王建麗

（太原科技大學 山西 太原 030024）

1 引言

高校實驗室建設(shè)是學校基礎(chǔ)硬件建設(shè)的必要條件，是體現(xiàn)一個大學辦學水準的標桿設(shè)施。社會生產(chǎn)力水平的極大提高，對高校實驗室建設(shè)提出了與時俱進的新要求。新的社會形勢下，如何更好地規(guī)劃、建設(shè)實驗室，為大學課堂提供優(yōu)質(zhì)實驗教學環(huán)境是值得高校實驗管理人員認真思考的重要課題。

2 實驗室管理和使用的現(xiàn)狀和問題

2.1 實驗室開關(guān)門管理

目前實驗室管理仍然沿用的是傳統(tǒng)鑰匙管理模式。每個班上實驗課前，由學校的實驗室管理員拿鑰匙為該班級打開對應的實驗室門，合上電閘。下課后由管理員檢查確認每個實驗室的環(huán)境和設(shè)備。關(guān)閉插座、照明及空調(diào)電源、門窗，鎖上實驗室的大門。這種純?nèi)斯さ墓芾砟Ｊ?，一旦工作人員檢查不到位，極有可能導致電力資源的浪費、甚至引發(fā)火災等安全隱患。

2.2 實驗室還原管理

機房電腦沒有安裝智能控制系統(tǒng)，為防止系統(tǒng)被篡改或者感染病毒，實驗室機房配置基本硬件或者軟件還原系統(tǒng)。硬件還原系統(tǒng)也稱為硬盤還原卡，是一種PCI擴展卡，主要作用于計算機的操作系統(tǒng)。計算機開機運行時，先啟動還原功能，讓硬盤的部分或者全部分區(qū)都恢復到初始設(shè)置。常用的硬盤還原卡基本為以下兩類：一為普通的還原卡，物理上不直接接管硬盤讀寫；另一種是新型還原卡，物理上直接接管硬盤讀寫。無論那種還原卡都會導致系統(tǒng)開機緩慢，一旦進入還原卡失敗，則計算機無法成功啟動。軟件還原系統(tǒng)是通過軟件來保護電腦中的數(shù)據(jù)。還原軟件可分為系統(tǒng)自帶的和第三方兩大類。Windows系統(tǒng)的系統(tǒng)還原功能可以看作系統(tǒng)自帶的還原軟件；第三方的還原軟件有很多，如冰點等；但是存在如下弊端：一些電腦安裝完還原精靈后開機黑屏無法進入系統(tǒng)，只有光標閃爍，甚至連BIOS都無法進入；還原軟件的可靠性也不是非常穩(wěn)定，某些病毒容易利用還原軟件的漏洞攻破防御。

2.3 實驗室管理軟件現(xiàn)狀

目前很多高校實驗管理系統(tǒng)主要是實驗排課管理，提供老師在線排實驗課表、查詢課表等。這些管理系統(tǒng)不能實質(zhì)性地對實驗室計算機進行控制操作，不涉及實驗室的安全監(jiān)測，也不提供實驗室的開放管理等。有小部分高校實驗室管理系統(tǒng)涉及對設(shè)備的控制操作，但存在可移動性比較差、沒有手機版的軟件等問題。

3 書苑模式管理的智能計算機實驗室設(shè)計與實現(xiàn)

科技的發(fā)展使得智能化已經(jīng)全面進入我們的現(xiàn)代生活，作為信息技術(shù)應用前沿領(lǐng)域的計算機專業(yè)領(lǐng)域，其設(shè)備智能化更是勢不可擋。而物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的日益成熟，也為計算機實驗室的智能化建設(shè)提供了技術(shù)支持。手機、平板等設(shè)備的大面積普及使得計算機實驗室管理的可移動程度、智能化程度必然越來越高。這就要求智能化實驗室建設(shè)需要具備以下功能：學生通過手機等智能終端軟件來預約實驗，系統(tǒng)根據(jù)學生預約情況來設(shè)置實驗室開放時間段，并按照實驗安排表通過智能門禁系統(tǒng)自動打開實驗室，自動打開終端設(shè)備，實驗結(jié)束后自動關(guān)閉終端設(shè)備等。管理員可在線全程監(jiān)控實驗室機房，實現(xiàn)智能化的各項管理。

