趙曉娟 趙欽

國務(wù)院在“全面落實立德樹人根本任務(wù)”中強調(diào)，要支持本科生和研究生提前進入企業(yè)開展創(chuàng)新活動，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。然而隨著企業(yè)對高等人才創(chuàng)新意識與應(yīng)用能力的需求的提高，當(dāng)前計算機實驗室的硬件服務(wù)器資源及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已難以支撐多種試驗系統(tǒng)的教學(xué)活動要求。云計算技術(shù)以其資源利用率高且按需分配的特點，已受到國家教育部、司法部及軍隊的高度重視。同時，由于云計算技術(shù)具有數(shù)據(jù)集中存儲、安全可控、管理集中統(tǒng)一、可用性高、可擴展性好、負(fù)載均衡等多種優(yōu)點，已在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用 。將云計算機技術(shù)應(yīng)用與高校實驗室教學(xué)當(dāng)中，以虛擬云桌面提到當(dāng)前獨立的操作系統(tǒng)，可以為高校實驗教學(xué)提供更加便捷高效的實驗教學(xué)管理。通過校企合作培養(yǎng)模式，建立校內(nèi)外實訓(xùn)基地，在課程過程中，可以由企業(yè)高級技術(shù)人員及專業(yè)教師對學(xué)生進行多重指導(dǎo)，進而提升高校的整體實驗教學(xué)質(zhì)量。

一、云平臺與桌面虛擬化技術(shù)

云平臺在本質(zhì)上為借助云計算技術(shù)為計算機提供硬件與軟件資源的服務(wù)平臺。云平臺在教育領(lǐng)域的應(yīng)用通常表現(xiàn)為通過校園網(wǎng)對校內(nèi)計算機軟件資源進行統(tǒng)一管理的平臺。其在為用戶提供計算、數(shù)據(jù)傳輸和存儲服務(wù)的同時，也可通過網(wǎng)絡(luò)向用戶供給所需求的云端硬件與軟件資源。桌面虛擬化技術(shù)則為通過云端服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的設(shè)備資源進行集中管控和分配調(diào)度的系統(tǒng)架構(gòu)?；谠撓到y(tǒng)架構(gòu)，用戶可從服務(wù)器端獲取所需的存儲空間、軟件系統(tǒng)和虛擬內(nèi)存，并在終端顯示設(shè)備進行輸出。將云平臺技術(shù)與桌面虛擬化技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用于高校計算機實驗教學(xué)，可以將實驗數(shù)據(jù)的存儲和處理在服務(wù)器端進行而僅將運算結(jié)果反饋給學(xué)生終端，并根據(jù)各學(xué)生終端的實際需求對資源進行實時動態(tài)分配，從而為計算機實驗室提供更加完善便捷的教學(xué)管理服務(wù)。

二、傳統(tǒng)高校多媒體實驗室現(xiàn)狀與問題

本校區(qū)目前擁有計算機實驗室3間，學(xué)生終端數(shù)量近200臺。然而對終端設(shè)備的管理仍采用為每個終端安裝多個操作系統(tǒng)，并利用教學(xué)管理軟件來保護硬盤讀寫的模式。當(dāng)前的管理模式在信息化教學(xué)實踐中存在以下問題。

1.實驗室建設(shè)成本高。隨著科技水平的快速發(fā)展，實驗教學(xué)軟件對硬件設(shè)備的配置要求逐步提升，大量終端設(shè)備的集中更新?lián)Q代導(dǎo)致高校計算機實驗室建設(shè)投入巨幅上漲。另外，由于計算機實驗室往往需同時服務(wù)于多學(xué)科的信息化實驗教學(xué)，多種教學(xué)軟件的特異化需求也為終端硬件設(shè)備提出了更高的要求。同時，由于部分設(shè)備間存在性能差異，因此往往需要投入大量的成本用于計算機實驗室的維護管理與設(shè)備維修。

2.維護管理難度大。由于本校計算機實驗室需同時承擔(dān)土木工程、機械設(shè)計、軟件工程等多個學(xué)科的實驗內(nèi)容和不同的教學(xué)任務(wù)，不同實驗教學(xué)目的與教學(xué)內(nèi)容對計算機應(yīng)用環(huán)境的需求存在差異，導(dǎo)致每臺終端設(shè)備需同時部署多款實驗教學(xué)軟件?；诋?dāng)前對計算機實驗室所采用的管理模式，各終端設(shè)備中普遍多個操作系統(tǒng)共存，在影響計算機運行速度的同時，多個系統(tǒng)間的不穩(wěn)定因素也極大地增加了實驗室管理人員的工作難度。由于本?，F(xiàn)設(shè)有三個計算機實驗室，因各實驗室建設(shè)時間不同，終端設(shè)備間硬件異構(gòu)十分嚴(yán)重，各實驗室中學(xué)生終端相對獨立，計算機出現(xiàn)故障的情形也各不相同，差異化嚴(yán)重的維修調(diào)試工作在給實驗室的運維管理帶來不便的同時，也使得排課及統(tǒng)一維護需耗費較多的時間和精力。此外，為保護學(xué)生終端設(shè)備硬盤，其計算機每次啟動都會進行系統(tǒng)地還原，由此導(dǎo)致教學(xué)系統(tǒng)和實驗軟件的安裝及更新都需先在母系統(tǒng)上安裝后，再以網(wǎng)絡(luò)同傳的方式對其余計算機進行統(tǒng)一部署。然而由于實驗室中各計算機的硬件配置和同傳管理軟件版本并不完全一致，這就導(dǎo)致了不同型號的計算機需要分批部署，逐臺安裝，嚴(yán)重影響了實驗室管理工作的進行。

