中醫院校計算機實驗室數字化設計與實現

李曉燕+李京忠

[摘要] 數字化建設是提高中醫院校計算機教學與實驗水平的重要手段。本文歸納了中醫院校計算機實驗室存在的主要問題，對數字化建設中實驗室網絡環境、桌面部署、多媒體教學、虛擬實驗、資源共享以及綜合布線等環節進行了較全面設計和構建，拓展了教學手段，增強了學生動手能力及創新能力的培養，形成了面向中醫藥的教學與實踐數字化空間。

[關鍵詞] 計算機實驗室；虛擬桌面部署；虛擬化實驗

[中圖分類號] TP383 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）01（c）-0171-05

[Abstract] Digital construction is an important means to improve computer teaching and experimental level in traditional Chinese medicine colleges. This paper summarizes the main problems existing in the computer laboratory of traditional Chinese medicine colleges. In the digital construction， the network environment， desktop deployment， multimedia teaching， virtual experiment， resource sharing and integrated wiring are comprehensively designed and constructed. The training of students′ practical ability and innovation ability is enhanced， formed the teaching and practice of digital space for traditional Chinese medicine.

[Key words] Computer lab； Virtual desktop deployment； Virtualization experiment

計算機技術在中醫信息化領域有著廣泛的應用，從望聞問切到理法方藥再到文獻整理，已發展成為研究和發展中醫必不可少的工具。計算機實驗室是學生將專業理論知識轉換為實際應用能力的重要場所，一般中醫院校的計算機實驗室都是作為公用實驗室而設置，承擔著十幾門計算機課程以及各學院醫學專業相關課程的教學任務，需求復雜、使用率高，給計算機實驗室的管理工作帶來了極大挑戰。如何科學有效地管理好計算機實驗室，保證計算機的高效、正常運行，保障教學和科研工作順利進行，已經成為醫科院校計算機實驗室管理的一個重要課題[1]。

1 中醫院校計算機實驗室存在的主要問題

1.1 一室多用

目前信息化已融入學校教學的各個方面，計算機實驗室所起的作用越來越大，需求不斷增長。但中醫院校不像理工科院校各專業都有獨立的計算機實驗室來承擔相應的教學任務，一般都是設置公用計算機實驗室來滿足全校的教學與實驗需求。計算機實驗室除承載著十幾門計算機專業和醫學專業課程外，每年還要承接各種計算機機考任務，如“中醫執業醫師考試”“住院醫師考試”“醫師資格人機對話考試”以及各種培訓任務；同時計算機實驗室作為重要的教學資源，業余時間還要對學生開放，為學生提供自主學習平臺；有的院校還采用計算機實驗室和語音實驗室混合建設，充分共享計算機硬件資源。

1.2 系統和軟件配備復雜

多教學任務需要配置多操作系統及眾多軟件。目前中醫院校的計算機實驗室多采用基于硬盤保護卡模式，可以對計算機操作系統及硬盤中數據進行保護，且在重啟計算機系統后，保護卡能自動還原硬盤數據到保護之前的初始狀態[2]。通過對硬盤進行多分區，每個分區安裝不同操作系統和應用軟件，實現多系統管理來滿足不同專業課程的需求；受限于硬盤大小的限制，不可能用太多的分區來安裝系統和軟件，且管理眾多分區也容易出現混亂；集中安裝應用軟件在少數幾個系統，更易造成相互影響，甚至無法使用。

1.3 實驗教學困難

中醫院校的計算機實驗室一般都缺少完善的實驗環境。只能同時滿足少數幾門計算機課程開展實驗，當課程內容差異較大時，必須重新配置機房環境；計算機實驗室的硬盤保護卡，每次實驗課后，都要恢復到保護狀態，但在實際操作中，有些實驗之間是具有一定的延續性，下節課的實驗可能要在上節課實驗結果的基礎上繼續進行，因此需要保持實驗狀態，傳統的實驗室環境很難滿足這樣的需求；部分學生不能在正常上課時間完成實驗內容，或者想在課下對實驗內容進行重復，加深理解，但由于沒有專業的實驗環境而無法開展，從而影響學生的實驗學習效果；一些需要多臺計算機共同參與完成的實驗，只能采取多人一組來實施，且實驗環境搭建費時費力。