筆者所在學院的計算機專業(yè)，二年級以上（將近一千名）同學每人都有一臺筆記本電腦。如何將筆記本電腦和學校實驗室電腦結(jié)合在一起，合理高效發(fā)揮作用是一項非常有意義的研究。疫情期間大量線上課程的教學，以及大批優(yōu)質(zhì)慕課資源的免費開放，使得當代學生通過網(wǎng)絡(luò)自主學習的熱情極度高漲。學生使用雙電腦共同學習，一臺計算機聽老師講解，一臺計算機進行實驗操作?；蛘卟皇褂脤W校實驗室的計算機，全程用自己的筆記本電腦進行實驗，這樣可以省去程序的來回復制、攜帶，學習更方便。所以將學生筆記本電腦作為高校實驗室有效的實驗補充設(shè)備，既可以大大緩解實驗室建設(shè)的壓力，也可以更高效發(fā)揮實驗室的功效。

根據(jù)以上分析提出書苑模式管理的智慧計算機實驗室建設(shè)設(shè)想，智慧計算機實驗室機房不同于傳統(tǒng)實驗室的窄座位設(shè)計，而是選用圖書館的寬大座位模式，百分之七十的座位配備實驗室電腦，另配備插座、接口等以供學生雙電腦使用。另外百分之三十的座位不放置電腦，供只使用自己電腦的學生選座。另設(shè)置智慧討論角、互聯(lián)網(wǎng)+競賽專用實驗角等特色實驗房間，這些房間配備六角會議桌或圓桌、可移動座椅，方便興趣小組程序設(shè)計、討論研討。整個智慧實驗室采用智能門禁，建設(shè)方案采用虛擬化云桌面技術(shù)，課程引入在線實驗環(huán)境。

3.1 智慧實驗室門禁設(shè)置

智慧實驗室配備管理系統(tǒng)，實驗前可以使用手機、電腦、Pad端提前預約。系統(tǒng)安裝視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過門禁考勤，學生刷臉進入實驗室。隨后使用觸屏控制機進入智能選課系統(tǒng)，控制機可與人通過觸屏、鍵盤、語音多種方式互動。系統(tǒng)識別當前學生后調(diào)取其當前學期所修課程，學生選取本次準備練習課程，系統(tǒng)為學生自動分配實驗計算機，啟動機器，系統(tǒng)自動匹配上次學習進度，打開實驗環(huán)境。若學生準備自己攜帶筆記本，則不需要在屏幕上選擇。

實驗室通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)配備煙霧傳感器、有害物質(zhì)監(jiān)測傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器、電流電壓傳感器，這些傳感器負責采集實驗室煙霧與有害物質(zhì)情況、人體溫度、溫度與濕度以及電流電壓信息，方便管理人員通過智慧系統(tǒng)實現(xiàn)電源的開放與關(guān)閉、消防安全的監(jiān)測等。

