基于云計算的實驗教學(xué)模式研究

2019-01-21 07:28韋國森

中國現(xiàn)代教育裝備 2018年23期

韋國森

南京審計大學(xué)信息工程學(xué)院江蘇南京 211815

在現(xiàn)今的復(fù)雜市場環(huán)境下，企業(yè)競爭壓力不斷加大。為適應(yīng)競爭，企業(yè)不斷調(diào)整經(jīng)營策略。然而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，世界已進入大數(shù)據(jù)時代。大數(shù)據(jù)意味著主流計算機軟件涉及的數(shù)據(jù)量太大，無法在一定時間內(nèi)收集、分析、處理或轉(zhuǎn)換，這使得決策者很難根據(jù)這些信息做出決策[1]。在大數(shù)據(jù)環(huán)境中，企業(yè)的決策活動取決于其管理信息資源的能力。這與通過信息系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的傳統(tǒng)信息資源管理不同。在大數(shù)據(jù)時代，信息資源管理需要更強大的收集、存儲、計算和傳輸能力。因此，傳統(tǒng)企業(yè)正面臨著能夠利用云計算等先進信息技術(shù)適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代的新興實體的挑戰(zhàn)。而企業(yè)也需要大量能夠熟練使用云計算服務(wù)進行大數(shù)據(jù)分析的專業(yè)人才[2]。

1 云計算對大數(shù)據(jù)分析的作用

為提高市場競爭力，企業(yè)通常采取多元化經(jīng)營方式適應(yīng)市場變化。這使得企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)和管理變得更加困難。生產(chǎn)技術(shù)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)、市場和客戶的差異化等因素導(dǎo)致各種產(chǎn)品的不同生產(chǎn)決策。因此，企業(yè)對于信息分析的要求使得基層人員需具備較高的決策能力，幫助企業(yè)減少中層管理人員，從而減少決策與行動之間的延誤[3]。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，底層員工獲取和利用數(shù)據(jù)的能力大大提高，決策者正在從管理轉(zhuǎn)向低級別的員工，決策者的復(fù)雜關(guān)系和整個企業(yè)的參與性特征日益凸顯，這也為高校畢業(yè)生提出了更高的要求[4]。

為了適應(yīng)大數(shù)據(jù)環(huán)境帶來的競爭。云計算平臺在大數(shù)據(jù)應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用。如何有效利用云計算的優(yōu)勢進行大數(shù)據(jù)分析成為很多高校的新興專業(yè)。云計算的核心思想是將大量計算資源鏈接到統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)中。它形成資源池以按需為學(xué)生提供服務(wù)。憑借其獨特的并行處理能力，云計算擴展了數(shù)據(jù)處理和分析的方法。對于一個組織的信息化而言，云計算意味著組織的信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用與維護效率的極大提升[5]。因此，在實踐教學(xué)中，云計算環(huán)境下大量的決策信息和云計算環(huán)境中強大的處理能力可以為學(xué)生提供強有力的計算和決策支持。而且云計算平臺的統(tǒng)一管理和調(diào)度可以按需為學(xué)生提供服務(wù)。

大數(shù)據(jù)和云計算是互補的。從技術(shù)角度來看，大數(shù)據(jù)依賴于云計算。通過云計算對大數(shù)據(jù)進行分析、總結(jié)和預(yù)測，增強了決策的可靠性，釋放出大數(shù)據(jù)的內(nèi)在價值。它們帶來了一個新的決策模型，即數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策。隨著內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)量的急劇增加，組織中每個人獲得信息的機會都會增加，這使得決策者在組織層次上更加多樣化，層次更低。同時，企業(yè)決策者的角色被改變。從而使決策組織結(jié)構(gòu)逐漸趨于扁平化，決策權(quán)分配趨于分散[6]。

在云計算環(huán)境下，以信息系統(tǒng)和在線應(yīng)用作為數(shù)據(jù)采集的方式，企業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的跟蹤和采集，并映射集成到數(shù)據(jù)倉庫中。然后，企業(yè)使用智能分析工具，通過不同的應(yīng)用場景挖掘有用的數(shù)據(jù)。同時，數(shù)據(jù)挖掘可以為分析、預(yù)測和控制提供有用的資源。最終讓企業(yè)可以實現(xiàn)高效的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。這個大數(shù)據(jù)系統(tǒng)基于現(xiàn)有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并匹配一系列相關(guān)功能，成為統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)云計算平臺[7]。

