劉旋

摘要：隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)運(yùn)而生的云計(jì)算給應(yīng)用型本科院校的教學(xué)改革帶來了新的方向。針對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備技術(shù)滯后、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)新性不足和課程編排脫節(jié)等問題，將云計(jì)算技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與教學(xué)設(shè)計(jì)中，構(gòu)建基于云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)管理、協(xié)作、設(shè)計(jì)教學(xué)模式，在大數(shù)據(jù)時(shí)代的新起點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算;網(wǎng)絡(luò)工程;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0187-02

1 前言

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，使得大學(xué)生能夠通過云課堂、慕課等網(wǎng)絡(luò)教育資源輕松獲取和學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，在新型教學(xué)模式產(chǎn)生的同時(shí)，也給傳統(tǒng)以教室、機(jī)房為中心的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。自教育部于2014年提出了地方本科高校向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型發(fā)展后，網(wǎng)絡(luò)工程作為計(jì)算機(jī)學(xué)科中實(shí)踐和應(yīng)用性較強(qiáng)的工程類專業(yè)，更需要培養(yǎng)具有較強(qiáng)專業(yè)技能和符合“新工科”素質(zhì)的信息應(yīng)用人才[1]。目前，由于地方本科院校資金不足，專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)和環(huán)境陳舊，使得網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和水平相比現(xiàn)有技術(shù)嚴(yán)重滯后，出現(xiàn)了教學(xué)和市場(chǎng)脫節(jié)的現(xiàn)象，難以滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代下對(duì)該專業(yè)人才的技術(shù)需求[2]。

云計(jì)算作為一種分布式資源利用方法，能夠?yàn)槭褂谜咛峁┛缭降赜蚺c時(shí)間的高效計(jì)算能力和服務(wù)，從根本上解決在高校實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備、規(guī)模不足，資金短缺等問題[3]。因此，構(gòu)建基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理模式，用低廉的價(jià)格換取海量的計(jì)算資源服務(wù)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力，是提升大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、地方本科院校向應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型發(fā)展的突破點(diǎn)。

2 存在的問題

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)旨在培養(yǎng)具有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、大型ISP等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)、配置與調(diào)試技術(shù)的綜合人才[2]。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、用戶和數(shù)據(jù)井噴式的增長(zhǎng)，以往的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)軟硬件已經(jīng)難以處理大數(shù)據(jù)所帶來的網(wǎng)絡(luò)問題，導(dǎo)致諸多地方本科院校產(chǎn)學(xué)脫節(jié)，主要存在以下問題：

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)施方面

（1）綜合實(shí)驗(yàn)室較少。雖然辦學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但地方院校受制于經(jīng)費(fèi)，難以擴(kuò)建設(shè)備齊全的網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)室[3]。主要包括：構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室的工程量龐大、耗資多、建設(shè)周期長(zhǎng)，而地方本科院校的實(shí)驗(yàn)室大多只用于科研與教學(xué)，所以難以承擔(dān)價(jià)格昂貴的計(jì)算設(shè)備，雖然逐步、階段性建設(shè)能夠減輕院校的財(cái)政負(fù)擔(dān)，但是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展瞬息萬(wàn)變，等待意味著落后，使得教學(xué)發(fā)展事倍功半。

（2）實(shí)驗(yàn)室設(shè)備與技術(shù)滯后。分布式計(jì)算集群、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)層出不窮，但地方院校的網(wǎng)絡(luò)工程教學(xué)依舊采用思科模擬軟件、普通PC機(jī)路由器進(jìn)行教學(xué)，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)也都停留在虛擬環(huán)境模擬和理論教學(xué)上，并未真操實(shí)練，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高。

（3）虛擬技術(shù)尚未完善。目前，地方高校多采用虛擬仿真軟件（虛擬實(shí)驗(yàn)室EVE-NG、思科模擬器CPT、網(wǎng)絡(luò)模擬器gns3）模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但虛擬軟件受控于PC機(jī)顯示操作，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)際環(huán)境、細(xì)節(jié)與操作問題無(wú)法顯示，與真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)布線、拓?fù)湓O(shè)計(jì)的大相徑庭，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新、動(dòng)手能力受到較大限制。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面

（1）部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少，且無(wú)法在實(shí)驗(yàn)室完成，例如：網(wǎng)絡(luò)集群部署、網(wǎng)絡(luò)綜合布線調(diào)研、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)勘測(cè)等，需要到企業(yè)機(jī)房、現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（2）路由交換、網(wǎng)絡(luò)安全等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺乏設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推陳出新，老師與學(xué)生沒有轉(zhuǎn)變依賴教材的“教與學(xué)”思維模式，在等待新技術(shù)教材出版的過程中，該技術(shù)可能已經(jīng)淘汰，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終無(wú)法跟上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新的步伐。

3 云計(jì)算模式的優(yōu)勢(shì)

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的問題，需要依賴以“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)為主的新一代信息技術(shù)，將傳統(tǒng)教學(xué)模式與在線課堂教學(xué)模式融合。

3.1 云計(jì)算的概念

云是基于互聯(lián)網(wǎng)的一種抽象比喻，表示大規(guī)模、虛擬化的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施資源集合，是新興的計(jì)算與存儲(chǔ)模式。云計(jì)算通過分布式計(jì)算、并行計(jì)算與虛擬化技術(shù)，將分布在各地的互聯(lián)網(wǎng)資源整合并共享服務(wù)。因此，高校能夠通過低廉的價(jià)格從云計(jì)算服務(wù)商中獲得大規(guī)模、高性能的計(jì)算資源[3]。

