云計算在高校教育中的應(yīng)用研究

黃麗芳，曾健民，高 薇，王 慧

(閩南理工學(xué)院信息管理系，福建石獅 362700）

云計算是一種新的計算模式。它以虛擬化技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模的虛擬資源池，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞各類虛擬化計算資源提供服務(wù)，用戶則通過網(wǎng)絡(luò)跨越地理空間的限制，隨時獲取各類計算資源。云計算實現(xiàn)了計算資源的實現(xiàn)形態(tài)、計算服務(wù)的應(yīng)用模式的根本性變革，它的到來意味著信息產(chǎn)業(yè)面臨著一場新的革命。各國政府、IT產(chǎn)業(yè)界及研究領(lǐng)域正掀起云計算熱潮。高校教育行業(yè)同樣也受到云計算的影響，越來越多的高校正根據(jù)自身特點，將云計算技術(shù)應(yīng)用到教育管理中。福州大學(xué)城文獻提供了云圖書館建設(shè)，采用 VMware的vSphere云操作系統(tǒng)，構(gòu)建了自己的文獻私有云，部署了百鏈超星云圖書館系統(tǒng)，開展文獻服務(wù)，提高了存儲資源和服務(wù)器等硬件設(shè)備的利用率。

1 云計算的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是一種管理資源的技術(shù)。它是將計算機網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲及內(nèi)存等各種各樣的資源抽象、轉(zhuǎn)換，使得用戶可以更好地使用這些資源。虛擬化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的靈活性，降低用戶的成本，改善服務(wù)水平等。

1.服務(wù)器虛擬化。服務(wù)器虛擬化技術(shù)即一臺服務(wù)器可以虛擬化成幾個服務(wù)器來使用，硬件的使用率提高了，降低了硬件購買成本和能源的耗費。數(shù)據(jù)的自動化管理水平提高了很多，管理方面的投入也大大的減少了，管理也更加方便快捷了。

2.存儲虛擬化。存儲虛擬化即統(tǒng)一管理云計算系統(tǒng)存儲的所有資源，用戶可以使用統(tǒng)一的存儲空間。

3.網(wǎng)絡(luò)虛擬化。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是一個物理網(wǎng)絡(luò)能虛擬出多個邏輯上的網(wǎng)絡(luò)，使用者可以體驗和獨享物理網(wǎng)絡(luò)一樣，網(wǎng)絡(luò)虛擬化提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，提升網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的可靠性。

4.應(yīng)用虛擬化。應(yīng)用虛擬化安裝在一個虛擬環(huán)境中，與操作系統(tǒng)隔離，擁有與應(yīng)用程序的所有共享資源，極大地方便了應(yīng)用程序的部署、更新和維護。通常應(yīng)用虛擬化與應(yīng)用程序生命周期管理結(jié)合起來使用效果更好。

5.桌面虛擬化。桌面虛擬化將眾多終端的資源集合到后臺數(shù)據(jù)中心，以便對用戶成百上千個終端統(tǒng)一認證、統(tǒng)一管理，實現(xiàn)資源靈活調(diào)配。終端用戶通過特殊身份認證，登錄任意終端即可獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，繼續(xù)原有業(yè)務(wù)，極大的提高使用的靈活性。

1.2 分布式計算技術(shù)

分布式計算是一種把需要進行大量計算的數(shù)據(jù)分割成若干塊，由多臺計算機分別計算，再上傳運算結(jié)果后，將結(jié)果合并起來得出最后結(jié)果的計算方式。也就是說，分布式計算一般指通過網(wǎng)絡(luò)將多個獨立的計算節(jié)點(即物理服務(wù)器）連接起來共同完成一個計算任務(wù)的計算模式。

1.Hadoop系統(tǒng)。Hadoop是由Apache基金會開發(fā)的，設(shè)計用來由通用計算設(shè)備組成的大型集群上執(zhí)行分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)，以Hadoop分布式文件系統(tǒng)(HDFS）和MapReduce分布式計算框架為核心。HDFS應(yīng)用與大量數(shù)據(jù)的存儲，而MapReduce則用于大量數(shù)據(jù)的計算。

2.HDFS。HDFS作為一個分布式文件系統(tǒng)，具有高容錯的特點，它可以部署在廉價的通用硬件上，提高吞吐率的數(shù)據(jù)訪問，適合需要處理海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序。它提供了基于Hadoop抽象文件系統(tǒng)的API，支持以流的形式訪問文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)。

3.MapReduce。MapReduce是一種編程模型，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集(大于1TB）的并行運算。它極大地方便了編程人員在不會分布式并行編程的情況下，將自己的程序運行在分布式系統(tǒng)上。

