李海勝 張明真

摘 ?要：在“雙高”建設(shè)背景下，建設(shè)智慧教室是高職院校改善教學(xué)環(huán)境、提升教學(xué)質(zhì)量的必然選擇。以鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院人工智能學(xué)院智慧教室建設(shè)為例，總結(jié)傳統(tǒng)多媒體教室存在的問題，指出采用云桌面技術(shù)建設(shè)智慧教室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的新路徑，總結(jié)云桌面技術(shù)建設(shè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。智慧教室的應(yīng)用可以促進(jìn)教師教育教學(xué)理念的變革，提升教學(xué)質(zhì)量，助推高職院校“雙高”建設(shè)。

關(guān)鍵詞：智慧教室;云桌面;高職院校

中圖分類號(hào)：G434;TP311.5 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）04-0158-03

Abstract：Under the background of “double high” construction，the construction of smart classroom is the inevitable choice for higher vocational colleges to improve the teaching environment and quality. Taking the intelligent classroom construction of Institute of Artificial Intelligence，Zhengzhou Railway Vocational and Technical College as an example，this paper summarizes the existing problems of traditional multimedia classroom，points out the new path of using cloud desktop technology to build intelligent classroom computer system，and summarizes the technical advantages of cloud desktop technology construction. The application of smart classroom promotes the reform of teacherseducation and teaching ideas，improves the quality of teaching，and promotes the construction of “double high” in higher vocational colleges.

Keywords：smart classroom;cloud desktop;vocational college

0 ?引 ?言

2017年，習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中指出，要增強(qiáng)改革創(chuàng)新本領(lǐng)，善于結(jié)合實(shí)際創(chuàng)造性推動(dòng)工作，善于運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化手段開展工作。2019年，在國(guó)家“雙一流”建設(shè)背景下，職業(yè)教育推出高職“雙高計(jì)劃”，服務(wù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能人才的時(shí)代需求[1]。

黨中央、國(guó)務(wù)院相關(guān)政策以及“智慧校園”“智慧教室”等概念的提出，給高等職業(yè)院校信息化建設(shè)指引了方向、開辟了更加廣闊的空間，并由此帶來了教育、教學(xué)理念的深刻變革[2]。建設(shè)新型智慧教室是 建設(shè)高職院校智慧校園的核心工作，亦是提升高職智慧教育水平、建設(shè)“雙高”職業(yè)院校的硬件基礎(chǔ)與內(nèi)在要求。智慧教室的設(shè)計(jì)、建設(shè)與應(yīng)用，成為了教育技術(shù)領(lǐng)域研究的主題之一，并且是各類院校和科研院所教育研究人員、教學(xué)多媒體建設(shè)人員關(guān)注的熱點(diǎn)[3]。越來越多的高校開始新建智慧教室或者改造傳統(tǒng)多媒體教室。在此過程中，如何建設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成為建設(shè)過程中首要解決的問題。基于此，以鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院人工智能學(xué)院為例，探討智慧教室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的建設(shè)方案，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更加有效地促進(jìn)教師教學(xué)、學(xué)生認(rèn)知方式的轉(zhuǎn)變，從而支撐新型教育教學(xué)模式，最終實(shí)現(xiàn)技術(shù)與教育教學(xué)的完美融合。

1 ?傳統(tǒng)多媒體教室存在的問題

1.1 ?承載各類軟件，管理難度大

多媒體教室承載著學(xué)校信息化教學(xué)任務(wù)，需要安裝各類課程軟件、平臺(tái)，即使是通過機(jī)房管理軟件進(jìn)行安裝、管理，亦需要耗費(fèi)大量的人力物力。隨著軟件的快速迭代更新，計(jì)算機(jī)軟件對(duì)硬件的要求逐年提升，傳統(tǒng)模式下無法對(duì)教室內(nèi)所有機(jī)器進(jìn)行硬件更新。此外，機(jī)房用戶眾多，用戶的上機(jī)行為難以管控，也對(duì)機(jī)房的管理造成了很大的壓力。

1.2 ?易受攻擊，安全性差

目前傳統(tǒng)多媒體教室存在如下安全問題：

（1）難以防止非法接入。多媒體教室配置大量計(jì)算機(jī)主機(jī)，存在主機(jī)接口眾多，管理人員難以處理非法外聯(lián)、非授權(quán)外設(shè)接入以及第三方或臨時(shí)雇員安全接入等問題。

（2）難以保證數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)均在本地存儲(chǔ)，難以防范數(shù)據(jù)泄露與丟失。同時(shí)部署多種安全產(chǎn)品面臨軟件沖突且犧牲系統(tǒng)性能。若機(jī)房局域網(wǎng)某臺(tái)主機(jī)被病毒感染，很有可能造成大規(guī)模的機(jī)器中毒以及用戶信息泄露，給信息安全帶來極大挑戰(zhàn)。

