云機房數(shù)字教學(xué)平臺建設(shè)

概述：云機房教學(xué)是高校教學(xué)的重要形式，但現(xiàn)有的機房環(huán)境和模式嚴重制約著教學(xué)活動的有效開展，亟需構(gòu)建一種全新的機房教學(xué)環(huán)境，在降低機房建設(shè)、維護成本，減輕機房管理人員工作量的同時，提高教學(xué)效果。通過云桌面技術(shù)把系統(tǒng)資源、教學(xué)資源、辦公環(huán)境放到云平臺上，師生通過多樣的終端設(shè)備讀取桌面和資源，可有效改善機房教學(xué)的時空環(huán)境、設(shè)施環(huán)境、人際環(huán)境、信息環(huán)境、組織環(huán)境和情感環(huán)境等，促進教學(xué)。因此打造安全穩(wěn)定、資源節(jié)省拓展應(yīng)用、結(jié)合大數(shù)據(jù)的數(shù)字教學(xué)云平臺等將逐漸被教育行業(yè)認可，學(xué)校云機房的建設(shè)迫在眉睫。隨著技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在新形勢下對于傳統(tǒng)機房教育的拓展成為了可能。機房教學(xué)是當代高校特別是職業(yè)院校的重要教學(xué)形式，它承擔著學(xué)校基于計算機的基礎(chǔ)課程、實踐及相關(guān)考試、培訓(xùn)任務(wù)，它不但需要承擔計算機主干課程的學(xué)習(xí)，更負擔了基于計算機的相關(guān)課程（比如自動化專業(yè)、汽車專業(yè)、財務(wù)專業(yè)、設(shè)計類專業(yè)等）學(xué)生通過動手訓(xùn)練鞏固習(xí)得的知識和技能，提高實踐操作能力。近年來，教育信息化建設(shè)推進了學(xué)校網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng)的建設(shè)，尤其是作為學(xué)校信息化程度重要指標的教學(xué)機房更是大量涌現(xiàn)。然而，面對機房教學(xué)對設(shè)備的可擴展性、高安全性、高性能性、高兼容性等需求，學(xué)校的現(xiàn)有硬件設(shè)備、軟件環(huán)境又進入了食之無味、棄之可惜的兩難境地。那么我們應(yīng)該如何通過優(yōu)化教學(xué)環(huán)境來高效地利用現(xiàn)有資源，更好地服務(wù)教學(xué)，提高教學(xué)效果呢？1概念界定1.1教學(xué)環(huán)境關(guān)于教學(xué)環(huán)境概念的界定，由于研究者的立場和角度的不同，對教學(xué)環(huán)境都有不同的理解，在國內(nèi)外也尚未形成一致的意見。一般來說，研究者通常從自己的研究目的、內(nèi)容等出發(fā)給教學(xué)環(huán)境下適合自己的定義。我們傾向于使用我國學(xué)者田慧生在《教學(xué)環(huán)境論》一書中的描述，按照教學(xué)環(huán)境諸要素的特點，將教學(xué)環(huán)境分為物質(zhì)環(huán)境和心理環(huán)境，物質(zhì)環(huán)境主要由時空環(huán)境、設(shè)施環(huán)境、自然環(huán)境構(gòu)成；心理環(huán)境主要由人際環(huán)境、信息環(huán)境、組織環(huán)境、情感環(huán)境、輿論環(huán)境等組成。云2技術(shù)云技術(shù)即云計算是一種新興的超級大規(guī)模的計算方式，是以數(shù)據(jù)為中心的一種數(shù)據(jù)密集型的超級計算。在多個領(lǐng)域有其獨特技術(shù)，如數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、編程模型、虛擬技術(shù)等。云桌面技術(shù)是其虛擬化技術(shù)方面的主要應(yīng)用之一。云桌面技術(shù)能夠以精簡的、低成本的瘦客戶機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的個人電腦，并利用強大的服務(wù)器集群部署策略，通過虛擬化技術(shù)將各種應(yīng)用作為集中服務(wù)，按需交付，從而實現(xiàn)桌面與后臺工作系統(tǒng)的連接訪問及應(yīng)用部署方式的革命性創(chuàng)新。