經管類實驗教學中心基礎設施數字化建設案例研究

宮宇 宋肖肖 王錦

摘? 要：以東北財經大學新實驗教學中心建設為案例，基于信息革命推動教育信息化快速發展與應用的時代背景，闡述分析經管類高校實驗教學中心的基礎設施建設的新需求、設計思路、技術架構、以及實驗基礎設施管控和運維數字化的建設預期和效果，論述實驗教學中心基礎設施的數字化建設是高校典型的新型基礎設施建設，在高校教學信息化建設和智慧校園建設中具有核心價值和重要意義。

關鍵詞：實驗教學中心；高校新基建；IaaS

中圖分類號：TP311；G647? ? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）02-0138-04

Case Research on Digital Infrastructure Construction of Economics and Management Experimental Teaching Center

—Taking the New Experimental Teaching Center of Dongbei University of Finance and Economics as an Example

GONG Yu， SONG Xiaoxiao， WANG Jin

（Dongbei University of Finance and Economics， Dalian? 116025， China）

Abstract： This paper takes the construction of new experimental teaching center of Dongbei University of Finance and Economics as an example， based on the era background of information revolution to promote the rapid development and application of educational informatization， expounds and analyzes the new requirements， design ideas and technical framework of the infrastructure construction of experimental teaching centers in economic and management colleges and universities， as well as the construction expectation and effect of experimental infrastructure management and control and operation and maintenance digitization. It discusses that the digital construction of experimental teaching center infrastructure is a typical and new type of infrastructure construction in colleges and universities， which has core value and important significance in the construction of teaching informatization and smart campus in colleges and universities.

Keywords： experimental teaching center; new infrastructure of colleges and universities; IaaS

0? 引? 言

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》明確了現階段教育的幾個代表性工作任務之一：推進信息技術與教學融合，建設智能化教學環境，提供優質數字教育資源和軟件工具，利用信息技術開展啟發式、探究式、討論式、參與式教學，鼓勵發展性評價，探索建立以學習者為中心的教學新模式，倡導網絡校際協作學習，提高信息化教學水平。

信息革命推進了教育技術的快速發展與應用，尤其是后疫情時代，線上線下混合式教育模式成為教育發展的主流方向，適應教育信息化發展水平的基礎設施能力是教育信息化多維度和高質量綜合發展的的基礎性核心條件之一，實驗教學中心是承載高校教學技術應用與發展的重要場景和載體，設計與建設具備主流技術架構和統一融合的新型基礎設施的實驗（實踐）教學中心，是高校順應時代發展、響應教育信息化要求，提升高校教學信息化水平和智慧校園[1]能力的必須舉措。

在本文的案例中，東北財經大學作為經管類高校，實驗（實踐）教學中心實驗樓的建設是學校新基建重點項目，是學校教學技術手段和技術支持能力創新應用的核心場景，是智慧校園建設的核心載體，實驗教學樓的基礎設施數字化建設則是所需的信息底座和數據湖[2]。學校通過科學化和專業化的頂層設計，統籌規劃經管類高校實踐教學和教學信息化的需求和解決方案，確立了以融合創新為指導思想，通過基礎設施融合、軟硬件和網絡的技術融合以及管、控、維的融合，實現基礎設施與管理平臺、信息平臺和學習平臺的融合互通，為高校的教學創新、科研創新、管理創新以及技術支持與手段創新提供運營服務，即基礎設施即服務——IaaS、平臺即服務——PaaS，軟件（應用）即服務——SaaS。

1? 整體規劃設計思路

基于開放、共享、新基建、新經管的建設理念實現實驗資源的IaaS（基礎設施即服務），PaaS（平臺即服務），SaaS（軟件即服務）。基于物聯網技術的實驗場所開放、基于虛擬化和云技術的實驗環境云化共享將支撐教學實驗向實驗科研機制的進化，以及實驗資源從私有向公有的機制轉變。樓宇管控方面，基于智慧、智能、大數據等手段實現樓宇管控的降維，即通過物聯網技術和信息化管理平臺將樓宇教室和設備設施等三維實體轉換為二維數據，將流程管理、群體行為等事務流轉換為信息流，通過人工智能和大數據技術為教學和管理提供智慧決策、高效運轉和集約運營。基于Docker（容器）理念，根據實驗教學、智慧教學、開放教學、實踐實訓教學和學術報告五大功能需求規劃教室比例數量和布局，強弱電綜合布線設計對不同使用功能保證通用性和兼容性以滿足投入使用后的需求變化。

