李英杰

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421005)

基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

李英杰

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421005)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)出現(xiàn)軟硬件更新困難、維護(hù)成本高、安全性差以及固有資源使用效率低等多種問(wèn)題，針對(duì)這種情況，研究將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)提供基礎(chǔ)的云服務(wù)來(lái)完成教學(xué)，探究了云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)。

云計(jì)算技術(shù)；計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；教學(xué)實(shí)踐

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才的要求越來(lái)越高，對(duì)高素質(zhì)、全方面發(fā)展的創(chuàng)新型人才的需求量不斷增加?，F(xiàn)代教育改革中，要想培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，不僅要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，還要重視基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，要全面提高教學(xué)的軟性條件以及硬性條件。目前，在計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要注重云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，重視計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)。實(shí)踐證明，將云計(jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用到高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中，能夠提高教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效率，有效解決教學(xué)中的問(wèn)題。

2 傳統(tǒng)計(jì)算類實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用問(wèn)題

2.1 單機(jī)模式平臺(tái)建設(shè)問(wèn)題

目前高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，一般都是單機(jī)模式，這種模式一旦出現(xiàn)病毒入侵，會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓，后期的維護(hù)較難實(shí)現(xiàn)，尤其是隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，高校在更新計(jì)算機(jī)硬件時(shí)，成本較高；另外，為了滿足教學(xué)的需求，在單機(jī)上會(huì)安裝很多的教學(xué)軟件，加重計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，當(dāng)計(jì)算機(jī)負(fù)荷達(dá)到一定程度時(shí)，系統(tǒng)容易崩潰。

2.2 計(jì)算機(jī)教室管理問(wèn)題

計(jì)算機(jī)教室管理的主要問(wèn)題是計(jì)算機(jī)日常維護(hù)、修理的工作量較大，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)系統(tǒng)問(wèn)題，則要進(jìn)行系統(tǒng)重組或者是進(jìn)行系統(tǒng)更新，花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，即使在課上進(jìn)行同傳，一般耗費(fèi)的時(shí)間也達(dá)到4-5小時(shí)，加之網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不穩(wěn)定，同傳一次到位的概率較小，一般都要進(jìn)行2至3次的同傳工作，反復(fù)的操作加大了管理人員的工作量。此外，還有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)升級(jí)的問(wèn)題，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都要按照多套操作系統(tǒng)，并且由于安裝程序不同，容易出現(xiàn)安裝混亂的情況。

2.3 病毒侵害問(wèn)題

計(jì)算機(jī)容易遭受病毒侵害，一旦出現(xiàn)病毒，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則會(huì)全面崩潰。高校計(jì)算機(jī)在安全防護(hù)上，一般使用各種防毒軟件，但軟件只能夠防止簡(jiǎn)單的病毒，有些病毒無(wú)法有效防護(hù)，通過(guò)建設(shè)防火墻的方法，效果一般。在計(jì)算機(jī)遭受病毒后，一般會(huì)使用還原卡，但還原卡會(huì)影響系統(tǒng)的存儲(chǔ)作用，例如使一些學(xué)習(xí)資料被清空，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)；此外，移動(dòng)硬盤(pán)也是病毒入侵計(jì)算機(jī)的主要傳播途徑，實(shí)際上很多學(xué)生在使用移動(dòng)硬盤(pán)保存資料時(shí)，也將病毒帶入計(jì)算機(jī)，對(duì)計(jì)算機(jī)的安全造成較大的威脅。

2.4 計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用問(wèn)題

計(jì)算機(jī)軟件問(wèn)題主要是軟件種類多、更新緩慢。由于教師在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，一般會(huì)使用多種教學(xué)軟件，有些軟件使用頻率較高，有些則較低，軟件的下載占用大量的空間，嚴(yán)重影響計(jì)算機(jī)的流暢度；隨著軟件更新?lián)Q代的時(shí)間越來(lái)越短，新軟件的容量越來(lái)越大，下載時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，嚴(yán)重消耗時(shí)間；此外，部分軟件更新后，還原卡對(duì)有些插件不兼容，造成軟件不能安裝的問(wèn)題。

3 基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)

在計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)中，應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)，可有效提高平臺(tái)的應(yīng)用效率，同時(shí)也能改善現(xiàn)代計(jì)算機(jī)教育教學(xué)的形式，提高教學(xué)效果。相比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

3.1 成本低

云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，有效降低了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的維護(hù)、管理的成本，同時(shí)也能夠減少系統(tǒng)安裝的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在系統(tǒng)安裝上都要花費(fèi)幾小時(shí)或者更長(zhǎng)時(shí)間，云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用能夠縮短時(shí)間，例如在資料發(fā)布上，可以在幾分鐘內(nèi)就能將所有的資料傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)平臺(tái)的任何地方，遠(yuǎn)遠(yuǎn)縮短了傳輸時(shí)間。另外，云計(jì)算系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)客戶端的性能要求較低，高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)基本都能滿足要求。

3.2 安全性能高

云計(jì)算應(yīng)用在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上，安全性較高。通過(guò)云計(jì)算系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行客戶端體檢，能夠有效減少人力、物力的投入，也能夠提高系統(tǒng)軟件的安全性；并且云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上，能夠提高數(shù)據(jù)的安全性，能夠更加全面、更加徹底地檢查出客戶端的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行各種維護(hù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)軟件出現(xiàn)故障或系統(tǒng)癱瘓時(shí)，云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以讓系統(tǒng)快速返回原始狀態(tài)，大大降低由于系統(tǒng)崩潰造成的損失。