2 計算機實驗室數字化設計與實現

針對傳統計算機實驗室的存在的種種不足，我校在新校區12間計算機實驗室（共計720臺計算機）的建設規劃中，進行了多方調研及技術分析，認為實驗室建設應著重對學生的實踐創新、學習交流和團隊協作能力的培養。因此我們對實驗室網絡環境、桌面系統部署、多媒體教學平臺、虛擬實驗平臺、資源共享平臺以及綜合布線等方案進行了優化，以適應新形勢下對培養中醫人才的需求。依托本地資源層、局域網資源層、校園網資源層3層結構體系建成的實驗室運行兩年多來，功能全面、整體穩定、安全可靠，信息化能力有了質的提升。

2.1 網絡建設

計算機實驗室網絡承載著桌面虛擬化、多媒體教學、物聯網、資源共享等眾多應用，網絡性能至關重要。路由和交換是網絡建設的基礎，也是各種網絡應用的傳輸平臺。實驗室全部采用千兆交換機，匯聚采用萬兆交換機，用6類線組網，每間實驗室通過光纖接入樓層交換機，實驗室間通過vlan劃分，彼此擁有相互獨立的私有網段，每臺計算機設置固定IP地址，千兆到桌面；實驗室之間可根據需要互通互聯，學生通過銳捷認證訪問校園網和互聯網。為了加強學生動手能力的培養，我們還特意建設了一間小組討論式計算機實驗室，每組6人，共8組。每組都配有交換機、路由器以及各種網絡工具，學生自己搭建局域網或廣域網測試平臺，通過熟悉組網設計、模擬真實環境、排除網絡故障，熟練掌握網絡實用技術。良好的網絡環境，為計算機實驗室的各項應用打下了良好基礎。計算機實驗室網絡架構見圖1。endprint

2.2 虛擬桌面部署

桌面虛擬化就是將桌面操作系統和應用程序進行虛擬化并以文件的形式存儲或運行于云中，經過虛擬化的操作系統和應用軟件再通過云服務提供給客戶機。桌面虛擬化技術使客戶機的桌面部署變得更加高效、可靠、安全，實現桌面管理管理高度統一和集中。

DAWNSTOR桌面虛擬化系統是一個具有可靈活分配軟硬件資源、方便整合與擴展的基于VOI架構的管理平臺。把多用戶、多桌面、多環境的系統集中在一起，提供統一的軟件推送、軟件安裝、軟件升級、系統遠程部署、遠程診斷等服務，隨時可為各實驗室推送其教學所需的應用環境。由一臺戴爾PowerEdge R 820機架式服務器，承擔全校區12間計算機實驗室720臺計算機虛擬桌面的保存、推送和管理任務。服務器中保存的虛擬桌面系統鏡像由多個節點（快照）組成，其中每個節點都可以做為單獨的桌面系統推送到客戶端部署使用。虛擬桌面服務器上的鏡像系統通過管理平臺，采用“邊用邊下”的涓流技術在后臺進行傳輸數據并緩存到本地硬盤中，當網絡中斷后，由于客戶機硬盤緩存的數據和服務器鏡像數據是一致的，因此通過高速緩存定位就可以實現服務器鏡像系統和本地緩存系統的熱切換，因此即使網絡中斷、服務器宕機也不會影響系統的正常運行。根據醫學專業課程的特點安裝各種專業軟件，滿足多系統、多專業的教學和實驗需求，一直是實驗室管理的難點，而現在只需根據教學需要配置桌面環境，建立相應的節點并安裝好軟件，將節點發布到相應實驗室，即可快速部署到每個學生桌面上。實驗室真正實現了靈活多變的節點式管理模式，可以在不停止實驗室正常使用的情況下，快速部署多種獨立的系統環境，多樣化教學需求得到充分滿足，實驗室使用效率大幅提升。教學桌面部署、更新、恢復過程見圖2。