3.數(shù)據(jù)安全性差。學(xué)生在上機操作過程中，由于學(xué)生網(wǎng)絡(luò)安全意識不強，終端設(shè)備的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全性面臨著各類威脅，學(xué)生所攜帶的移動存儲設(shè)備也為網(wǎng)絡(luò)病毒的入侵提供了途徑。此外，還原系統(tǒng)的存在使得學(xué)生在課堂實驗中所取得的實驗數(shù)據(jù)不能存儲在所操作的計算機中，導(dǎo)致課程教學(xué)的延續(xù)性受到影響，而反復(fù)多次的硬盤擦寫操作也使得設(shè)備的使用壽命大大降低，為教學(xué)數(shù)據(jù)的丟失埋下隱患。

三、建設(shè)方案

1.在硬件配置方面。基于企業(yè)對綜合創(chuàng)新型人才的迫切需求，結(jié)合本?，F(xiàn)有多媒體實驗室實際特點，本文設(shè)計了基于桌面虛擬化技術(shù)的虛擬云實驗教學(xué)平臺建設(shè)方案，在硬件配置方面主要包含以下模塊：①服務(wù)器：基于本校現(xiàn)有多媒體實驗室規(guī)模及設(shè)備資源，依據(jù)各計算機實驗室教學(xué)活動規(guī)模，購置部門級服務(wù)器一臺作為主節(jié)點運行虛擬云平臺系統(tǒng)，現(xiàn)有兩臺高性能服務(wù)器作為從屬節(jié)點提供運算空間及硬件支持。服務(wù)器部署于本校服務(wù)器機房內(nèi)，其中云主機搭載著云平臺軟件及教學(xué)管理軟件，而服務(wù)器整體承擔(dān)所有學(xué)生的課業(yè)及相關(guān)信息，實現(xiàn)對實驗室內(nèi)所有學(xué)生終端的綜合管控。②云終端：云終端通過校內(nèi)局域網(wǎng)與教師端及服務(wù)器端進行連接，從而獲取虛擬桌面操作系統(tǒng)，而終端本地操作系統(tǒng)不對學(xué)生授權(quán)開放。由于計算機實驗室實驗教學(xué)內(nèi)容不同，因此本方案分批次分別購置瘦客戶機作為學(xué)生終端顯示設(shè)備。

2.在系統(tǒng)建設(shè)方面。本方案采用OpenStack虛擬云平臺系統(tǒng)，依據(jù)本校計算機實驗室現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件設(shè)備及應(yīng)用架構(gòu)搭建虛擬云試驗教學(xué)平臺，從而避免在構(gòu)建過程中的大范圍系統(tǒng)改造，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和建設(shè)成本。該系統(tǒng)主要包括以下模塊。①系統(tǒng)環(huán)境布置模塊。實驗教學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境即實驗教學(xué)應(yīng)用程序所需的運行平臺。系統(tǒng)環(huán)境布置模塊用于對不同實驗教學(xué)軟件所需的特定運行環(huán)境進行搭建。同時依據(jù)實驗教學(xué)科目和內(nèi)容對所搭建的運行環(huán)境進行統(tǒng)一管理。②實驗教學(xué)管理模塊。實驗教學(xué)的管理模塊用于對包括實驗大綱、課時安排、教學(xué)任務(wù)、過程監(jiān)控等內(nèi)容的管理。在每學(xué)期開學(xué)前，管理人員可通過該模塊對本學(xué)期所需在各計算機實驗室進行的實驗教學(xué)活動的課時安排、排課情況、實驗內(nèi)容等信息進行管理，并為教師提供特定實驗教學(xué)任務(wù)的預(yù)約窗口。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建方面，服務(wù)器與實驗室云終端之間通過網(wǎng)絡(luò)平臺、交換機、路由器組建局域網(wǎng)，為了滿足實驗教學(xué)要求采用千兆網(wǎng)組建教學(xué)網(wǎng)絡(luò)。

四、結(jié)語

校企聯(lián)合已成為高校辦學(xué)育人的重要模式之一，本文就高校實驗室云平臺的建設(shè)展開相應(yīng)的研究，從技術(shù)應(yīng)用、當(dāng)前多媒體實驗室現(xiàn)狀及虛擬化教學(xué)云平臺建設(shè)流程等多方面展開研究內(nèi)容的論述，仔細(xì)分析在實際應(yīng)用中存在的問題并基于本校多媒體實驗室實際情況提出虛擬化云桌面的建設(shè)方案，與校外企業(yè)聯(lián)合共建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室，由企業(yè)進行部分硬件或軟件的贈送，搭建與企業(yè)、教師、學(xué)生科研項目溝通和互動平臺，為學(xué)生提供進一步的實驗環(huán)境和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模擬環(huán)境，切實提升高校實驗教學(xué)的整體質(zhì)量。[基金項目：西安理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目，課題編號xjy1858。]

（作者單位：西安理工大學(xué)）