn)性的參考。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 實(shí)驗(yàn)室管理 大數(shù)據(jù) 計(jì)算資源管理

1 引言

隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用的推廣，在教育領(lǐng)域上，大數(shù)據(jù)應(yīng)用被用于分析學(xué)生的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、技能狀態(tài)數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)偏好數(shù)據(jù)等，借助相關(guān)的數(shù)據(jù)分析為教育活動、培養(yǎng)模式和教育決策提供合理的、有效的、科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。在大數(shù)據(jù)背景下，對高校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、管理及應(yīng)用提出了更高的要求：

（1）實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)建設(shè)在具備計(jì)算資源的管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集能力的功能框架上；

（2）實(shí)驗(yàn)室應(yīng)能為各專業(yè)學(xué)生提供具備大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)、大數(shù)據(jù)分析能力的計(jì)算資源及框架；

（3）實(shí)驗(yàn)室平臺應(yīng)具備產(chǎn)學(xué)研培養(yǎng)模式的服務(wù)能力。

以人才培養(yǎng)與學(xué)科研究/建設(shè)互動為原則，大數(shù)據(jù)背景下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與學(xué)科發(fā)展、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、師資技術(shù)培訓(xùn)緊密結(jié)合，本文提出了基于項(xiàng)目管理和計(jì)算資源管理的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及管理的研究，并提出合理的解決方案，為推動教學(xué)和課程改革，推動教學(xué)模式和教學(xué)手段轉(zhuǎn)變，具備分析學(xué)生技能、學(xué)習(xí)行為及數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)采集、存儲、分析）能力，形成技能型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)建一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。

2 大數(shù)據(jù)背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需求

在大數(shù)據(jù)背景下，隨著學(xué)校近年來專業(yè)數(shù)量的進(jìn)一步擴(kuò)大，增加的專業(yè)對實(shí)踐動手能力要求較高，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，現(xiàn)在的教學(xué)模式亟需發(fā)生變革，必須尋求一種更有效的實(shí)訓(xùn)模式。結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)科及專業(yè)實(shí)驗(yàn)需求，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)具備前瞻性、擴(kuò)展性、普適性的特征，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的管理是管理員對計(jì)算資源進(jìn)行運(yùn)維的過程，體現(xiàn)了應(yīng)用與理論相結(jié)合的需求。實(shí)驗(yàn)室具備云計(jì)算、云服務(wù)及數(shù)據(jù)處理的能力，為培養(yǎng)新型技能型人才提供良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、對外服務(wù)的平臺及教學(xué)環(huán)境。在大數(shù)據(jù)背景下，計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及管理應(yīng)從以下的幾個(gè)方面進(jìn)行規(guī)劃及分析：

（1）針對計(jì)算機(jī)學(xué)科各專業(yè)的共同特征，在理論教學(xué)中各課程間是一個(gè)協(xié)同耦合的關(guān)系，以軟件開發(fā)過程為主線，將專業(yè)課程用規(guī)范的軟件項(xiàng)目過程模式應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)管理中，將新的軟件開發(fā)模式、新的開發(fā)技術(shù)、新的業(yè)務(wù)流程快速地部署到實(shí)踐教學(xué)中并實(shí)施——該過程的實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提出了專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)具有基于項(xiàng)目管理平臺的能力。

（2）針對云計(jì)算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用的發(fā)展，為各專業(yè)學(xué)生提供個(gè)性化服務(wù)，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)以虛擬計(jì)算資源的方式對各類用戶提供系統(tǒng)平臺服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)分析能力的計(jì)算節(jié)點(diǎn)：一方面通過實(shí)驗(yàn)室平臺能方便快捷地管理硬件設(shè)施并以虛擬資源的形成呈現(xiàn)出來；另一方面所搭建的對計(jì)算資源進(jìn)行管理的云計(jì)算平臺能為學(xué)生學(xué)習(xí)與計(jì)算資源管理相關(guān)的一系列課程的開設(shè)提供良好的軟件和硬件相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

（3）實(shí)驗(yàn)室管理中應(yīng)提供云服務(wù)平臺的管理模式，各類各層次及企業(yè)機(jī)構(gòu)用戶能按其在參與的項(xiàng)目中所擔(dān)任的角色參與項(xiàng)目信息的共享、項(xiàng)目開發(fā)過程的協(xié)同、任務(wù)的分發(fā)及監(jiān)督、討論等基于項(xiàng)目管理的活動，并可提供方便地按需進(jìn)行系統(tǒng)環(huán)境的配置、開發(fā)平臺的部署等。

（4）提供知識庫管理功能，在課程上、在項(xiàng)目開發(fā)模版上、在開發(fā)素材上、在代碼復(fù)用上，為項(xiàng)目開發(fā)人員提供支撐的知識庫及歸檔服務(wù)。

