云計算促進高等院校信息化建設跨越式發展研究*

馮鳥東，崔亞強，余 淇，王春艷，田建林，甘啟宏

（四川大學 現代教育技術中心，四川 成都610065）

云計算促進高等院校信息化建設跨越式發展研究*

馮鳥東，崔亞強，余 淇，王春艷，田建林，甘啟宏

（四川大學 現代教育技術中心，四川 成都610065）

隨著信息技術的深入發展，傳統信息化發展模式安全性不高、擴展難度大、硬件資源利用率低等方面的問題在高等院校中日益凸顯，云計算的出現為解決此類問題提供了最佳途徑。本文通過總結高等院校信息化建設過程中面臨的挑戰，指出高等院校在信息化建設過程中遇到的問題,結合云計算的特點，提出云計算支撐下的信息化校園構想，探索了如何通過云計算來促進高等院校信息化建設的跨越式發展。

云計算；虛擬化；桌面云；信息化

信息技術發展日新月異，信息化教學手段和方法層出不窮。新的教學手段與方法的出現給教育帶來了革命性變化，這使信息技術在高等院校教學過程中的作用越來越重要，隨之而來的是我國高校信息化基礎設施架構存在的部分問題不斷凸顯，如果通過漸進式的發展模式來促進信息化教育發展，短期內很難徹底解決此類問題。為此，我們需要擺脫傳統信息化架構模式和建設思想的束縛，站在時代和技術發展的前沿來思考該如何實現高等院校信息化建設的跨越式發展。所謂跨越式發展是指高等教育原處于邊緣狀態的國家，在發展高等教育的路徑上不再采用傳統的按部就班模式，而是以中心國家大學的學術標準規范自己現有的高校發展模式，從而實現對傳統的跳躍。[1]本文認為高等院校信息化建設的跨越式發展是指，信息化基礎設施的架構突破傳統架構模式的限制，以IT行業最新的技術標準來重新構建其信息化教學環境，從而實現高等院校信息化建設的飛躍。近年來云計算以其穩定性、靈活性、安全性、低成本等方面的優點，受到各行業人士的好評，云計算的出現為高校信息化建設的跨越式發展帶來了機遇。

一、高等院校信息化建設面臨的挑戰

由于信息技術在教育中的不斷滲透，師生對信息技術的依賴性越來越明顯，對信息化基礎設施要求越來越高，要求多媒體教室更穩定、便捷，要求數字化資源更豐富、實用，要求信息化環境下的辦公更靈活、快捷。

1.對多媒體教室的要求

（1）穩定性需求

目前高等院校中，教師對多媒體的利用率已經達到90%以上，因此為保證每節課的順利開展，多媒體教室管理的首要任務是保證其穩定運行。

（2）安全性要求

多媒體計算機作為教室中的公共設施，用戶群體非常廣泛，這導致多媒體教室中的計算機極易感染病毒，不同人群的使用也極易造成交叉感染。

（3）個性化需求

隨著教師信息技術水平的不斷提高以及對多媒體教室應用的不斷深入，他們對教室計算機的個性化需求變得越來越明顯，例如，有的教師傾向于WindowsXP，有的傾向于Windows7，還有的傾向于Windows8，甚至有些教師需要使用Linux、Windows2008等服務器版的操作系統。

2.對網絡學習環境和資源的要求

信息時代的數字化學習平臺不再是單向地觀看視頻或下載資料，而是要為師生提供一個學習、交流、管理的綜合性網絡學習社區。

（1）學習者對數字化平臺的要求

信息時代的數字化學習平臺為學生提供自主的學習環境、交流互動的平臺，使學生不僅能在信息化環境中學習課程知識、完成課程作業、交流互動，而且還可以進行拓展訓練，拓寬學生的視野、增加知識面。

（2）教師對數字化平臺的要求

信息時代的數字化學習平臺需給教師提供備課、交流與評價的環境，教師在信息化環境中不僅可以備課、布置作業、組織考試，而且還可以和學生在線交流、互動與協作，同時還應提供檢測教學效果的評價工具。

