公共服務(wù)體系中的計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)基礎(chǔ)研究

范開濤　江嘉

摘要：結(jié)合多年的教學(xué)與管理經(jīng)驗(yàn)，公共計(jì)算機(jī)教學(xué)部門通過教育技術(shù)應(yīng)用研究，可以建立一個(gè)優(yōu)質(zhì)的、開放的、共享的計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)。在其基礎(chǔ)建設(shè)過程中，結(jié)合高等教育的改革方向，提出了計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)基礎(chǔ)的建設(shè)思路和基本內(nèi)容，既充分利用現(xiàn)有的硬件環(huán)境，整合已有軟件系統(tǒng)，又開展前沿教育技術(shù)的研究，研發(fā)軟件系統(tǒng)，健全平臺(tái)基礎(chǔ)功能。通過該項(xiàng)研究對(duì)于降低教育技術(shù)項(xiàng)目建設(shè)投入成本，提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織能力，促進(jìn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源優(yōu)化配置與共享，建立健全高校實(shí)踐教學(xué)公共服務(wù)體系功能有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)實(shí)踐；平臺(tái)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；資源；公共服務(wù)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-5039（2014）28-6678-04

1 概述

如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)更新速度非?？欤晕锫?lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術(shù)對(duì)大學(xué)畢業(yè)生計(jì)算機(jī)水平的要求也在日益提高，肩負(fù)著大學(xué)生計(jì)算機(jī)能力培養(yǎng)責(zé)任的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)[1]。同時(shí)，由于技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致計(jì)算設(shè)備需要持續(xù)快速更新，這與我國(guó)中西部地方性高校普遍存在的教學(xué)經(jīng)費(fèi)相對(duì)不足形成了突出的矛盾。地方性高校公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室普遍存在經(jīng)費(fèi)緊張、硬件設(shè)施比較缺乏[2]、實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織管理水平較低、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源沒有得到高效利用等問題。

為了改變實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用率低收益差、缺乏共享的實(shí)驗(yàn)基地、培養(yǎng)人才與社會(huì)需求脫節(jié)等問題[3]，全面整合信息技術(shù)與教學(xué)環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)室教學(xué)組織能力及資源整合程度，使實(shí)驗(yàn)室能最大限度地支撐地方性高校高等教育深化改革與發(fā)展，構(gòu)建教育信息化公共信息服務(wù)體系，使其成為師生進(jìn)行科學(xué)研究、科技創(chuàng)新的基地，已成為公共計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)基礎(chǔ)的具體建設(shè)目標(biāo)。

2 現(xiàn)狀分析

2010年國(guó)家發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，明確提出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。2012年教育部發(fā)布《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，其中提出“高等教育信息化是促進(jìn)高等教育改革創(chuàng)新和提高質(zhì)量的有效途徑，是教育信息化發(fā)展的創(chuàng)新前沿”。為貫徹落實(shí)《綱要》和《規(guī)劃》精神，更好適應(yīng)高等教育發(fā)展及高等學(xué)校改革的需要，推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)的深入融合，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法信息化，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高教學(xué)質(zhì)量，各高等學(xué)校紛紛開展教育技術(shù)研究， 提高本科教學(xué)質(zhì)量，深化教學(xué)改革，全面推進(jìn)高校教育現(xiàn)代化。

各高校還依據(jù)或參考教育部實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的要求，形成層次清晰、責(zé)權(quán)明確的現(xiàn)代化管理體制和高效率、智能化的運(yùn)行機(jī)制，注重創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，積極創(chuàng)設(shè)各種有利條件支持大學(xué)生研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展[4]。為適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的全面改革，充分整合教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)室資源是行之有效的管理手段，也是改變傳統(tǒng)教學(xué)模式、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作能力和創(chuàng)造性思維的必由之路[5]。

近年來從“985工程”、“211工程”高校到普通地方性高校，都出現(xiàn)了公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室面對(duì)學(xué)生開放的教學(xué)實(shí)習(xí)機(jī)時(shí)數(shù)基本穩(wěn)定在教學(xué)計(jì)劃核定數(shù)，但學(xué)生缺少上機(jī)熱情，影響教學(xué)培養(yǎng)效果；課外自主實(shí)習(xí)機(jī)時(shí)數(shù)逐年減少，學(xué)生不再熱衷于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)學(xué)習(xí)的現(xiàn)象（見表1） ，這類現(xiàn)象在普通地方性高校尤為突出。