（3）缺乏有效的安全防護(hù)手段。機(jī)房一般采取安裝單機(jī)殺毒軟件的方式進(jìn)行安全防范，安全防范手段單一，缺乏綜合防護(hù)手段。

1.3 ?占用空間大，環(huán)境衛(wèi)生難保持

為保護(hù)計(jì)算機(jī)主機(jī)不受損壞，多媒體教室一般配置電腦桌用于擺放主機(jī)。多媒體教室用戶涵蓋全校，學(xué)生在機(jī)房?jī)?nèi)亂丟垃圾的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，某些學(xué)生將垃圾放置到電腦桌內(nèi)部，難以清理，這給多媒體教室環(huán)境衛(wèi)生帶來了極大的挑戰(zhàn)。

1.4 ?建設(shè)、維護(hù)成本高

（1）硬件成本高。采用傳統(tǒng)方案（單臺(tái)主機(jī)、局域網(wǎng)聯(lián)通）建設(shè)多媒體或智慧教室硬件成本高、采購成本高[4]。此外，傳統(tǒng)方案機(jī)房主機(jī)損耗較高，特別是隨著使用時(shí)間的增加，損壞率加速上升，需要不斷更新、替換硬件，加劇了硬件成本的上升，這也在一定程度上影響了日常教學(xué)工作。

（2）能耗成本高。每臺(tái)主機(jī)功率約在200 W左右，每年機(jī)房的電力消耗是一筆很大的支出[4]。夏季高溫時(shí)節(jié)，機(jī)房亦是火災(zāi)防范的重點(diǎn)，隨著使用時(shí)間的增加，電力線路老化，更加大了火災(zāi)發(fā)生的危險(xiǎn)性。

鑒于傳統(tǒng)多媒體教室的諸多弊端，而云機(jī)房可以在一定程度上克服傳統(tǒng)多媒體教室的不足，所以當(dāng)前越來越多的學(xué)校開始使用云桌面進(jìn)行辦公和教學(xué)。

2 ?云桌面技術(shù)建設(shè)智慧教室技術(shù)路徑

云桌面技術(shù)，即虛擬桌面系統(tǒng)，是通過在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器運(yùn)行操作系統(tǒng)，用戶通過來自終端設(shè)備（傳統(tǒng)終端設(shè)備和移動(dòng)智能終端）的客戶計(jì)算協(xié)議與后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行連接，將用戶桌面虛擬化，使用戶訪問終端桌面就像是訪問傳統(tǒng)的本地安裝桌面一樣[5]。云桌面將個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，簡(jiǎn)稱PC）上的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)全部集中放置于數(shù)據(jù)中心，并且提供與個(gè)人計(jì)算機(jī)一樣的使用體驗(yàn)，從而不再需要傳統(tǒng)計(jì)算主機(jī)。云桌面技術(shù)在前端客戶無差別應(yīng)用的前提下，為機(jī)房管理運(yùn)維提供了全新的方式。

目前建設(shè)云桌面機(jī)房主要采用兩種技術(shù)路徑，一是虛擬機(jī)技術(shù)，二是Docker容器技術(shù)。虛擬機(jī)（Virtual Machine）是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。Docker是一個(gè)軟件平臺(tái)，可以快速構(gòu)建、測(cè)試和部署應(yīng)用程序。Docker將軟件打包成名為容器的標(biāo)準(zhǔn)化單元，這些單元具有運(yùn)行軟件所需的所有功能，包括庫、系統(tǒng)工具、代碼和運(yùn)行時(shí)。Docker設(shè)計(jì)精巧、部署快速、運(yùn)行高效，應(yīng)用之間相互獨(dú)立、隔離，管理人員可以看到所有容器的內(nèi)容。

虛擬機(jī)用于虛擬化服務(wù)器硬件，而容器用于虛擬化服務(wù)器的操作系統(tǒng)，虛擬機(jī)與Docker適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。虛擬機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于能夠徹底隔離整個(gè)運(yùn)行環(huán)境。例如，云計(jì)算服務(wù)提供商通常采用虛擬機(jī)技術(shù)隔離不同的用戶，而Docker通常用于應(yīng)用的隔離，如Web前端，Apache服務(wù)器以及MySQL數(shù)據(jù)庫。虛擬機(jī)與Docker技術(shù)原理對(duì)比，如圖1所示。

在智慧教室建設(shè)中，針對(duì)需求采用虛擬機(jī)或Docker技術(shù)建設(shè)云桌面系統(tǒng)。

面向公共課程的機(jī)房，需支撐課程較多，采用虛擬機(jī)技術(shù)，具備通用性的特征。利用虛擬機(jī)后臺(tái)管理系統(tǒng)創(chuàng)設(shè)Windows 7、Windows 10、Ubuntu等操作系統(tǒng)鏡像，在鏡像中安裝專業(yè)軟件，某一個(gè)鏡像的更新不影響其他鏡像的使用，做到系統(tǒng)之間互不干擾兼具安全的優(yōu)點(diǎn)。

