陳昌興
(肇慶學(xué)院教育技術(shù)與計(jì)算機(jī)中心,廣東肇慶 526061)
高校實(shí)驗(yàn)室信息化的云計(jì)算策略與方法
陳昌興
(肇慶學(xué)院教育技術(shù)與計(jì)算機(jī)中心,廣東肇慶 526061)
介紹了基于云計(jì)算技術(shù),充分利用高校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的資源和環(huán)境,充分發(fā)揮資源的效能,提高資源利用率及共享程度,促進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室信息化發(fā)展的解決方法。從高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)角度思考,分析實(shí)驗(yàn)信息技術(shù)管理中建設(shè)進(jìn)程問題,充分利用高校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的資源和云計(jì)算的技術(shù)特點(diǎn),提供了實(shí)驗(yàn)信息化建設(shè)中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的策略和實(shí)施方法,從信息化方面引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室管理的轉(zhuǎn)型升級。
實(shí)驗(yàn)室信息化;云計(jì)算;云化改造
隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理體制改革的深入,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理觀念和封閉的管理方法需要轉(zhuǎn)變。為最大限度地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室教學(xué)效益,提高資源的利用率,客觀上需要一種智能、高效和集成的、能為實(shí)驗(yàn)室管理提供實(shí)時(shí)支持的信息化的模式。云計(jì)算技術(shù)的興起,提供了一種適應(yīng)于教學(xué)實(shí)驗(yàn)室信息化發(fā)展需要的解決方法。探討云計(jì)算技術(shù)背景下的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)信息化發(fā)展模式,目的是充分、有效地整合資源、開拓創(chuàng)新,推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè),滿足創(chuàng)新型社會對高等教育的要求。
實(shí)驗(yàn)室信息化是保障創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必備條件之一。2002年教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評估方案》中,將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提升為重要指標(biāo),對促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)起到了重要的推動(dòng)作用。但目前高校(特別是在地方普通高校)實(shí)驗(yàn)室的信息化基礎(chǔ)相對薄弱,主要表現(xiàn)在信息化資源不足、信息化管理的程度低,使有限的資源不能得到充分的利用,在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。
信息化技術(shù)的進(jìn)步對實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)產(chǎn)生很大影響,使實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)發(fā)生了重大的變化,但也存在諸多不足之處。
(1)加快了實(shí)驗(yàn)室信息化進(jìn)程。高校實(shí)驗(yàn)室已開始運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)來加強(qiáng)自身的管理。但是,從目前實(shí)施效果上看,無論是規(guī)模上還是水平上,往往只提供一般網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)管理與維護(hù),仍停留在數(shù)據(jù)存儲、工作任務(wù)安排的水平上。只有一部分實(shí)驗(yàn)室的信息化管理系統(tǒng)達(dá)到“管理”的層次,可以為實(shí)驗(yàn)室的管理者提供管理決策服務(wù),使信息化在推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中起到明顯作用,為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生能力的培養(yǎng)提供支撐和保證。
(2)實(shí)驗(yàn)室功能特色增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)室功能包括教學(xué)功能和科研功能,實(shí)驗(yàn)室的功能定位和作用對高校的發(fā)展至關(guān)重要。在校園信息化背景下,實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生可以充分利用實(shí)驗(yàn)室資源、信息資源、技術(shù)物資裝備,系統(tǒng)地開展具有特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究。