另一個(gè)值得關(guān)注的問題是中西部地區(qū)高等院校在不斷擴(kuò)大學(xué)校辦學(xué)規(guī)模、整合高校辦學(xué)資源的同時(shí)，高校公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備顯得陳舊，建設(shè)與優(yōu)化顯得相對(duì)滯后，公共服務(wù)能力顯得捉襟見肘。公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室不僅要承擔(dān)學(xué)生數(shù)不斷增加的計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)類課程的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，還要承擔(dān)在各新校區(qū)專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)（各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在新校區(qū)的建設(shè)相對(duì)落后）以及各門實(shí)驗(yàn)課程的無(wú)紙化考試任務(wù)等。此外各高校近年改變教學(xué)觀念更加重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科研能力，在公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室開設(shè)各種形式的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程；利用公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室開展獲批的各級(jí)“大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目與“大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目。以具有代表性的某地方性高校公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室為例，在用設(shè)備狀況與目標(biāo)任務(wù)反差逐年擴(kuò)大（見圖1和圖2） 。

計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度緩慢，存儲(chǔ)空間不足等突出問題，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)效果越來越差。不能滿足日常實(shí)踐教學(xué)要求，如何談提高實(shí)踐教學(xué)水平？這些不斷擴(kuò)容的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)、創(chuàng)新的教學(xué)模式與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室功能形成了無(wú)法回避的矛盾。新形勢(shì)下的教育發(fā)展目標(biāo)要求我們必須提出新的觀念去改革實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)，建設(shè)好公共“計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)”基礎(chǔ)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和科學(xué)技術(shù)研究支持功能，為高校師生提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的、適應(yīng)教育事業(yè)發(fā)展的教學(xué)和科研環(huán)境。

3 研究?jī)?nèi)容

本文所指的計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)是大平臺(tái)概念，既包括技術(shù)層面的硬件、計(jì)算機(jī)軟件等基礎(chǔ)設(shè)施，也包括教學(xué)手段、教學(xué)方法以及教學(xué)機(jī)制等上層內(nèi)容，其中基礎(chǔ)設(shè)施是本文研究的內(nèi)容，而上層內(nèi)容不在本文討論的范圍內(nèi)。該文提出了一個(gè)新的概念—“計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)基礎(chǔ)”（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)基礎(chǔ)”），它是指由計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代教育技術(shù)等工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的教學(xué)與管理環(huán)境，是提高教學(xué)水平與效果、打造國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的重要支撐環(huán)境。

“平臺(tái)基礎(chǔ)”的建設(shè)思路是采用虛擬技術(shù)充分利用現(xiàn)有服務(wù)器與存儲(chǔ)硬件資源，有效控制用于硬件采購(gòu)的資金投入規(guī)模；深度整合現(xiàn)有學(xué)?；虿块T的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)（例如：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、無(wú)紙化考試測(cè)評(píng)系統(tǒng)、內(nèi)部管理系統(tǒng)等），提升現(xiàn)有系統(tǒng)的管理與服務(wù)功能；以實(shí)驗(yàn)室專業(yè)技術(shù)人員為主，研究與開發(fā)新系統(tǒng)，建立健全計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)的整體功能。

“平臺(tái)基礎(chǔ)”的具體研究?jī)?nèi)容主要包括構(gòu)建其體系結(jié)構(gòu)、利用前沿信息技術(shù)在學(xué)?，F(xiàn)有硬件條件下提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率、規(guī)劃建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)資源、構(gòu)建完善計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)平臺(tái)。具體的研究?jī)?nèi)容和成果包括如下4個(gè)方面：

1） “平臺(tái)基礎(chǔ)”的體系結(jié)構(gòu)