面向?qū)I(yè)課程的機(jī)房，需求單一，可采用Docker容器技術(shù)，能夠快速響應(yīng)，具備高性能的優(yōu)勢(shì)。在統(tǒng)一系統(tǒng)鏡像下，安裝應(yīng)用軟件，應(yīng)用之間相互隔離，做到應(yīng)用隔離兼具快速響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)。

采用虛擬機(jī)或Docker技術(shù)建設(shè)云桌面系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)基本一致，如圖2所示。系統(tǒng)包含服務(wù)器、后臺(tái)管理端以及多臺(tái)客戶機(jī)。服務(wù)器用于提供硬件資源，后臺(tái)管理端用于云桌面系統(tǒng)管理、鏡像管理以及資源分配，客戶機(jī)顯示服務(wù)器上開辟的虛擬機(jī)或Docker。云桌面系統(tǒng)是典型的胖服務(wù)器、瘦客戶機(jī)的架構(gòu)。

3 ?云桌面技術(shù)建設(shè)智慧教室的優(yōu)勢(shì)

3.1 ?動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、集中管理

云桌面系統(tǒng)管理集中于服務(wù)器端，由后臺(tái)統(tǒng)一管理。在云桌面系統(tǒng)后臺(tái)，可基于教學(xué)需求創(chuàng)建多種不同類型的操作系統(tǒng)鏡像（Windows 7、Windows 10、Linux等），定制“系統(tǒng)+專業(yè)軟件”的鏡像。鏡像下的專業(yè)軟件需要更新時(shí)，只需修改該鏡像，用戶即可獲得更新后的鏡像，無需傳統(tǒng)模式下的系統(tǒng)同傳等操作。

云桌面管理系統(tǒng)根據(jù)前端用戶需要?jiǎng)討B(tài)劃分、釋放鏡像所占用的物理資源。有用戶需求時(shí)，則分配對(duì)應(yīng)鏡像資源;有用戶注銷時(shí)，則釋放其所占用的系統(tǒng)資源，從而實(shí)現(xiàn)資源的彈性供應(yīng)。

3.2 ?安全性好

云桌面系統(tǒng)安全性由位于云端的安全云軟件、硬件平臺(tái)以及位于用戶端的瘦客戶端構(gòu)成。位于云端的安全云、硬件能夠快速更新，瘦客戶端接口統(tǒng)一，極大地提升了云桌面的安全防范能力。

3.3 ?教室環(huán)境易保持

傳統(tǒng)PC與云桌面PC相比，如圖3所示，傳統(tǒng)PC雙人臺(tái)包含電腦桌、主機(jī)柜、凳子等，主機(jī)柜占用了電腦桌下部近50%的空間，并且成為機(jī)房“藏污納垢”的主要位置。而云桌面機(jī)器僅在桌面放置顯示屏、客戶機(jī)與鼠標(biāo)鍵盤，解放了電腦桌下部空間，并且無衛(wèi)生死角，教室環(huán)境衛(wèi)生極易打掃、保持。

3.4 ?節(jié)約成本

本文以鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院人工智能學(xué)院多媒體教室（同等硬件性能配置、40臺(tái)位）為例，對(duì)比上述兩種方案所需成本。

（1）硬件成本。如表1所示，采用傳統(tǒng)PC方案與桌面云的方式建設(shè)50臺(tái)位的智慧教室，兩種方式建設(shè)成本幾乎一致。

（2）能耗成本。如表2所示，假設(shè)工作日每天使用6節(jié)課（約5個(gè)小時(shí)），全年工作日260天計(jì)算，桌面云較傳統(tǒng)PC方案可節(jié)約72%的電力。

（3）TCO（Total Cost of Ownership）對(duì)比。TCO即總擁有成本，包括產(chǎn)品采購到后期使用、維護(hù)的成本。綜合表1、表2，采用傳統(tǒng)PC方案與桌面云的方式建設(shè)50臺(tái)位智慧教室機(jī)房系統(tǒng)，桌面云TCO約占傳統(tǒng)PC方案TCO的70%，節(jié)約了大量建設(shè)經(jīng)費(fèi)。

4 ?結(jié) ?論

黨中央、國(guó)務(wù)院相關(guān)政策以及智慧教室概念的提出，為高職信息化建設(shè)指引了方向。傳統(tǒng)PC方案存在管理難度大、安全性差、環(huán)境衛(wèi)生難保持等問題。云桌面計(jì)算機(jī)模式憑借動(dòng)態(tài)擴(kuò)展集中管理、安全性好、環(huán)境易保持與成本低的優(yōu)點(diǎn)正逐步取代傳統(tǒng)PC方案，成為建設(shè)智慧教室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的新模式。目前，越來越多的學(xué)校開始建設(shè)智慧教室替代傳統(tǒng)多媒體教室。智慧教室的應(yīng)用促進(jìn)了教師教育理念的變革、教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變，助力高職院校提升教學(xué)質(zhì)量，推進(jìn)“雙高”建設(shè)。

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作者簡(jiǎn)介：李海勝（1984-），男，漢族，河南鄭州人，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)教育。