云計算在高校實驗教學中的應用研究

摘 要：目前高校實驗教學規模逐漸增大，網絡教學飛速發展，與之相關的后臺服務也迅速增加，但是由于教學過程的相對集中性、師生群體使用的固定性造成大量的硬件資源使用效率低，浪費情況嚴重，安全性也大大下降，所以需要一種新的管理模式和技術改變現狀，對資源進行合理的統籌和規劃，提高教學體驗度，資源使用率和投資回報率。本文從高校實驗教學實際情況出發，闡述了云計算對高校實驗教學產生的影響，對云計算模式在高校實驗中心的發展做出了展望。

關鍵詞：高校實驗教學；云計算；虛擬化；

中圖分類號：TP3 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-0

一、高校實驗教學中心概述

隨著高校實驗中心教學規模擴大、網絡教學的飛速發展，支撐前臺業務運行的后臺服務和硬件設備也迅速增加。但在資源軟硬件規模擴大的同時，原有的使用方式和管理模式制約了資源的高效利用，出現了資源浪費、安全性下降等問題。

在高校實驗教學中心中網絡專業軟件應用不斷上線，網絡和信息技術的飛速發展和在高校教育領域中的應用，導致E-Learning、D-Learning、M-Learning等多種學習模式出現，都希望利用新的信息技術為人們創造更加豐富、互動和仿真的學習環境，達到最優的學習效果。但在專業軟件應用發展壯大的同時，傳統的對信息中心核心機房硬件設備資源的管理和應用模式已顯落后，跟不上高校快速部署與應用的需求，并且物理環境的限制（物理空間、電力供應、樓宇承載負重等）也對新設備的部署形成了層層障礙[1]。

（1）服務器的利用率低且耗能；現今機房內運行的大部分服務器利用率都非常低，一臺服務器只能有一個操作系統，由于應用程序的使用率和使用時間段不同，造成硬件資源使用不平衡，CPU、內存、硬盤空間的資源利用率不超過25%，大量的系統資源被閑置，并且始終耗費電能，浪費嚴重。

（2）可管理性差；首先是可用性低，每個應用服務器都是單機，如果哪臺服務器出現問題，相對應的應用業務也將中斷；其次是系統維護、升級和變更時需要停機運維，也將造成應用中斷，其中包括學校的一些重要教學系統，一旦中斷服務影響很大。

（3）兼容性差；系統和應用在進行遷移工作時，要考慮不同版本的驅動，并且新的軟件包括操作系統和應用軟件無法運行在老的硬件平臺，因此改變現有設備管理模式來應對大量增多的應用需求就成為本課題研究的意義。

（4）IT基礎架構變得過于復雜；高校實驗中心基礎架構復雜，設備采購間隔年代長，更多的人力忙于維護和系統升級，沒有時間和精力做戰略性業務項目，使得人力成本逐年上升。

（5）教學資源不能共享；我國一直以來實行的是各高校獨立辦學的原則，高校與高校之間是相對獨立的實體，在教學資源的運用上，使用的是排他性原則，高校各自擁有的教育資源和信息資源不同且不能深入共享[2]。

隨著教學服務要求的響應時間越來越短和管理成本越來越高，高校需要一種更好的管理和使用策略，為了改變現狀，改進資源管理模式，提高資源利用率，對資源進行統一規劃使用，同時保證數據的安全性，必須構建一個統一的資源管理模式，進行統一調配，實現自動化與智能化管理[3]。

二、云計算在教育領域的技術特點

伴隨云計算技術應用的不斷深入、云計算在教育領域體現出了很大優勢，這一先進的計算機技術改進了學習者的學習方式、改造了學習環境[4]。云計算技術是一種能夠降低IT復雜性的新方法，它將按需提供的自助管理虛擬基礎架構匯集成高效池，以服務的形式提供計算，通過實現 IT 基礎架構的虛擬化，可以降低 IT成本，同時提高現有資產的效率、利用率和靈活性。如果采用虛擬化技術來實現這些服務器的高效利用，將己有的系統遷移至虛擬平臺，并以此來提高管理水平，提高辦學質量就顯得很有必要了。

虛擬化和云計算技術從一開始就是面向應用的，隨著這些技術在理論上的逐步成熟，迫切需要將它們應用于各個實際工作領域，并在實踐中發展和完善。因此，通過虛擬化技術，針對高校實驗中心的特點進行云計算研究，搭建統一管理平臺，達到合理動態分配資源，通過虛擬化提高IT 資源和應用程序的效率和可用性，實現運營的靈活性，能夠快速響應學生學習的快速變化，提高管理水平，進而實現管理模式的變革。

通過云計算在高校中的實際應用，搭建一個統一、開放、靈活、高效的高校教學平臺，在高校實驗中心的管理模式方面做一些有益研究和探索，并且通過實驗和實際使用驗證云計算管理模型在高校教學服務中的有效性和積極作用。