2? 規劃設計要點及原則

基礎功能優先原則。樓宇運維所需的基礎功能優先設計，優先實施，納入預算主體部分。

布線預留原則。智能化、物聯網、5G、Wi-Fi 6等設備設施預留布線槽位（孔）及供電電路。

網絡流控與隔離原則。信息化、數字化、云化，物聯網、5G、Wi-Fi 6，二維化的數字樓宇主體是基于網絡的數據流和信息流，流量控制和網絡隔離及網絡安全是網絡規劃和網絡產品選型的核心訴求，從成本上優勢考慮邏輯隔離和流控。

Docker（容器）原則。教室的功能設計和強弱電布線設計至少滿足2～3個使用功能需求。輕資產、易迭代、可進化在技術調整迭代的大背景下，設計方案及設備設施的選擇以落地應用為導向，依據應用周期設計實施周期，避免提前建設，應用時淘汰。

國產優先原則。鑒于目前的國際形勢，涉及安全的產品和解決方案，優先考慮國產，回避政策風險和安全風險。

IP優先原則。各弱電系統的管理控制端優先選擇基于IP的方案和產品，保證數據集中、統一管控和分布監測。

數據中心輕量化部署原則。優先考慮以虛擬化[3]或私有云方式構建數據中心的資源層和公共服務層，在這基礎制定現有數據中心的搬遷方案，結合未來3年應用層的部署需求，確定新建數據中心計算存儲的建設規模，充分發揮模塊化、虛擬化和云化的特性，階段性、輕量化部署，避免計算和存儲資源建成閑置，用時淘汰。

3? 基礎設施建設需求分析

3.1? 實驗終端計算機

經管類高校實驗教學以軟件模擬為主要教學手段，基于云桌面技術方案的終端云化使實驗教學排課不再考慮實驗室部署的軟件系統環境這一因子，提供更加靈活的排沖機制，同時輔以樓宇的物聯集控系統和云管平臺可以實現對具有公共屬性的實驗資源建立物權、使用權和管理權分離機制，共籌、共建、共享，統籌、統管、統維。基礎設施虛擬化是將基礎設備和實驗軟件遷移至云端，實現了基礎設施即服務的模式轉變，即全維度數字化、信息化的核心步驟，是實驗資源可視、開放、共享的重要技術支撐。

3.2? 實驗教學設備

教學設備選型方案遵循非一體化和通用性原則，提升教學設備維修時效，降低維修成本；智能教學設備采用分布式控制，將智能設備的操控權由教師轉移至學生，創新智慧教學新模式。

3.3? 智慧視頻監控

教室內和公共區域根據場景設置AI攝像頭，用于安防監控、教學督導視頻采集、人流AI監測與行為分析等。

3.4? 智慧教室物聯網管理系統

非專業實驗室（標準化機房實驗室）物聯需求主要為門禁管理，實現統一授權、物聯管控，智能準入。專業實驗室依據實驗設備設施和環境條件不同按需定制。

3.5? 信息展示與交互系統

不同場景的信息展示交互系統與實驗室電子班牌可顯示或查詢定制化信息，如信息提示、教室名稱、介紹以及使用情況等。

4? 基礎設施數字化方案及績效預期

4.1? 實驗終端計算機桌面云方案

桌面云項目是我校教學信息化最為關鍵的基礎設施建設，由兩套技術架構組成。其中基于KVM桌面云架構的解決方案可以實現樓內計算機終端基于網絡的統一部署和管理運維（即一套桌面云管平臺實現兩種桌面云架構VDI+VOI的桌面云融合管理[4]），實驗軟件和考試系統的部署可以根據排課數據和考試計劃通過網絡快速部署至對應教室，實現軟件部署與教室解耦，小時級響應排課與排考的需求，提升管理效率，助力教考模式變革。基于Citrix桌面云架構[5]的解決方案是基于全網的實驗桌面交付方式，與學校的白果云在線學習平臺實現接口對接，提供在線學習和在線實驗實訓一體化解決方案，為白果云學習平臺增加創新性功能，即eDaaS（實驗桌面即服務）的自主創新應用。新建實踐教學中心實驗終端部署拓撲如圖1所示。

