移動云環境下高校計算機開放實驗室建設研究

王　焱

(漢江師范學院　教育系, 湖北 十堰　442000)

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移動云環境下高校計算機開放實驗室建設研究

王焱

(漢江師范學院教育系, 湖北 十堰442000)

隨著移動互聯網和云計算的發展,移動云計算為開放實驗室的構建提供了更為合理的解決方案。針對當前高校計算機開放實驗室的問題,在探討移動云環境下高校開放實驗室功能定位的基礎上,以實驗者為主體設計了移動云環境下的開放實驗室自主實驗模型,并進一步討論了高校計算機開放實驗室的管理過程中的問題,以便提高高校開放實驗室的建設水平。

移動云環境； 開放實驗室； 虛擬實驗

開放實驗室是高校實驗室建設的重要組成部分,是高校實驗教學、科學研究和科技服務的重要基地,在培養實驗者基本技能、創新思維和探索精神方面都具有重要的意義。當前,開放實驗模式已被廣泛地認可和應用,由實驗者自由選擇實驗時間,能有效提高實驗效率。但當前開放實驗室仍然存在以下問題[1-4]：開放實驗室設備較為單一陳舊,面向的學生群體有限,不能做到真正的開放；開放時間有限,實體開放實驗室不能做到每周7×24h的開放；實驗人員面對不同專業的實驗者,開放實驗管理人員工作、任務繁重,答疑困難；開放實驗室設備一般不外借,限制了實驗者必須在開放實驗室內完成實驗任務；缺乏網絡化實驗教學平臺,開放實驗形式簡單；留給實驗者獨自設計方案和自由發揮的空間有限。

隨著移動互聯網的發展,智能手機、平板電腦、上網本等移動終端普及率快速增長,移動云受到了各行各業的密切關注。云計算和移動互聯網的融合,為我國教育事業的發展帶來了巨大的創新空間。移動云計算為教育領域的資源利用提供高度靈活性的服務方式,推動著開放式教學模式發展。當前,越來越多的學者開始研究基于移動云解決教育問題,將移動云技術引入到高校開放實驗室的建設中,構建移動云環境下的開放實驗室是當前實驗室建設的重要方向。

1　移動云計算

云計算是一種資源配置模式,通過網絡以按需的方式實現軟件、處理能力、存儲等資源的共享,包括軟件即服務、平臺即服務和基礎設施即服務。云端集合強大的處理資源,提供穩健的處理能力,將終端的計算轉移到云端完成。終端顯示從云端傳送的結果,為終端用戶提供操作的界面。將云計算應用在教育系統中有助于解決教育信息化出現的資源優化整合問題,能夠進一步促進教育向公平化發展[5-6]。

移動云計算是云計算的擴展,終端用戶通過移動設備可在任何時間和任何地點安全接入云端，使用云端的資源,對終端要求不高,大大降低用戶的成本。移動云計算突破了傳統計算模式對終端的限制,實現了終端設備的無關性,克服了移動終端設備計算能力、存儲能力等性能不足的缺點,保證了數據的高效處理,對移動互聯網的各種應用提供了發展的機遇。

2　移動云環境下計算機開放實驗室建設定位

開放實驗室的建設宗旨是進一步為高校教學科研服務,同時發揮一定的區域示范輻射作用。緊密圍繞社會對人才的需要,結合開放實驗室的建設目標,積極利用移動互聯網環境下的新技術新理念,在以往傳統實驗室建設模式的基礎上進行大膽創新,探索實驗室建設的新模式,建立時間、空間、內容的開放式實驗教學環境,適應自主性、個性化、創新發展的要求[7-10]。

2.1創新人才培養功能

開放實驗室是高校人才培養的重要場所,主要培養學生的綜合素質和創新能力。通過構建良好的開放實驗環境,促進學習者探索、思考與問題解決,學生成為知識的主體建構者。開放實驗室突破封閉的實驗模式,以學生為中心、以社會需求為導向,順利實現從學校到社會的平穩對接,為創新人才培養提供良好的平臺。學生在開放實驗中對知識不斷活化、遷移,并在活化、遷移的基礎上激發發明創造的動機。

2.2科研服務功能

開放實驗室建設應當把教學與科研工作相結合,服務于學科專業有關的部分科研工作,鼓勵師生利用開放實驗室從事科研活動。教師帶領學生共同承擔科研課題、學生在教師指導下進行相對獨立的科研活動,充分發揮學生的主觀能動性,提高學生從事科學研究的興趣。同時在學生群體中自成科研小組,挖掘學生的潛力,培養學生團隊意識和協作精神,開展探究式科研實驗活動。

2.3社會服務功能

社會服務功能是移動云開放實驗的重要特征,在滿足本校師生教學科研的前提下,深入調研本區域科研工作者對實驗平臺的需求,利用移動云計算的技術優勢為本區域的科研工作者服務。發揮開放實驗室的科技引領作用,將開放實驗室實驗資源逐步與地方產業接軌,建立為區域經濟建設服務的合作機制,形成良好的互動和資源共享,推動區域經濟與社會發展,將開放實驗室打造成為服務區域發展的重要平臺。

3　移動云環境下開放實驗室自主實驗模型

移動云環境下開放實驗室是基于云理念和移動互聯網技術建立的虛擬實驗環境,具有對真實實驗過程進行模擬,并能對實驗結果進行分析、處理以及共享等功能的網絡實驗室。將移動云計算運用到開放實驗室的建設中,能很好地滿足當前高校師生對實驗形式多樣化的需求。高校師生在得到實驗室管理員的授權后,不受時間和空間的限制接入開放實驗室,移動云實驗平臺為各種不同的實驗應用環境提供個性化的實驗環境。高校師生根據實驗計劃選擇實驗內容和實驗方法實現自主實驗,實驗中的任何問題都可以在線討論。實驗結束后對實驗過程進行反思和總結,并對實驗效果進行評價,提出合理建議。移動云環境下開放實驗室的自主實驗模型見圖1[11-12]。