(3)實(shí)驗(yàn)室信息化經(jīng)費(fèi)投入不平衡。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源的共享、開發(fā)管理等都以信息化平臺為基礎(chǔ),但目前地方高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)缺少經(jīng)費(fèi)的投入,信息化條件建設(shè)跟不上學(xué)校規(guī)模的增長,某些高校重實(shí)驗(yàn)設(shè)備建設(shè),輕信息化投入,制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。因此,必須創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室管理模式,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息化,統(tǒng)一調(diào)配資源,集中管理和使用設(shè)備,充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室整體功能,使有限的資源得到充分的利用,使實(shí)驗(yàn)室成為管理制度化、科學(xué)化、現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室,從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,推動(dòng)素質(zhì)教育。
(4)實(shí)驗(yàn)室信息化的科技含量提高。地方院校在實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)中也采用了很多種非公開使用的管理和檢查系統(tǒng),有的已經(jīng)通過網(wǎng)絡(luò)為專門課程提供遠(yuǎn)程服務(wù)或已實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)功能。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,實(shí)驗(yàn)室更加靈活地提供實(shí)驗(yàn)平臺和實(shí)驗(yàn)資源,并且非常方便地建設(shè)成為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),方便學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí),教師可以充分使用網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù),做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)評測與管理[1]。
2.1 云計(jì)算技術(shù)的特點(diǎn)
云計(jì)算的定義上存在狹義和廣義兩種。狹義云計(jì)算是從IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式方面來闡述的,指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲取所需的資源;廣義云計(jì)算從服務(wù)的交付和使用模式方面來闡述,指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)[2]。
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室信息架構(gòu)使其利用率低、管理和維護(hù)成本高,云計(jì)算的出現(xiàn)正好是解決這個(gè)問題的最佳方法。云計(jì)算技術(shù)本質(zhì)上是解決資源利用率、計(jì)算能力不足和成本的問題。通過引入云計(jì)算平臺,可以降低建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本,同時(shí)降低能源消耗,加快實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的進(jìn)程。云計(jì)算系統(tǒng)將各種數(shù)據(jù)(包括用戶數(shù)據(jù))都通過網(wǎng)絡(luò)保存到遠(yuǎn)端的云存儲平臺上,同時(shí)也將處理數(shù)據(jù)的服務(wù)程序通過遠(yuǎn)程的云計(jì)算平臺進(jìn)行處理。另外,應(yīng)用系統(tǒng)建立在大規(guī)模服務(wù)器集群上,通過基礎(chǔ)設(shè)施與上層應(yīng)用程序的協(xié)同構(gòu)建,以達(dá)到最大效率利用硬件資源的目的[3]。
2.2 云計(jì)算的優(yōu)勢
實(shí)驗(yàn)室信息化按照該技術(shù)進(jìn)行部署有以下優(yōu)勢:減少用戶對數(shù)據(jù)管理的負(fù)擔(dān);能夠負(fù)擔(dān)大量數(shù)據(jù)的處理工作;與實(shí)驗(yàn)室底層基礎(chǔ)設(shè)施緊密結(jié)合,能夠擴(kuò)展到很大的規(guī)模;通過新型的云計(jì)算程序,在網(wǎng)絡(luò)上提供功能更多的實(shí)驗(yàn)程序,為師生提供多樣化的教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理服務(wù)。
基于云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室信息化的解決方案具有無可比擬的優(yōu)勢。
(1)減少初期投資,降低信息化基礎(chǔ)設(shè)施的投資風(fēng)險(xiǎn)。相對傳統(tǒng)的方式,實(shí)驗(yàn)室把應(yīng)用程序部署到云。在虛擬云計(jì)算環(huán)境中,基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)??梢赃m應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的工作量增長和工作負(fù)荷變化的需要,從而減輕實(shí)驗(yàn)室面臨的硬件建設(shè)資金不足問題[4]。