傳統(tǒng)機房教學(xué)環(huán)境存在的問題我們通過教師、學(xué)生和機房管理員等不同角色對本校教學(xué)機房的使用情況進行了深入調(diào)研，發(fā)現(xiàn)在實際教學(xué)過程中存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：一1機房多應(yīng)用，教學(xué)的自然環(huán)境復(fù)雜由于教學(xué)機房不足，不能滿足與專業(yè)一對一的應(yīng)用，往往一個機房承擔多個專業(yè)的教學(xué)任務(wù)，而不同的課程又需要不同的系統(tǒng)設(shè)置和應(yīng)用軟件，由于不同系統(tǒng)環(huán)境下軟件設(shè)置的不統(tǒng)一，快速更新的軟件版本的前后不兼容、操作用戶（師生）對于某項目標的操作形式不相同，經(jīng)常會造成應(yīng)用軟件的損壞，甚至系統(tǒng)文件的破壞，導(dǎo)致死機等現(xiàn)象。軟件安裝過多不僅影響機器的使用性能，還會分散學(xué)生在上機操作時學(xué)習(xí)的注意力，同時給課堂教學(xué)秩序帶來了管理難問題。2.機2房設(shè)施投資大，淘汰速度快為了滿足全校師生教學(xué)和科研的需求，機房規(guī)模較大，硬件設(shè)備的一次性投入動輒幾十萬。根據(jù)戈登?摩爾（）提出的關(guān)于計算機硬件更新的周期較短（約18個月）性能就將提高一倍，學(xué)校教育需要應(yīng)對新的市場軟件需求版本也隨之提升，然而大量的硬件更新將使學(xué)校的設(shè)備投入與日俱增。同時，學(xué)校機房使用強度大，機零部件損壞概率加大，應(yīng)用軟件升級對計算機性能要求逐步提高等原因，每2至3年就要對機房設(shè)備進行更新?lián)Q代，造成極大的資源浪費，也給學(xué)校帶來不小的經(jīng)濟壓力。2.3病毒肆虐，信息安全性差機房作為一個教學(xué)的公共場所，學(xué)生存儲介質(zhì)的交叉使用幾乎使其成為公認的病毒集散地，不但加重了機房管理員的維護工作，而且妨礙計算機的運行，影響教學(xué)。若想通過殺毒軟件解決病毒問題，不僅面臨高額的使用費用，現(xiàn)行軟件病毒、木馬往往還具有自我傳播與變異的可能，對于此類惡意程序，殺毒軟件將無能為力，同時還存在文件誤刪問題。最近肆虐全球的新型電腦病毒W(wǎng)ann尤其是在高校造成了嚴重的損失和影響，勒索學(xué)生畢業(yè)設(shè)計等重要文件。2.4教學(xué)時間、空間環(huán)境受限目前教學(xué)機房多采用集中教學(xué)的形式開展教學(xué)活動，且有嚴格的上課時間。如果學(xué)生在課堂內(nèi)不能完成學(xué)習(xí)任務(wù)，由于教學(xué)環(huán)境的不可轉(zhuǎn)移性，他不得不中斷學(xué)習(xí)，課后的再學(xué)習(xí)也只能是紙上談兵，這樣勢必使學(xué)習(xí)效果大打折扣。同時，不同的軟件對于操作系統(tǒng)的要求也不同，學(xué)生難以或無法在個人電腦上安裝教學(xué)軟件，后期的學(xué)習(xí)更無從談起。2.5人力資源緊張，組織運維難以滿足教學(xué)需求一方面由于機房的使用對象發(fā)生改變或是軟件的更新升級，每學(xué)期初，管理員都要大面積地安裝調(diào)試軟件，工作量不容小覷，如果機房的硬件設(shè)備沒及時跟進，安裝問題更是層出不窮；另一方面機房的維護還存在不對計算機操作系統(tǒng)進行還原保護，則計算機軟件頻遭破壞，限制過多，則影響教學(xué)過程和教學(xué)效果的矛盾?；谠破脚_的機房教學(xué)環(huán)境建設(shè)針對當前機房教學(xué)中存在的問題，本研究以提高教學(xué)效果，促進學(xué)生知識技能的習(xí)得為目的，通過基于云平臺的虛擬桌面技術(shù)，從時空環(huán)境、設(shè)施環(huán)境、人際環(huán)境、信息環(huán)境、組織環(huán)境、情感環(huán)境等方面優(yōu)化機房教學(xué)環(huán)境建設(shè)。3.1基于云平臺的教學(xué)環(huán)境架構(gòu)通過基于云平臺的機房教學(xué)環(huán)境架構(gòu)，具體架構(gòu)圖如圖1所示。

匯聚交換機肌隔魄醬戶機、PC展擬化呈礎(chǔ)匯聚交換機肌隔魄醬戶機、PC展擬化呈礎(chǔ)平臺管理機jniiDMUtftiiKiuliiondM.'^s1爼JMI勺徘圖1虛擬桌面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計其主要目的是為學(xué)校提供虛擬實驗室教學(xué)環(huán)境，使師生可利用最低配置的終端設(shè)備隨時隨地的進行工作、學(xué)習(xí)，從而真正實現(xiàn)移動教學(xué)，創(chuàng)新教學(xué)模式；實現(xiàn)教學(xué)資源的高效整合和共享，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的個性化定制，提高教師教學(xué)的高效性和學(xué)生學(xué)習(xí)的便捷性；為學(xué)校構(gòu)建一個不限地點的辦公環(huán)境，教師可通過智能手機、平板電腦等終端設(shè)備隨時隨地進入數(shù)字校園各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行辦公，更好地輔助教學(xué)活動。具體應(yīng)用效果圖如圖2所示。

