解決高校教學與管理難題的新路徑：云端一體超融合云桌面

摘要：高校教育數字化轉型對教學環(huán)境提出了更高的要求，但高校多媒體教室較為分散、面臨管理困境且移動設備存在安全隱患。而以虛擬化技術為基礎的云端一體超融合云桌面的出現，為解決這些難題提供了思路。基于此，文章以中南大學為例，首先介紹了云端一體超融合云桌面的設計原則、部署方案和部署策略；之后闡釋了云桌面的主要應用，并通過問卷調查分析了其應用效果，發(fā)現云桌面在多媒體教室中具有較高的使用頻率和依賴度，整體滿意度很高，且問卷題項各維度之間存在一定的相關性。最后，文章從高校教學與管理的視角，針對云桌面的后續(xù)應用提出建議。云端一體超融合云桌面的設計、部署與應用，可為高校建設差異化數字教學環(huán)境、實現高效管理提供有益參考，成為解決高校教學與管理難題的新路徑。

關鍵詞：云桌面；教學與管理；多媒體教室；云端一體

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2025）03—0129—08 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2025.03.013

《教育部2022年工作要點》提出，要“積極發(fā)展‘互聯網+教育’，加快推進教育數字轉型和智能升級”^[1]。然而，傳統的教學設備和管理方式面臨資源分散、維護成本高、數據安全薄弱等挑戰(zhàn)。隨著數字技術的廣泛應用，高校對靈活性、個性化、遠程協作的教學與管理需求日益增長。而如何滿足這些需求，成為高校教育數字化轉型要解決的核心問題之一。在此背景下，云桌面技術以其資源集中管理、隨時隨地訪問、安全性高等優(yōu)勢^[2]，逐漸成為解決高校教學與管理難題的有力抓手。通過云桌面技術的應用，高校能夠有效整合軟硬件資源，提升教學效率與管理水平，滿足遠程教學、在線實驗、虛擬仿真等多元教學需求，實現教學和管理方式的創(chuàng)新與升級。在云桌面技術應用的基礎上，本研究嘗試提出云端一體超融合云桌面，并以中南大學為例呈現云端一體超融合云桌面的設計與部署、分析其應用成效，以探索解決高校教學與管理難題的新路徑，重在解決以下問題：①如何高效管理分散的教學設備，解決傳統多媒體教室運維過程中的高成本、高風險問題？②如何在保證數據安全的前提下，支持個性化、差異化的教學？③如何實現靈活、無縫的教學環(huán)境部署，滿足不同學科、專業(yè)和教師的個性化需求？

一 高校多媒體教室與云桌面相關研究

1"高校多媒體教室存在的難題

隨著人工智能、大數據等技術的發(fā)展，以重構教學環(huán)境、推動教學模式轉變?yōu)楹诵牡男滦椭腔劢淌抑饾u興起。作為高校較早普及的教室類型，多媒體教室目前仍然是高校教學的重要載體，并被廣泛應用于課堂教學，但其在教學與管理中存在一些難題，主要表現為：

①多媒體教室較為分散，難以統一高效運維。很多高校擁有多個校區(qū)，其多媒體教室分散在不同校區(qū)、不同教學樓，這給多媒體教室的運維工作帶來了極大挑戰(zhàn)^[3]。在多媒體教室日常使用的過程中，由于設備使用頻率高、用戶操作水平存在差異，容易誤操作導致故障頻發(fā)，這就需要技術人員來回奔波；加上每學期開學前都有設備巡檢、軟件升級等工作，系統運維任務重，因此高校迫切需要集中控制、管理教室終端設備，以充分調度多媒體信息資源，提高管理水平^[4]。尤其是面對突發(fā)的線上授課任務或線上會議保障時，需要緊急部署新的軟件環(huán)境，時間緊，工作量大，這就對多媒體教室的運維工作提出了更高要求。