（3）數據分析對數字化學習平臺的要求

信息時代的學習平臺應該滿足師生通過大數據進行分析、統計和反饋的需求，一方面可方便教師優化自己的教學設計和教學過程，另一方面可以使學生隨時掌握自己的學習進度和學習效果。

3.對移動學習和移動辦公的要求

隨著移動終端的不斷發展和教學組織形式的不斷創新，師生對移動學習和移動辦公的需求越來越強烈。

（1）教師之間交流協作的需求

高校教師無論是教學還是科研很多是以團隊的形式進行，團隊間的交流與合作非常頻繁，因此，為教師提供便捷的交流渠道顯得特別重要。

（2）教師移動辦公的需求

高等院校的大多數教師都沒有固定的辦公地點，家、教室還有教師休息室都有可能成為他們的臨時辦公室，因此移動辦公對他們來說是必不可少的。另外，很多高校都有多個校區，教師需要在不同的校區進行辦公，實現移動辦公更是迫在眉睫。

（3）學生對移動學習的需求

移動終端的迅速發展和碎片化學習理念的深入人心使移動學習越來越受大學生的青睞，這要求高等院校不僅要有優質的教育資源，而且還需提供適合移動學習的工具。

二、高校信息化建設現狀

高等院校信息化環境的建設包括基礎設施建設、軟件平臺建設、管理等各個方面，本文主要從多媒體教室的建設與管理、網絡學習平臺的建設，以及相關教學方法的探索方面進行一系列的探討。

1.多媒體教室應用現狀

多媒體教室是高等院校信息化建設中最基礎、最核心的部分。目前主要存在以下方面的問題。

（1）更新換代快

據調查傳統PC機的使用周期一般只有3～5年，而軟件更新、升級的周期更短。由于目前多媒體教室都是分散管理，每一次更新意味著對所有的教室都要進行一次更改，這給教師授課和教室管理都帶來了不便。

（2）安全性差

傳統多媒體教室的電腦采用系統還原的方法來防止病毒感染，這給需要臨時安裝某些特殊軟件的教師帶來了不便，并且還原系統一般只保護系統盤，其余盤符同樣存在感染病毒的可能性。

（3）管理難度大

在綜合性高校里，每間多媒體教室可能有不同學科的教師上課，他們對軟件的需求并不相同；另外由于多媒體教室計算機都做了系統還原保護，教師無法自行安裝軟件。這使有特殊軟件需求的教師，必須在上課之前和多媒體教室管理人員進行聯系安裝相應的軟件，給教師和管理人員都帶來了不便。

2.教師辦公環境和學生的移動學習

高校教師使用的辦公電腦是常見的臺式電腦，這些電腦普遍存在這樣一些問題：

（1）PC電腦維護更新、管理困難

傳統學校辦公環境都是采用獨立的PC機，很多教師對計算機知識了解較少，對計算機維護和更新存在一定的困難。此外，很多教師對病毒的防護意識較為薄弱，因此他們的電腦很容易感染計算機病毒。

（2）難以實現移動辦公

很多高校都有幾個校區，要想實現多個校區間的移動辦公，目前教師只能通過U盤或硬盤拷貝本機數據進行。

（3）學生的移動學習存在障礙

大學生移動學習的實現大多是通過移動終端自身的操作系統來實現的，無法實現“操作系統”層面的“移動”，因此，還是存在很多不方便。

3.網絡學習環境的建設情況

國內大部分高校都是通過購買或自主建設的方式建立自己的網絡學習平臺，目前網絡平臺應用還處于推廣與初步應用階段，它們普遍存在這樣一些問題：

（1）并發處理的能力較弱

如果一段時間內同時訪問量過大，容易出現大數據量并發問題，可能會導致整個系統的癱瘓，并且，當訪問量達到一定程度的時候平臺訪問的速度會大大降低。

（2）統計分析能力較少

目前很多高校都在使用網絡學習平臺，但只有少數學校對使用網絡學習平臺所產生的教學效果進行大數據的分析。并且，如果僅憑單獨的物理服務器根本無法實現對海量學習數據的分析、處理。