3.2 基于虛擬化云桌面技術(shù)的智能計算機實驗室解決方案

整個智能計算機實驗室建設(shè)方案擬采用云桌面虛擬化技術(shù)。云桌面是云計算虛擬化技術(shù)的一種具體應用[1]，云桌面技術(shù)最大的優(yōu)勢在于可以復制或者定制個人獨有桌面，所以它非常適合用作移動式的實驗教學。在隨時可以接入網(wǎng)絡(luò)的條件下，師生可以根據(jù)需要隨時訪問自己的專有虛擬桌面，進行學習或者交流，不受宿舍、教室地理位置的約束。如果在家里要訪問云桌面服務(wù)器，可以通過校園網(wǎng) VPN（虛擬專網(wǎng)）訪問，這樣學生離開實驗室后能夠繼續(xù)未完成的實驗。我們基于學生筆記本的高擁有率，結(jié)合高校校園內(nèi)優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)條件，及師生隨時隨地辦公和開放實驗的需求，擬采用VDI（virtual desktop infrastructure，虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)）模式來配置機房模式。這種模式對數(shù)據(jù)安全性要求高，但對運算性能和圖像處理要求不高，適合開設(shè)計算機科技與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的計算機院校。VDI 模式是通過云計算技術(shù)實現(xiàn)服務(wù)器硬件資源（CPU、硬盤、內(nèi)存）的共享和按需分配[2]。該模式下運算和數(shù)據(jù)存放均集中在服務(wù)器端，有較高的安全性能?？梢酝瑫r支持師生的多終端訪問：它是一種集中式計算的瘦客戶模式，將全部的計算都集中在服務(wù)器上，而云終端相當于顯示屏，所以云終端可以使用配置較低的舊計算機，這很大程度可以降低實驗室的建設(shè)成本。同時師生還可以隨時使用多種終端平板電腦、手機等訪問虛擬桌面，這就是智慧實驗室的可移動性。

平時上機實驗時，教師可以通過云桌面技術(shù)，來定制每個課程的獨有鏡像，在學生上機實驗之前，由鏡像快速實例化出眾多虛擬機，分別將這些虛擬機分配給各個學生。教師還可以將這些虛擬機拍下快照，等下一批學生上課的時候，調(diào)出之前的虛擬機快照時的狀態(tài)，即可直接使用。管理員也可以將一些常用的桌面做成虛擬機鏡像，根據(jù)實際情況把這些桌面分配給不同的學生或者老師使用，進入實驗的師生可以根據(jù)自己的喜好和實際需求定制自己的獨有桌面，如安裝自己準備練習和使用的學習軟件等。

因為 VDI采用集中運算模式，需要較高配置的服務(wù)器，才能提供較高穩(wěn)定性的服務(wù)，所以為智慧實驗室提供UPS全天24小時供電。

3.3 智慧實驗室軟件管理系統(tǒng)

書苑模式管理的智慧計算機實驗室軟件采用在線學習平臺，學校開發(fā)自己獨有的在線學習環(huán)境，全面打造實驗課程的線上化操作，實現(xiàn)學生不用安裝配置軟件即可進入實驗環(huán)境，練習完畢可以在線提交程序，常規(guī)化程序由系統(tǒng)自動查重判改，特殊程序可由老師人工審閱，返回評閱修改意見。教師可以通過系統(tǒng)同時督導多個班級實驗，學生需要指導可以隨時連線教師。學習平臺無縫對接“中國大學MOOC”（愛課程）、超星等主流 MOOC平臺；在線實驗環(huán)境也可使用Educoder等成熟計算機實踐教學平臺。目前，EduCoder支持大規(guī)模實驗資源共建共享，提供了1000多種在線實驗課程、40000 多個技術(shù)實驗案例，在線資源還在不斷豐富增加中，最值得一提的是該平臺面向全國高校師生開放，使用者只需要注冊進去就可以享受全站資源，包括所有案例的智能化評測，基本可以滿足普通高校學生的基本實驗需求。個別課程也可以根據(jù)需要選擇實驗樓等其他在線學習平臺。這些平臺均可以實現(xiàn)學生在線實驗練習，實時數(shù)據(jù)上傳提交、自動查重，使用給定參數(shù)檢驗程序?qū)﹀e，也可以進行網(wǎng)上交流等。

4 結(jié)語

針對高校計算機專業(yè)學生筆記本電腦的高持有率，以及現(xiàn)有實驗室傳統(tǒng)的管理模式，本文提出書苑模式管理的智能計算機實驗室設(shè)計規(guī)劃。將智慧教室建設(shè)思想融入智慧實驗室規(guī)劃，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云平臺技術(shù)，充分發(fā)揮學生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂理念，希望將學生自有筆記本電腦和學校實驗室計算機有機結(jié)合，為高校智能化、開放實驗室的建設(shè)提供一種借鑒。