高校智慧實驗室信息化平臺構建中云計算技術的運用

[摘 要]在高校智慧實驗室信息化平臺中，為了加深云計算技術的應用，文章簡單分析了云計算技術的概念以及基本特征，并分別從資源靈活、成本節約、統一管理等方面，分析了云計算技術在智慧實驗室信息化平臺中的應用價值。文章立足于云計算技術在智慧實驗室信息化平臺中的應用，研究信息化平臺的基本功能以及系統組成。

[關鍵詞]高校智慧實驗室；信息化平臺建設；云計算技術；應用

隨著我國教育信息化的持續深化，高校為了全面提高實驗教學的資源配置效率，將有限的教學資源運用到不同領域教學過程中，實驗室的信息化建設管理水平提升已經成為了必然要求。高校需要在實驗室管理過程中持續深化云計算的技術這類現代信息技術成果的應用，促進校內智慧實驗室的建設和發展。從某種程度上看，高校建立的智慧實驗室是一種包括實驗室管理、環境安全監測、分布式儲存等多項功能在內的現代化教學實驗室，能夠促進實驗教學以及軟硬件資源整合優化方面的任務落地。在高校傳統的實驗室管理過程中，教學過程都是需要人工進行記錄和管理，工作效率和質量都無法得到保障。隨著現代信息技術的持續發展，實驗室的管理工作也可以利用現代信息技術提高管理水平。本文基于云計算技術視角研究了智慧實驗室信息化平臺的具體功能以及組成，為高校智慧實驗室的建設和發展提供參考。

一、云計算技術概述

（一）概念

云計算是以互聯網技術作為基礎形成的服務增加、使用和交互模式，可以借助互聯網平臺為用戶提供所需的虛擬化資源，并且這些資源內容帶有明顯的動態易擴展性特征[1]。狹義層面的云計算是以IT基礎設施的交付和使用模式為主，各主體可以通過網絡平臺，根據個人的需求和容易擴展的方法獲得各項資源。廣義層面的云計算則是包括了服務交付、使用模式，是各主體利用網絡平臺獲得所需服務的方法。隨著我國云計算技術的持續發展，云計算服務的層次結構可以分為基礎設備、平臺和軟件三個部分：底層的基礎設備是以硬件等物理設施和虛擬技術為主，平臺則是包括了最為典型的Google App Engine、Windows Azure等云平臺，最上層的軟件是以典型的GMail、Live Service等為主。

（二）特點

與傳統的計算機模式相比，云計算技術具備如下幾項基本特征：一是虛擬化特征。用戶在利用云計算平臺獲取硬件資源、計算能力、網絡資源的過程中，可以使用虛擬化技術，確保用戶能夠擺脫時間和空間限制，利用網絡瀏覽器隨時隨地獲得各種資源，借此滿足個人的使用需求[2]。二是定制靈活性的服務。云計算技術可以通過信息化平臺的建設，以用戶的需求作為核心，為其提供相應的資源和服務體系。用戶只需要搞清楚個人的發展需求，而不需要關心資源所在的位置以及獲取方式，信息化平臺會根據用戶個人需求將最終的結果作為服務內容及時反饋。如果用戶出現了需求新增或者是更改的現象，只需要對于新增定制的服務進行修改和新增便可。三是有著較高的性價比。任何現代信息技術成果的應用都需要滿足人們在性價比方面的要求，簡單而言，利用較低的價格獲得高質量的服務。云計算技術只需要用戶支付有關服務定制方面的費用，而并不需要花費大量的資金用于軟硬件設備的購買[3]。四是安全可靠特性。在當下的大數據時代下，社會公眾更加關注個人隱私的安全性，經過云計算技術處理的數據可以在服務器端進行儲存，由計算機后臺進行專業化管理，通過設置權限管理和身份認證等功能模塊，保證用戶可以在共享數據的同時，避免出現數據丟失以及損壞問題。

二、高校智慧實驗室信息化平臺中云計算技術應用的價值

一是資源較為靈活。在智慧實驗室信息化平臺建設發展的過程中，云計算技術是以平行計算作為核心，按照不同用戶的需求進行計算任務的調度，以此為基礎合理的計算分配資源，并且能夠為用戶提供從數據導入處整合處理、計算模型輸出計算結果等多方面的服務，可以為高校的科學研究工作提供靈活性、可靠性較高的平臺。

二是建設成本明顯下降。在利用云計算技術建設智慧實驗室信息化管理平臺的過程中，資源配置流程得到簡化，并可以按照相關用戶需求隨時調用，不需要花費較多的時間建設計算環境。平臺后續的維護工作費用也得到有效控制，能夠利用云服務方式進行資源的儲存和計算，按照用戶的需求進行調用，并不需要采購較多的硬件和軟件設備。同時，云計算技術可以與虛擬化技術聯合應用，在建立全新計算功能模塊的前提下，保障信息化平臺中的計算機物理硬件使用率能夠明顯提升。