（3）平臺應用方式單一

傳統網絡學習平臺應用方式單一，主要表現在如下方面：首先，傳統學習平臺的使用主要是資源的瀏覽與下載，例如，下載授課PPT和視頻，只有部分教師設計了少量的互動；其次，大部分平臺都沒有移動APP，因此移動學習和碎片化學習的支持相對較少；第三，由于傳統網絡學習平臺的局限性較大，教師難以構建個性化的學習環境。

4.服務器的建設與管理

采用傳統模式架構的服務器，因為架構本身的局限，使它在擴展性、靈活性、安全性等方面存在不可避免的缺陷：

（1）擴展性差

目前很多高校的數字化學習平臺都安裝在固定的物理服務器上，隨著系統的不斷升級，數字化學習平臺對硬件的要求不斷增強，服務器將面臨著必須擴展的問題。傳統服務器的擴展只能通過更換硬件的方式來實現，這種方式不但會造成應用的中斷，而且施工周期較長。

（2）資源利用率不高

服務器資源的利用率低主要表現在如下方面：

首先，由于部分服務器上只裝一個系統，并且這些系統大都集中在某一時間段內使用，除此之外的閑置時間造成了資源的嚴重浪費。

其次，對于訪問負載較高的應用系統，傳統的架構是通過負載均衡讓多臺服務器并行工作，這種架構雖然可以應對高峰時段的訪問，但是在閑時部分服務器就會“空”運行，這也在一定程度上造成資源的浪費。

第三，對于安全性要求較高的系統，通常將該系統安裝在兩臺獨立的物理服務器上，采用“熱備”的方式，讓兩臺服務器相互備份，此方法硬件投資較大，價格較貴。

（3）災難應急機制脆弱

由于傳統應用系統基本都運行在單一服務器上，如果這臺機器出現意外宕機，則導致整個系統無法正常運行。

（4）管理難度增大

隨著服務器數量的持續增加，管理難度自然隨之增加，造成應用非計劃宕機時間、次數增多；其次，系統災難恢復和數據備份方案變得越來越復雜；服務器安裝配置越來越復雜、緩慢，系統環境的安全保障工作同樣變得越來越復雜。

三、云計算與虛擬化

美國國家技術和標準研究院（NIST）將“云計算”定義為：“是一個提供便捷的可通過網絡訪問一個可定制的計算資源（計算資源包括網絡、服務器、存儲、應用和服務）共享池能力的模式；這些資源能夠快速部署，并只需要很少的管理工作和與服務供應商很少的交互”。[2]通過對云計算概念的分析，結合筆者對云平臺的實踐操作，發現云計算支持下的數據中心較傳統IT的架構具有以下方面的進步：

1.提高服務器利用率

云計算的基礎架構是虛擬化技術，通過虛擬化技術將傳統的物理服務器、存儲等做成虛擬化集群，我們的應用系統則運行在虛擬化集群中所創建的虛擬服務器中。在這種架構模式中物理服務器只充當了底層的運算和存儲功能，因此，一臺物理服務器的硬件資源可能充當著多臺虛擬服務器的計算資源，這樣提高了物理服務器的利用率，從而降低了服務器的硬件成本；這種架構的另一個特點是當系統訪問量較小的時候，部分物理機會自動轉換成休眠狀態，以達到節能的目的。

2.提高服務器管理的靈活性

通過虛擬化技術和集群管理技術，可以實現對所有服務器的統一管理，這種管理方式提高了應用系統的靈活性，主要表現在以下幾個方面：首先，在云平臺上面可以快速部署虛擬服務器，技術人員可以在幾分鐘內完成虛擬服務器的安裝、部署；其次，虛擬服務器的擴容也是分鐘級別，只要資源池中的資源充足，我們可以在幾分鐘內實現虛擬服務器的擴容；第三，數據遷移，在云平臺中可以實現對虛擬機數據的迅速遷移，在硬件服務器出現意外宕機的時候，虛擬服務器可以實現自動遷移。