(2)虛擬化技術(shù)降低管理成本。應(yīng)用虛擬化技術(shù),云計(jì)算平臺可以實(shí)現(xiàn)硬件及軟件的虛擬化[5],實(shí)驗(yàn)室云信息化解決方案的優(yōu)勢有兩方面:一是支持傳統(tǒng)方式和云計(jì)算方式混合部署,將軟件直接復(fù)制到對應(yīng)物理節(jié)點(diǎn);二是遷移整體虛擬運(yùn)行環(huán)境而獲得負(fù)載平衡性能,使實(shí)驗(yàn)室的硬件資源能夠以較低成本更好地滿足資源需求,最大限度地處理引用程序生命周期管理問題,也節(jié)省了軟件資金的投入。
(3)資源優(yōu)化,提升資源利用率?;谠朴?jì)算,系統(tǒng)建立在有一定規(guī)模的廉價(jià)服務(wù)器集群之上,通過基礎(chǔ)設(shè)施與應(yīng)用程序的協(xié)同構(gòu)建達(dá)到最大效率利用資源目的。從云計(jì)算平臺的構(gòu)建看,數(shù)據(jù)中心采用虛擬化技術(shù),對分布在互聯(lián)網(wǎng)上的各種資源進(jìn)行分配、均衡負(fù)載、部署軟件、控制安全等,當(dāng)線程壓力過大時(shí),可以瞬間請求更多的資源,壓力變小時(shí),可以將多余的資源釋放[6],達(dá)到充分利用資源的目的。
我校近年來致力于校園實(shí)驗(yàn)信息化環(huán)境建設(shè),建設(shè)有省級計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和網(wǎng)絡(luò)中心,擁有良好的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件,校園網(wǎng)覆蓋面廣。校園網(wǎng)現(xiàn)有約2萬個(gè)信息點(diǎn),覆蓋了教學(xué)大樓、實(shí)驗(yàn)大樓、各系辦公樓、教工宿舍、學(xué)生宿舍等,并采取多項(xiàng)措施開發(fā)和引進(jìn)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)課程、模擬實(shí)驗(yàn)軟件等教學(xué)信息資源。各院系實(shí)驗(yàn)室擁有充實(shí)的后臺服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫,數(shù)字化校園的建設(shè)為構(gòu)建云計(jì)算環(huán)境打下良好的基礎(chǔ)。
基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)信息服務(wù)平臺包括基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用平臺及軟件服務(wù),向用戶提供多樣化的使用管理(見圖1)。
3.1 基礎(chǔ)設(shè)施云化改造
圖1 信息化云計(jì)算平臺架構(gòu)
云計(jì)算的基礎(chǔ)架構(gòu)主要由物理層及資源服務(wù)層構(gòu)成,物理層包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)及存儲,其提供的是HaaS(Hardware as a Service)服務(wù)。云計(jì)算要求物理層的服務(wù)器具有高性能、虛擬化、動(dòng)態(tài)性、擴(kuò)展性和靈活性,通過虛擬化技術(shù)轉(zhuǎn)化為資源池[7]。資源服務(wù)層構(gòu)建在物理層之上,利用虛擬化技術(shù)對底層硬件設(shè)備進(jìn)行管理,提供的服務(wù)為IaaS(Infrastructure as a Service),即將基礎(chǔ)設(shè)施由獨(dú)立的硬件設(shè)備轉(zhuǎn)化為資源池,由統(tǒng)一的管理平臺管理,使物理資源能夠按需地分配到像一臺獨(dú)立的物理服務(wù)器的虛擬機(jī)上。硬件資源將不再分別管理,而是由云計(jì)算平臺統(tǒng)一調(diào)度管理。公用的服務(wù)器也可以租用IaaS提供商的虛擬服務(wù)器,按計(jì)算性能(內(nèi)存、CPU等)和時(shí)間付費(fèi),例如Amazon提供的ElasticCompute Cloud(EC2,彈性可擴(kuò)展云計(jì)算服務(wù))[8]。實(shí)驗(yàn)信息平臺硬件底層基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)過云化改造之后,傳統(tǒng)的基礎(chǔ)物理設(shè)備由同一的資源池代替。這種設(shè)計(jì)方法最大化地利用實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi),提升資源利用率和運(yùn)行的靈活性,降低投入成本,減少浪費(fèi)。
3.2 利用云計(jì)算提供業(yè)務(wù)創(chuàng)建應(yīng)用平臺
實(shí)驗(yàn)信息網(wǎng)用戶的信令、協(xié)議以及昂貴的部署平臺等問題都可以通過云計(jì)算PaaS構(gòu)建來解決。PaaS通過虛擬化技術(shù)提供一個(gè)面向?qū)嶒?yàn)網(wǎng)用戶的完整虛擬平臺,包括用戶操作系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)所需的應(yīng)用開發(fā)程序、運(yùn)行和管理環(huán)境等;云提供商將開發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺及硬件資源提供給使用者;實(shí)驗(yàn)室購買相應(yīng)的服務(wù)就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)和部署。實(shí)驗(yàn)人員可以方便地在這個(gè)虛擬平臺定制、開發(fā)自己的應(yīng)用程序。實(shí)驗(yàn)信息網(wǎng)采用Paas模式,無需擁有或管理服務(wù)器、基礎(chǔ)設(shè)施,可解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)開發(fā)復(fù)雜、速度慢、成本高等問題,使開發(fā)實(shí)驗(yàn)成本降低,大量實(shí)驗(yàn)人員可以進(jìn)入到開發(fā)隊(duì)伍中,使實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)開發(fā)和融合的網(wǎng)絡(luò)[9]。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理平臺的構(gòu)建利用云計(jì)算技術(shù),將實(shí)驗(yàn)資源以服務(wù)的形式提供給用戶。用戶需要使用實(shí)驗(yàn)資源時(shí),只需租用平臺提供的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)和平臺服務(wù)即可[10]。
