王建麗

（太原科技大學(xué) 山西 太原 030024）

1 引言

高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是學(xué)校基礎(chǔ)硬件建設(shè)的必要條件，是體現(xiàn)一個(gè)大學(xué)辦學(xué)水準(zhǔn)的標(biāo)桿設(shè)施。社會生產(chǎn)力水平的極大提高，對高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提出了與時(shí)俱進(jìn)的新要求。新的社會形勢下，如何更好地規(guī)劃、建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，為大學(xué)課堂提供優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境是值得高校實(shí)驗(yàn)管理人員認(rèn)真思考的重要課題。

2 實(shí)驗(yàn)室管理和使用的現(xiàn)狀和問題

2.1 實(shí)驗(yàn)室開關(guān)門管理

目前實(shí)驗(yàn)室管理仍然沿用的是傳統(tǒng)鑰匙管理模式。每個(gè)班上實(shí)驗(yàn)課前，由學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室管理員拿鑰匙為該班級打開對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室門，合上電閘。下課后由管理員檢查確認(rèn)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境和設(shè)備。關(guān)閉插座、照明及空調(diào)電源、門窗，鎖上實(shí)驗(yàn)室的大門。這種純?nèi)斯さ墓芾砟Ｊ?，一旦工作人員檢查不到位，極有可能導(dǎo)致電力資源的浪費(fèi)、甚至引發(fā)火災(zāi)等安全隱患。

2.2 實(shí)驗(yàn)室還原管理

機(jī)房電腦沒有安裝智能控制系統(tǒng)，為防止系統(tǒng)被篡改或者感染病毒，實(shí)驗(yàn)室機(jī)房配置基本硬件或者軟件還原系統(tǒng)。硬件還原系統(tǒng)也稱為硬盤還原卡，是一種PCI擴(kuò)展卡，主要作用于計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)開機(jī)運(yùn)行時(shí)，先啟動(dòng)還原功能，讓硬盤的部分或者全部分區(qū)都恢復(fù)到初始設(shè)置。常用的硬盤還原卡基本為以下兩類：一為普通的還原卡，物理上不直接接管硬盤讀寫；另一種是新型還原卡，物理上直接接管硬盤讀寫。無論那種還原卡都會導(dǎo)致系統(tǒng)開機(jī)緩慢，一旦進(jìn)入還原卡失敗，則計(jì)算機(jī)無法成功啟動(dòng)。軟件還原系統(tǒng)是通過軟件來保護(hù)電腦中的數(shù)據(jù)。還原軟件可分為系統(tǒng)自帶的和第三方兩大類。Windows系統(tǒng)的系統(tǒng)還原功能可以看作系統(tǒng)自帶的還原軟件；第三方的還原軟件有很多，如冰點(diǎn)等；但是存在如下弊端：一些電腦安裝完還原精靈后開機(jī)黑屏無法進(jìn)入系統(tǒng)，只有光標(biāo)閃爍，甚至連BIOS都無法進(jìn)入；還原軟件的可靠性也不是非常穩(wěn)定，某些病毒容易利用還原軟件的漏洞攻破防御。

2.3 實(shí)驗(yàn)室管理軟件現(xiàn)狀

目前很多高校實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)主要是實(shí)驗(yàn)排課管理，提供老師在線排實(shí)驗(yàn)課表、查詢課表等。這些管理系統(tǒng)不能實(shí)質(zhì)性地對實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制操作，不涉及實(shí)驗(yàn)室的安全監(jiān)測，也不提供實(shí)驗(yàn)室的開放管理等。有小部分高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)涉及對設(shè)備的控制操作，但存在可移動(dòng)性比較差、沒有手機(jī)版的軟件等問題。

3 書苑模式管理的智能計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

科技的發(fā)展使得智能化已經(jīng)全面進(jìn)入我們的現(xiàn)代生活，作為信息技術(shù)應(yīng)用前沿領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域，其設(shè)備智能化更是勢不可擋。而物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的日益成熟，也為計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的智能化建設(shè)提供了技術(shù)支持。手機(jī)、平板等設(shè)備的大面積普及使得計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的可移動(dòng)程度、智能化程度必然越來越高。這就要求智能化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需要具備以下功能：學(xué)生通過手機(jī)等智能終端軟件來預(yù)約實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生預(yù)約情況來設(shè)置實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間段，并按照實(shí)驗(yàn)安排表通過智能門禁系統(tǒng)自動(dòng)打開實(shí)驗(yàn)室，自動(dòng)打開終端設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后自動(dòng)關(guān)閉終端設(shè)備等。管理員可在線全程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室機(jī)房，實(shí)現(xiàn)智能化的各項(xiàng)管理。

