云計算架構下經管類實驗教學環境搭建與應用實踐

姚占雷 許鑫 葉德磊

【摘要】平臺云化、終端移動化、應用多樣化己成為教育信息化的未來發展趨勢。文章首先通過案例分享的方式描繪了經管類實驗教學環境的云架構及其實現方式，然后重點闡述了依托云平臺如何推動實驗教學創新以提升學生動手實踐能力，從而厘清和把握教育云架構下實驗教學的基本框架，以期為廣大教育界同仁在教育云應用實踐方面的探索提供借鑒與參考。

【關鍵詞】云計算；教育云；云架構：實驗教學；案例分享

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009-8097（2013）07-0111-06

目前，傳統的教學方式正在向個人電腦、手機、平板等終端上拓展，尤其是電子閱讀類終端和Pad類平板電腦，使用戶體驗產生了根本性變革。與此同時，教學應用和教學模式必將進一步豐富和深入，遠程教育、實時互動課堂、在線點播、在線考試評測、在線交流、個性化學習管理等應用逐步融入學習過程。然而，傳統的經濟管理模擬實驗室，因教學地點固定、教室之間相互獨立、課堂之外學習困難、應用軟件缺失等困境，難以滿足經管類實驗教學對靈活部署、及時響應、快速搭建各類信息系統與實踐場景的需求。此外，維護困難、耗時長，也使實驗管理人員深陷于紛繁復雜、簡單重復的工作，而無暇從事深入的研究和探索以提供高水平服務與豐富實驗教學活動。

平臺云化、終端移動化、應用多樣化己成為教育信息化的未來發展趨勢。云計算技術的發展使得教學資源的集中化、系統搭建的簡單化越來越容易實現，同時3G網絡的發展也促使云計算擺脫理論的桎梏走向實踐且應用范圍越來越廣。因而，乘“云”而來推動實驗教學創新，是順理成章的。

一 相關研究與實踐

自2006年Google首席執行官Eric Schmidt在搜索引擎大會上首次提出云計算概念以來，因其動態擴展、形態靈活、簡化終端等特性，受到了各行各業的高度關注。近年來，云計算在具體領域的應用探索，漸趨升溫乃至白熱化程度，如物聯云、教育云、圖書館云、醫療云等。筆者在中國學術期刊全文數據庫（CNKI）平臺上使用邏輯運算符“并且”和采用“云計算”、“教育”等詞語按主題組合檢索發現國內學者王萍等于2008年率先系統地總結了云計算在國外的應用實踐并闡述了它在網絡學習中所扮演的角色和帶來的積極影響，其后關于云計算在教育領域的理論研究與應用探索，呈現出“井噴”趨勢，見表1。

云計算在國內教育領域的研究成果多涉及思考、總結與展望云計算如何促進教育資源整合和教育信息化及其在遠程教育、高校實驗室建設方面的嘗試與案例分享，主要是圍繞我國教育信息化現狀重點闡述與分析云計算在助力教育變革中的作用和應扮演的角色，繼而形成基于云計算的新型高校教育信息化工作模式以推動云計算在教育信息化中的應用，并借助Google協作平臺全面揭示云計算在教育領域中的應用特點，思考云計算遠程教育系統的邏輯結構、整體結構設計、核心模塊設計等問題和描繪未來遠程教育云的形態，探索與分享高校實驗室云計算平臺建設活動中虛擬化技術的設計與實現。

然而，盡管目前我國教育云建設的輿論接受度較高，但各類教育云的建設都是各自為政，缺乏統一標準，缺乏全盤規劃，如果不及時關注這些問題，教育云應用將成為新的片片“孤云”，由此導致我們習慣于把目前教育信息化所做的一切說成教育云，尚且缺乏典型的教育云案例。與此同時，現有的教育云建設更多的是探索軟硬件資源等基礎設施的虛擬化、集成共享與管理，而很少關注之后的應用與服務。