“平臺(tái)基礎(chǔ)”的體系結(jié)構(gòu)總共由4個(gè)層次組成，見表2。最底層硬件層由各高校的現(xiàn)有投入硬件設(shè)施完成，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是避免硬件設(shè)施的重復(fù)投資，提高硬件設(shè)施的利用效率，特別適合于資金相對(duì)緊張的高等院校。第二層由計(jì)算機(jī)的核心前沿技術(shù)組成，主要技術(shù)為計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)、并行計(jì)算、分布式計(jì)算和云技術(shù)等。計(jì)算機(jī)的虛擬技術(shù)主要解決設(shè)備復(fù)用，提高設(shè)備運(yùn)行效率的問題。并行計(jì)算和分布式計(jì)算主要為解決大型科學(xué)計(jì)算等問題。云技術(shù)和虛擬技術(shù)是本層的核心內(nèi)容，它可以解決計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲(chǔ)不靈活、適用性差的問題。第三層由各種形式的數(shù)字化資源構(gòu)成，例如：數(shù)字化圖書、期刊、論文庫(kù)、計(jì)算機(jī)軟件等。第四層由多個(gè)與計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)、管理環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

2） 利用計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)，提高設(shè)備利用效率

計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)是近年來新興的一門計(jì)算機(jī)技術(shù)，它能有效提高設(shè)備使用效率，例如：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，有多少門課程就要安裝多少套軟件，再好的計(jì)算機(jī)也要變得運(yùn)行緩慢，影響教學(xué)。有了虛擬桌面可以為每個(gè)班級(jí)、甚至是每個(gè)學(xué)生提供個(gè)性化的桌面，桌面上只有當(dāng)前課程需要的教學(xué)軟件，這樣做的好處是不僅提高了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，同時(shí)還保障了良好的教學(xué)秩序，學(xué)生不能在課堂上從事聊天、玩游戲、看電影等與教學(xué)無(wú)關(guān)的活動(dòng)。利用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室桌面的虛擬化，減輕桌面計(jì)算機(jī)的計(jì)算壓力和存儲(chǔ)壓力，充分利用其硬件性能。在部署虛擬化的過程中，由于把桌面計(jì)算機(jī)的壓力轉(zhuǎn)到服務(wù)器端，所以需要同時(shí)利用云計(jì)算和云存儲(chǔ)來充分有效地利用服務(wù)器硬件資源，以達(dá)到負(fù)載合理分配的問題。

此外云技術(shù)的有效實(shí)施也能給交叉學(xué)科提供科學(xué)計(jì)算功能，讓公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備不僅能服務(wù)公共課程，也能為專業(yè)課、科學(xué)研究提供服務(wù)，擴(kuò)寬了適用范圍，提高了設(shè)備利用率。

3） 建設(shè)各類計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)資源庫(kù)

實(shí)施優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源建設(shè)與共享是推進(jìn)教育信息化的基礎(chǔ)工程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室通過多年的工作可以積累到覆蓋多學(xué)科多專業(yè)、門類眾多的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)軟件、課件等教學(xué)資源。以教育科研網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為媒介，建設(shè)、整合、優(yōu)化一個(gè)覆蓋面廣的、優(yōu)質(zhì)的、開放的、共享的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)資源庫(kù)，成為了一項(xiàng)具有實(shí)際價(jià)值的教育技術(shù)應(yīng)用研究?jī)?nèi)容。通過該資源庫(kù)的建設(shè)，加強(qiáng)計(jì)算中心的資源服務(wù)能力，完善學(xué)校教學(xué)公共服務(wù)體系，可以讓所有學(xué)習(xí)者方便快捷地享有優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源。①遴選深度融入學(xué)科教學(xué)的課件素材、課件制作工具、習(xí)題庫(kù)、試題庫(kù)、綜合設(shè)計(jì)題庫(kù)、實(shí)習(xí)項(xiàng)目庫(kù)、國(guó)際國(guó)內(nèi)大賽獲獎(jiǎng)作品、優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)作品、優(yōu)秀學(xué)位成果作品、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。②建立規(guī)范而豐富的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)資源種類，開發(fā)管理維護(hù)工具和使用工具（支持計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備），促進(jìn)學(xué)生從傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式向“以資源為中心的自主性學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)”模式轉(zhuǎn)變。③計(jì)算機(jī)云技術(shù)是一種新興的前沿技術(shù)，也是教育部“建設(shè)信息化公共支撐環(huán)境，提升公共服務(wù)能力和水平”的主要任務(wù)，改變傳統(tǒng)以設(shè)備為中心的共享模式，建立以信息為中心的云共享模式，以校園網(wǎng)絡(luò)為媒介，向所有師生開放資源庫(kù)，擴(kuò)大受益面。