②多媒體教室面臨管理困境，阻礙師生個性化探究。高校公共多媒體教學空間面向全校所有專業(yè)和課程開放，每年需要承擔上千萬人/時的教學任務。出于對網絡安全和系統運行效率的考慮，高校通常對多媒體教室進行統一的軟件配置且安裝硬件還原卡。但技術的迭代更新需以尊重個體差異為前提，以教學個性魅力觸動學生^[5]。而現實中多媒體教學面臨的管理困境限制了師生根據自身需求深入探究學習的可能性，顯然與個性化教學靈活多變的教學形式相沖突。

③移動設備存在安全隱患，威脅網絡信息安全。教師通常利用U盤、移動硬盤等設備攜帶教學資源，這些設備的高頻率接入會顯著增加計算機系統遭受惡意軟件（包括計算機病毒、木馬等）侵害的概率。一旦發(fā)生感染，惡意軟件就有可能通過IP廣播迅速擴散至學校所有公共教室的計算機，這不僅對教育設施的網絡安全造成了嚴重威脅，而且給教師和運維人員帶來了很大麻煩。此外，U盤體積小，容易丟失或遺忘，這可能會造成教學資料或重要信息泄露，從而影響正常教學。

2 云桌面提升數字教學環(huán)境

云桌面以其資源集中管理、靈活、安全性高等優(yōu)勢，為解決高校多媒體教室的教學與管理困境提供了新思路。目前，國外已有一些高校為師生提供基于云桌面的個性化數字教學環(huán)境，如英國林肯大學的Cloud Desktop、美國夏威夷太平洋大學的HPU Cloud Services、美國圣克勞德州立大學的Campus/iCampus Deshop等。這些高校通過個性化的虛擬桌面服務，為教師提供更貼合其個人需求的數字教學環(huán)境^[6]。而在國內，高校對個性化數字教學環(huán)境的研究仍處于探索階段，其前期研究的重點是如何實現多媒體教學環(huán)境的統一、簡化部署，解決大批量設備管理和維護的難題。隨著差異化需求的凸顯，如何滿足教學活動中教師的個性化需求成為研究熱點。例如，上海交通大學的jCloud平臺嘗試為教學、科研、管理打造專屬服務，以滿足不同學科發(fā)展的個性化需求^[7]；上海海事大學的iLogistics平臺提供隨時隨地使用各種終端設備訪問學校資源、進行開放式教學和科研實驗等功能，并利用云桌面開展了其他校園服務、管理方面的探索革新^[8]。

總的來說，云桌面以其可拓展性、靈活性等特點逐漸成為了數字教學環(huán)境的重要部分。但是，高校如何具體部署云桌面？如何在教學與管理中高效應用云桌面？如何將個性化的云桌面與不斷變化的教學需求相融合？……這些問題還有待深入研究。

二 云端一體超融合云桌面的設計與部署

在深入調查分析現有教學環(huán)境的基礎上，中南大學結合云桌面技術的相關理論與實踐研究成果，研發(fā)了云端一體超融合云桌面。云端一體超融合云桌面是指適應一體化發(fā)展態(tài)勢，實現云與終端在數據、應用、資源等方面的統一融合管理，再通過桌面虛擬化技術為用戶提供資源動態(tài)調配的虛擬桌面。

1"設計原則

為滿足師生對數字教學環(huán)境的差異化需求，提高教學效率，降低運維管理壓力，中南大學云端一體超融合云桌面的設計主要遵循以下原則：①個性化，根據不同學科和教師的資源需求對算力、存儲進行差異化劃分，通過靈活配置和彈性擴展?jié)M足教學資源的個性化需求；②連續(xù)性，打造專屬數字教學環(huán)境，確保在教學過程中無論線下終端如何變化，都能保證數字教學環(huán)境的延續(xù)性；③安全性，搭建私有文檔云，確保數據不落地，以增強教學資源的安全性，同時減少外部存儲設備的使用，以保障數據的完整性與安全性；④便捷性，實現多媒體教室終端環(huán)境的便捷部署，并進行統一管理，以便于遠程維護和資源動態(tài)調配。