3.3 實(shí)用性強(qiáng)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)比較固定，而云計(jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)能夠打破空間的限制，實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以多人并行、相互隔離，能夠擴(kuò)大運(yùn)行空間；它能夠擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的存儲(chǔ)空間，擴(kuò)大設(shè)備空間，降低計(jì)算機(jī)超負(fù)荷的效率；可以通過(guò)合理模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情景，模擬現(xiàn)代計(jì)算軟件的運(yùn)行流程；能減少實(shí)驗(yàn)教師的重復(fù)性勞動(dòng)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4 云計(jì)算技術(shù)下的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

4.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展的虛擬化資源，這種模式為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)提供更大的訪問(wèn)空間，能夠更好地進(jìn)行計(jì)算機(jī)資源的共享，并且資源的獲取速度相對(duì)較快，在簡(jiǎn)單的管理中，能夠與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行更好的交互。

云計(jì)算技術(shù)下的計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要包括兩方面的內(nèi)容，分別是云服務(wù)與云管理。云服務(wù)包括基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。IaaS向用戶提供物理機(jī)、虛擬機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備等基本計(jì)算資源；PaaS為用戶提供包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、語(yǔ)言運(yùn)行環(huán)境、Web服務(wù)器等軟件研發(fā)的平臺(tái)；SaaS則是通過(guò)租用軟件的方式來(lái)獲得相關(guān)的應(yīng)用。而云管理包括用戶管理、課程管理、實(shí)驗(yàn)管理、帳戶管理、模塊管理、快照管理、系統(tǒng)管理等板塊內(nèi)容。

4.2 平臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)

客戶端在初次啟動(dòng)時(shí)，服務(wù)器會(huì)自動(dòng)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)推送到客戶端硬盤(pán)上?？蛻魴C(jī)硬盤(pán)會(huì)通過(guò)標(biāo)記從服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)和用戶在使用過(guò)程中自行創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，形成高速緩存。以后客戶機(jī)每次啟動(dòng)，通過(guò)高速緩存和少量來(lái)自服務(wù)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)形成啟動(dòng)數(shù)據(jù)，保證了用戶體驗(yàn)和原來(lái)的單機(jī)模式完全一致。通過(guò)虛擬桌面服務(wù)器管理技術(shù)，基于云計(jì)算的計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)根據(jù)用戶登陸的不同賬戶，會(huì)自動(dòng)按需為客戶機(jī)分配私有的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和桌面環(huán)境?？梢詾椴煌嗉?jí)、不同學(xué)生推送個(gè)性化需求。

4.3 平臺(tái)前端功能模塊

在實(shí)際運(yùn)行中，云計(jì)算后端應(yīng)用Cloudstack API為前端提供服務(wù)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的運(yùn)行系統(tǒng)主要是對(duì)前端功能進(jìn)行分析，云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的前端功能如圖1所示。

圖1 平臺(tái)前端功能模塊示意圖

相比較傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用能夠擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用效率。除了基本的物理設(shè)備外，對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和操作系統(tǒng)也采用了網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可定制，并且支持實(shí)驗(yàn)過(guò)程可視化，實(shí)驗(yàn)可恢復(fù)。同時(shí)，云計(jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要應(yīng)用隔離模式，使平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各自獨(dú)立。在云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)前端功能的建設(shè)上，可以看到除了用戶界面外，還有課程庫(kù)、實(shí)驗(yàn)庫(kù)以及管理接口等模塊，根據(jù)教學(xué)群體來(lái)進(jìn)行劃分，一般劃分為學(xué)生業(yè)務(wù)模塊、教師業(yè)務(wù)模塊以及管理員業(yè)務(wù)模塊，不同的模塊包含不同的內(nèi)容，讓學(xué)生、教師能夠靈活地應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)存在的問(wèn)題，將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，全面降低了建設(shè)總成本，提高了計(jì)算機(jī)的安全性以及存儲(chǔ)空間，同時(shí)云計(jì)算實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的有形限制，不僅為學(xué)生提供開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而且促進(jìn)了教學(xué)資源共享，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

[1]崔貫勛．基于云計(jì)算技術(shù)的MOOC實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)[J]．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34(8)：119-123，157．

[2]董萍．基于云計(jì)算環(huán)境下計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的協(xié)作學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐[J]．菏澤學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，38(5)：117-123．

[3]賴錦輝．云計(jì)算輔助教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J]．實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015，13(3)：47-49，55．

[4]張宏莉，史建燾，翟健宏等．基于云環(huán)境的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[J]．智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2015，5(3)：33-36．

[5]周本海．如何構(gòu)建面向翻轉(zhuǎn)課堂的云計(jì)算教學(xué)平臺(tái)[J]．考試周刊，2015，(5)：102-102．

[6]張宏．基于云計(jì)算高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房管理模式的應(yīng)用——以青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院云計(jì)算平臺(tái)為例[J]．無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(5)：

Design of the Computer Experiment Teaching Platform Based on Cloud Computing

Li Yingjie
(Hunan University of Environment and Biology,Hengyang 421005,Hunan)

The traditional experimental teaching platform has problems of hardware and software update difficulty,high maintenance cost,poor safety and low efficiency of resource usage.In view of this situation,this paper researches on the application of cloud computing technology in the experiment teaching platform,by providing basic cloud services to complete the teaching,and explores the structure and advantages of cloud computing platform.

cloud computing technology;computer experiment platform;teaching practice

TP391

A

1008-6609(2017)03-0072-03

李英杰（1976-），男，湖南湘鄉(xiāng)人，碩士，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全。