劉欣頁(yè) 國(guó)曉輝 宮銘

[摘 要]隨著云計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)方式不斷轉(zhuǎn)變，經(jīng)管類各專業(yè)對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提出了新要求。本文對(duì)基于云平臺(tái)的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行研究，分析了傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)類實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)比云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)PC機(jī)實(shí)驗(yàn)室，提出了一種可行方案，旨在為相關(guān)研究提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn)室建設(shè);實(shí)驗(yàn)教學(xué);云計(jì)算

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.24.096

[中圖分類號(hào)]TP391.6[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194（2019）24-0-02

0 ? ? 引 言

《教育部等部門(mén)關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實(shí)踐育人工作的若干意見(jiàn)》中明確指出，“實(shí)踐教學(xué)是學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，是深化課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取、掌握知識(shí)的重要途徑。”隨著云計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)方式不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變。全國(guó)各高校著力改進(jìn)教育體系改革，注重學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)，經(jīng)管類本科生教育培養(yǎng)方案大幅度提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)時(shí)。同時(shí)在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代背景下，課堂教學(xué)實(shí)質(zhì)與形式都發(fā)生了巨大改變，信息技術(shù)對(duì)人們學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)提出了新的挑戰(zhàn)。一些高校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方向陸續(xù)從傳統(tǒng)的臺(tái)式機(jī)實(shí)驗(yàn)室向基于云平臺(tái)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)室改造發(fā)展。虛擬化實(shí)驗(yàn)室的云平臺(tái)構(gòu)建主要是為教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)踐和科研提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境和各種硬件服務(wù)器資源，并實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理、分配和監(jiān)控的一系列解決方案。本文對(duì)經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，對(duì)云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)PC機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行對(duì)比分析，論證了云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室方案的可行性，并提出基于云平臺(tái)的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)單系統(tǒng)框架。

1 ? ? 傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)類實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)經(jīng)管類PC機(jī)實(shí)驗(yàn)室，各類型實(shí)訓(xùn)軟件運(yùn)行在每一臺(tái)學(xué)生機(jī)，結(jié)合集中訪問(wèn)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)，能夠提高教學(xué)質(zhì)量，但師生在教學(xué)活動(dòng)中，還是遇到了一些問(wèn)題。

1.1 ? 管理不易

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式不清晰，機(jī)房建設(shè)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致資源分散現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備型號(hào)不統(tǒng)一等問(wèn)題難解決，后期升級(jí)融合難，硬件不易擴(kuò)展，不兼容，無(wú)集中管理規(guī)劃等。后期管理員需對(duì)每一臺(tái)PC機(jī)進(jìn)行單獨(dú)管理，任務(wù)繁重。

1.2 ? 機(jī)房固件升級(jí)難

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，校園內(nèi)使用的臺(tái)式機(jī)更新?lián)Q代速度慢，多數(shù)機(jī)器使用年限遠(yuǎn)高于個(gè)人機(jī)，而目前硬件資源發(fā)展迅猛，5年前的機(jī)器很難保障現(xiàn)有軟件順利運(yùn)行，機(jī)器運(yùn)行速度慢，后期維修費(fèi)用偏高。

1.3 ? 設(shè)計(jì)規(guī)劃陳舊

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目建設(shè)房間規(guī)劃陳舊，軟件安裝過(guò)于固定，面積分散、資源分布不均衡，是部分院校很難處理的歷史遺留問(wèn)題，亟須重新設(shè)計(jì)規(guī)劃。

1.4 ? 實(shí)驗(yàn)室利用率低

擁有經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室的本科院校，部分具有會(huì)計(jì)專碩和管理類專碩的培養(yǎng)資格，本碩培養(yǎng)方式側(cè)重點(diǎn)不同直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室費(fèi)用需求高。同時(shí)會(huì)計(jì)實(shí)訓(xùn)類綜合軟件對(duì)運(yùn)行速度、服務(wù)器抗壓能力要求略高，傳統(tǒng)的PC機(jī)設(shè)備老舊，運(yùn)行緩慢，很多功能無(wú)法得到及時(shí)處理，阻礙教學(xué)過(guò)程，使教學(xué)遇到瓶頸問(wèn)題。