由此可見，云計算平臺對于大數(shù)據(jù)分析有著重要的作用。而對于高校的實驗教學(xué)而言，利用云計算高效的數(shù)據(jù)分析能力是培養(yǎng)面向大數(shù)據(jù)環(huán)境的合格專業(yè)人才的重要手段。因此需要打造適合高校的教學(xué)條件，模擬大數(shù)據(jù)環(huán)境下企業(yè)的經(jīng)營與管理活動，形成新的教學(xué)方法。

2 利用云計算環(huán)境輔助大數(shù)據(jù)分析實驗教學(xué)

在實驗教學(xué)的應(yīng)用中，利用云計算進行決策過程優(yōu)化是貼近未來就業(yè)需要的重要教學(xué)內(nèi)容?；谠朴嬎愕臎Q策過程優(yōu)化可以劃分為數(shù)據(jù)資源層、資源管理協(xié)調(diào)層、云計算資源服務(wù)層、云計算智能學(xué)習(xí)層和用戶層5個層次的框架。數(shù)據(jù)資源層包含在異構(gòu)云計算環(huán)境中進行計算所需的數(shù)據(jù)資源。協(xié)調(diào)層負責云計算環(huán)境中的資源管理。云計算資源服務(wù)層負責接收企業(yè)決策單位提交的資源服務(wù)請求，并建立資源服務(wù)計劃。云計算智能學(xué)習(xí)層采用云計算并行處理模型進行數(shù)據(jù)分類和智能學(xué)習(xí)。用戶層是用戶的訪問端口。

當使用云計算進行數(shù)據(jù)分析時，有3個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫、模型庫和知識庫。在云計算平臺的知識庫和模型庫的基礎(chǔ)上，對存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行分析，得到數(shù)據(jù)分析結(jié)果。一方面，云計算平臺將知識庫中的結(jié)果作為知識儲備引入到知識庫中；另一方面，通過數(shù)據(jù)分析的結(jié)果修改和豐富了模型庫。系統(tǒng)決策過程可以根據(jù)實際決策問題的復(fù)雜性選擇單一模型或多個模型來進行決策組合。而云計算平臺的計算能力極大地提高多個模型組合在大數(shù)據(jù)分析過程中的應(yīng)用效率，不僅可以節(jié)省實踐教學(xué)的時間，并且可以讓學(xué)生在實踐中掌握各類數(shù)據(jù)分析模型。

在利用云計算平臺進行大數(shù)據(jù)處理和分析時，主要包括2個步驟，即數(shù)據(jù)提取和計算。在實驗教學(xué)中，首先指導(dǎo)學(xué)生了解提高大數(shù)據(jù)的價值密度和數(shù)據(jù)可用性的方法。然后，學(xué)習(xí)如何由分布式計算完成分析和決策。從而使學(xué)生學(xué)會使用分布式計算實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜的數(shù)據(jù)簡化。因此，云計算輔助決策尤其適用于模擬組織結(jié)構(gòu)扁平化的企業(yè)，并為各專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)在扁平化組織中的角色提供有效的教學(xué)環(huán)境。

3 云計算實驗環(huán)境的特點

在云計算實驗環(huán)境下模擬企業(yè)的決策優(yōu)化過程就是學(xué)習(xí)如何利用云計算平臺解決問題的過程。學(xué)生通過學(xué)生終端提交決策問題并利用云計算平臺的信息服務(wù)來構(gòu)建模型。同時，云計算平臺通過使用推理模塊和知識模塊引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的需要選擇合適的決策模型，并跟蹤解決決策問題的過程。在實驗過程中，決策任務(wù)是使用云服務(wù)模塊分解的。在分解任務(wù)后，云服務(wù)通過資源管理模塊將每個分解決策任務(wù)分配給相應(yīng)的資源模塊。決策模塊集成了子任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，并通過學(xué)生界面將執(zhí)行結(jié)果返回給學(xué)生。