4.2? 服務器虛擬化方案

采用電信級解決方案，充分釋放實踐教學中心IT資源，集約化部署、快速自動化交付、簡易科學計算的需求，在滿足實驗教學基本的計算存儲需求基礎上，可實現計算存儲資源的按需交付和自助交付，全面支撐實驗教學中心基礎設施服務能力由實驗教學維度向科研實驗提升。

4.3? 數據中心建設方案

數據中心機房采用模塊化機房方案[6]，將供配電、溫控、機柜通道、布線、監控等集成在一個模塊內，達到快速交付，按需部署的需求。與此同時，智能微模塊通過智能管理系統，全面提升供電、溫控系統可靠性、節能性，并通過告警收斂定位、故障自隔離、資產自動化管理，顯著提高運維效率，實現數據中心建設和管理運維的高標準、高可靠、高可控，兼具環保節能功能。模塊化機房方案可以按初期服務器規模和智慧化系統建設周期按需配置機柜、服務器及網絡等設備數量規模，降低初期設備投入成本和機房裝修成本。

4.4? 樓宇廣播與實驗室教學擴聲方案

通過展會考察和案例實地考察，采用樓宇廣播和教學擴聲一體化解決方案，用一套設備的預算實現廣播、擴聲和對講三種場景的需求，大幅節約資金預算的同時，實現設備設施的集中統一運維管理。

4.5? AI教學安防監控方案

在滿足基本教學監控的基礎上，在同等預算價格情況下，選用具有人流AI計算功能和數據交互接口的監控解決方案，為后續樓宇AI場景應用提供基礎設施能力和技術解決方案。例如，利用人流計算功能實時顯示樓宇人流分布熱力圖，利用聲音收集設備實時分析教學場景等。

4.6? 智能門鎖管理系統方案

摒棄傳統的磁力鎖方案布線復雜，容易自身損壞和破壞門體等問題，采用集控式智能門鎖解決方案，遠程集中授權管理、數據一體整合、業務無縫聯動，與課程表對接，實現常規實驗室自動開關門，會議室、專業實驗室預約開關門，減少人工管理成本，構建一個良好的“智慧教學”基礎環境，為全校范圍各場景的智能門禁管理提供試點經驗。

4.7? 信息展示與交互系統方案

在教學樓內的指定區域，通過不同網絡終端顯示設備對數字化信息進行基于IP網絡的展示與交互，提升信息交互的實時性和實效性。主要部署有1層大廳LED宣傳屏和信息查詢機、各實驗室電子班牌、專業實驗室所在樓層走廊墻體內嵌式宣傳屏和公共區域等候區宣傳屏（含電梯區域）等。

5? 實驗基礎設備設施管控與運維數字化

基礎設備設施的數字化只是完成數字化的基礎工作，設備設施的硬件效果與信息化效率取決于數據互通與聯動，否則就容易形成“信息煙囪”，顯現數字化建設的逆向效果。實驗基礎設備設施管控與運維數字化工作主要設定為建設和運維兩個階段及對應建設內容。

5.1? 建設階段

建設階段主要完成基礎設施的數字自控系統與學校現在業務系統的數據對接和業務互動，在基礎設施及系統投入使用時形成全局互通、互聯和互動，自動、自主運行，主要包括桌面云系統與在線學習平臺的對接互動和實驗基礎設施數字化管控平臺的數據湖建設。

5.1.1? 桌面云與在線學習平臺的融合創新

桌面云是實驗教學中心最為核心的數字化基礎設施，基礎的桌面云系統主要應用場景為與計算終端、實驗室關聯綁定的公有桌面模式和與師生賬戶綁定的私有桌面模式，這兩種模式的資源閑置率高，使用場景受限。為解決教師、學生和實驗桌面三方的快捷互聯、高效互動和資源利用最大化，實驗教學中心、桌面云廠商和在線學習平臺三方充分合作，在學校師生使用的在線學習平臺上推出線上實驗功能，與線上學習整合，師生直接通過線上學習平臺預約使用所需實驗桌面。桌面云預約使用是桌面云技術服務化的重要手段，與在線學習平臺整合使師生可以無感無縫鏈接桌面云服務，提升師生用戶體驗的同時進一步強化了桌面云的服務屬性，弱化了系統屬性。學習平臺與桌面云一體化界面如圖2所示。