圖2：云機房數(shù)字教學(xué)平臺建設(shè)1圖2：云機房數(shù)字教學(xué)平臺建設(shè)1才~|j;制「mm|ftnvjvp計■憐遷3.2基于云平臺的機房教學(xué)環(huán)境的優(yōu)勢3.2一.對1一應(yīng)用，凈化教學(xué)自然環(huán)境。通過云計算平臺管理所有相關(guān)實驗資源后，學(xué)生可按照不同年級、課程、學(xué)習(xí)內(nèi)容獲得不同的學(xué)習(xí)資源、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件環(huán)境。同一個機房，可以實現(xiàn)靈活調(diào)度分發(fā)實驗平臺資源，滿足不同教學(xué)需求。同時，該環(huán)境還為學(xué)生提供申報項目、課程預(yù)約、導(dǎo)師輔導(dǎo)、精品課件學(xué)習(xí)、網(wǎng)上圖書館、個人信息查詢等教學(xué)管理服務(wù)，為教職員工提供日常辦公所需數(shù)字校園軟件應(yīng)用、備課系統(tǒng)、教研數(shù)據(jù)的實時傳遞、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源共享等。根據(jù)教學(xué)要求和管理需求，學(xué)生可以通過云計算平臺獲取學(xué)生桌面，使用所有學(xué)習(xí)所需資源，老師可以通過云平臺獲取教師桌面，使用備課、授課等相關(guān)的應(yīng)用軟件和資源，完成教學(xué)任務(wù)。降低終端配置需求，延長設(shè)備使用壽命。因為在客戶端上接收的僅僅是中心服務(wù)器經(jīng)過計算的最終數(shù)據(jù)，只是結(jié)果圖形化展示的結(jié)果，它比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的客戶端還要節(jié)省資源。所以，可以實現(xiàn)用低配置的計算機來完成原來需高配置計算機才能完成的教學(xué)任務(wù)，對各專業(yè)尤其是對設(shè)計類專業(yè)更是大大降低了終端設(shè)備購置成本，且延長老舊機器繼續(xù)工作的年限。3.2.病毒3易控，確保信息安全性。在桌面應(yīng)用中殺毒采用集中方式、操作系統(tǒng)是獨立環(huán)境。環(huán)境用戶由于不參與數(shù)據(jù)運算、安裝，同時不會關(guān)聯(lián)任意程序，所以不會使得用戶的終端設(shè)備中毒。而即便中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)本身有問題，但因為，程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器物理分隔，在病毒源查殺方面能夠更高效，并且可將擴散范圍控制到最小。同時，即便個人終端本身帶毒，在與服務(wù)器交互過程中，可以借用中心服務(wù)器先進、高端的殺毒軟件進行處理，以獲得安全環(huán)境。所有應(yīng)用通過云平臺發(fā)布到校園網(wǎng)或者因特網(wǎng)，學(xué)生和老師可以通過不同的終端設(shè)備，接入云計算平臺，高效、安全地訪問這些資源，而且不用擔心病毒、數(shù)據(jù)泄露等安全問題。3.2突.破4時空限制，滿足個性化學(xué)習(xí)需要。平臺集中建設(shè)在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心，相關(guān)設(shè)備可以通過有線、無線無縫漫游到全校各區(qū)及公網(wǎng)。在外網(wǎng)環(huán)境中有效減少的數(shù)量，提高通道效率。教師可以通過智能手機、平板電腦、筆記本電腦等終端設(shè)備隨時隨地進入數(shù)字校園各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行辦公或瀏覽下載教學(xué)資源，更好地輔助教學(xué)活動；學(xué)生可以隨時隨地獲取機房的教學(xué)軟件環(huán)境完成課堂上未完成的學(xué)習(xí)任務(wù)，或是利用云平臺上的教學(xué)資源進行個性化的學(xué)習(xí)。