云桌面在高校計算機(jī)實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

吳燕波　姚秋鳳　向大為

摘 要 本文針對傳統(tǒng)PC教學(xué)場景中的不足，在公安院校實踐教學(xué)中引入桌面虛擬化技術(shù)，通過將現(xiàn)有信息化應(yīng)用系統(tǒng)遷移到云桌面平臺上，整合現(xiàn)有資源，提高資源利用效率，降低運維成本。通過桌面云靈活、便捷、易用的云服務(wù)模式，促進(jìn)資源的共享，減少信息孤島現(xiàn)象， 管理維護(hù)困難的問題。

關(guān)鍵詞 虛擬云桌面 計算機(jī)機(jī)房 實踐教學(xué) 應(yīng)用研究

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.054

Application of Cloud Desktop in Computer Practice

Teaching in Colleges and Universities

WU Yanbo， YAO Qiufeng， XIANG Dawei

（Hubei University of Police， Wuhan， Hubei 430034）

Abstract Aiming at the shortcomings of traditional PC teaching scenarios， this paper introduces desktop virtualization technology in the practice teaching of public security colleges. By migrating the existing information application system to the cloud desktop platform， this paper integrates the existing resources， improves the efficiency of resource utilization and reduces the cost of operation and maintenance. Through the flexible， convenient and easy-to-use cloud service mode of desktop cloud， it promotes the sharing of resources， reduces the phenomenon of information islands， and manages and maintains difficult problems.

Keywords virtual cloud desktop； computer room； practice teaching； application research

新的信息技術(shù)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用不斷為現(xiàn)代教育模式的革新帶來契機(jī)，更快速、更便捷、更環(huán)保的教育教學(xué)模式越來越受到人們的期待，其中云計算的信息化架構(gòu)給教育信息化帶來變革，給計算資源分配和管理帶來了全新的模式。目前越來越多的高校開始應(yīng)用虛擬化桌面技術(shù)，一方面可以降低軟硬件開支，增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性，降低管理成本，便于集中管理資源；另一方面利用形式多樣的云端教學(xué)資源，能夠調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在潛能，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。桌面云平臺的引入既提高了實踐教學(xué)質(zhì)量，也有效地降低了教學(xué)成本。

1 計算機(jī)實驗室管理與實驗教學(xué)中存的問題

計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的教學(xué)實驗應(yīng)用日益增多，更新快，實踐性強(qiáng)，雖然學(xué)校每年都增加對計算機(jī)實驗機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的投入，但是計算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施還是跟不上信息技術(shù)的發(fā)展，無法滿足現(xiàn)代實驗教學(xué)和科研環(huán)境的需求，如何利用新一代的信息技術(shù)，建設(shè)一個技術(shù)適度超前，系統(tǒng)便于管理維護(hù)，滿足復(fù)雜教學(xué)環(huán)境需求，資源利用率高，經(jīng)濟(jì)安全可靠的教學(xué)實驗平臺，已成為學(xué)校當(dāng)前面臨的一個重要難題。我院實驗中心計算機(jī)機(jī)房面向全院普通本科專業(yè)和普通專科專業(yè)開設(shè)各類實驗課程共29門，承擔(dān)全省公安在職民警的培訓(xùn)，同時是全院教職工的科研平臺，是我院大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地。在信息化高速發(fā)展的今天，實驗中心計算機(jī)設(shè)備更新速度已很難滿足日益增長的應(yīng)用需求。在機(jī)房管理與實驗教學(xué)中存在以下問題：

（1）每當(dāng)計算機(jī)系統(tǒng)補(bǔ)丁或應(yīng)用程序需要更新時，機(jī)房管理員便要到逐個機(jī)房進(jìn)行逐臺PC的更新和維護(hù)，工作量大。就算能進(jìn)行整個機(jī)房計算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)同傳，但有時也因網(wǎng)絡(luò)斷線或一臺計算機(jī)出現(xiàn)問題，而導(dǎo)致快要完成的系統(tǒng)升級被迫中斷。