面對上述困境，需要我們在教育云熱的大環境中保持理性，并尋找一朵公認的在技術創新、教學改進上都典型的教育云案例以促進教育云應用實踐的良性發展。

二 經管類實驗教學環境的云架構設計與實現

1 經管類實驗教學環境的云架構

面對經管類實驗教學活動涉及諸多信息系統和實踐場景且需要靈活部署、及時響應、快速搭建的現實需求，僅僅關注軟硬件資源等基礎設施的虛擬化實現資源的集成共享是遠遠不夠的，還需要強調在統一的虛擬化環境下如何提供豐富多彩的應用服務以滿足不斷變化的實驗教學要求。基于上述考慮，我們需要從硬件設備層、軟件平臺層、基礎應用層和多端接入層等四個維度，有所側重、分步實施搭建，見圖1。

其中，在統一的云架構基礎上，主要通過提供四大類基礎應用來整合多樣化的實驗教學需要，如下所述：

（1）協作云。向終端用戶提供可獨立運行的虛擬資源，包括計算資源和存儲資源。它通過把傳統PC的計算存儲資源集中到云計算數據中心實現統一分發，終端用戶僅需通過顯示器和瘦客戶端即可接入到自己的“虛擬計算機”，這既降低了終端性能要求，也使多端接入成為可能，同時豐富靈活的應用部署，有力支撐了實驗教學的多樣性，也把實驗管理人員從繁雜重復的機房工作中解放出來。

（2）虛擬服務器。虛擬計算機僅提供了靈活多變的上機或辦公環境，而通過虛擬服務器能夠把現有的或各類廠商的實訓軟件統一部署在云平臺上，從而提供更為完善的實驗教學服務，如通過提供Windows Server 2003、Windows Server2008、Linux等多種虛擬服務器環境，部署ERP、企業管理、財務會計、輿情監控、商業分析等各類實訓軟件。

（3）統一通信。是以融合業務交換系統和統一通信業務應用平臺為核心的校園級統一通信平臺，它支持多終端接入，如PC、Pad、智能手機等，融合了即時消息、語音、視頻等業務，以實現遠程會議、遠程培訓、移動辦公等全方位應用，能夠很方便地召開多媒體會議，支撐跨區域的研討交流，從而提升溝通效率、輔助快速決策，同時還節約了可能的差旅成本。

（4）遠程互動教學平臺。實現校區之間、學校之間、學校與家庭的互聯互通，輕松實現教育資源共享，學生可以從遠程教室、家中或在旅行中通過智能終端加入遠端實時課堂，與老師或者同學之間進行音頻、視頻和文字互動。同時，具備多媒體共享、屏幕共享等功能以滿足信息時代對于多媒體內容的應用需求。

2 新型產業信息化實訓中心平臺建設

新型產業信息化實訓中心（下文簡稱“實訓中心”），主要包括IDC機房、交互式智慧教室、沙盤實訓室、運維監控室、文檔資料室、多功能區等基礎設施，由商學院牽頭建設，旨在改變學院以往“重理論、輕實踐，重講授、輕訓練”的陳舊教學模式和現有經濟管理模擬實驗室機器設各老化與應用軟件缺乏的現狀。實訓中心主要以華為TecalE6000服務器、OceanStor S5500T存儲系統和Quidway S5700三層交換機為物理硬件基礎，利用Xen HyperVisor虛擬化技術實現物理資源虛擬化，結合華為eSpace Cloud虛擬化軟件產品形成統一的云管理平臺，提供Windows、Linux等多樣化的系統環境以支撐各類實訓軟件的部署、安裝、測試，以及靈活多變的上機或辦公環境：通過規劃與部署符合學院需求的專業實驗教學軟件、交互式智慧教室和遠程互動教學平臺，并采取多終端接入方式，實現了方便靈活的管理和使用，順應了移動教育趨勢。

在整個建設及運行過程中，實訓中心吸引了大量國內外專家學者和領域人士前來參觀考察和學習交流，如；先后有上海市電化教育館、上海軟件產業促進中心、上海市檢察院、上海市青浦區科學技術委員會、上海市黃浦區教育信息中心、上海市青浦區教育局、江蘇淮安市教育局等一百余人次參觀交流，并接待了哥斯達黎加科技部長Alejandro Cruz訪華團一行、南非STELLENBOSCH大學首席信息官JOE SMIT一行、法國郵政集團董事Nathalie Andrieux及其IT戰略管理部部長Chabane Debiche一行等多批次國外嘉賓參觀交流。其中，主要有以下一些關鍵時間節點：