三、云計算在高校實驗教學中的應用

云計算以獨特的功能、特點和運營模式[5]，使其在高等學校教育信息化領域有著廣闊的發展前景。云計算在硬件環境構建、實驗科學研究、優質教學資源共享和個人知識管理四個方面提供的全新運行模式，為高校教育信息化提出了革命性的創新思路 [6]。

（一）降低經費投入

云計算在高校教育行業的實施可以整合和利用不同類型、不同廠家的物理服務器，降低硬件經費投入，減少采購和更新基礎設備的頻次。

特別是在高校密集型用戶環境中，“私有云”的建立更能體現云計算的價值，師生可以利用各種終端接入云環境，通過軟件即服務（SaaS）使用經濟的應用軟件定制服務[7]，使用相同應用，無需個性化配置，極大地減少了學校為維護和升級操作系統和應用軟件投入的費用[8]，從而節約硬件總體成本。

（二）利于高校實驗和科研建設的開展

高校實驗和科研工作基本是間斷性的，對信息資源的利用也是突增性的，云計算技術的特點正符合此要求，可以為全校師生提供了優質的軟硬件和技術環境。師生通過虛擬桌面、遠程桌面像管理本地服務器一樣操作實驗資源，并且實驗的時間和地點不受限制。云計算還支持數據回滾，一方面保證數據安全，另一方面可以互相印證，極大的方便了科學研究。

（三）優質教學資源共享

目前多數高校都有通過多種形式的網絡教學平臺開展網絡教學活動，但這種傳統的平臺受各種原因所限，比如場地、時間、人員范圍等，資源的共享具有局限性。云計算可以向用戶提供多方面、多層次的資源共享服務，有P2C、C2C、P2P等多種模式，做到無所不在的教學和隨時隨地的學習。云計算可以通過公共云服務平臺給師生提供更加完善的教學資源共享服務，為更多的服務對象和各級各類教育提供服務。

（四）優化個人知識管理

隨著終身學習理念的加強，每個人需要掌握、管理和運用的知識都在呈幾何級數增加，相應資源也是越來越多，而學習環境的不斷變化、人員的移動、場所的變更造成數據遺忘、數據丟失、數據損壞等事件經常發生。

云計算可以通過各種終端設備，包括手機、PAD等移動設備將個人學習資料實時上傳到云服務器，利用云計算的云存儲功能實現隨時隨地調用和存儲信息，而且還可以根據師生需求動態擴展存儲空間，并且可以根據個性需求定制博客、個人空間等個人知識管理交流平臺，是高等學校開展教育信息化的新途徑和新方式。

四、結語

云平臺是當前網絡應用的一種趨勢，基于云平臺所建立的實踐教學資源服務平臺不僅可以提高高校實驗教學的實效性，同時也將從根本上改變實驗教學的模式。但是，云平臺作為一項較為新興的IT應用，其發展極為迅速，而在高等教育領域特別是實踐教學方面的應用又處在初始階段，包括基于云平臺的實踐教學環境建設和教學模式改革等在內的各種問題都處在探索中，還需要我們進一步去討論和研究。

參考文獻：

[1] Walker E. Benchmarking Amazon EC2 for High performance Scientific Computing. USENIX Login， 2008， 33（5）：18–23.

[2] 王欣欣.論合理整合高校教學資源[J].科技信息， 2009， 4 （07）： 3234.

[3] 陳鵬洋.虛擬化技術在科技管理中的應用[J].金融電子化.2008（12）.

[4] 楊艷艷，黃純國，鐘柏昌.基于云計算探析云學習.現代教育技術，2010，（9）：108111.

[5] John W Rittinghouse，James F Ransome. Cloud Computing：Implementation，Management and Security. USA：CRC Press.2010.

[6] 孫柏祥.云計算—高校教學信息化建設和發展的新模式.中國電化教育，2010，（5）：123125.

[7] Ralph Mietzner，Andreas Metzger，Frank Leymann et a1.Variability Modeling to Support Customization and Deployment of MultiTenantAware Software as a Service Applications[C].Proceedings of the 2009 ICSE Workshop on Principles of Engineering Service Oriented Systems.May 2009：1 825.

[8] Dan Ma The Business Model of“Software As A Service”[C].2007 IEEE International Conference on Services Computing，SCC 2007：701702.

本文為北京聯合大學教學改革與研究項目校級重點課題“基于云平臺的經管類實驗教學模式改革研究”（2013立項）的階段性成果。

作者簡介：郭峰，男，1978.10，大學本科，職稱：實驗師 工作單位：北京聯合大學經貿實驗教學中心100101 tel：18800109525 email：18800109525@163.com