2 高校教育中應(yīng)用云計算類型分析

2.1 云計算在高校教學(xué)中的應(yīng)用

高校的教育資源分布不均，各個高校的資源各有特色，為了能很好的整合高校資源，可以采用集中的方式，搭建高校資源云平臺，為各個高校的師生提供很好的服務(wù)，可以提高高校資源的利用率，促進各高校資源的共享，也可以增進高校之間的友誼。云平臺提供統(tǒng)一的教學(xué)資源管理、考試測評、遠程教育等優(yōu)質(zhì)服務(wù)。在考試測評中，學(xué)生可以在通過帳號登入到相應(yīng)的云平臺，在校園的任何一處，只要通過網(wǎng)絡(luò)，就能很好的進行自我測試，提高考試成績。學(xué)生還可以隨時隨地打開手機或者電腦，在線查看老師講授的知識，也可以便捷地進行師生互動，提高教學(xué)的質(zhì)量。

2.2 云計算在高校實驗室的應(yīng)用

實驗是教學(xué)重要的環(huán)節(jié)。學(xué)生可以通過實驗來獲取直接的感知和知識。高校的實驗室的器材許多時候無法滿足每個學(xué)生人手一套件。為了讓每個學(xué)生都能有一臺儀器設(shè)備，教師可以通過云計算來分享資源和遠程桌面控制的方式，以虛擬方式滿足每個學(xué)生人手的一臺設(shè)備。特別是在高校的一些實驗中，一些實驗的軟件特別大，或者安裝特別麻煩，為了免去安裝軟件的煩惱，也為了能提高計算機的速度，延長計算機的使用壽命，可以將一些較大的或者是較難安裝的軟件安裝在云服務(wù)器上，用戶只要通過云端接入設(shè)備和相應(yīng)帳號直接使用相關(guān)軟件。還有一些高校自己搭建基于Hadoop的云平臺，自行開發(fā)學(xué)生作業(yè)提交系統(tǒng)，避免了下課學(xué)生同時交作業(yè)造成作用提交不上來，電腦卡機等現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 云計算在教輔中的應(yīng)用

教育云在高校的行政管理中也發(fā)揮著很好的作用。教育云可以整合高校辦公自動化系統(tǒng)、學(xué)生管理信息系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、教學(xué)效果評估系統(tǒng)等的各類型的信息管理系統(tǒng)，將各種信息系統(tǒng)進行有效的整合，有利于高校的管理者更好的掌握高校的運行情況，提高辦事效率。這樣既方便了師生，學(xué)校資源的利用率相應(yīng)地得到提高。

3 云計算在福建高校教育中的應(yīng)用情況

本課題組通過現(xiàn)場訪問、問卷調(diào)查、文獻法等方式對廈門大學(xué)、福州大學(xué)、福建師范大學(xué)等13所高校的專家、教師、在校生進行專題調(diào)研。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)這些高校在選擇云計算供應(yīng)商、應(yīng)用云計算技術(shù)所處的階段、應(yīng)用的領(lǐng)域也各有特色。

廈門理工學(xué)院私有云上運行的應(yīng)用主要為數(shù)字化校園系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)以及各院系網(wǎng)站系統(tǒng)等。廈門理工學(xué)院自從部署了學(xué)校私有云后，通過使用云終端，學(xué)校在計算機維護方面的投入大大降低。云終端與傳統(tǒng)PC總擁有成本TCO對比情況如表1所示。