（2）不同的機(jī)房，不同的課程，不同的教學(xué)環(huán)境，管理員需要管理的事務(wù)太多，終端維護(hù)成本高、維護(hù)管理不到位。分散的機(jī)房管理模式會導(dǎo)致設(shè)備資源分配不均，部分教學(xué)設(shè)備和儀器使用效率低下。

（3）單一的傳統(tǒng)教學(xué)模式，已難以滿足目前復(fù)雜多樣及具有個性化的實踐教學(xué)需要和新時代信息化人才培養(yǎng)的需求。

2 云桌面實踐教學(xué)平臺解決方案

2.1 虛擬云桌面工作原理

虛擬化云桌面是指通過虛擬化實現(xiàn)動態(tài)遠(yuǎn)程訪問桌面系統(tǒng)，統(tǒng)一托管數(shù)據(jù)中心，提高桌面使用的安全性和靈活性。簡單的說就是把傳統(tǒng) PC 機(jī)的存儲、計算、應(yīng)用等功能通過云計算技術(shù)遷移到云端數(shù)據(jù)中心，把后臺服務(wù)器（一臺或多臺）的硬件資源整合成資源池，通過對服務(wù)器虛擬化，生成大量獨立的桌面操作系統(tǒng)（虛擬桌面），Windows桌面以虛擬機(jī)的方式在數(shù)據(jù)中心運行。學(xué)生則可脫離主機(jī)，通過與網(wǎng)絡(luò)連接的云終端設(shè)備（瘦客戶機(jī)、傳統(tǒng)PC或筆記本電腦、平板等）遠(yuǎn)程登錄個人桌面，進(jìn)行自主課程學(xué)習(xí)，提高零散時間的利用率。

2.2 云桌面實踐教學(xué)體系架構(gòu)設(shè)計

湖北警官學(xué)院以新的教學(xué)改革為契機(jī)，在虛擬化架構(gòu)下，充分利用成熟、穩(wěn)定的技術(shù)解決方案，構(gòu)建了易于管理、部署靈活、資源利用率高，維護(hù)便利又相對節(jié)能的信息化教學(xué)環(huán)境。云終端將桌面OS/APP/用戶數(shù)據(jù)遷向后臺服務(wù)器，而鍵盤鼠標(biāo)輸入信號通過網(wǎng)絡(luò)也傳向服務(wù)器，服務(wù)器端執(zhí)行應(yīng)用后將計算結(jié)果傳回云終端。由于無需更改后臺應(yīng)用，拆分桌面系統(tǒng)的運行環(huán)境與安裝環(huán)境、應(yīng)用、桌面以及配置文件等，大大降低了管理成本與復(fù)雜度，提高了管理效率。如圖1所示。

圖1 云桌面實踐教學(xué)體系架構(gòu)圖

*將桌面OS/APP/用戶數(shù)據(jù)遷向后臺服務(wù)器；

*云終端將桌面OS/APP/用戶數(shù)據(jù)遷向后臺服務(wù)器，而鍵盤鼠標(biāo)輸入信號通過網(wǎng)絡(luò)也傳向服務(wù)器，服務(wù)器端執(zhí)行應(yīng)用后將計算結(jié)果傳回云終端，無需更改后臺應(yīng)用。

*云桌面是在現(xiàn)有顯示硬件的基礎(chǔ)上面，通過云終端，能夠使用云中心的云計算超強(qiáng)能力，達(dá)成電腦性能的產(chǎn)品。

在這種架構(gòu)下，針對教師的使用環(huán)境，采用瘦終端+VDI虛擬桌面的方式提供辦公環(huán)境，為每個教室的教師機(jī)分配一臺虛擬桌面，可以通過網(wǎng)絡(luò)，從任何終端進(jìn)行訪問。教師機(jī)所采用的VDI方式，具有靈活的自主性和使用權(quán)限。可以根據(jù)自己的意愿，更改、安裝或刪除自己所屬桌面上的軟件。

3 虛擬桌面在高校實踐教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 實現(xiàn)資源整合與共享