2011年10月，項目順利通過專家組論證。

2011年11月，啟動項目公開招標活動，最終確定中標方。

2011年12月至2012年03月，順利完成項目“三包”建設方案。

2012年04月至2012年05月，各類軟硬件兼容性測試，試運行。

2012年06月12日，順利通過專家組驗收并投入使用，給予了高度評價：它站在了學科教育和教育發展的前沿，是高校將“云”真正落到實處的典型案例。

2012年07月02日，成功舉行教育協作云現場發布會，被業內認為是具有典型代表意義的樣板，先后被《人民日報》、《中國教育新聞網》、《中國教育報》、《中國云計算服務網》等多家媒體報道或轉載，產生了較大的社會反響。

目前，實訓中心在統一的云架構下已有20余套實訓軟件在正常運行，且擁有Windows、Linux等10余套系統模板以滿足快速搭建各類應用環境的需要，初步形成了云中教學、云中協作、遠程交互、互動課堂、在線課程等應用為主的教育云平臺。

此外，鑒于在教育云上的積極實踐和探索，尤其是對教育云架構、各類高度集成的云服務、移動辦公和互動教學等方面的理解，實訓中心還吸引了諸多企業前來“云中筑巢”為擁抱云時代做嘗試，這成為孵化校企合作、推動產學研有機融合的溫床。

三 云環境下的實驗教學框架

鑒于學院的學科特點，實訓中心通過采購和聯合共建實驗室等方式規劃部署了有關旅游、企業管理、信息管理、財務會計等方面的專業實訓軟件，改變了原有實驗教學單一（或缺失）的局面。然而，云環境下實驗教學活動需要多方協作創造以不斷優化與擴增云端資源，實現資源的最大化共享，進一步豐富和完善實驗教學項目。見圖2。

平臺使用，滿足了日常實驗教學，體現了資源集成共享的優越性；創新探索，孵化了新的實驗教學項目，確保了教學的延續性和可持續發展。運維管理人員，需要擔當起服務創造者角色而絕非僅僅是服務提供者，以促進平臺使用與創新探索的有機統一，最終形成完善的教育云生態系統。

1 豐富實驗教學

在統一的云管理平臺上，維護工作變得簡單、快捷，通過提供虛擬服務器以靈活架構、按需部署與集成各類實訓軟件，提供豐富的實驗教學項目，從而滿足各專業實驗教學的需要。目前，實訓中心提供的實訓軟件，門類齊全、種類繁多，擁有B/S、C/S兩種架構模式，專業實訓、統計挖掘、系統開發三個大類，具體如下所述：

（1）專業實訓類。ERP財務模塊、ERP人力資源模塊、企業經營模擬沙盤演練、項目管理沙盤演練、企業內控與營銷工程、模擬導游實驗教學、會計實驗教學、審計實驗教學、財務決策與分析、輿情監控平臺等。

（2）統計挖掘類。SAS統計挖掘軟件、SPSS統計挖掘軟件（Statistics和Clementine）、Teradata商業分析平臺等。

（3）系統開發類。擁有Eclipse、Visual Studio、Android、Photoshop、Dreamweaver、Authorware、Fireworks等各類系統開發環境。

基于此，實訓中心已經承擔了大量實驗實訓課程，主要包括：綜合會計實訓、財務報表分析、客戶關系管理應用實戰演練、信息管理實用軟件實訓、5A景區漫游模擬導游實訓、Android手機程序設計與開發、Windows Server 2008網絡操作系統、Web程序設計與應用、管理信息系統、信息檢索等。

此外，依托先進的錄播平臺全方位記錄實驗教學、培訓活動、參觀訪問的實況，實訓中心還形成了自己的特色資源庫，并通過云平臺對師生們開放，進一步豐富了實驗實訓的各類服務。

2 統一科研教學

魏紅等認為“教師的科研成果和教師的教學效果呈現較為顯著的正相關，教師的科研對其教學是有促進作用的”。實訓中心則與教師合作，積極探索在云平臺上科研成果應用于實驗教學活動的一般模式，使得科研成果能夠及時反映在實驗教學活動，以活躍課堂氣氛并激發學生的好奇心和求知欲，同時也使得科研成果能夠在實驗教學活動中得以檢驗、優化和完善，從而最大限度地服務于教學，實現科研與教學的有機統一，見圖3。