2.3 多媒體教學平臺

多媒體教學平臺具有理論教學與實踐教學互動的特點，從而能夠有效促進計算機教學方式的多樣化，是傳統教學模式與現代教學模式的有機結合[3-4]。聯想傳奇多媒體教學軟件是一套基于Windows系列操作系統的教學軟件，由教師機軟件和學生機軟件兩部分組成，其主要功能通過局域網構建一個使教師和學生之間能夠互相溝通、易教易懂的教學平臺。教師通過這個平臺軟件，實現教學演示、個別輔導、視頻廣播、屏幕查看、學生示范、電子搶答、警告、鎖定學生、語音廣播、遠程命令、下發文件、收取作業、師生通話、集體討論、分組討論、視頻點播等功能。教學演示是最重要的功能，教師的屏幕內容實時向學生傳送，全屏幕顯示方式時，可鎖定學生機的鼠標和鍵盤，學生將不能操作計算機；如果是以窗口方式顯示，學生則可以和教師一起，一邊操作一邊進行練習，實現操作與練習同時進行[3，5-6]。

教師機和學生機通過教室編號來區分所在實驗室，只有教師機與學生機教室編號一致，學生機才能連入教師機，接受教師機的屏幕廣播及其他管理功能。由于我們采用桌面虛擬化的方式部署系統，由一個鏡像系統推送到12間實驗室720臺電腦，也就是說這720臺計算機教室編號會完全一樣，這樣將無法完成教室的劃分。為此，我們編寫了腳本程序自動修改教師端和學生端配置文件，推送部署桌面時通過識別IP地址和MAC地址自動生成相應對的教室編號，簡化了系統維護難度，否則就需要對每間實驗室單獨生成鏡像系統進行維護。

2.4 虛實結合實驗平臺

實驗教學是理論教學的繼續和有益補充，更是對理論課教學的強化與深化，是學生全面掌握理論知識、形成創新意識、提升動手能力、改善綜合能力的重要環節[7]。中醫院校計算機實驗應轉變為與醫學教育密切結合，提供滿足現代數字化醫院信息技術技能訓練的多功能實驗教學環境[8]。傳統的實驗教學平臺比較固定，而云計算實驗教學平臺能夠打破空間的限制，把課堂實驗教學延伸到課堂之外，并且可以多人并行、相互隔離，擴大了運行空間[9-10]。云計算實驗平臺可以很好地適應各醫學專業特點，是中醫院校計算機實驗室開展相關實驗教學理想的選擇。虛擬云實驗室采用云計算的設計理念，以虛擬機為主要表現形式，可以同時部署多種實驗環境。采用B/S架構，用戶無需下載或安裝客戶端軟件，便可以進行不同系統、不同環境、不同內容的實驗。教師和學生無論身在何處，都可以通過云平臺使用虛擬實驗設備，同時學生也可以通過云平臺進行交流合作，教師可看到學生的實驗情況，還可以對學生進行實時指導。學生課后可以通過網絡連入虛擬實驗平臺，利用所搭建的實驗環境繼續進行學習，從而突破了傳統計算機實驗室的時空局限性，大大提高了學生的學習興趣與效率。

虛擬機技術從根本上改變了計算機實驗的性質，將實際的機器操作轉換為虛擬軟件模擬，有著傳統實驗教學無可比擬的優勢[11-12]。但真實的實驗環境才是最優的選擇，虛擬仿真平臺雖然可以解決很多問題，但在投資有限的情況下，受限于服務器及網絡的壓力，部署虛擬機數量有限，不能大規模應用。通過虛實組合構建適合實驗項目及開展的實驗，堅持“實”為基礎、“虛”為補充，取長補短，建立“虛實結合”的實驗教學平臺[13]。要通過虛擬實驗教學彌補實際實驗教學的不足，擴展學生的學習能力，培養學生的操作能力以及創新能力[14]。