三是促進管理工作的統一化發展。智慧實驗室的信息化平臺可以利用云計算技術進行整合統一，轉變之前一對多的IT管理工作模式，利用云計算針對物理資源池化的機制統一調度，借此對入口統一管理。智慧實驗室的信息化平臺能夠為在校師生提供必要的教學和實驗服務，教學資源可以根據不同專業教學工作的要求合理進行配置和優化，在提高教學質量和教學效率的同時，促進復合型人才的培養。云計算技術通過將傳統學校教育中的硬件設備、教育資源等內容容納到數字化校園中，進行在線式的教育活動的組織、開展以及監督管理，以此提高教育工作管理的水平。

三、高校智慧實驗室信息化平臺中的云計算技術應用分析

（一）信息化平臺的基本功能

智慧實驗室的信息化平臺在利用云計算技術進行建設和優化的過程中，需要具備如下幾項基本功能：一是為用戶提供簡單便捷的操作界面以及操作方法，保證用戶能夠利用云計算平臺滿足自身的使用需求，將平臺建設重心轉移到業務功能方面，用戶通過輸入相應的關鍵詞搜索各項資源，同時可以利用其中的計算功能模塊，獲取精準的計算結果以及計算模型，進一步體現信息化平臺的應用價值。二是要打破地域限制，借助廣域網通信確保不同資源能夠在終端進行虛擬接入及共享。三是利用數據分析對于設備和環境智能進行調節，在實時監測設備開關狀況的前提下，及時反映和處理各種突發事件，維護設備以及人員安全。

（二）基于云計算技術的信息化平臺系統組成

以云計算技術為基礎形成的智慧實驗室信息化平臺具體包括了基礎層、平臺層和應用層三個部分。基礎層主要是準備用戶以及平臺層運轉必需的各項存儲和計算資源，以服務器的虛擬化和分布式儲存為主。平臺層主要是提供了系統開發必需的軟件和硬件資源，以常見的數據庫緩存、并行處理為主。最終的應用層能夠為不同類型的用戶主體提供必要的應用程序，有選擇性地使用平臺上的服務。總體而言，以云計算技術為基礎的智慧實驗室信息化平臺架構是否能夠滿足信息化管理運行的需求，必須要利用云計算技術，綜合考慮平臺的建設需求，對其架構合理設計、調整。

1.云架構設計

一是感知層。該層的設備能夠在采集信息的同時，對于各個節點進行管控，管理人員能夠利用軟件服務設置感知層的相關參數，設備可以對實驗室內的各項信息進行采集，以最為常見的環境溫度、濕度、防火、防盜檢測等信息為主。同時，信息化平臺可以通過控制類的節點自主完成照明控制、窗簾控制、門禁控制等多項任務。二是網絡層。網絡層主要是用于控制指令的傳輸，可以借助校園內的網絡傳輸通道實現，通常包括了交換機、路由器和網線等部分。網絡層作為整個信息化平臺的數據服務中心，需要針對感知層采集的各項數據提供包括分析、處理、儲存等在內的各項服務，硬件設施是以服務器、存儲器為主，同時也包括了一定數量的系統服務軟件。三是應用層。應用層是不同用戶主體與平臺進行交互的界面，也就是軟件系統，用戶可以利用軟件設置各種系統的智能化控制參數，軟件系統能夠從用戶的手機、平板、電腦等終端推送顯示相應的信息。當下，基于云計算技術的信息化平臺包含了多個級別不同的云平臺，并且得以在不同區域和地區形成與主干網類似的片區云，可以為高校提供必要的資源服務。

2.平臺的整體架構

基于云計算技術的智慧實驗室信息化管理平臺需要覆蓋與實驗室相關的各種網上辦公和業務處理流程，以此為基礎針對業務工作流程進行監管，并給出公正的評價結果，借此利用現代化管理工作方法促進多個系統之間的數據共享，為業務管理提供必要的數據支持，確保信息化平臺能夠為實驗室管理工作提供便利。管理人員可以利用云計算技術聯系實驗設備和實驗室的運營工作崗位以及內容，在實時獲取實驗信息過程數據的前提下，保證實驗室的管理工作水平能夠明顯提升。

總體而言，信息化平臺的整體架構可以分為如下幾個方面：一是實驗室的門禁系統。云計算技術的應用和應用能夠針對實驗室的管理員、系統管理員、教師等相關人員進行角色分配，可以實現利用臉譜識別以及校園卡開門的目標。同時，門禁系統能夠基于校園卡的使用信息和用戶的人臉識別次數進行相關人員的考勤數據查詢、統計、導出，并且能夠根據用戶需求自主選擇門禁聯動。

二是電源控制系統。云計算技術的引入和應用能夠促進實驗室設備和照明系統的有效管理，也可以幫助相關人員進行遠程控制，與門禁系統實現開門通電功能，系統后臺能夠對實驗室的電量使用數據進行全方位的統計和分數，并形成相應的報表，針對電量超量使用的實驗室可以發出警報信息。