2 云端一體超融合云桌面部署方案

中南大學云端一體超融合云桌面采用虛擬桌面基礎架構（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）^[9]，將桌面環(huán)境與物理客戶端設備分離，實現資源統一管理，并靈活按需分配^[10]。云端一體超融合云桌面的部署架構如圖1所示，這是云端一體超融合云桌面部署方案的重要組成。具體來說，云端一體超融合云桌面通過VMware虛擬化平臺，集中管理ESXi主機構建的虛擬化資源池，并采用桌面模板結合鏈接克隆技術快速生成虛擬機實例，以降低存儲冗余^[11]；同時，結合超融合文檔云服務器，通過分布式存儲功能實現教學資源多副本同步，彈性擴展了云桌面存儲。用戶可以利用各類終端（包括瘦終端、PC、手機、平板等）隨時隨地通過網絡接入^[12]，教室端、用戶端組成一個個網絡節(jié)點，形成基于“云+端”的超融合云桌面數字教學環(huán)境^[13]。云端一體超融合云桌面部署方案通過“終端接入層-虛擬桌面層-超融合資源層”三級架構，可實現計算存儲資源的動態(tài)調度，既保障了物理終端與云端數據的安全隔離，又通過負載均衡策略有效規(guī)避了單點故障風險。

為適配圖形計算密集型教學場景，云端一體超融合云桌面部署方案集成NVIDIA GRID GPU虛擬化技術，將GPU資源池化后按需分配給虛擬機，使用戶能夠共享GPU資源，滿足對圖形處理能力要求較高的教學應用，如SolidWorks、AutoCAD等^[14]。在數據安全維度，此方案采用文檔云服務器與虛擬桌面雙活架構，確保終端設備與數據分離，以提高教學資源的安全性與可靠性，形成兼顧高性能計算與數據安全的云端一體超融合平臺。

3"云端一體超融合云桌面部署策略

信息技術與課程教學的深度整合，重點并不在于是否應用新工具、新設備，而是利用信息技術創(chuàng)設理想的教學環(huán)境，注重技術手段如何與教學內容和教學過程無縫融合，以實現教學價值的最大化，提升實際教育教學成效和師生滿意度^[15]。據此，中南大學提出了云端一體超融合云桌面部署策略，以提升云桌面的適切性與用戶滿意度。

云端一體超融合云桌面的部署應支持實現教學活動的多元化和可操作性，滿足不同教學場景之間的無縫切換需求；同時，還需注重云桌面與物理終端之間的有機融合和信息技術支撐的教學資源融入，使精準、適切的個性化服務成為現實^[16]。基于此，中南大學在云端一體超融合云桌面部署策略中對云桌面的核心功能進行了設計（如圖2所示），主要包括：

（1）異構終端無縫融合與教學環(huán)境漫游

本功能支持各類物理終端設備的統一接入，使教師賬號在進行跨物理空間切換時能實現教學環(huán)境漫游，以保障教學業(yè)務的連續(xù)性。一方面，利用資源管理平臺的智能調度能力，將分散的終端設備與割裂的教學場景進行體系化整合，構建超融合云資源池，支持各類物理終端設備的統一接入，實現教學環(huán)境的跨物理空間跟隨。另一方面，教師通過個人賬號在辦公室、教室、家等場所無縫銜接教學進程，實現真正的教學環(huán)境跨終端漫游，減少桌面的臨時調試時間，保障多媒體教學環(huán)境的延續(xù)性和一致性，提升教室終端對不斷更新的教學內容的適應性。

（2）智能資源調度與教學場景適配

本功能注重通過構建虛擬化資源管理平臺，實現教學場景驅動的云資源動態(tài)分配；同時，在保障教師專屬個性化數字教學空間的基礎上，對非活躍云桌面進行資源共享，形成獨享資源池與彈性資源池的混合供給模式。為實現本功能，運維人員需對教師的軟硬件環(huán)境需求進行分類，形成共性需求與差異化需求雙軌供給體系：①對于共性需求，提供共享模式的云桌面，以提升資源利用率。例如，為講授“計算機基礎”公共課程的教師統一提供部署了Visual Studio、Python等軟件環(huán)境的公共云桌面。②對于差異化需求，根據不同程度的應用進行梯度化配置，開啟獨享模式。例如，輕度應用（如雨課堂、微助教等）提供基礎云桌面模板，中度應用（如數據庫、Matlab等）彈性增加計算、存儲資源，而重度應用（如Solidworks、AutoCAD等）增加GPU資源，以解決多媒體教室終端設備計算、存儲、顯示等資源相對有限的問題。同時，利用資源管理平臺監(jiān)測云桌面資源的占用情況，并動態(tài)擴展、合理優(yōu)化，提升其與課程教學內容的貼合度，為開展更具個性化的教學提供支撐，進而提高教學效率。這種“共享+獨享”的混合應用模式及其自適應機制，使教師的教學體驗更佳，并能根據其個人需求更好地進行教學設計、開展教學活動。