2.5 資源共享平臺

由于教育資源分布不足，老師與學生之間缺乏有效的資源共享途徑，進而使得大量的教學資源被浪費，形成“信息孤島”現象[15]。學生要想獲得教學課件、視頻教程、保存實驗狀態和結果等需要費很大周折，原有的計算機實驗室的文件存儲和訪問方式已不能滿足廣大師生對于教學資源的安全存儲和訪問的需要，我們利用FTP技術及域控認證搭建了教學資源共享平臺[16]。借助該平臺，教師可實現教學課件、教學視頻、應用軟件和其他教學資源的上傳，供學生下載以及課上課后收發作業，從而實現教學資源的充分共享[17]；學生也可通過該平臺將自己收集到的相關學習資料進行上傳，經審核后共享給他人使用。基于域控認證和服務器卷影復制技術，該平臺下資源保存安全可靠，并且方便師生隨時隨地訪問下載。依托教師主導、學生互動的雙主體模式，優質教學資源在網絡中真正“流動”起來，實現多層次、多類型的教學資源共享。endprint

2.6 教學管理平臺

將現代管理理念與信息技術相結合，實現精確管理，提高工作效率。我們使用Microsoft SharePoint Server開發了基于web 2.0技術的“教學管理平臺”，所有的教學文檔均以電子文檔形式存儲，實現了快速檢索；創建了計算機實驗室電子日歷，每個實驗室每天每個時段的安排清晰可見，還可通過疊加的方式查看所有實驗室的使用情況，有效避免了機房使用沖突；開發了計算機實驗室故障報修系統，使管理人員快速了解設備狀況，及時修復出現的各種問題，保障教學活動的順利開展。

2.7 門禁系統

門禁系統與環境監控、視頻監控、機房消防系統等共同組成了實驗室安全保障體系。它的主要作用就是用來有效實現智能化管理實驗室人員進出，以減少無謂的人力資源的投入和提高效率[18]。我校計算機實驗室采取開放式、集中管理的模式，使用者具有不確定和流動性的特點，引入門禁系統是非常必要的。校園一卡通已融入到學校生活的方方面面，是學校眾多信息化系統的紐帶。教師在使用計算機實驗室前需獲得一卡通授權，在實驗室門禁系統上刷卡驗證，只有通過驗證才能打開實驗室房門獲得使用權，改變了以往用門鎖管理實驗室的種種不便，配合視頻監控系統，計算機實驗室的安全性、易用性、管理性都有很大提升。

2.8 供電系統

計算機實驗室對電源質量有著很高的要求，供電系統是計算機網絡與通信系統運行的前提保證，電源的不穩定極易造成交換機、路由器、計算機等設備的瞬間損壞以及數據丟失[19-20]。

供電系統是實驗室綜合布線的一部分，采用380 V三相五線制供電形式，地線和零線分開。一個60座位計算機實驗室，包含計算機、交換機、投影儀、門禁系統、燈光、空調以及幕布窗簾電控等，配電盤上至少需要十幾路空氣開關。如果實驗室計算機同時啟動產生的瞬間沖擊電流很大，非常容易造成實驗室及樓層的配電盤空氣開關跳閘，所以使用時需要依次合閘，有時稍有不慎還會出現跳閘、合不上閘等現象，使用完畢后需要反次序斷開空氣開關，十分麻煩，頻繁的使用造成空氣開關損壞率很高。交流接觸器是一種自動化的控制設備，主要用于頻繁接通或分斷交、直流電路，具有控制容量大，可遠距離操作等特點。通過對計算機實驗室進行用電功率測算，實驗室供電實現了由交流接觸器負責控制計算機實驗室總電源，從而無需再逐個操作空氣開關，一個按鈕即可開啟實驗室全部電力供應，同時也可以在PC機和移動設備上，通過網絡軟件接通或關閉實驗室總電源，啟動實驗室內各種設備實現遠程操控。