5.1.2? 實驗基礎設施數字化管控平臺的數據湖建設

基礎設施自有數字化管控系統需要與業務系統數據對接是數字化建設中數據互通的常規手段，對于實驗教學場景，各基礎設施數字化系統的基礎數據源具有一致性，但業務系統對接需求分散在學校不同業務部門，在學校尚未建立實時有效的校級數據中臺前提下，建立自有的基礎數據湖，對外與校內數據對接實現數據輸入，對內與樓內各子系統數據對接實現數據輸出，提升數據互通效率和效能。

5.2? 運維階段

重建輕運是高校數字化建設的常見現象，也是難點，主要癥結在于管理運維經費有限、技術運維工作量大，人員數量有限。本文提出以下運維工作理念和工作機制的建議和展望，期待共同探索實踐。

5.2.1? 建設階段的頂層設計和統籌兼顧

在建設階段科學自主的頂層設計、需求分析、方案設計和系統間的融合創新是高效、低成本、低人力運維的前提保障。

5.2.2? 利益主體的一致性機制

建設與運維參與各方是不同的利益主體，只有建立利益一致性的建設與運維機制才能實現使用方的利益保障和師生的用戶體驗。

5.2.3? 核心技術自主、自強

核心技術自主、自強，外圍性和基礎性工作外包，是運維效率提升的重要保障。

5.2.4? 以數據可視化、AI行為分析提升運維價值

運維工作的內容是維修、維護，確保設備設施正常運行，但運維工作的價值在于運維數據的可視化、用戶行為分析的AI化。

5.2.5? 運維工作分工與激勵機制

運維工作是校方技術運維團隊、設備設施廠商技術售后方、系統集成方以及運維服務外包方等多方參與、職權責交叉復雜的管理工作，建立科學高效的分工與激勵機制是解決管理復雜性和提升運維效率的機制保障，即建立運維向運營轉變的工作機制。這里本文提出基于DAO（Decentralized Autonomous Organization）即去中心化自治組織機制，使用DAO工具進行運營管理的思路，期待共同探索實踐。

基于新基建的智能樓宇和基于數據支撐的云管平臺需要專業、持續和規范的運營機制和運營團隊，確保系統與業務的共諧，管理與數據的共振，同時倒逼中心的管理體制、機制和組織進行變革，實驗教學中心職能將從實驗教學設備設施的運維向科研教學實驗的全維度運營轉變。

6? 結? 論

智慧校園和數字校園建設是一流大學治理水平和治理能力現代化的基礎支撐和重要舉措，數字經濟是新經管一流學科建設的重要方向，實驗教學和科研所需的新型基礎設施及能力是實現上述舉措和方向的基礎項、必要項，是徹落實十九屆四中全會和五中全會精神，實現科技自立自強，推進學校治理體系和治理能力現代化的重要抓手。以數字化信息和網絡為基礎，實現環境、資源到應用的數字化轉變，對實驗基礎設施及能力做加法，實現實驗教學過程的全面信息化和數字化，提升運維管理的統一性、廣泛性，提升實驗設備設施的開放共享能力，提升師生實驗設備設施使用的易知性、易用性，降低管理成本、使用成本和學習成本，從而全面提升師生實驗教學和科研的效率和效能，提高教學質量與教學管理水平，促進師生共同發展和學校綜合實力的提高，助力雙一流大學和雙一流學科的高效建設和高能發展。

參考文獻：

[1] 教育部關于發布《高等學校數字校園建設規范（試行）》的通知 [J].中華人民共和國教育部公報，2021（5）：14-42.

[2] 孫洪濤，鄭勤華.教育大數據的核心技術、應用現狀與發展趨勢 [J].遠程教育雜志，2016，34（5）：41-49.

[3] 宮宇，婁道凱.高校數據中心虛擬化的建設與實踐——以東北財經大學實驗教學中心為例 [J].網絡安全技術與應用，2022（5）：105-107.

[4] 歐陽燕，李曉昀，楊剴.噢易桌面云在高校實踐教學中的應用 [J].電子元器件與信息技術，2020，4（8）：157-159.

[5] 李燕，黃傳峰，周峽.基于多云架構的高校云端實驗平臺設計與優化 [J].南京工程學院學報：自然科學版，2021，19（4）：31-37.

[6] 龐志鵬.綠色節能模塊化數據中心建立分析 [J].低碳世界，2021，11（12）：190-191.

作者簡介：宮宇（1983—），男，漢族，遼寧大連人，實驗師，碩士，研究方向：計算機應用技術。

收稿日期：2022-07-29