3.3 以軟件即服務(wù)的形式提供多樣化服務(wù)
通過SaaS(Software as a Service)服務(wù)形式向?qū)嶒?yàn)信息網(wǎng)用戶提供應(yīng)用程序,其特點(diǎn)是用戶通過標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器來使用云計(jì)算平臺上的軟件,而不需要手動(dòng)管理和部署IT環(huán)境,可以定制與創(chuàng)建面向具體應(yīng)用的服務(wù)。開發(fā)成果和數(shù)據(jù)會存儲在Haas中,能隨時(shí)隨地從云端獲取開發(fā)資源,實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性化、服務(wù)整合和信息聚合[11]。
以Google Apps為例,通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器提供應(yīng)用程序服務(wù)。它是一個(gè)集中的系統(tǒng)部署軟件,客戶端在云的遠(yuǎn)程運(yùn)行,實(shí)驗(yàn)信息網(wǎng)的客戶端可以是普通電腦、手機(jī)、iPad等移動(dòng)終端,用戶終端的功能將會被大大簡化,諸多復(fù)雜的功能都將轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)上去完成[12],而客戶端與運(yùn)行平臺無關(guān)。這樣用戶可以在普通電腦和移動(dòng)終端上使用同一軟件,實(shí)現(xiàn)無縫切換。SaaS模式在實(shí)驗(yàn)信息網(wǎng)優(yōu)勢很明顯:軟件使用費(fèi)用低、免維護(hù),統(tǒng)一軟件接口,安全性高。
隨著“實(shí)驗(yàn)云”的建立,實(shí)現(xiàn)了基于虛擬化和分布式的硬件架構(gòu)及基于基礎(chǔ)管理軟件的平臺架構(gòu),這種開放架構(gòu)平臺將實(shí)驗(yàn)管理模塊盡量集約化而不失靈活性,使得實(shí)驗(yàn)室信息的“敏捷管理”成為可能。
有了云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)后,云計(jì)算技術(shù)下的實(shí)驗(yàn)用戶不再局限在固定的地方,用戶只要能接入校園信息網(wǎng),即可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)管理與教學(xué)系統(tǒng),充分利用現(xiàn)有資源,更好地為教學(xué)和科研服務(wù)[13]。在傳統(tǒng)模式下,建立實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)和管理實(shí)驗(yàn)室各種信息資源,首先需要購買服務(wù)器和服務(wù)器應(yīng)用軟件,租用網(wǎng)絡(luò),建立客戶端系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件。這種自給自足的IT運(yùn)算模式形成實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)的基礎(chǔ)設(shè)施,這些基礎(chǔ)設(shè)施需安排專門人員對硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行既耗時(shí)又耗力的維護(hù)工作。如果新建一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)環(huán)境,還要準(zhǔn)備大量的計(jì)算資源,投入大量人力、財(cái)力與時(shí)間,設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)成本很高,而資源可能得不到有效共享和充分利用。
鑒于云計(jì)算的特點(diǎn),結(jié)合我校數(shù)字化校園改革,探索傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室與云計(jì)算環(huán)境下實(shí)驗(yàn)室互補(bǔ)管理模式,構(gòu)建基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)管理平臺(見圖2)。通過現(xiàn)代化、信息化管理手段開發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)資源。實(shí)驗(yàn)室信息化平臺從全局出發(fā),管理著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室資源信息管理、LIMS實(shí)驗(yàn)室管理、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)信息管理及他數(shù)字化設(shè)備,也包括教師端、機(jī)房各辦公應(yīng)用軟件。平臺在實(shí)驗(yàn)信息網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)服務(wù)、軟件和處理能力,同時(shí)共享基礎(chǔ)設(shè)施。