云計算平臺的實驗環(huán)境可以準確地模擬實際內(nèi)容，學(xué)生可以在云計算平臺上觀察業(yè)務(wù)運營與他人的工作模塊運行狀態(tài)，并自動完成任何必要的調(diào)整。因此，云計算平臺有助于培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。學(xué)生可以學(xué)習(xí)掌握云計算的分布式處理的功能，以提高決策個體理解和應(yīng)用信息的能力。此外，學(xué)生可以通過云計算平臺進行智能學(xué)習(xí)模型和編程模型的構(gòu)建與使用，以此熟悉數(shù)據(jù)拆卸、重組和迭代計算功能。

通過使用云計算平臺，參與實驗的角色單元都可以獨立收集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。通過分析和研究這些數(shù)據(jù)與運行狀況，學(xué)生可以在模擬經(jīng)營中發(fā)現(xiàn)管理所存在的問題，及時調(diào)整有限資源，學(xué)習(xí)并掌握使企業(yè)的管理和決策更加科學(xué)可靠的各類方法。此外，借助云計算，學(xué)生可以充分利用內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)資源的各個方面進行各類經(jīng)營活動的實驗。并學(xué)習(xí)如何做出大數(shù)據(jù)管理決策，將數(shù)據(jù)優(yōu)勢最大限度地轉(zhuǎn)化為資源優(yōu)勢。在云計算平臺的幫助下，學(xué)生可以更深刻地理解管理和技術(shù)對于企業(yè)的支柱作用。憑借低成本云計算的優(yōu)勢，銷售管理、生產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理三大重要功能被整合在一起。學(xué)生可以體會作為決策制訂的最初被動參與者到?jīng)Q策信息的提供者的這種轉(zhuǎn)變過程[8]。

在實踐教學(xué)中，借助云計算的決策支持可以進行海量異構(gòu)數(shù)據(jù)分析，并借助競爭情報分析提升商業(yè)輿情計算和精準營銷的教學(xué)水平。例如可以用大數(shù)據(jù)分析為標準進行定價策略制訂的模擬實驗，可以使學(xué)生對市場和競爭對手的變化有更為直觀的理解，并學(xué)習(xí)如何合理經(jīng)營以保證組織的市場適應(yīng)性。

4 云計算實驗環(huán)境下的實驗教學(xué)模式研究

由上文可見，云計算實驗環(huán)境下，學(xué)生可以實現(xiàn)對海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析，并在其上展開不同類型的實驗?zāi)Ｊ?。其實驗環(huán)境架構(gòu)如圖1所示。該圖顯示了基于云計算的實驗教學(xué)環(huán)境所包含的云計算平臺架構(gòu)，以及平臺組件之間數(shù)據(jù)資源的動態(tài)分配機理，并標示了實驗過程中實驗者與平臺之間的數(shù)據(jù)交流模式。在此平臺上展開的不同實驗?zāi)Ｊ蕉季邆漕愃频募軜?gòu)特征。實驗都預(yù)先在云計算環(huán)境中已經(jīng)存儲了大量異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，參與實驗的學(xué)生注冊為云計算資源的使用者，并發(fā)送相關(guān)的資源申請信息到資源管理中心。通過云計算服務(wù)創(chuàng)建對應(yīng)的實驗角色，云計算的虛擬資源池的資源服務(wù)技術(shù)對學(xué)生的資源請求進行回應(yīng)，再由云計算資源管理中心針對學(xué)生的請求將資源分配給學(xué)生，云計算中心根據(jù)學(xué)生所提交的請求與應(yīng)用于實驗的異構(gòu)數(shù)據(jù)資源素材選擇合適的云計算服務(wù)，并提供學(xué)生對應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。在圖1的實驗教學(xué)環(huán)境架構(gòu)之下的實驗步驟主要包括以下6個。

圖1 基于云計算的實驗教學(xué)環(huán)境架構(gòu)

(1)實驗參與者通過云計算平臺創(chuàng)建異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，并將資源注冊到虛擬資源池中，這通常是預(yù)先導(dǎo)入的海量實驗素材。