3.增強用戶訪問的便捷性

云平臺的便捷性體現在管理和應用兩個層面：從管理層面來說，我們可以通過專門的管理門戶來實現對云平臺的統一管理，可以在有互聯網的任何地方管理整個系統；從應用的角度來說，使用者可以在有互聯網的任何地方登錄并使用自己的桌面云，這為移動辦公、遠程辦公提供了極為便利的條件。通過云存儲、桌面云等應用，教師可以隨時隨地獲取一切可獲取的教學資源，充分利用云計算提供的軟件、存儲、安全等要素構建個性化的教學環境，支持教師的有效教學。[3]

4.提高用戶數據的安全性

就像火車的安全級別高于小轎車的安全級別一樣，實現集群管理數據中心的安全級別遠高于單臺服務器的安全級別，這主要表現在如下方面：首先，云端存儲的設備都是企業級存儲，并且，大多數磁盤都做了Raid，都有熱備盤，其安全性遠大于個人電腦存儲；其次，在虛擬化環境中，當個別物理服務器出現故障的時候，虛擬服務器會自動漂移到其它物理服務器，因此，不會影響整個系統的穩定運行；第三，因為操作是在遠程服務器端進行，而遠端的機房里面都有UPS供電系統，所以即使本地機出現突然斷電的情況，也不會造成用戶數據的丟失；第四，遠程服務器的防火墻等專門的防病毒、防攻擊設施配置遠高于個人電腦，數據安全性大大提高。

四、云計算支撐下的信息化校園構想

云計算的出現為信息化校園建設提供了一種新思路，它打破傳統資源的提供模式、服務器的架構方式和辦公電腦的使用模式，通過提供服務的方式，為全校師生提供信息化教與學的環境。這種轉變給教師的教學、學生的學習和教輔人員的管理都帶來了全新的變革：

1.通過桌面云讓教師把多媒體教室里的計算機“帶回家”

桌面云支持下的多媒體教室不再需要單獨的臺式電腦，而用一個節能、靜音的瘦終端來代替，教師通過一個桌面云賬號登錄到服務器端的桌面上來完成授課工作，這種改變具有如下方面的優勢：

（1）輕松實現教師的移動辦公

利用桌面云，教師只需要擁有自己的賬號，即可實現無論教師在哪個地方都能遠程訪問自己的工作計算機中的實驗數據、辦公文件等資料；

（2）滿足教師對多媒體電腦的個性化需求

如果教師需要大型計算，教師還可以申請超級計算機來實現對復雜實驗數據的計算；此外，如果教師對自己電腦的操作系統有特殊需求，他還可以申請自己所需要的操作系統；

（3）加快了校內網對校內資源的訪問速度

因為虛擬服務器中的學習平臺和優質學習資源與虛擬桌面同屬于一個集群，所以通過虛擬桌面來訪問虛擬服務器中的學習資源，相當于內網間的訪問，訪問速度會大大提升；

（4）節能環保，并且數據安全性更好

瘦終端的功率遠低于傳統臺式電腦，一般臺式機的功率為0.35kw而瘦終端的功率僅為0.07kw。

2.云計算促進學習者的移動學習

云計算的支持讓移動學習變得更為便捷，學生可以通過自帶設備，登錄到自己的桌面云，隨時隨地訪問自己的云端電腦，從而實現了“操作系統”層面的移動。另外，隨著云計算的不斷發展，“云課堂”出現了。在云課堂中學習者的授課不再受時間和地點限制，他可以隨時隨地通過移動終端進入云課堂進行學習。此外，有了云計算的支持，碎片化學習也變得非常便捷。