（3）教學資源管理與安全邊界構建

本功能提供跨設備、跨應用訪問的超融合文檔云，便于對教學資源進行多維度分類，并支持基于角色權限的細粒度共享控制，配合云桌面客戶端，實現教學資源在本地終端與云端的雙向同步，構建安全邊界。基于教學資源全生命周期管理理念建設的超融合文檔云，深度融合了云桌面應用管理與文檔云數據管理，打造了跨設備、跨應用訪問的統一資源中心。超融合文檔云彈性擴展了超融合云桌面的存儲空間，且支持細粒度權限管理，可以向全校教師提供教學資源管理與共享協作的功能。同時，超融合文檔云將教學數據集中在“云端”服務器，便于教師隨時隨地通過各類終端或在線瀏覽器訪問相關的文檔資源。此外，資源的云端存儲還可以在保護教室終端的同時實現終端與數據的分離，構建安全邊界，確保數據全生命周期的可靠性與可追溯性，做到“教學無邊界而安全有邊界”。

三 云端一體超融合云桌面的應用及其成效

中南大學通過云端一體超融合云桌面，打造了個性、連續(xù)、共享、安全的數字化教學環(huán)境，將學校多媒體教室的教學服務質量和管理手段提升到了新高度。在不改變客戶端用戶操作習慣的前提下，云端一體超融合云桌面將數字化個性教學環(huán)境融入課堂教學與管理，為構建更能滿足個性化需求的智慧教育新生態(tài)提供了新思路。

1 主要應用

（1）應急冗余服務

中南大學在新校區(qū)的200余間公共多媒體教室部署了云端一體超融合云桌面，支持所有桌面集中發(fā)布、集中更新、集中管理，這對于分散的教室、分散的校區(qū)來說有效降低了運維復雜度。考慮到某個教室的計算機一旦出現問題，便會延誤教學計劃，因此多媒體教室的計算機是獨立運行的。通過運行云端一體超融合云桌面，建立物理終端與虛擬桌面的雙向冗余機制，物理終端與桌面池、桌面池與備用桌面池之間形成了互為主備的輔助關系（即終端與桌面池之間多層次冗余，遇到故障時實現自動切換），可實現教室的應急冗余。與此同時，云桌面系統采用分布式架構的數據多副本技術，數據副本隨機分散在節(jié)點，可實現虛擬機、硬盤、節(jié)點等多維度的高可用，這有助于提升教學設備的可靠性，保障教學活動的順利進行。

（2）資源共享與協同

超融合文檔云為師生提供個人私有云空間，可實現資源的便捷存儲；同時，學校也可根據不同的組織架構靈活設置單位共享存儲空間，支持教師個人、教研室、院系三級細粒度權限管理，實現資源的共享與協同。截至2024年12月，超融合文檔云共配置28.71TB容量，存儲超過75.2萬個資源文件。為了方便教師共享資源，中南大學專門搭建了本校的云盤，本校師生可以在云端直接進行資源備份與協同編輯；同時，中南大學對云盤進行了合理的權限設置，以防止師生誤操作，保障數據安全。

（3）個性化教學

通過云端一體超融合云桌面的靈活配置及其提供的豐富功能，教師可以輕松嘗試新的教學模式，實現個性化教學。對于有特殊需求的院系或專業(yè)，如計算機學院計算中心、機電工程學院機械設計專業(yè)等，可以先測試各類教學工具與云桌面的兼容性，再提供共享桌面模板。此外，教師可以申請獨享桌面，按需自行部署空間，并融入更豐富的教學工具，以營造多元化的教學環(huán)境，改善相對單一的教學方式。例如，機電工程學院在講授“工程制圖與數字化表達”相關內容時，單純的課件講解可能過于枯燥、抽象，而在云端一體超融合云桌面中應用Solidworks仿真軟件進行模擬實驗，便可將抽象理論轉化為具象工程實踐，實現從“統一授課”到“千人千面”的個性化數字教學轉型。