(2)從訪問平臺的學(xué)生中創(chuàng)建參與實驗的用戶。同時根據(jù)實驗需要，平臺將分配不同實驗用戶以對應(yīng)的角色，并建立他們之間的協(xié)作關(guān)系。用戶角色按照其對數(shù)據(jù)的利用方式可以劃分為兩類：第一類是可以管理與調(diào)度異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的資源管理者。第二類是對云計算平臺資源調(diào)用的資源調(diào)用者，其可以使用各類數(shù)據(jù)分析資源。平臺具備資源管理協(xié)調(diào)功能以保證異構(gòu)云計算環(huán)境中資源供應(yīng)、使用及運算的效率，并使用戶可以訪問相應(yīng)的云計算服務(wù)，如查詢資源獲取和模型訓(xùn)練情況等。資源管理者將數(shù)據(jù)及應(yīng)用發(fā)送到異構(gòu)云計算平臺的資源管理中心，由該中心將其分配給相應(yīng)的虛擬資源池，以實現(xiàn)資源調(diào)用者的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

(3)平臺將實驗素材發(fā)送給云計算資源管理中心。該中心則依據(jù)參與實驗用戶所傳遞的用戶信息與服務(wù)需求對其用戶的請求進行解析。并對參與實驗的用戶進行個性化分析，按照實驗所要模擬的不同用戶角色的管理策略得出相應(yīng)的資源匹配部署方式。

(4)實驗用戶與云計算服務(wù)平臺進行通信，關(guān)聯(lián)具體云計算服務(wù)，進而根據(jù)實驗要求從中選出最佳的云計算資源的組合，此過程是處于不斷重新匹配與部署的狀態(tài)，直到用戶匹配到最佳的云計算資源。

(5)若資源調(diào)度協(xié)調(diào)成功，扮演資源調(diào)用者角色的用戶便可利用云計算分配的資源(計算資源、存儲資源、機器學(xué)習(xí)與模型庫等)進行異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析。并且他們可以直接從云計算平臺訪問異構(gòu)數(shù)據(jù)資源，利用其資源管理的服務(wù)模塊對輸入輸出的結(jié)果進行比對以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)分析結(jié)果的校驗、反饋與匯總。

(6)對實驗數(shù)據(jù)的分析結(jié)束，則輸出數(shù)據(jù)分析結(jié)果。而無論實驗結(jié)果是否符合需要，都將整個實驗中的云計算資源管理協(xié)調(diào)過程存儲到數(shù)據(jù)庫中以便云計算平臺能夠繼續(xù)優(yōu)化。

筆者所在學(xué)校利用公開招標的方式，結(jié)合其經(jīng)濟管理實驗中心與大數(shù)據(jù)實驗室的設(shè)備資源，開始進行云計算實驗平臺的建設(shè)并在其上展開應(yīng)用信息系統(tǒng)輔助教學(xué)的實踐活動。尤其可以在平臺上建立Hadoop集群，用于教學(xué)上傳或訪問Hadoop集群的數(shù)據(jù)，進而運行一個或多個MapReduce作業(yè)。目前已展開了初步的實驗教學(xué)活動研究。這些活動包括展開針對云計算的Hadoop分布式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理與數(shù)據(jù)挖掘的教學(xué)研究，實現(xiàn)利用云計算平臺整合信息獲取、信息傳輸、信息處理與信息應(yīng)用。并已在部分課程開始嘗試增加云計算平臺的實驗教學(xué)內(nèi)容，初步嘗試已取得一定的成果。在云計算平臺的幫助下，在教學(xué)中可以展開針對大容量數(shù)據(jù)樣本的案例分析實驗，如針對全國的審計大數(shù)據(jù)的分析實驗，這不僅拓展了學(xué)生的視野，且更適合學(xué)生實現(xiàn)角色分工，幫助學(xué)生深入理解課程內(nèi)容，提升他們的技術(shù)敏感性。并鼓勵學(xué)生利用云計算平臺開展創(chuàng)新實踐項目申報。通過學(xué)生在平臺的使用情況報告優(yōu)化平臺的配置與教學(xué)模式。這些措施不僅為平臺提供了教學(xué)應(yīng)用范例，同時也產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)集，為以后的實驗以及平臺的進一步改造以及機器學(xué)習(xí)算法的優(yōu)化提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語