1.5 ? 教學(xué)延續(xù)性和數(shù)據(jù)安全性差

在學(xué)生上機(jī)操作對(duì)課件進(jìn)行處理時(shí)，數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的安全性會(huì)受到來(lái)自個(gè)人誤操作及外部網(wǎng)絡(luò)的各種威脅，學(xué)生插拔移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備不規(guī)范，也容易導(dǎo)致設(shè)備端口損壞。為降低網(wǎng)絡(luò)病毒威脅，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室采用還原卡模式，每次重啟重置系統(tǒng)，不利于教學(xué)數(shù)據(jù)的延續(xù)性，課后很難復(fù)制實(shí)驗(yàn)環(huán)境，同時(shí)對(duì)硬件的反復(fù)擦寫(xiě)也大大降低電子產(chǎn)品的使用壽命。使用壽命不高，帶來(lái)的后續(xù)問(wèn)題增多，資本投入較大。

1.6 ? 兼容性不靈活

經(jīng)管類的教學(xué)實(shí)訓(xùn)類軟件對(duì)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等基礎(chǔ)軟件要求紛繁復(fù)雜。傳統(tǒng)機(jī)房實(shí)驗(yàn)室只能按照實(shí)訓(xùn)軟件對(duì)硬件一級(jí)軟件的不同要求建立多個(gè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室，資源浪費(fèi)明顯。

2 ? ? 云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)PC機(jī)實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比

2.1 ? 軟件維護(hù)省時(shí)省力

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的軟件更新是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室必不可少的日常工作，傳統(tǒng)方式需要安裝軟件之后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同傳去更新所有機(jī)器。而網(wǎng)絡(luò)同傳軟件超過(guò)保質(zhì)期后維護(hù)困難，經(jīng)管類軟件虛擬軟件居多，軟件空間占用大，對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度要求快，導(dǎo)致每次同傳消耗很長(zhǎng)時(shí)間。在云平臺(tái)背景下，軟件更新僅需在管理服務(wù)器中操作，300 s內(nèi)分發(fā)到客戶端，節(jié)省大量的管理時(shí)間。

2.2 ? 硬件維護(hù)操作簡(jiǎn)單

傳統(tǒng)方式是單臺(tái)PC機(jī)維護(hù)，配件損壞需要更換。經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)軟件使用頻繁，每學(xué)期課程安排不同，導(dǎo)致每個(gè)學(xué)期開(kāi)學(xué)時(shí)的調(diào)試必不可少，若每臺(tái)PC機(jī)都單獨(dú)調(diào)試，維護(hù)起來(lái)過(guò)于煩瑣。而基于云平臺(tái)技術(shù)，僅在服務(wù)器端進(jìn)行維護(hù)，客戶端出問(wèn)題直接更換瘦客戶機(jī)即可。瘦客戶機(jī)體積小，更換簡(jiǎn)單，易于維修維護(hù)。

2.3 ? 融合性強(qiáng)，后期投入小

為更好地滿足市場(chǎng)需求，軟件更新?lián)Q代速度逐年加快，遼寧省高校資產(chǎn)類相關(guān)規(guī)定，電子產(chǎn)品使用8年可申請(qǐng)報(bào)廢，實(shí)際情況中多數(shù)院校使用年限遠(yuǎn)超8年，傳統(tǒng)的PC機(jī)配置很難跟上時(shí)代發(fā)展需求，常見(jiàn)做法是升級(jí)每一臺(tái)PC機(jī)硬件，如主板、內(nèi)存條等，此種方式價(jià)格昂貴，后期投入大。使用云技術(shù)，可以大大降低后期投入，綜合調(diào)配資源池，靈活調(diào)整虛擬化比，在保證原有硬件全部都可以繼續(xù)使用的同時(shí)，僅增購(gòu)服務(wù)器即可支撐整個(gè)教室升級(jí)，節(jié)省后期投入。