3.2 云計(jì)算在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

（1）規(guī)模大、可靠性高

云計(jì)算服務(wù)提供方一般擁有大量服務(wù)器，例如騰訊、阿里巴巴等大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的“云計(jì)算”代表數(shù)十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，能給予高校實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的計(jì)算與存儲(chǔ)能力。此外，云計(jì)算采用數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等方法為學(xué)校用戶提供了安全可靠的服務(wù)，降低了人為誤操作引起的損害。

（2）成本低、擴(kuò)展性高

云計(jì)算資源通常由大量的廉價(jià)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，其共享式的資源管理使得高校無(wú)需購(gòu)買價(jià)格高昂的設(shè)備，便可隨時(shí)隨地使用云計(jì)算的資源與服務(wù)，節(jié)省了購(gòu)買設(shè)備、搭建實(shí)驗(yàn)室以及維護(hù)管理的成本。

（3）高效的虛擬化服務(wù)

云計(jì)算利用虛擬化技術(shù)使用戶可以通過多種終端設(shè)備獲取應(yīng)用服務(wù)，且數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)在云服務(wù)器中心，用戶操作不受時(shí)間、空間限制。不僅能夠滿足高校大型科研項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而且能夠支持不間斷的訪問服務(wù)[4]。

4 云計(jì)算在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)施方面

（1）利用云計(jì)算獲取實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

實(shí)驗(yàn)環(huán)境方面：通過購(gòu)買云計(jì)算服務(wù)商的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS），從而獲得完善的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施（服務(wù)器、企業(yè)級(jí)路由器、企業(yè)級(jí)交換機(jī)等），然后基于在線資源安裝相應(yīng)實(shí)驗(yàn)軟件，為網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)提供實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)。通過Telnet遠(yuǎn)程登錄云計(jì)算服務(wù)器，利用虛擬化技術(shù)，使師生在通過本地設(shè)備便可操作真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)集群。

實(shí)驗(yàn)安全方面：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均存儲(chǔ)在本地，為了防止計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，需要經(jīng)常進(jìn)行備份和整理，轉(zhuǎn)移與訪問過程較復(fù)雜。采用云存儲(chǔ)技術(shù)保存實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，通過HDFS分布式文件系統(tǒng)存儲(chǔ)，能夠保證數(shù)據(jù)的安全性，節(jié)約存儲(chǔ)空間，支持隨時(shí)隨地訪問和下載實(shí)驗(yàn)資源。

（2）結(jié)合云計(jì)算搭建分布式網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室

設(shè)計(jì)一種基于云計(jì)算的分布式網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)方案，該實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)主要包括：基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（路由器、交換機(jī)、防火墻）組成，為云計(jì)算服務(wù)器穩(wěn)定、安全的連接提供保障;本地實(shí)驗(yàn)區(qū)，線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)房;對(duì)外實(shí)驗(yàn)區(qū)，支持外部網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄分布式的實(shí)驗(yàn)室，可通過任意智能設(shè)備登錄到云計(jì)算虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);綜合管理區(qū)域，該區(qū)域負(fù)責(zé)管理并維護(hù)上述區(qū)域的設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。具體部署分布如圖1所示。

4.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面

（1）制定云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

縮減部分網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)基礎(chǔ)課程量和學(xué)時(shí)，引進(jìn)大數(shù)據(jù)與云計(jì)算相關(guān)專業(yè)教師，制定云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)工程師實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：培養(yǎng)能在互聯(lián)網(wǎng)信息產(chǎn)業(yè)從事網(wǎng)絡(luò)通信、云計(jì)算、分布式等工作的高級(jí)應(yīng)用型人才;實(shí)驗(yàn)方向：網(wǎng)絡(luò)工程、云計(jì)算技術(shù)方向;實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，如圖2課程體系分布所示。

（2）結(jié)合云計(jì)算提供網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)

云課堂、慕課等新興網(wǎng)絡(luò)課程模式的產(chǎn)生為廣大師生提供不受時(shí)間、地點(diǎn)限制的教學(xué)服務(wù)[5]。云計(jì)算中心能夠?yàn)樵诰€實(shí)驗(yàn)課堂提供龐大且穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和數(shù)據(jù)，以及更安全、更高效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。通過O2O雙模式教學(xué)，使學(xué)生與老師都能夠通過云課堂在外地、課余時(shí)間，學(xué)習(xí)感興趣的實(shí)驗(yàn)課程，再結(jié)合本地課堂鞏固實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)而提升課堂效率。

5 總結(jié)

網(wǎng)絡(luò)工程作為未來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵方向與專業(yè)，通過結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與管理水平，構(gòu)建新型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教學(xué)體系，能夠更好地服務(wù)高校進(jìn)行人才培養(yǎng)。如何進(jìn)一步改革網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的課堂教學(xué)模式，是未來研究的重點(diǎn)，也是地方本科高校向應(yīng)用型本科轉(zhuǎn)型的著力點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 夏建國(guó)，趙軍.新工科建設(shè)背景下地方高校工程教育改革發(fā)展芻議[J].高等工程教育研究，2017（3）：15-19.

[2] 劉行兵，徐長(zhǎng)通，劉春紅.網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思考與探索[J].中國(guó)教育信息化，2010（6）：55-56.

[3] 張睿.基于云計(jì)算的高校教學(xué)改革與應(yīng)用[J].高教學(xué)刊， 2016（11）：158-159.

[4] 陳慧芬，盧慶武.云計(jì)算在高校機(jī)房管理中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（7）.

[5] 崔勇，宋健，繆蔥蔥.移動(dòng)云計(jì)算研究進(jìn)展與趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)， 2017，40（2）：273-295.

【通聯(lián)編輯：代影】