（5）計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是一項(xiàng)既有硬件建設(shè)，又有軟件平臺建設(shè)的復(fù)雜工程，同時(shí)針對計(jì)算機(jī)專業(yè)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生走向崗位的跳板和橋梁，其軟件平臺的建設(shè)應(yīng)以產(chǎn)學(xué)研平臺為指導(dǎo)原則進(jìn)行構(gòu)建。

結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)類專業(yè)在教學(xué)過程中通過實(shí)驗(yàn)室平臺依靠云計(jì)算技術(shù)的模擬實(shí)踐環(huán)境的構(gòu)建，將各行業(yè)實(shí)際的應(yīng)用過程整合進(jìn)來，把專業(yè)知識和實(shí)踐方法綜合與貫通起來，能更好地解決云計(jì)算技術(shù)類專業(yè)人才的培養(yǎng)和師資培訓(xùn)的問題。

3 計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案及管理模式

3.1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案的總體框架

針對高校的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的總體應(yīng)用架構(gòu)的搭建及系統(tǒng)平臺的構(gòu)建遵循面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）原則，具備安全性、集中性、高效性、高可靠性、開放性、可擴(kuò)展性。實(shí)驗(yàn)室的總體框架由軟件平臺和硬件設(shè)備整合而成，主要包含了：

（1）應(yīng)用層——教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)管理；

（2）云服務(wù)平臺層——云服務(wù)運(yùn)維管理層；

（3）虛擬資源層——計(jì)算資源的虛擬化及管理；

（4）基礎(chǔ)設(shè)施層——服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)等物理設(shè)備。

方案的總體框架如圖1所示：

圖1中“計(jì)算資源管理平臺”主要負(fù)責(zé)以下的工作：

用戶管理：團(tuán)隊(duì)用戶的申請、審批、權(quán)限、生產(chǎn)環(huán)境及計(jì)算資源的配置模板管理。

計(jì)算資源分配管理：針對用戶的需求，制作對應(yīng)的軟件生產(chǎn)環(huán)境系統(tǒng)鏡像（配置生產(chǎn)環(huán)境、開發(fā)權(quán)限等），并為其分配相應(yīng)的計(jì)算資源。

在線用戶管理：用戶VM的管理、計(jì)算資源的回收和分配；

基礎(chǔ)設(shè)施的管理：在基礎(chǔ)設(shè)施中添加、維護(hù)物理服務(wù)器的入群和退出等。

計(jì)算資源管理平臺是一個(gè)基于云計(jì)算應(yīng)用的管理平臺，部署上主要采用一臺高性能服務(wù)器或與云服務(wù)平臺層的服務(wù)器（高性能服務(wù)器）捆綁在一起。

3.2 實(shí)驗(yàn)室管理平臺——軟件項(xiàng)目管理平臺

為實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的高效管理，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)模式，實(shí)驗(yàn)室管理和核心平臺——軟件項(xiàng)目管理平臺，平臺主要由三個(gè)子平臺構(gòu)成，其框架如圖2所示。

3.2.1 知識資源庫管理平臺

一方面為支持構(gòu)件（源碼庫、類庫），相關(guān)的文檔——需求說明書、開發(fā)計(jì)劃、設(shè)計(jì)說明書等，設(shè)計(jì)素材，測試用例，案例庫等各個(gè)項(xiàng)目研發(fā)過程性知識資源的復(fù)用，以提高項(xiàng)目研發(fā)的效率；另一方面為教育培訓(xùn)提供各個(gè)方面的知識資源案例，為培養(yǎng)軟件研發(fā)人才提供詳細(xì)的項(xiàng)目過程管理規(guī)范、項(xiàng)目案例示范、編碼案例示范、文檔模板及文檔撰寫示范。

3.2.2 協(xié)同開發(fā)服務(wù)云端平臺

以協(xié)同軟件生產(chǎn)線為業(yè)務(wù)工作流（需求分析→設(shè)計(jì)→任務(wù)分解→任務(wù)分發(fā)→開發(fā)→整合（單元測試）→測試→發(fā)布→驗(yàn)收），線上（云端）主要管理：任務(wù)分解、任務(wù)分發(fā)、開發(fā)、整合（單元驗(yàn)收）、項(xiàng)目驗(yàn)收五個(gè)過程，其它過程為線下管理。在平臺上，首先將需求與設(shè)計(jì)部分（線下由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目經(jīng)理完成——教師、學(xué)生、企業(yè)協(xié)同完成任務(wù)的設(shè)計(jì)及分配）產(chǎn)生的軟件設(shè)計(jì)說明書作為一個(gè)新的項(xiàng)目在平臺中進(jìn)行注冊的初始化文檔導(dǎo)入系統(tǒng)，線上部分主要有：組織級項(xiàng)目管理、項(xiàng)目生命周期管理、任務(wù)管理、測試管理、評審管理、外包管理、審查管理、知識和文檔管理等基于混合敏捷開發(fā)方法（即支持敏捷和傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理）的標(biāo)準(zhǔn)和方法。