筆者所在學(xué)院的計(jì)算機(jī)專業(yè)，二年級以上（將近一千名）同學(xué)每人都有一臺筆記本電腦。如何將筆記本電腦和學(xué)校實(shí)驗(yàn)室電腦結(jié)合在一起，合理高效發(fā)揮作用是一項(xiàng)非常有意義的研究。疫情期間大量線上課程的教學(xué)，以及大批優(yōu)質(zhì)慕課資源的免費(fèi)開放，使得當(dāng)代學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)的熱情極度高漲。學(xué)生使用雙電腦共同學(xué)習(xí)，一臺計(jì)算機(jī)聽老師講解，一臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作?；蛘卟皇褂脤W(xué)校實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)，全程用自己的筆記本電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣可以省去程序的來回復(fù)制、攜帶，學(xué)習(xí)更方便。所以將學(xué)生筆記本電腦作為高校實(shí)驗(yàn)室有效的實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充設(shè)備，既可以大大緩解實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的壓力，也可以更高效發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的功效。

根據(jù)以上分析提出書苑模式管理的智慧計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)設(shè)想，智慧計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室機(jī)房不同于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的窄座位設(shè)計(jì)，而是選用圖書館的寬大座位模式，百分之七十的座位配備實(shí)驗(yàn)室電腦，另配備插座、接口等以供學(xué)生雙電腦使用。另外百分之三十的座位不放置電腦，供只使用自己電腦的學(xué)生選座。另設(shè)置智慧討論角、互聯(lián)網(wǎng)+競賽專用實(shí)驗(yàn)角等特色實(shí)驗(yàn)房間，這些房間配備六角會議桌或圓桌、可移動(dòng)座椅，方便興趣小組程序設(shè)計(jì)、討論研討。整個(gè)智慧實(shí)驗(yàn)室采用智能門禁，建設(shè)方案采用虛擬化云桌面技術(shù)，課程引入在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3.1 智慧實(shí)驗(yàn)室門禁設(shè)置

智慧實(shí)驗(yàn)室配備管理系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)前可以使用手機(jī)、電腦、Pad端提前預(yù)約。系統(tǒng)安裝視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過門禁考勤，學(xué)生刷臉進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。隨后使用觸屏控制機(jī)進(jìn)入智能選課系統(tǒng)，控制機(jī)可與人通過觸屏、鍵盤、語音多種方式互動(dòng)。系統(tǒng)識別當(dāng)前學(xué)生后調(diào)取其當(dāng)前學(xué)期所修課程，學(xué)生選取本次準(zhǔn)備練習(xí)課程，系統(tǒng)為學(xué)生自動(dòng)分配實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)機(jī)器，系統(tǒng)自動(dòng)匹配上次學(xué)習(xí)進(jìn)度，打開實(shí)驗(yàn)環(huán)境。若學(xué)生準(zhǔn)備自己攜帶筆記本，則不需要在屏幕上選擇。

實(shí)驗(yàn)室通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)配備煙霧傳感器、有害物質(zhì)監(jiān)測傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器、電流電壓傳感器，這些傳感器負(fù)責(zé)采集實(shí)驗(yàn)室煙霧與有害物質(zhì)情況、人體溫度、溫度與濕度以及電流電壓信息，方便管理人員通過智慧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電源的開放與關(guān)閉、消防安全的監(jiān)測等。

3.2 基于虛擬化云桌面技術(shù)的智能計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室解決方案