依托云平臺提供的各類實訓軟件環境，為上述探索提供了有力的支撐。然而，要保證順利實現科研與教學的有機統一，不僅需要教師積極思考科研教學化的模式，更需要實驗人員具備一定的科研能力和創新意識，這對實驗人員提出了更高的要求。

3 深化校企合作

實訓中心采用共建聯合實驗室的方式，深化校企合作，旨在為廣大師生帶來企業在管理、咨詢等實踐活動中的實務理解，幫助師生了解企業面臨的各類問題以把握最為真實的社會需求，并誠邀相關企業資深的專業人士開展講座培訓，引進各類社會優質資源，形成良性互動，以期提高學院師生的科研創新能力并推動多學科的交叉融合。

目前，實訓中心已建立華為教育協作云聯合實驗室、Teradata商業分析聯合實驗室、NSTOR數據管理聯合實驗室、中經世林模擬導游聯合實驗室等多個校企合作平臺，并由此孵化實驗教學項目，為日常教學科研提供新的支撐。比如：利用ERP系統中生成的業務數據，或者利用具體應用系統中的日志，把這些數據導入到數據倉庫中，進而通過數據挖掘進行商業分析，這些都離不開各類廠商的支持；同時，在上述活動中，學生們的獨立學習意識也能夠得到極大培育。

4 提供實踐平臺

在確保滿足日常實驗教學活動的前提下，實訓中心還設立開放實驗室以最大程度地面向師生開放，旨在培養學生創新意識，增強學生科研動手能力。實訓中心擁有完善的企業模擬經營沙盤演練平臺、先進的商業分析平臺、豐富的統計挖掘軟件、無線網絡全區域覆蓋、舒適的實驗場所等軟硬件設施，為開放實驗室的正常運行奠定了良好基礎。例如，為會計學系師生提供上機環境，以備戰2012年首屆“網中網杯”全國大學生財務決策網絡大賽。

同時，憑借在信息化架構與實踐方面積累的豐富經驗和優勢，實訓中心還積極輔導本科生參與國內外相關賽事，且已取得較好的成績，如：赴新加坡參加2012、2013年APEX商業IT案例大賽，與世界一流學校同臺競技：提供企業模擬經營沙盤演練的電子沙盤和物理沙盤環境，并指導本科生參加2012年上海大學生企業經營模擬沙盤大賽，在本次比賽中參賽隊員榮獲優勝獎。

四 實驗教學典型案例介紹

為了確保實驗教學活動的延續性和可持續發展，實訓中心并不局限于作為服務提供者為廣大師生提供良好的實驗環境，而是依托云平臺在資源集成共享、靈活搭建應用環境等方面的優勢，與任課教師、企業積極開展合作以進行創新探索，為實驗教學提供新的支撐。主要采取兩種模式：與任課教師合作，嵌入課堂教學，探索開設配套的實驗課程：依托平臺優勢，聯合企業協同創新，開發新課程。

1 網絡文本信息挖掘

現如今各類會展活動在舉辦過程中，不可避免地被打上互聯網的烙印并在網絡上匯集大量相關報道或討論，同時微博（客）的出現與蓬勃發展，也加劇了這一趨勢。因而，在網絡廣為普及的社會環境下，及時了解與掌握會展活動中網絡媒介或網民群體所表達出的重要節點信息，變得十分重要。為幫助會展管理系本科生認識和了解網絡信息處理的做法，全面把握網絡環境下會展研究的新動向，會展管理系教師與實訓中心合作，探索開展相關實驗教學的可能性。實訓中心實驗人員在網絡信息處理方面，做了很多有益探索并形成了系列研究成果，為此次實驗教學探索奠定了良好的基礎和技術保障。

在與任課教師反復溝通交流后，決定在大型會展活動中的事件分析研究成果基礎上，開展客戶偏好及行為特征之網絡文本信息挖掘實驗教學活動，以作為會展客戶關系管理課程的實驗課程。實驗教學的目標確定為幫助會展管理系2009、2010級本科生認識文本挖掘及其常見的工具技術，能夠獨立完成基于搜索引擎的網絡信息采集活動并進行熱點發現、社會網絡分析等信息分析活動。