3 結語

數字化建設是中醫院校發展的必然趨勢，是衡量高校教學和科研水平的重要指標之一[21]。我校計算機實驗室數字化建設，促進了計算機教學、實驗室管理、教育資源共享手段與方法的變革，減輕了實驗室管理人員的工作強度，增強了學生動手能力及創新能力的培養，拓展了教學手段，形成了面向中醫藥的教學與實踐數字化空間，促進學生將中醫藥知識與信息化手段的融會貫通，為培養中醫類創新人才奠定了基礎。

[參考文獻]

[1] 張敏.試析高校計算機實驗室設備網絡化管理策略[J].電腦編程技巧與維護，2013（20）：109-110.

[2] 楊宏，張喜成，普奕，等.桌面虛擬化技術在高校機房管理中的應用[J].軟件導刊，2015，14（9）：188-189.

[3] 劉洋.多媒體電子教室在計算機教學中的應用影響[J].信息與電腦：理論版，2016（9）：240-241.

[4] 李育任.多媒體電子教室在計算機教學中的應用[J].信息與電腦：理論版，2015（4）：101-102.

[5] 毛勝利.電子教室軟件在實驗教學中的應用與發展[J].軟件導刊，2014，13（9）：202-203.

[6] 潘波.計算機教學中極域多媒體電子教室軟件的應用[J].電子制作，2016，300（Z1）：24-25.

[7] 徐博，安英，沈楠，等.醫學實驗教學改革的探索實踐研究[J].中國培訓，2016（16）：195.

[8] 吳淼，吳晶，劉倩.醫學院校計算機公共教學平臺建設與發展研究[J].軟件導刊，2013，12（10）：195-197.

[9] 盛莉.基于云計算的計算機類實驗教學平臺研究[J].信息與電腦：理論版，2016（22）：213-214.

[10] 蔡大鵬，譚亮.計算機虛擬仿真實驗平臺的實現[J].軟件導刊，2017，16（1）：81-82.

[11] 徐尚青，曾大軍.高校計算機實驗室網絡規劃及幾點問題的思考[J].計算機光盤軟件與應用，2014（13）：238， 240.

[12] 陶紹能，黃鶴.虛擬實驗室在核醫學實驗教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2016（24）：67-68.

[13] 孫英偉，樓笑笑，馮為華，等.基于“虛實結合”的計算機網絡課程實驗平臺構建的研究[J].現代職業教育，2017（16）：78-79.

[14] 席晅.虛擬實驗運用于機能學實驗教學的淺析[J].世界最新醫學信息文摘，2015，15（46）：186-187.

[15] 鐘燦雄，陶志勇，何先亮.基于私有云的數字化資源共享研究[J].湖南郵電職業技術學院學報，2017，16（3）：28-31.

[16] 劉文艷，潘清，杜菁，等.基于Serv-U的文件傳輸程序（FTP）服務器在醫學院校計算機實驗教學中的應用[J].中國醫學裝備，2017，14（6）：125-129.

[17] 朱劍玫，夏宏雷.虛擬化實驗教學管理模式在高校中的應用—以武漢工商學院為例[J].科教導刊：中旬刊，2017 （3）：93-94.

[18] 顧玲玲，袁新顏.高校實驗室門禁系統的研究與開發[J].江蘇科技信息，2017（21）：47-49.

[19] 陳華平.計算機網絡與通信系統的雷電防護及處理[J].信息通信，2015（8）：120-121.

[20] 呂海濤.網絡中心機房供電系統解決方案[J].信息與電腦：理論版，2017（12）：191-193.

[21] 王晨寅，李風華.高等中醫院校共享實驗平臺建設與管理探討[J].實驗室研究與探索，2014，33（7）：289-292.

（收稿日期：2017-10-16 本文編輯：王 娟）endprint