2 應用效果分析

為了解中南大學云端一體超融合云桌面的應用效果，本研究采用問卷調查與系統日志分析相結合的方式，收集教師對云桌面的滿意度。其中，問卷題項涵蓋教師對云桌面的整體滿意度、啟動和運行速度、問題遇到頻率、與常用軟件的兼容、文件共享與協作體驗、技術支持服務、培訓資源充分性的評價，各題項均采用李克特五點量表評分，用1～5分表示從“非常不同意”到“非常同意”。經計算，問卷總的Cronbach’s α值為0.805，說明問卷信度可接受；KMO值為0.804，說明問卷結構效度較高。可見，問卷具有良好的信效度。

本研究以授課教師和技術運維人員為調查對象，通過騰訊問卷發(fā)放問卷39份，共回收問卷39份，其中有效問卷36份，有效回收率為92.3%。填寫有效問卷樣本的這36名教師來自中南大學的化學化工學院（8人）、計算機學院（6人）、機電工程學院（4人）、馬克思主義學院（3人）、土木工程學院（2人）等數十個學院；另外，也有部分為信息與網絡中心的工作人員（6人），盡管人數不多（占比16.7%），但云桌面的技術支持和運維管理由他們主要負責。同時，本研究通過系統日志分析統計了這36名教師近4個月的云桌面使用頻率，其中有15名用戶（占比41.7%）每周至少使用一次云桌面，而有5名用戶（占比13.9%）幾乎每天都使用，可見云桌面在多媒體教室中具有較高的使用頻率和依賴度。

本研究采用Origin 2022對問卷數據進行統計，得到問卷題項各維度的滿意度占比情況，結果如圖3所示。圖3顯示，67%的教師對云桌面表示“非常滿意”、33%表示“基本滿意”，說明云桌面的整體滿意度很高；其他各維度的平均得分為4.39，且評分大多集中在“滿意”和“非常滿意”這兩個選項上；但是，技術支持服務（“不滿意”占比6%，“一般”占比36%）、培訓資源充分性（“一般”占比14%）、啟動和運行速度（“一般”占比11%）這三個維度的滿意度還有較大的優(yōu)化空間。

此外，本研究對問卷題項各維度進行了相關性分析，得到其相關系數矩陣如表1所示。在表1中，多數維度之間的相關系數值為顯著，說明多數維度之間存在一定的相關性。具體來說，啟動和運行速度與整體滿意度的相關性最強（r=0.583），與常用軟件的兼容、文件共享與協作體驗與整體滿意度的相關性也較強（r=0.514、r=0.479）。教師對云端一體超融合云桌面感到滿意的地方主要是可以隨時隨地接入、可以根據自己的需求部署軟件環(huán)境、可以免用U盤，這基本達到了云桌面建設的初衷。但是，云端一體超融合云桌面高度依賴于網絡，而網絡存在的卡頓現象嚴重影響了用戶體驗。針對此問題，中南大學對校園網絡進行了全面升級，建設了大容量骨干網絡，并將核心網骨干網絡帶寬從80G升級到200G，大大提升了網絡的速度和穩(wěn)定性。后續(xù)，中南大學可以考慮優(yōu)化傳輸協議，減少網絡丟包引發(fā)的卡頓問題。

四 云端一體超融合云桌面應用的建議

本研究針對高校多媒體教室存在的難題，進行了云端一體超融合云桌面的設計、部署與應用，其應用效果顯示整體滿意度較高。為進一步推動個性化教學發(fā)展、提升教學質量與管理效率，本研究從高校教學與管理的視角，針對云端一體超融合云桌面的后續(xù)應用提出建議。