實驗人員首先結合先前的積累準備了一份實驗講義材料，明確采用開源工具進行實戰演練，然后交由任課教師模擬實驗，最后制定了一套實驗教學方案，如下所述。

（1）理論講述：概述文本挖掘及其常見的工具技術，文本挖掘的典型應用場景。

（2）實驗環境：通過云平臺讓學生了解和部署實驗環境并陳述具體應用場景，

（3）工具使用說明：結合新浪博客實例，熟悉開源網絡采集工具火車頭采集器和社會計算平臺ROST CM用于網絡信息采集、處理與分析活動中的流程。

（4）自由實戰演練：在給定的主題范圍內進行網絡信息采集、處理與分析，并進行現場答疑。

本次實驗教學改變了該門課程實驗教學活動缺失的現狀，不僅豐富了課堂教學，也給該系本科生帶來了新的視角和工具，如：針對2012年十一黃金周出現的旅游景區“人滿為患”現象，借助文本挖掘手段利用新浪博客數據全面清晰地刻畫了網民對這一現象的態度以及關注的焦點——交通、擁堵、免費、堵車、投訴、幸福等，拓寬了學生在捕捉客戶偏好、把握客戶行為等領域的視野。

然而，文本挖掘本身是一個多學科交叉的研究領域，在簡短的時間內難以形成完整的認識。結合本次實驗教學實際，實訓中心已著手開展文本挖掘與信息分析專題培訓，以期通過理論講述和實戰演練相結合的方式，進一步豐富和完善實驗教學。

2 數據挖掘與商業智能

大數據時代下，面對多類型數據的海量集聚，數據挖掘活動所擔負的從中滌取“有效的、新穎的、具有潛在效用的乃至最終可理解的模式以獲取商業利益”任務，變得十分重要且更富挑戰。托馬斯·達文波特數據科學家這一職業也隨之呼之欲出，并被譽為二十一世紀“最性感”的職業，然而所有大學都尚未設置數據科學的學位（課程）。

為順應這一趨勢，實訓中心依托Teradata商業分析聯合實驗室，結合Temdata在金融、電信、零售、物流等行業積累了豐富的挖掘經驗，開展數據挖掘與商業智能專題培訓，以全面認識和把握數據挖掘在商業領域的真實做法，掌握數據挖掘常用的算法、模型與工具——如決策樹、關聯規則、聚類分析等算法和TWM挖掘工具、Excel高級應用等，從而培育挖掘與分析能力。該專題培訓，采用理論講述、實戰演練、案例分享等多種形式，共分為15個專題，內容涵蓋數據挖掘的基本理論、方法論、工具與模型以及電信/銀行領域中數據挖掘典型案例分享等。

隨著專題培訓的深入，逐步改變了廣大師生對數據挖掘即是“建模型、選算法”的認識誤區，并了解到數據挖掘活動中約80%的工作是在做數據探索、數據準備，而借助工具或搭建數據倉庫（集市）可以大大縮減這一工作量。值得一提的是，大數據時代下在數據（倉）庫內進行數據挖掘已經成為發展趨勢。實訓中心所部署的Teradata數據倉庫及其挖掘工具，順應了這一趨勢，并通過開展數據挖掘與商業智能專題培訓活動能夠使廣大師生站在前沿以更加從容地從事科學研究活動。

除此之外，我們還致力于探索如何利用專題培訓積累下的實驗講義等素材并結合師生的反饋把專題培訓內容固化下來——如出版教材、專著等，從而進一步鞏固培訓成果和豐富實驗教學，同時也為培育“數據科學家”人才做準備。

五 結束語

盧蓓蓉等認為“教育云進入一線師生的常態教學還任重道遠，而這個過程需要教育云生態系統中各個角色的主動參與和良性互動”。筆者從平臺使用和創新探索兩個維度圍繞創新實驗教學提升學生動手實踐能力這一主題，就如何協同任課教師、實驗人員和社會資源進行了有益探索和嘗試。

然而，我們才剛剛起步，完善多方協作機制、優化創新探索模式為實驗教學活動孵化更多、更優的實驗教學項目，還有很長的路要走。