整個(gè)智能計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案擬采用云桌面虛擬化技術(shù)。云桌面是云計(jì)算虛擬化技術(shù)的一種具體應(yīng)用[1]，云桌面技術(shù)最大的優(yōu)勢在于可以復(fù)制或者定制個(gè)人獨(dú)有桌面，所以它非常適合用作移動(dòng)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在隨時(shí)可以接入網(wǎng)絡(luò)的條件下，師生可以根據(jù)需要隨時(shí)訪問自己的專有虛擬桌面，進(jìn)行學(xué)習(xí)或者交流，不受宿舍、教室地理位置的約束。如果在家里要訪問云桌面服務(wù)器，可以通過校園網(wǎng) VPN（虛擬專網(wǎng)）訪問，這樣學(xué)生離開實(shí)驗(yàn)室后能夠繼續(xù)未完成的實(shí)驗(yàn)。我們基于學(xué)生筆記本的高擁有率，結(jié)合高校校園內(nèi)優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)條件，及師生隨時(shí)隨地辦公和開放實(shí)驗(yàn)的需求，擬采用VDI（virtual desktop infrastructure，虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)）模式來配置機(jī)房模式。這種模式對數(shù)據(jù)安全性要求高，但對運(yùn)算性能和圖像處理要求不高，適合開設(shè)計(jì)算機(jī)科技與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的計(jì)算機(jī)院校。VDI 模式是通過云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器硬件資源（CPU、硬盤、內(nèi)存）的共享和按需分配[2]。該模式下運(yùn)算和數(shù)據(jù)存放均集中在服務(wù)器端，有較高的安全性能。可以同時(shí)支持師生的多終端訪問：它是一種集中式計(jì)算的瘦客戶模式，將全部的計(jì)算都集中在服務(wù)器上，而云終端相當(dāng)于顯示屏，所以云終端可以使用配置較低的舊計(jì)算機(jī)，這很大程度可以降低實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本。同時(shí)師生還可以隨時(shí)使用多種終端平板電腦、手機(jī)等訪問虛擬桌面，這就是智慧實(shí)驗(yàn)室的可移動(dòng)性。

平時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以通過云桌面技術(shù)，來定制每個(gè)課程的獨(dú)有鏡像，在學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)之前，由鏡像快速實(shí)例化出眾多虛擬機(jī)，分別將這些虛擬機(jī)分配給各個(gè)學(xué)生。教師還可以將這些虛擬機(jī)拍下快照，等下一批學(xué)生上課的時(shí)候，調(diào)出之前的虛擬機(jī)快照時(shí)的狀態(tài)，即可直接使用。管理員也可以將一些常用的桌面做成虛擬機(jī)鏡像，根據(jù)實(shí)際情況把這些桌面分配給不同的學(xué)生或者老師使用，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)的師生可以根據(jù)自己的喜好和實(shí)際需求定制自己的獨(dú)有桌面，如安裝自己準(zhǔn)備練習(xí)和使用的學(xué)習(xí)軟件等。

因?yàn)?VDI采用集中運(yùn)算模式，需要較高配置的服務(wù)器，才能提供較高穩(wěn)定性的服務(wù)，所以為智慧實(shí)驗(yàn)室提供UPS全天24小時(shí)供電。

3.3 智慧實(shí)驗(yàn)室軟件管理系統(tǒng)

書苑模式管理的智慧計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室軟件采用在線學(xué)習(xí)平臺，學(xué)校開發(fā)自己獨(dú)有的在線學(xué)習(xí)環(huán)境，全面打造實(shí)驗(yàn)課程的線上化操作，實(shí)現(xiàn)學(xué)生不用安裝配置軟件即可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境，練習(xí)完畢可以在線提交程序，常規(guī)化程序由系統(tǒng)自動(dòng)查重判改，特殊程序可由老師人工審閱，返回評閱修改意見。教師可以通過系統(tǒng)同時(shí)督導(dǎo)多個(gè)班級實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要指導(dǎo)可以隨時(shí)連線教師。學(xué)習(xí)平臺無縫對接“中國大學(xué)MOOC”（愛課程）、超星等主流 MOOC平臺；在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境也可使用Educoder等成熟計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)平臺。目前，EduCoder支持大規(guī)模實(shí)驗(yàn)資源共建共享，提供了1000多種在線實(shí)驗(yàn)課程、40000 多個(gè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)案例，在線資源還在不斷豐富增加中，最值得一提的是該平臺面向全國高校師生開放，使用者只需要注冊進(jìn)去就可以享受全站資源，包括所有案例的智能化評測，基本可以滿足普通高校學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)需求。個(gè)別課程也可以根據(jù)需要選擇實(shí)驗(yàn)樓等其他在線學(xué)習(xí)平臺。這些平臺均可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在線實(shí)驗(yàn)練習(xí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳提交、自動(dòng)查重，使用給定參數(shù)檢驗(yàn)程序?qū)﹀e(cuò)，也可以進(jìn)行網(wǎng)上交流等。

4 結(jié)語

針對高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生筆記本電腦的高持有率，以及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)的管理模式，本文提出書苑模式管理的智能計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)規(guī)劃。將智慧教室建設(shè)思想融入智慧實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云平臺技術(shù)，充分發(fā)揮學(xué)生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂理念，希望將學(xué)生自有筆記本電腦和學(xué)校實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合，為高校智能化、開放實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供一種借鑒。