3.通過云計算讓數字化學習平臺變得更強大

云計算的基礎是虛擬化，云計算支持下的數字化學習平臺都是在虛擬服務器上運行的，這種架構方式的改變給數字化學習平臺帶來了如下轉變：

（1）可以輕松應對高訪問量的沖擊

在云計算支撐的學習平臺中，當一段時間內同時訪問量過大的時候，系統會自動調用數據中心的計算資源來應對，而當訪問量較小的時候，系統也可以自動休眠部分計算資源。

（2）可實現對學習行為的大數據分析

有人將大數據與云計算的關系比做一枚硬幣的正反面，來說明云計算和大數據的密不可分。就學習分析而言，對利用網絡學習平臺學習過程中所產生的大量數據不可能用單臺的計算機進行處理，而必須依托云計算來實現。

（3）可輕松實現數字化學習平臺的擴展

隨著信息化教育的不斷深入，數字化學習平臺必然要面臨擴展的問題。傳統架構模式服務器的擴展一般是采用更換硬件的方式來實現，這樣不但造成了硬件資源的浪費，而且有可能造成應用系統長時間中斷。而在云平臺中，對服務器的擴容是分鐘級別的，這樣既節省硬件成本，也把對應用系統的影響降到了最低。

4.通過云計算讓服務器的管理更為“隨心所欲”

（1）通過統一管理平臺隨時隨地輕松管理云端數據中心

云平臺的架構不再需要去機房維護相應的應用系統，只需要通過統一的管理入口就可以實現對整個數據中心的監控和管理。以華為的云平臺為例：管理人員通過IP或域名登錄FusionManager就可以實現對集群內硬件服務器的運行情況，存儲、CPU、內存等的使用情況，虛擬服務器的運行情況等進行監控和管理；通過登錄FusionAccess則可以實現對所有虛擬桌面的創建、發放、管理與監控。

（2）通過云計算讓服務器變得更高效、更靈活

云端的服務器都是以集群形式存在，這樣不但提高能效、減少占地面積、而且也可以降低功耗。此外，使用云計算技術可以提升服務器CPU的利用率，一般來說通過虛擬化技術可以將服務器的利用率提升30%～40%，據悉谷歌數據中心甚至可以將利用率提升50%。[4]

（3）通過虛擬化使服務器的安全級別更高

首先，通過集群管理，提高了硬件服務器故障的抵御能力；其次，統一的安全策略，更容易防范與檢測病毒入侵；第三，虛擬化服務器的部署更容易實現災難恢復。

5.云計算支持下的校園信息化環境架構模型圖

依據上述論點分析，構建如圖1所示云計算支持下的高等院校信息化架構模型：

五、結束語

云計算給信息技術帶來了革命性的變革，當今我國高等院校處在信息化建設的關鍵時期，通過云計算來促進信息化建設成為高等院校的必然選擇。本文正是根據云計算的特點并結合高等院校在信息化建設過程中遇到的問題，探討了如何利用云計算來促進高等院校信息化建設的跨越式發展，并構建了云計算支持下的高等院校信息化環境建設模式。隨著本研究深入，筆者發現云計算給高等院校信息化建設帶來前所未有的機遇的同時也面臨著諸多亟待解決的問題，比如：老服務器數據遷移的問題；IT資源從分散管理到集中管理的變革問題，各部門的協調、配合問題。雖然面臨很多問題，但青山遮不住，畢竟東流去，云計算的發展是大勢所趨，相信它將會給高等院校的信息化建設帶來美好的未來！

[1]陳建群.高校跨越式發展目標與實現策略研究[D]長沙:中南大學,2004:6-7.

[2]PeterMell,TimothyGrance.The N IST Definition of C loud Computing[J].N IST,2011(9):2-3．

[3]霍麗榮,于淼,高義棟.云計算支持的群體協作學習環境研究[J].中國信息技術教育,2010(5):77-80.

[4]虛擬化、云計算幫助提高數據中心使用率[DB/ OL].http://www.ciotimes.com/bigdata/83130.htm l.

（編輯:王天鵬）

G434

：A

：1673-8454（2016）15-0022-05

本文受四川省2013-2016年高等教育人才培養質量和教學改革項目“利用信息化平臺促進高校教學改革的研究與實踐”（項目序號49）資助。