基于云平臺的經管類實驗室建設項目研究

劉欣頁 國曉輝 宮銘

[摘 要]隨著云計算技術的迅猛發展，實踐教學方式不斷轉變，經管類各專業對實驗室建設提出了新要求。本文對基于云平臺的經管類實驗室建設進行研究，分析了傳統實訓類實驗室現狀，通過對比云平臺實驗室與傳統PC機實驗室，提出了一種可行方案，旨在為相關研究提供借鑒。

[關鍵詞]教學改革;實驗室建設;實驗教學;云計算

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.24.096

[中圖分類號]TP391.6[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2019）24-0-02

0 ? ? 引 言

《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》中明確指出，“實踐教學是學校教學工作的重要組成部分，是深化課堂教學的重要環節，是學生獲取、掌握知識的重要途徑。”隨著云計算技術的迅猛發展，實踐教學方式不斷發生轉變。全國各高校著力改進教育體系改革，注重學生實踐能力培養，經管類本科生教育培養方案大幅度提高了學生實驗實踐學時。同時在“互聯網+”時代背景下，課堂教學實質與形式都發生了巨大改變，信息技術對人們學習知識、掌握知識、運用知識提出了新的挑戰。一些高校的實驗室建設方向陸續從傳統的臺式機實驗室向基于云平臺技術的虛擬實驗室改造發展。虛擬化實驗室的云平臺構建主要是為教學、實驗、創新實踐和科研提供實驗環境和各種硬件服務器資源，并實現對實驗室的管理、分配和監控的一系列解決方案。本文對經管類實驗室現狀進行總結，對云平臺實驗室與傳統PC機實驗室進行對比分析，論證了云平臺實驗室方案的可行性，并提出基于云平臺的經管類實驗室簡單系統框架。

1 ? ? 傳統實訓類實驗室的現狀

傳統經管類PC機實驗室，各類型實訓軟件運行在每一臺學生機，結合集中訪問服務器進行數據存儲等方式實現教學活動，能夠提高教學質量，但師生在教學活動中，還是遇到了一些問題。

1.1 ? 管理不易

傳統實驗室管理模式不清晰，機房建設周期長，導致資源分散現象嚴重，設備型號不統一等問題難解決，后期升級融合難，硬件不易擴展，不兼容，無集中管理規劃等。后期管理員需對每一臺PC機進行單獨管理，任務繁重。

1.2 ? 機房固件升級難

隨著互聯網技術的迅速發展，校園內使用的臺式機更新換代速度慢，多數機器使用年限遠高于個人機，而目前硬件資源發展迅猛，5年前的機器很難保障現有軟件順利運行，機器運行速度慢，后期維修費用偏高。

1.3 ? 設計規劃陳舊

傳統實驗室項目建設房間規劃陳舊，軟件安裝過于固定，面積分散、資源分布不均衡，是部分院校很難處理的歷史遺留問題，亟須重新設計規劃。

1.4 ? 實驗室利用率低

擁有經管類實驗室的本科院校，部分具有會計專碩和管理類專碩的培養資格，本碩培養方式側重點不同直接導致實驗室費用需求高。同時會計實訓類綜合軟件對運行速度、服務器抗壓能力要求略高，傳統的PC機設備老舊，運行緩慢，很多功能無法得到及時處理，阻礙教學過程，使教學遇到瓶頸問題。

1.5 ? 教學延續性和數據安全性差

在學生上機操作對課件進行處理時，數據、系統的安全性會受到來自個人誤操作及外部網絡的各種威脅，學生插拔移動存儲設備不規范，也容易導致設備端口損壞。為降低網絡病毒威脅，傳統實驗室采用還原卡模式，每次重啟重置系統，不利于教學數據的延續性，課后很難復制實驗環境，同時對硬件的反復擦寫也大大降低電子產品的使用壽命。使用壽命不高，帶來的后續問題增多，資本投入較大。

1.6 ? 兼容性不靈活

經管類的教學實訓類軟件對操作系統、數據庫等基礎軟件要求紛繁復雜。傳統機房實驗室只能按照實訓軟件對硬件一級軟件的不同要求建立多個實訓實驗室，資源浪費明顯。

2 ? ? 云平臺實驗室與傳統PC機實驗室的對比

2.1 ? 軟件維護省時省力

實踐教學環節的軟件更新是每個實驗室必不可少的日常工作，傳統方式需要安裝軟件之后通過網絡同傳去更新所有機器。而網絡同傳軟件超過保質期后維護困難，經管類軟件虛擬軟件居多，軟件空間占用大，對計算機運行速度要求快，導致每次同傳消耗很長時間。在云平臺背景下，軟件更新僅需在管理服務器中操作，300 s內分發到客戶端，節省大量的管理時間。

2.2 ? 硬件維護操作簡單

傳統方式是單臺PC機維護，配件損壞需要更換。經管類實驗軟件使用頻繁，每學期課程安排不同，導致每個學期開學時的調試必不可少，若每臺PC機都單獨調試，維護起來過于煩瑣。而基于云平臺技術，僅在服務器端進行維護，客戶端出問題直接更換瘦客戶機即可。瘦客戶機體積小，更換簡單，易于維修維護。