統(tǒng)一、快速的應(yīng)用環(huán)境部署。云計算中心在部署中的優(yōu)勢在于所有操作系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)的安裝和相關(guān)配置工作都在虛擬機上完成，可進行批量地桌面復(fù)制，一次定制、長期使用、及時更改。通過前期對于環(huán)境的進行需求定制，一旦終端用戶有需求發(fā)起，應(yīng)用服務(wù)器將所需軟件環(huán)境進行推送。機房統(tǒng)一桌面環(huán)境的布設(shè)快速便捷，即使機房有臨時性的不同專業(yè)課程的教學(xué)任務(wù)，也能輕松解決應(yīng)用軟件環(huán)境的安裝調(diào)試。對于管理員，如果軟件有更新升級或更換，也只需在平臺模板上操作即可。3統(tǒng)2統(tǒng)多6變的人際情感環(huán)境，適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風格?；谠破脚_的機房教學(xué)環(huán)境可以輕松地把教學(xué)資源和教學(xué)軟件環(huán)境推送到任何有“瘦”終端的地方，因此，可營造多樣的人際情感環(huán)境，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。比如：場依存型學(xué)生喜歡與學(xué)習(xí)同伴互幫互學(xué)，那就可以多利用課堂時間或課后組隊開展學(xué)習(xí)活動；場獨立型學(xué)生則偏愛在不受干擾的環(huán)境進行學(xué)習(xí)，他們覺得與同伴在一起不易集中注意力，相互討論不如自己學(xué)習(xí)效果好，那就可以多利用課余時間在圖書館等安靜的環(huán)境自主學(xué)習(xí)。發(fā)展與展望：由于云桌面的應(yīng)用，用戶實際上沒實體機，全部應(yīng)用都由平臺提供，所以對用戶對系統(tǒng)需求的提升只需更新后臺分配的資源，方便簡單。對平臺容量的擴充只需增加服務(wù)資源，升級技術(shù)的難度低，影響應(yīng)用的涉及面小。結(jié)語計算機機房教學(xué)在高校教學(xué)中的地位非同一般，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力、業(yè)務(wù)操作能力、空間想象力、創(chuàng)意創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著得天獨厚的優(yōu)勢。然而其高成本的維護更新、費時費力的軟件應(yīng)用環(huán)境布設(shè)，致命的時空限制性和防不勝防的病毒隱患卻讓使用者頭疼不已?；谠破脚_的機房教學(xué)環(huán)境架構(gòu)讓當前機房教學(xué)環(huán)境面臨的問題迎刃而解。它通過云技術(shù)和虛擬桌面技術(shù)對常用操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和教學(xué)資源進行集約化管理，構(gòu)建一個和諧、開放、多維互動的教學(xué)環(huán)境，師生可利用各種低配的終端設(shè)備開展個性化的備課、教學(xué)和學(xué)習(xí)活動，真正實現(xiàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新。云機房數(shù)字教學(xué)平臺建設(shè)方案將越來越受到用戶青睞。舉例來說，來個學(xué)生用戶的教室，云機房服務(wù)器配置大概如下：CPU:2*XeonE5-2620V36C/12T2.40GHz內(nèi)存:2*16GB/DDR4/2133MHz硬盤:3*300GB/SAS/10000RPM/2.5寸/企業(yè)級RAID:1*LR282A2/8口/SAS6GB/512MB/半高/PCLE2.0*8（內(nèi)存硬盤視情況而定）可做虛擬機一對一的VDI模式云桌面產(chǎn)品可選擇NComputing的軟硬件，NComputing云教室的運作方式，是由一臺云主機分化出幾十臺下屬虛擬機，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，將虛擬機傳送到云終端。云終端將對教學(xué)信息進行整合、保存。系統(tǒng)虛擬化+vSpace服務(wù)器+NComputing終端+存儲的IT架構(gòu)模式NComputing云教室可