2.4 ? 課程軟件自由刪減

操作系統(tǒng)內(nèi)所有常用軟件，在傳統(tǒng)的PC機(jī)解決方案中，要全部裝在本地，包括每一門(mén)課程的虛擬軟件與辦公軟件等，長(zhǎng)期使用PC機(jī)將變得臃腫緩慢。在云平臺(tái)設(shè)計(jì)方案中，可以指定不同模板，針對(duì)不同專業(yè)不同課程，每個(gè)模板僅包含一門(mén)或幾門(mén)課程必須軟件，選擇性凈化刪減系統(tǒng)軟件，學(xué)生端運(yùn)行速度快，教學(xué)效果好。

2.5 ? 授課模式靈活不受時(shí)間以及空間限制

傳統(tǒng)實(shí)踐課授課模式受空間以及所裝軟件的限制，無(wú)法做到靈活授課，使用同一軟件的課程只能順次安排在同一實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐實(shí)訓(xùn)?；谠破脚_(tái)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)方案可根據(jù)課程需求設(shè)置不同的系統(tǒng)模板，給教師分發(fā)不同賬號(hào)，分級(jí)管理，按角色分權(quán)。同時(shí)考慮到部分教師計(jì)算機(jī)水平有限，只有管理員可以登錄管理平臺(tái)進(jìn)行虛擬機(jī)級(jí)操作，這樣可以避免教師誤操作對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。教師通過(guò)各自賬號(hào)綁定的認(rèn)證方式登錄所需個(gè)性化模板進(jìn)行授課以及輔導(dǎo)實(shí)踐。

2.6 ? 安全性高

云桌面方案隔離了學(xué)生對(duì)本地系統(tǒng)的直接訪問(wèn)，通過(guò)虛擬化技術(shù)，將所有數(shù)據(jù)都存放在云端，降低本地?fù)p耗，大大提高了系統(tǒng)整體的安全性。用戶訪問(wèn)虛擬桌面時(shí)，僅傳輸少量信息，如桌面圖像變化和鼠標(biāo)移動(dòng)、鍵盤(pán)輸入等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸內(nèi)容自動(dòng)加密。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在云端不落地，避免數(shù)據(jù)泄露的可能性。云平臺(tái)技術(shù)亦可提供集中的、精細(xì)化的策略控制用戶的訪問(wèn)授權(quán)，針對(duì)用戶、網(wǎng)絡(luò)位置、終端環(huán)境、應(yīng)用、云主機(jī)等屬性決定是否允許用戶訪問(wèn)。

3 ? ? 云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案構(gòu)成

根據(jù)上述的需求分析和部署環(huán)境的實(shí)際特點(diǎn)，使用云桌面技術(shù)方案整體規(guī)劃與打造計(jì)算機(jī)教室，需充分考慮到已有的IT資源投入，適配網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)和應(yīng)用架構(gòu)，避免在構(gòu)建過(guò)程中的大范圍系統(tǒng)改造，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和建設(shè)成本。云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)方案主要包括以下模塊。①服務(wù)器：云主機(jī)采用高性能服務(wù)器，需要配備性能卓越的處理器、高速固態(tài)存儲(chǔ)、高速內(nèi)存，搭載云桌面軟件和教學(xué)管理軟件。所有學(xué)生的課件操作及相關(guān)信息都將存儲(chǔ)到控制端的服務(wù)器內(nèi)，該服務(wù)器部署在教師機(jī)房?jī)?nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有云桌面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)云終端的控制。②云終端：使用瘦客戶機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)PC。所有學(xué)生PC主機(jī)箱替換為云終端，即瘦客戶端，只保留一臺(tái)顯示器，由云終端負(fù)責(zé)與教師端的服務(wù)器進(jìn)行通信，終端啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)連接到虛擬桌面，除非教師控制，否則本地系統(tǒng)對(duì)學(xué)生不可見(jiàn)。③云桌面軟件：云桌面軟件需要具備高傳輸效率、低帶寬占用的特點(diǎn)，提供更佳的性能和更好的體驗(yàn)。所有學(xué)生的云終端都與服務(wù)器通過(guò)云桌面技術(shù)進(jìn)行通信，云桌面軟件需要部署在服務(wù)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)上課內(nèi)容呈現(xiàn)。④教學(xué)管理軟件：教學(xué)管理軟件用于教師在云桌面實(shí)驗(yàn)室的日常授課，可以將課件上傳到該系統(tǒng)內(nèi)，直接同步傳送到學(xué)生顯示器中，教師與學(xué)生可以通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)。⑤網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建：為保證云桌面技術(shù)正常運(yùn)行，需要提供千兆的接入帶寬，故互聯(lián)交換機(jī)需要提供千兆下聯(lián)接口，同時(shí)需要鋪設(shè)地板及網(wǎng)絡(luò)布線。