2.3 ? 融合性強，后期投入小

為更好地滿足市場需求，軟件更新換代速度逐年加快，遼寧省高校資產類相關規定，電子產品使用8年可申請報廢，實際情況中多數院校使用年限遠超8年，傳統的PC機配置很難跟上時代發展需求，常見做法是升級每一臺PC機硬件，如主板、內存條等，此種方式價格昂貴，后期投入大。使用云技術，可以大大降低后期投入，綜合調配資源池，靈活調整虛擬化比，在保證原有硬件全部都可以繼續使用的同時，僅增購服務器即可支撐整個教室升級，節省后期投入。

2.4 ? 課程軟件自由刪減

操作系統內所有常用軟件，在傳統的PC機解決方案中，要全部裝在本地，包括每一門課程的虛擬軟件與辦公軟件等，長期使用PC機將變得臃腫緩慢。在云平臺設計方案中，可以指定不同模板，針對不同專業不同課程，每個模板僅包含一門或幾門課程必須軟件，選擇性凈化刪減系統軟件，學生端運行速度快，教學效果好。

2.5 ? 授課模式靈活不受時間以及空間限制

傳統實踐課授課模式受空間以及所裝軟件的限制，無法做到靈活授課，使用同一軟件的課程只能順次安排在同一實驗室進行實踐實訓。基于云平臺的實驗室設計方案可根據課程需求設置不同的系統模板，給教師分發不同賬號，分級管理，按角色分權。同時考慮到部分教師計算機水平有限，只有管理員可以登錄管理平臺進行虛擬機級操作，這樣可以避免教師誤操作對系統產生負面影響。教師通過各自賬號綁定的認證方式登錄所需個性化模板進行授課以及輔導實踐。

2.6 ? 安全性高

云桌面方案隔離了學生對本地系統的直接訪問，通過虛擬化技術，將所有數據都存放在云端，降低本地損耗，大大提高了系統整體的安全性。用戶訪問虛擬桌面時，僅傳輸少量信息，如桌面圖像變化和鼠標移動、鍵盤輸入等，可實現對傳輸內容自動加密。業務數據在云端不落地，避免數據泄露的可能性。云平臺技術亦可提供集中的、精細化的策略控制用戶的訪問授權，針對用戶、網絡位置、終端環境、應用、云主機等屬性決定是否允許用戶訪問。

3 ? ? 云平臺實驗室建設方案構成

根據上述的需求分析和部署環境的實際特點，使用云桌面技術方案整體規劃與打造計算機教室，需充分考慮到已有的IT資源投入，適配網絡、系統和應用架構，避免在構建過程中的大范圍系統改造，降低系統復雜度和建設成本。云平臺實驗室設計方案主要包括以下模塊。①服務器：云主機采用高性能服務器，需要配備性能卓越的處理器、高速固態存儲、高速內存，搭載云桌面軟件和教學管理軟件。所有學生的課件操作及相關信息都將存儲到控制端的服務器內，該服務器部署在教師機房內，實現對所有云桌面實驗室內云終端的控制。②云終端：使用瘦客戶機代替傳統PC。所有學生PC主機箱替換為云終端，即瘦客戶端，只保留一臺顯示器，由云終端負責與教師端的服務器進行通信，終端啟動后會自動連接到虛擬桌面，除非教師控制，否則本地系統對學生不可見。③云桌面軟件：云桌面軟件需要具備高傳輸效率、低帶寬占用的特點，提供更佳的性能和更好的體驗。所有學生的云終端都與服務器通過云桌面技術進行通信，云桌面軟件需要部署在服務器內，實現上課內容呈現。④教學管理軟件：教學管理軟件用于教師在云桌面實驗室的日常授課，可以將課件上傳到該系統內，直接同步傳送到學生顯示器中，教師與學生可以通過該平臺進行互動。⑤網絡環境搭建：為保證云桌面技術正常運行，需要提供千兆的接入帶寬，故互聯交換機需要提供千兆下聯接口，同時需要鋪設地板及網絡布線。

4 ? ? 云平臺實驗室教學效果

4.1 ? 保障教學連續性和數據安全性

教學系統穩健性得到進一步加強，在學生上機操作時對課件進行處理時，數據、系統的安全性會受到來自個人誤操作及外部網絡的各種威脅，為了防止人為或病毒攻擊，需要提供一套安全保護措施，充分保證操作系統和數據應用系統的安全，同時要實現在多教室同時授課情況下，提高數據和系統的安全性和可靠性，制定災難應對及恢復策略。

4.2 ? 減少對現有環境的修改

在建設新機房的同時盡可能減少對學校現有網絡環境和電路做修改。最好可以沿用原有舊機房直接改造，或者在新建機房時不需要部署強電，直接從普通教室升級而來即可。

4.3 ? 保證教學應用系統及外圍設備的兼容性

保證系統3～5年兼容現有教學應用系統，并能夠隨時支持新的教學場景切換。

4.4 ? 實現最高效的教學應用系統的集中管理

充分考慮合理的運維費用和較小的運維服務難度，最大限度地降低綜合的維護成本。兼顧到不同時期的各項軟件應用及硬件設備，利用較小的代價改造這些系統。兼顧到與已有的各種教學管理系統和身份認證系統的兼容性，兼顧不同終端設備，包括PC，云終端等，兼顧多種外接設備，如USB設備、并口設備、串口設備等。

5 ? ? 結 語

基于云平臺的經管類實驗室建設方案，打破時間以及空間對教學活動的限制，在利用率、安全性、穩定性等方面與傳統PC機實驗室機房相比，大幅度提高教學效率、減少資本投入、保障教學質量，因此基于云計算技術建立的經管類實驗室更符合現代要求，在創新實踐教學方面有效提升了學生的創新實踐能力。

主要參考文獻

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