三是視頻監控系統。云計算技術應用能夠促進視頻直播和環境監控功能模塊建立健全，具體內容包括遠程教學、智能跟蹤和數字音頻視頻處理。該模塊能夠通過設備的統一認證和授權，針對與平臺相接的各個設備統一進行編碼處理，并通過數據安全加密技術的引入，維護平臺信息的安全性。

四是環境安全監管系統。該系統能夠針對實驗室的整體環境、儀器設備和內部人員進行全方位安全監管，針對實驗室內部的溫度和濕度數據及時進行回傳，并促進門禁系統和智能實驗管理系統二者之間的聯動管理和授權，第一時間針對突發事件發出警報，并保存與之相關的各項數據，為問題解決提供真實的數據支持。

五是試驗管理系統。該系統的功能包括了實驗課程、教學數據、資源開發管理等方面，能夠從多個層面呈現統計數據，為管理人員調整工作提供準確的數字報表。該系統能夠與校內的教務系統課表有效對接，并通過賬號密碼的登錄，為師生查找處于空閑狀態的實驗室提供便利，教師、學生能夠根據教學安排對實驗室自主進行預約。預約申請在得到管理人員審批通過之后，申請人員可按照其申請的時間和地點使用實驗室內的相關器材。云計算技術應用能夠通過軟硬件設施的有效結合，保障各項數據能夠集中進行管理，進一步彰顯教學管理的信息化、模塊化的發展優勢。

六是分布式儲存服務系統。該系統能夠促進實驗室數據和學校中心服務器的數據融合共享以及同步傳輸，建立完善的數據儲存服務，系統能夠高效儲存、管理實驗室獲得的各項數據，并實施遠程的同步控制。

3.網絡及運行模式

以云計算技術形成的智慧實驗室信息化平臺是以B/S架構為基礎，能夠在任何平臺進行操作，而不需要安裝多余軟件。正因如此，在高校實驗室的日常管理工作中，多個校區和實驗場所的管理人員需要在不同的客戶端上進行操作，管理工作總量明顯增加，B/S架構的引入能夠全方位解決多個用戶端同時訪問的問題，并進行遠程維護。同時，實驗室信息化平臺的重要部分便是基礎設施，可以利用虛擬化技術管理硬件設備，為整個系統運行提供穩定的網絡環境，而平臺的服務部分可以通過利用公用API等函數提供必要的開發環境，建立完善的系統管理功能體系。軟件服務部分可以借助基礎設施部分的軟件資源進行功能封裝，用戶只需要通過瀏覽器便能夠使用相關的服務，感受到云計算技術在教學資源及其在數據計算方面的優勢。同時，數據儲存都能夠在云服務端進行，有著安全可靠方面的優勢。校內建立的實驗室多個云計算平臺可以聯合形成云計算中心，將傳統的平臺和數據中心逐步改造為信息化云計算平臺，通過實驗室全局管理系統的建設，能夠將多個云節點有效連接。云系統管理層可以為管理員提供與教學管理、資源配置和實驗部署等日常工作相關的平臺，同時提供硬件資源擴展及更新軟件、提供定制實驗內容等非日常維護工作服務。該平臺可以保障各實驗室之間的數據能夠進行信息收集和共享，并且能夠根據實驗室特殊發展狀況，提供針對性的改進和優化策略，保障高校的多個智慧實驗室能夠統一進行管理，降低管理人員的工作難度和總量，為學校的教研工作提供必要的資源支持。

結束語

高校智慧實驗室的信息化平臺建設符合新時代教育信息化發展趨勢的要求。云計算技術作為現代信息技術的發展成果，不僅能夠降低系統平臺建設成本，而且還能夠靈活應用各項資源，促進高校實驗室以及相關平臺的統一化管理。實驗室相關管理者和建設者則需要在管理職責權限合理分配的基礎上，根據學校的教學實驗工作要求，不斷調整信息化平臺中的功能模塊，以此建立較為完善的智慧實驗室信息化平臺，甚至可以將多個實驗室的信息化平臺共同組成云計算中心，進一步擴大教學以及管理工作的范圍，幫助學校在降低管理工作總量和難度的同時，利用現代信息技術進行實驗室以及教學工作的統一化管理。

參考文獻

[1]程實，李躍華，陳曉勇，等.云計算架構下的虛擬仿真實驗平臺建設[J].實驗室研究與探索，2020，39（12）：238-241.

[2]樸承哲.基于云計算的高校計算機實驗室管理平臺設計[J].遼寧師專學報（自然科學版），2020，22（4）：25-28.

[3]陸駿.云計算環境下計算機虛擬實驗室平臺的建設與實現[J].信息技術與信息化，2019（9）：168-170.

作者簡介：劉偶偶（1989— ），女，漢族，廣西桂林人，泰國格樂大學，實驗師，本科。

研究方向：教育管理，實驗室管理。