表1 云終端與傳統(tǒng)PC TCO對比表

福州大學(xué)與思科，星網(wǎng)銳捷等公司合作，學(xué)校把云計算技術(shù)應(yīng)用與數(shù)字化校園的建設(shè)中，福州大學(xué)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)得到了優(yōu)化，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理能力大大提高了，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)吞吐能力也得到了擴展。福州大學(xué)積極參與數(shù)字福建云計算工程建設(shè)，對云計算技術(shù)形成新的產(chǎn)業(yè)集群起到積極作用，也為海峽西岸的經(jīng)濟繁榮作出重要貢獻。廈門大學(xué)與工信部移動云計算教育培訓(xùn)中心、Adobe共建移動云計算RIA聯(lián)合實驗室，為我國東南部地區(qū)移動云計算領(lǐng)域，RIA交互設(shè)計方向注入新血液。廈門大學(xué)與聯(lián)想集團建立的移動云計算實驗室，為我國東南地區(qū)云計算和移動應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域培養(yǎng)高技術(shù)人才。泉州師范學(xué)院引進云計算平臺系統(tǒng)軟硬件及服務(wù)給學(xué)校的教學(xué)帶來了方便，提高了教學(xué)質(zhì)量，也節(jié)約教學(xué)成本。泉州師范學(xué)院與多家企業(yè)組建泉州市云計算物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)中心，該中心將為企業(yè)打造大數(shù)據(jù)平臺，企業(yè)不用花巨資自己架設(shè)服務(wù)器，不用繁瑣的日常維護，只需租用一片“云”，就能實現(xiàn)ERP、供應(yīng)鏈、客戶關(guān)系、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、財務(wù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等企業(yè)信息的大數(shù)據(jù)整合。企業(yè)只需租用中心服務(wù)器的一個空間，便能實現(xiàn)云儲存和運算服務(wù)。三明學(xué)院采用云計算技術(shù)后，提高了數(shù)據(jù)中心資源的利用率，減少管理和成本，資源和應(yīng)用服務(wù)的效率和質(zhì)量提高了。福建工程學(xué)院將私有云應(yīng)用與學(xué)校公共機房的管理中，機房的建設(shè)及使用成本降低了，系統(tǒng)維護的工作量減少了，減少了計算機病毒，安全性提高了。閩南師范大學(xué)采用云計算平臺的多媒體教學(xué)實驗室(60人）所需費用大約是原來的四分之一，節(jié)約了成本。集美大學(xué)搭建Way Cloud虛擬化云平臺，計算能力是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的五倍以上;虛擬化技術(shù)提高了資源有效使用率，避免了重復(fù)建設(shè)，節(jié)約總成本。龍巖學(xué)院設(shè)立了龍巖學(xué)院云計算實驗平臺和云技能實訓(xùn)平臺項目，該項目還在建設(shè)之中。

4 云計算給高校帶來的好處

4.1 促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)

一些高校把云計算和虛擬技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于實驗室的建設(shè)中。云計算為用戶提供實驗數(shù)據(jù)存儲，保障數(shù)據(jù)的安全性，學(xué)生可以在宿舍進行網(wǎng)上虛擬實驗，打破時間和空間上限制，提高學(xué)生的實驗效率，對提高學(xué)生的實驗興趣和提升學(xué)生綜合素質(zhì)起到積極作用。學(xué)生也可以隨時隨地進行自主學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)生的成績。

4.2 降低軟硬件投入成本

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機的更新?lián)Q代速度越來越快，一些新開發(fā)的軟件在舊的計算機上無法安裝，很多高校只能購買新的計算機設(shè)備。云計算技術(shù)的引入，能有效降低軟硬件成本，用戶只需按需付費，無需在自己的計算機上安裝軟件，省去軟件更新的麻煩，也省去軟硬件維護成本。用戶也可以方便自如地使用軟件，延長計算機的使用壽命。

4.3 便于教學(xué)資源的整合

各個高校的教學(xué)資源各有特色，如能將各高校各自云計算技術(shù)信息上網(wǎng)，便可實現(xiàn)資源的共享。某些高校為了提高錄播教室在各所學(xué)校的使用率，實現(xiàn)教育資源均衡化，引進了視頻云計算。視頻云計算的引進，學(xué)校間可以方便自如地實現(xiàn)遠程課堂、學(xué)生實訓(xùn)電臺、紅色教育、安全教育等，實現(xiàn)高校教學(xué)資源的整合。

4.4 提升教師的教研水平

以往一些比較難安裝的軟件，或者對計算機配置要求高的軟件，教師自身的計算機不適合安裝教學(xué)相關(guān)軟件，為此，教師需要到實驗室進行備課。自引進云計算后，教師只要登錄云平臺，就可以使用相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)了在家里隨時隨地備課，不再受到時間、地點的限制，節(jié)約了備課時間，同時教師可充分利用資源條件，提升自身的教學(xué)和科研水平。

5 結(jié)束語

云計算技術(shù)作為現(xiàn)在新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)中最熱門的技術(shù)之一，目前云計算在虛擬化技術(shù)、分布式技術(shù)在高校中應(yīng)用類型很多。其中VMware虛擬化技術(shù)在教學(xué)機房中和圖書館服務(wù)器整合中的應(yīng)用、桌面虛擬化技術(shù)在高校機房中和高校圖書館中的應(yīng)用、Hadoop技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用等方興未艾。可以預(yù)見，未來云計算技術(shù)在我國高校中的應(yīng)用將會有越來越寬廣。云計算技術(shù)應(yīng)用整合了各種軟硬件資源，教學(xué)資源，加快我國高校信息化建設(shè)的進程，推進高校數(shù)字圖書館的建設(shè)，降低了成本，提高了教學(xué)質(zhì)量和效率。總之，云計算技術(shù)將會對我國高校教學(xué)和科研帶來巨大的影響。

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