圖2 數(shù)字化校園下的實(shí)驗(yàn)環(huán)境云架構(gòu)
在云計(jì)算環(huán)境下,硬件、平臺、軟件及服務(wù)等資源已經(jīng)不再局限在服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)帶寬等物理范疇,在邏輯上以單一整體的程序軟件形式呈現(xiàn),通過虛擬化技術(shù)服務(wù)提供給使用者。這些資源服務(wù)可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展和配置,使得資源的規(guī)??梢詣?dòng)態(tài)適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)網(wǎng)用戶規(guī)模變化。用戶在使用云資源時(shí),系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)整和分配用戶資源,以最小規(guī)模滿足高峰期的需求,達(dá)到高效率地使用實(shí)驗(yàn)信息網(wǎng)資源的目的。
此外,用戶終端可以沒有操作系統(tǒng)和存儲設(shè)備,只需要裝有瀏覽器就可以完成一切使用及管理工作,且不受時(shí)間及空間限制,可以極大地提高工作效率。從整體來看,有效地規(guī)劃實(shí)驗(yàn)室的管理,能對實(shí)驗(yàn)室信息資源進(jìn)行更好的組織分類。學(xué)生可以在云中快速發(fā)現(xiàn)自己需求的信息,教師及管理者可以科學(xué)、規(guī)范地管理資源,以最有效的方式為學(xué)生提供服務(wù)。
云計(jì)算技術(shù)的演進(jìn)給實(shí)驗(yàn)室管理帶來了最先進(jìn)的管理模式,高校實(shí)驗(yàn)室借助云計(jì)算實(shí)現(xiàn)信息化的規(guī)劃、體系建設(shè)及關(guān)鍵信息化項(xiàng)目的實(shí)施,能有效滿足實(shí)驗(yàn)室對信息化管理、科學(xué)研究支撐等需求。云計(jì)算實(shí)現(xiàn)的過程即是實(shí)驗(yàn)室信息化的過程。
云計(jì)算的時(shí)代已經(jīng)逐步到來,云計(jì)算技術(shù)解決了資源利用率、計(jì)算能力不足和成本問題,實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)一步發(fā)展也確實(shí)需要依靠云計(jì)算。高校在充分了解和認(rèn)識云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建基于云計(jì)算的資源節(jié)約型實(shí)驗(yàn)信息環(huán)境,對高校信息化管理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具有重要的意義。
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Strategy and method of cloud computation of university laboratory informationization
Chen Changxing
(Education Technology and Computer Center,Zhaoqing University,Zhaoqing 526061,China)
This paper introduces cloud-based computing technology to make full use of existing resources and environment of the university laboratory construction,helps to give full play to the performance of resources,to improve utilization rate and sharing,and to adapt to the development needs of information technology in the teaching laboratory solutions and methods.Following the university laboratory information construction angle analysis of experimental information technology management in the process of building,combining the technical characteristics of cloud computation,and the application of cloud computing technology strategy and implementation methods in the construction of experimental information and from information technology to lead the transformation and upgrading of laboratory applications management,this paper effectively promotes the construction and development of the university laboratory,and provides a reference and inspiration for the development of China’s higher education information technology.
laboratory informationization;cloud computation;cloud transformation
TP308
A
1002-4956(2014)1-0221-04
2013-05-21
陳昌興(1982—),男,廣東陽江,碩士,實(shí)驗(yàn)師,主要研究方向?yàn)楦咝?shí)驗(yàn)管理和網(wǎng)絡(luò)教學(xué).