圖1　移動云自主學習模型實驗模型

客戶端用戶使用各種終端設備通過無線網絡登錄到云端進行自主實驗。移動云端體系結構分為硬件系統層、虛擬系統層、管理層和應用層。硬件系統層是移動云開放實驗室運行的基礎,包括服務器、網絡設備及存儲設備等資源；虛擬系統層主要實現物理層的虛擬化,屏蔽底層系統的復雜性,為管理層提供計算、存儲、網絡等服務；管理層主要負責虛擬資源及應用程序部署與管理,是應用程序開發和運行的環境；應用層為終端用戶提供各種應用服務接口。

4　移動云環境下開放實驗室管理

云環境的開放實驗室實現了時間、空間、內容等全方位的開放,方便師生遠程利用開放實驗室資源,很好地解決了實驗室資源緊張的問題。基于移動云的計算機開放實驗室建設是一種新的實驗室建設方式,由于其靈活、方便等特點引發高校實驗室建設的普通關注,同時又因為移動云的計算機開放實驗室是一種虛擬的開放實驗室,管理方法與傳統的開放實驗室管理存在較大的區別,管理過程中應注意幾個方面[13-15]。

4.1虛擬資源的分配及回收

開放實驗室身份驗證一直是困擾著管理員的難點問題,合理的身份驗證有利于增加實驗資源的利用效果。高校師生通過系統分配的用戶名登錄到虛擬實驗平臺自主完成實驗,實驗環境可以在實驗環境列表中選擇,也可以申請定制。當實驗環境出現問題時,可以重新申請新的虛擬機。因為實驗者多數情況下是通過移動設備接入實驗平臺,其身份驗證尤為重要。每個用戶名應用有一定的使用期限,超過期限的用戶名應重新申請使用權限,只有通過身份驗證的實驗者才能接入開放云實驗平臺使用虛擬實驗資源,見圖2。

圖2　虛擬實驗資源分配與回收

4.2虛擬實驗過程的組織與設計

虛擬實驗的組織要以建構主義、多元智能理論為基礎,全面考慮移動云環境下的實驗特點,在實驗過程的組織設計上下功夫,盡可能讓學生的人格、思維、智慧全面發展,見圖3。不同的實驗可以靈活地增加虛擬實驗構件,實驗者除了按已有的實驗項目進行虛擬實驗外,還可以自行設計實驗方案,由被動實驗轉變為主動實驗,積極通過網絡與他人協作完成實驗。在實驗類型方面增加綜合性、研究性實驗的比例,鼓勵教師參與虛擬實驗的討論交流,做好學生的合作者角色,引導學生高質量地完成任務,并對學生實驗提出的建議給予反饋,激發學生的實驗積極性。

圖3　虛擬實驗過程組織設計

4.3注意虛實結合

移動云開放實驗室充分利用了移動互聯網和移動終端的優勢,很好地解決了當前實驗室硬件設備不足的問題,為師生提供的是一種全新的實驗方式。移動云實驗室的突出優勢在于實驗者可以隨時隨地接入實驗平臺,實驗形式以虛擬化實驗為主、實物實驗為輔。實驗管理員要處理好“虛”和“實”的關系,做到“實”中有“虛”,“虛”“實”結合,豐富實驗內容,合理引導實驗者注意虛擬實驗和實物實驗的有效結合,實現虛實結合的完整開放實驗教學體系,達到形象、生動、高效的實驗教學目的。

5　結語

移動云開放實驗室是當前實驗室建設的新方向,為實驗教學提供一種全新的模式,移動云開放實驗室在實驗時間、實驗內容、實驗場地和實驗對象等方面全方位開放,是真正意義上的開放實驗室。隨著移動互聯網的普及,移動云已經受到商業、教育、醫藥、軍事等領域的密切關注,將移動云技術運用到高校開放實驗室的建設中是未來實驗室建設的必然選擇,有著巨大發展的空間。移動云計算實驗室以先進的計算機技術為支撐、以現代教育價值觀為指導,為高校實驗教學、科研提供一種全新的服務模式,有利于學生綜合素質的培養和創新能力的提高。

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Researchonconstructionofcomputeropenlaboratoryincollegesanduniversitiesundermobilecloudenvironment

WangYan

(DepartmentofEducation,HanjiangNormalInstitute,Shiyan442000,China)

WiththedevelopmentofmobileInternetandcloudcomputing,themobilecloudcomputingprovidesamorereasonablesolutionfortheconstructionofopenlaboratory.Inviewofthecomputeropenlaboratoryproblem,thispaperdiscussesthefunctionorientationofthemobilecloudenvironmentlaboratory,designstheautonomousexperimentmodel,andfurtherdiscussestheproblemsinthemanagementprocess,toimprovecomputeropenlaboratoryconstructionlevelincollegesanduniversities.

mobilecloudenvironment;openlaboratory；virtualexperiment

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.065

2015- 11- 04修改日期：2016- 01- 28

湖北省教育科學“十二五”規劃項目(2012B454)

王焱(1980—),女,甘肅天水,碩士,副教授,研究方向為現代教育技術及信息管理等.

E-mail：wangyanwsr@163.com

TP391

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1002-4956(2016)5- 0245- 03