目前我院實驗中心的計算機(jī)設(shè)備，可以部分利用，僅需在網(wǎng)絡(luò)中心部署云桌面所需的服務(wù)器集群，提供所需的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、備份等資源，可將分布在我院南北兩院機(jī)房的計算機(jī)桌面資源虛擬化，從而順利實現(xiàn)資源的整合和共享。通過云桌面技術(shù)，可將各機(jī)房資源從原來的分散管理、獨立運行，轉(zhuǎn)變?yōu)榧泄芸亍①Y源共享，面向全校各院系師生按需提供服務(wù)。利用云平臺，可節(jié)約成本，擴(kuò)展教師和學(xué)生實踐教學(xué)和主動學(xué)習(xí)的時間和空間，能將理論和實際更好結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣。

3.2 將計算機(jī)實驗機(jī)房管理推向云管理模式

云計算在教育教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，提供高效靈活的計算機(jī)實驗教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)云端管理和服務(wù)共享，從而更有效的服務(wù)于廣大師，桌面虛擬化真正實現(xiàn)了計算機(jī)機(jī)房的集中管理和靈活部署。虛擬云桌面管理模式，使得實踐教學(xué)更加高效便利，管理更加方便，這對于公安院校及其他學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境升級與改造有一定的借鑒作用。

3.3 滿足個性化教學(xué)需求，激發(fā)學(xué)生興趣

有了虛擬云桌面的實驗平臺，學(xué)生使用PC、移動終端（ipad、智能手機(jī)、平板電腦等）通過瀏覽器可以遠(yuǎn)程訪問桌面系統(tǒng)。只要簡單的輸入能夠證明自己身份的用戶名和密碼，就可以即刻從瘦終端上獲得自己獨享的工作桌面。學(xué)生登錄訪問云平臺就可獲得所需的教學(xué)資源和實驗實訓(xùn)內(nèi)容，就能夠做實驗，可以獲得和實體實驗室一樣的實驗效果。而且這個過程要比傳統(tǒng)電腦啟動，登錄過程快得多。工作桌面中，自動映射了對應(yīng)教學(xué)科室的教學(xué)資源，集中部署安裝了老師每學(xué)期需要用到的虛擬應(yīng)用軟件，滿足所有老師教學(xué)需求，而且不需要老師自己維護(hù)應(yīng)用，自己尋找教學(xué)資源。當(dāng)老師遇到應(yīng)用程序使用問題，后臺網(wǎng)絡(luò)管理人員能夠快捷靈活的遠(yuǎn)程協(xié)助，并能夠通過對后臺虛擬桌面的配置進(jìn)行維護(hù)與升級（表1）。

表1 云桌面與傳統(tǒng)PC對照表

3.4 降低軟硬件開支，增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性，降低管理成本

使用云桌面，可以有效利用資源，大大降低硬件投入，且使用年限更長（一般6-10年，是傳統(tǒng)PC兩倍）。機(jī)房管理人員只需維護(hù)服務(wù)器，不需維護(hù)每個終端，云終端計算機(jī)除核心軟件外，其余都下載自服務(wù)器端，軟件升級和維護(hù)只需在服務(wù)器端進(jìn)行即可，降低了整體開銷。

4 結(jié)束語

利用云平臺，可節(jié)約成本，擴(kuò)展教師和學(xué)生實踐教學(xué)和主動學(xué)習(xí)的時間和空間，能將理論和實際更好結(jié)合。使用虛擬云桌面的實驗平臺可根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)需求靈活搭建不同的實驗電路，有利于綜合性和設(shè)計性實驗的開出和提高。云桌面實踐教學(xué)平臺改善了實驗平臺的管理模式，使得實踐教學(xué)更加高效便利，管理更加方便，這對于公安院校及其他學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境升級與改造有一定的借鑒作用。

*通訊作者：姚秋鳳

基金項目：湖北省教育科學(xué)規(guī)劃課題2018GB043；湖北警官學(xué)院教研項目YJXM2018B03；湖北警官學(xué)院2019年科研自選課題，同時本文受湖北省電子取證協(xié)同創(chuàng)新中心資助

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