4 ? ? 云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)效果

4.1 ? 保障教學(xué)連續(xù)性和數(shù)據(jù)安全性

教學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)健性得到進(jìn)一步加強(qiáng)，在學(xué)生上機(jī)操作時(shí)對(duì)課件進(jìn)行處理時(shí)，數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的安全性會(huì)受到來(lái)自個(gè)人誤操作及外部網(wǎng)絡(luò)的各種威脅，為了防止人為或病毒攻擊，需要提供一套安全保護(hù)措施，充分保證操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的安全，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)在多教室同時(shí)授課情況下，提高數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的安全性和可靠性，制定災(zāi)難應(yīng)對(duì)及恢復(fù)策略。

4.2 ? 減少對(duì)現(xiàn)有環(huán)境的修改

在建設(shè)新機(jī)房的同時(shí)盡可能減少對(duì)學(xué)校現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和電路做修改。最好可以沿用原有舊機(jī)房直接改造，或者在新建機(jī)房時(shí)不需要部署強(qiáng)電，直接從普通教室升級(jí)而來(lái)即可。

4.3 ? 保證教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)及外圍設(shè)備的兼容性

保證系統(tǒng)3～5年兼容現(xiàn)有教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，并能夠隨時(shí)支持新的教學(xué)場(chǎng)景切換。

4.4 ? 實(shí)現(xiàn)最高效的教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的集中管理

充分考慮合理的運(yùn)維費(fèi)用和較小的運(yùn)維服務(wù)難度，最大限度地降低綜合的維護(hù)成本。兼顧到不同時(shí)期的各項(xiàng)軟件應(yīng)用及硬件設(shè)備，利用較小的代價(jià)改造這些系統(tǒng)。兼顧到與已有的各種教學(xué)管理系統(tǒng)和身份認(rèn)證系統(tǒng)的兼容性，兼顧不同終端設(shè)備，包括PC，云終端等，兼顧多種外接設(shè)備，如USB設(shè)備、并口設(shè)備、串口設(shè)備等。

5 ? ? 結(jié) 語(yǔ)

基于云平臺(tái)的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，打破時(shí)間以及空間對(duì)教學(xué)活動(dòng)的限制，在利用率、安全性、穩(wěn)定性等方面與傳統(tǒng)PC機(jī)實(shí)驗(yàn)室機(jī)房相比，大幅度提高教學(xué)效率、減少資本投入、保障教學(xué)質(zhì)量，因此基于云計(jì)算技術(shù)建立的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室更符合現(xiàn)代要求，在創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方面有效提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

主要參考文獻(xiàn)

[1]袁芬.基于云計(jì)算的虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建與研究[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2014（3）.

[2]馬仕海.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建研究[J].中國(guó)電力教育，2013（1）.

[3]何珍文，鄭祖芳，田宜平，等.云計(jì)算環(huán)境下空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流，2018（2）.