1 融合應用云桌面技術，推動數字化轉型

在高校數字化轉型的過程中，云桌面技術起著重要的引擎作用。基于此，高校可依托彈性架構搭建多模態(tài)教學空間，融合應用云桌面技術，以支持跨平臺教學工具集成與個性化學習場景適配，有效推進線上線下融合式教學、跨校區(qū)協同科研和資源智能調度。同時，高校可以依托超融合架構的共享協作功能，利用云桌面技術賦能教師開展混合式教學創(chuàng)新，助力學生的虛擬化團隊合作與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，并通過資源管理平臺的數據分析與資源監(jiān)測功能，實現教學行為分析與服務流程再造，為教學管理提供數據支撐。最終，形成以用戶需求為中心、智能資源為驅動、精準服務為導向的智慧教育新生態(tài)，系統化推進創(chuàng)新教育理念向數字化轉型實踐的有效轉化。

2 優(yōu)化云桌面實施策略，提升滿意度

問卷數據分析結果顯示，技術支持服務、培訓資源充分性、啟動和運行速度這三個維度的滿意度還有較大的優(yōu)化空間，其中啟動和運行速度與整體滿意度的相關性最強。基于此，高校需圍繞云桌面滿意度的提升優(yōu)化其實施策略，具體包括：①建立智能資源調度機制。通過采集教學場景流量和用戶行為數據，實現計算資源的動態(tài)彈性供給，保障多課程并發(fā)場景下的負載均衡。②設計網絡增強方案。采用軟件定義廣域網（SD-WAN）智能選路與服務質量（QoS）分級保障策略，搭建教學數據傳輸專用通道。③實施云邊協同策略。發(fā)揮云計算和邊緣計算的優(yōu)勢，實現云邊協同的云桌面部署，提升桌面體驗和響應速度。④實施基于用戶畫像的資源配置策略。根據用戶的學科特性、應用類型、具體需求等畫像特征，實施資源配置策略，構建“數據驅動資源調度-智能網絡保障-邊緣效能提升-需求導向部署”四位一體的云桌面優(yōu)化范式。

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A New Path to Solve Teaching and Management Problems in Higher Education：

Cloud-terminal Integration Hyperconverged Cloud Desktop

GAO Shi-Juan¹""""WANG Li-Chang^{2，3[Corresponding Author]}

（1. Information and Network Center， Central South University， Changsha， Hunan， China 410083;

2. School of Geoscience and Info-physics， Central South University， Changsha， Hunan， China 410083;

3. Department of Scientific Research， Central South University， Changsha， Hunan， China 410083）

Abstract："The digital transformation of higher education has put forward higher requirements for teaching environments， however multimedia classrooms in universities are relatively scattered and face management dilemma， and the mobile devices pose security risks. The emergence of cloud-terminal integration hyperconverged cloud desktop"based on virtualization technology provides ideas to solve these problems. Based on this， taking Central South University as an example， this paper first introduced the design principles， deployment schemes， and deployment strategies of the cloud-terminal integration hyperconverged cloud desktop. Then， the main applications of cloud desktop were explained， and its application effectiveness was analyzed through a questionnaire survey. It was found that the cloud desktop had a high usage frequency and dependency in multimedia classrooms， with overall high satisfaction and some correlations between the dimensions of the questionnaire items. Finally， from the perspective of university teaching and management， this paper offered recommendations for the future application of cloud desktop. The design， deployment and application of the cloud-terminal integration hyperconverged cloud desktop could provide valuable reference for universities to build differentiated digital teaching environments and achieve efficient management， offering a new path to solve teaching and management problems in higher education.

Keywords： cloud desktop; teaching and management; multimedia classroom; cloud-terminal integration

*基金項目：本文為國家自然科學基金青年基金項目“超融合云端一體可視教學全息表達研究”（項目編號：62207032）、湖南省教育科學十四五規(guī)劃課題“后疫情時代高校線上可視化教學模式研究與實踐”（項目編號：ND227227）的階段性研究成果。

作者簡介：高士娟，副研究員，博士，研究方向為教育信息化、教學可視化等，郵箱為gaoshijuan@csu.edu.cn。

收稿日期：2024年7月28日

編輯：小米