3.2.3 協(xié)同開發(fā)桌面云

將桌面計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲資源（包括CPU、硬盤、內(nèi)存）集中部署在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心機(jī)房，通過虛擬化技術(shù)將物理資源轉(zhuǎn)化為虛擬資源，并按需向用戶提供虛擬桌面服務(wù)。實(shí)現(xiàn)完整的水平整合和云化企業(yè)異構(gòu)IT基礎(chǔ)設(shè)施的能力，能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)中心虛擬化或桌面虛擬化構(gòu)筑云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)和運(yùn)營模式，實(shí)現(xiàn)固定和移動融合的云接入能力，幫助學(xué)生跨學(xué)院/跨區(qū)域?qū)?xiàng)目開發(fā)環(huán)境下的桌面、應(yīng)用和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、發(fā)布和聚合，提升軟件項(xiàng)目研發(fā)過程的信息安全及技術(shù)保密。

該平臺基于項(xiàng)目過程建立一個(gè)以流程導(dǎo)向、以軟件項(xiàng)目為中心的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)維支撐平臺，為整個(gè)云實(shí)驗(yàn)室提供一套行之有效的運(yùn)維管理體系。

3.3 實(shí)驗(yàn)室管理的內(nèi)容

3.3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式

按照“三位一體”原則，主要由實(shí)驗(yàn)室管理員、課程教師、學(xué)生、企業(yè)機(jī)構(gòu)四個(gè)角色，為云計(jì)算教學(xué)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)統(tǒng)一的管理服務(wù)模式，在管理平臺中完成實(shí)驗(yàn)資源調(diào)度管理、教學(xué)資源管理、實(shí)訓(xùn)課程管理、實(shí)驗(yàn)軟件管理、實(shí)驗(yàn)考核管理、用戶管理、權(quán)限管理及其他個(gè)性化設(shè)置管理等。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)課程管理

按照計(jì)算機(jī)學(xué)科各專業(yè)將課程理論和云實(shí)驗(yàn)課程兩部分組成，涵蓋基礎(chǔ)原理、核心技術(shù)、平臺實(shí)踐、應(yīng)用案例等。

最終用戶通過網(wǎng)絡(luò)，使用各種PC瀏覽器或移動終端設(shè)備接入實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理門戶，通過統(tǒng)一身份認(rèn)證、訪問控制等安全策略控制后，使用云實(shí)驗(yàn)室各種虛擬云資源及學(xué)校云實(shí)驗(yàn)課程，為最終用戶提供云計(jì)算教學(xué)和體驗(yàn)。

4 計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施架構(gòu)及基礎(chǔ)業(yè)務(wù)流程

解決方案實(shí)施架構(gòu)及基礎(chǔ)業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

為了降低實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)成本，提高信息安全管理力度，采用“云端集中化”模式，通過云桌面技術(shù)將學(xué)生個(gè)性化桌面集中部署在服務(wù)器上，不同設(shè)備可以隨意訪問，同時(shí)實(shí)現(xiàn)桌面維護(hù)簡單化、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中化。具備：

（1）穩(wěn)定、節(jié)能；

（2）少故障、易維護(hù)；

（3）模板式桌面部署，系統(tǒng)安裝、軟件分發(fā)、環(huán)境設(shè)置、故障恢復(fù)等工作可以一鍵下發(fā)，減少運(yùn)維工作量；

（4）移動化、更靈活提升辦公效率；

（5）安全、易備份，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中存儲，形成分布式共享數(shù)據(jù)存儲，提供經(jīng)濟(jì)高效的存儲。

5 結(jié)束語

在大數(shù)據(jù)背景下，高等教育的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及配套的管理平臺應(yīng)具備高開放性和可擴(kuò)展性，一方面形成高效的實(shí)驗(yàn)室管理模式的配套工具；另一方面能為培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)提供與研究熱點(diǎn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]陳雷.大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析的研究與應(yīng)用——以浙江省教師教育MOOC培訓(xùn)平臺的課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，26（08）：109-115.

[2]張艷艷，韓濤，高秀芝，等.基于大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下的實(shí)驗(yàn)室管理改革方向[J].教育教學(xué)論壇，2016（05）：219-220.

[3]毋妙麗，段曉英.基于云桌面的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2016（23）：10-12.

[4]王娟 高等院校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理探析[J].中國輕工教育，2016（01）：64-66.

[5]歐躍發(fā)，黃文明.基于云計(jì)算的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2016（08）：097.

[6]劉世偉，田世鵬，甘濤，等.虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（09）：82-83.

作者簡介

莫瀟曉（1981-），男，廣東省肇慶市人?，F(xiàn)為肇慶學(xué)院教育技術(shù)與計(jì)算機(jī)中心助理實(shí)驗(yàn)師。研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室管理、虛擬實(shí)驗(yàn)室、云計(jì)算。

作者單位

廣東肇慶學(xué)院教育技術(shù)與計(jì)算機(jī)中心 廣東省肇慶市 526061