該資源庫(kù)主要的分為教學(xué)性資源、科研性資源、過程性資源三個(gè)類別，其主要結(jié)構(gòu)見表3“計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)資源庫(kù)主要結(jié)構(gòu)”。其中教學(xué)性資源包括電子課件、電子教案、教學(xué)案例、多媒體教學(xué)文件、參考資料、計(jì)算機(jī)課程軟件、計(jì)算機(jī)工具軟件、開源軟件等內(nèi)容。科研性資源包括科研課題申請(qǐng)書、開題報(bào)告、中期報(bào)告、結(jié)題報(bào)告、科研論文、專著等內(nèi)容。過程性資源包括實(shí)驗(yàn)筆記、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)作品等內(nèi)容。

4） 構(gòu)建并完善各類開放式應(yīng)用軟件系統(tǒng)

通過全面整合現(xiàn)有軟件系統(tǒng)，建設(shè)新的軟件系統(tǒng)建立健全計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)功能，實(shí)現(xiàn)包括實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)信息數(shù)字化、規(guī)范科學(xué)的實(shí)驗(yàn)室開放管理、項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)室流程管理等方面的實(shí)驗(yàn)室綜合信息化管理，覆蓋計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)與計(jì)算機(jī)專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的銜接，其整體結(jié)構(gòu)如圖3“計(jì)算機(jī)實(shí)踐信息管理平臺(tái)”。

本文提出的應(yīng)用層的創(chuàng)新點(diǎn)是把應(yīng)用軟件分為3個(gè)大類：管理信息系統(tǒng)類、教學(xué)過程與評(píng)價(jià)類、專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，有別于傳統(tǒng)概念的前2個(gè)分類。其中專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是虛擬化、個(gè)性化和學(xué)科專業(yè)化。學(xué)生可以帶著自己申請(qǐng)的項(xiàng)目或?qū)煹捻?xiàng)目，走進(jìn)公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，利用這里基于虛擬技術(shù)的專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開展科學(xué)與技術(shù)研究。它可以利用現(xiàn)有國(guó)家教育主管部門培育的“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃”、“大學(xué)生創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”、“大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃”、“大學(xué)生競(jìng)賽”等項(xiàng)目平臺(tái)，有效地提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐、技術(shù)創(chuàng)新、科研等能力，為國(guó)家發(fā)展輸出有用的人才。

4 結(jié)束語(yǔ)

教育信息化是推進(jìn)教育改革與發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，隨著教育信息化的推進(jìn)，公共計(jì)算機(jī)教學(xué)部門成為了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化、高度數(shù)字化的實(shí)踐教學(xué)中心。我國(guó)教育信息化發(fā)展現(xiàn)在已進(jìn)入普適計(jì)算的興起階段[10]，我們應(yīng)該在高等學(xué)校發(fā)展期間，利用好學(xué)校現(xiàn)有硬件條件，進(jìn)一步改變傳統(tǒng)觀念，緊扣時(shí)代脈搏，深度融入前沿計(jì)算機(jī)與教育技術(shù)，建設(shè)優(yōu)質(zhì)的計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)，完善信息化管理體系，提高信息化管理水平。

公共服務(wù)體系是高等院校未來發(fā)展的必由之路，公共計(jì)算機(jī)實(shí)踐平臺(tái)在公共服務(wù)體系中的將發(fā)揮極其重要的作用。高等院校要實(shí)現(xiàn)快速而健康的發(fā)展，首先要實(shí)事求是把“平臺(tái)基礎(chǔ)”建設(shè)扎實(shí)、打牢基礎(chǔ)。該文的創(chuàng)新點(diǎn)是按照4層體系結(jié)構(gòu)組織“平臺(tái)基礎(chǔ)”，利用前沿計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)，充分利用學(xué)?，F(xiàn)有資產(chǎn)，合理節(jié)約建設(shè)成本；在滿足傳統(tǒng)公共計(jì)算機(jī)課程的條件下，增加個(gè)性化的專業(yè)化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以滿足培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新科研能力的要求。

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