開放共享的實驗教研環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用研究

王　健, 王宏偉, 韓少鋒

(中央財經(jīng)大學(xué) 教學(xué)技術(shù)服務(wù)中心, 北京　100081)

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開放共享的實驗教研環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用研究

王健, 王宏偉, 韓少鋒

(中央財經(jīng)大學(xué) 教學(xué)技術(shù)服務(wù)中心, 北京100081)

闡述了經(jīng)濟與管理實驗教研環(huán)境開放共享的必要性,分析了目前高校教研環(huán)境開放共享的現(xiàn)狀和存在的不足。以中央財經(jīng)大學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心自主研發(fā)的彩云教學(xué)平臺建設(shè)和應(yīng)用為例,分享了利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)實驗教研環(huán)境開放共享的經(jīng)驗,展示了虛擬化技術(shù)在實驗教研領(lǐng)域的優(yōu)點以及教研環(huán)境開放與共享對促進學(xué)生學(xué)習(xí)的積極作用。

虛擬化技術(shù)； 開放共享； 實驗教研環(huán)境與資源

近年來,高等院校迎來了90后甚至更加年輕的學(xué)生群體,這個群體獲取信息的方式、學(xué)習(xí)模式和偏好都與過往代際有著顯著的差異[1],傳統(tǒng)獨立和封閉的教研環(huán)境已經(jīng)不能完全滿足新生代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。如何利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)實驗教研環(huán)境的開放共享？實驗教研環(huán)境的開放共享會給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來什么樣的影響？本文結(jié)合中央財經(jīng)大學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心自主研發(fā)的彩云教學(xué)平臺的創(chuàng)新實踐進行研究。

1　開放共享的實驗教研環(huán)境建設(shè)的必要性

傳統(tǒng)的教學(xué)與研究環(huán)境包括教室、實驗室、圖書館等傳統(tǒng)的教學(xué)與研究實體空間和設(shè)施及其資源,通常,不同的實體空間承載不同的學(xué)習(xí)資源,服務(wù)不同的教學(xué)與研究活動,教師和學(xué)生需要根據(jù)不同的教學(xué)與研究任務(wù)在不同的實體空間轉(zhuǎn)換。隨著時代的變遷和高等教育對象的變化,傳統(tǒng)的教研環(huán)境的局限性開始凸現(xiàn)[2-3]。王健等(2015)以經(jīng)濟管理實驗教學(xué)為例,闡述了學(xué)生代際變更對教研環(huán)境創(chuàng)新提出的新需求[1],主要表現(xiàn)在作為“數(shù)字原著民”,90后大學(xué)生對隨時隨地隨心安排教與學(xué)的需求變得更加強烈,不再滿足于在固定地點、固定時間用固定PC終端進行教與學(xué),對能夠構(gòu)建個性化的自主探究式學(xué)習(xí)環(huán)境的需求更加迫切[4-6]。根據(jù)對中央財經(jīng)大學(xué)1 731名90后學(xué)生(包括本科生和研究生)的抽樣調(diào)查,90后學(xué)生對教研環(huán)境各主要要素的評價中,“學(xué)習(xí)資源隨時隨地可以獲取”的重要程度評價得分高居榜首,均值達到4.43分(5分為非常重要)。超過90%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)資料隨時隨地可以獲取是重要的,其中,55%的學(xué)生認(rèn)為非常重要,37%的學(xué)生認(rèn)為比較重要(詳見圖1和圖2)。

圖1　90后學(xué)生對教研環(huán)境各要素重要程度的評價

圖2　學(xué)習(xí)資源隨時隨地可以獲取的重要程度

要實現(xiàn)90后學(xué)生最期待的“學(xué)習(xí)資源隨時隨地可以獲取”,隨時隨地開展個性化的自主探究式學(xué)習(xí),需要傳統(tǒng)的教研環(huán)境從封閉和獨立走向開放和共享。對教研環(huán)境的開放共享可以有2個緯度的解讀,一個緯度是開放共享的內(nèi)容,包括實體學(xué)習(xí)空間的開放共享和學(xué)習(xí)資源的開放共享,另一個緯度是開放共享的對象,包括對校內(nèi)師生的開放共享和校際間及學(xué)校與業(yè)界機構(gòu)間的開放共享。

縱觀高校近年來教研環(huán)境開放共享的現(xiàn)狀,從第一個緯度看,高校普遍開展的校園信息化正在使實體學(xué)習(xí)空間及其內(nèi)部硬件設(shè)施(包括大型儀器)的全面開放和按需預(yù)約使用成為現(xiàn)實,在數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的開放共享方面,已經(jīng)較好地實現(xiàn)了數(shù)字化文獻和大部分非限定使用終端的數(shù)據(jù)庫資源,以及基于B/S架構(gòu)的軟件系統(tǒng)共享,但對于限定在實驗室使用的數(shù)據(jù)資源以及非B/S架構(gòu)的軟件,尤其是需要良好硬件支持的大型軟件開放共享方面進展較慢。此外,隨著大數(shù)據(jù)和云計算的發(fā)展,除了自然科學(xué),社會科學(xué)領(lǐng)域也產(chǎn)生了對高性能計算的需求,對計算資源的開放共享需求與日俱增,但尚未引起充分的重視。從第二個緯度看,高校目前普遍的重點是針對校內(nèi)師生的開放共享,而校際間以及學(xué)校與業(yè)界機構(gòu)間的開放共享，從系統(tǒng)架構(gòu)到實際應(yīng)用都仍在探索之中[7]。

2　開放共享的實驗教研環(huán)境建設(shè)創(chuàng)新實踐

基于對高校實驗教研環(huán)境開放共享現(xiàn)狀的調(diào)研和需求分析,我校經(jīng)濟與管理實驗教學(xué)中心在國家級實驗教學(xué)示范中心的基礎(chǔ)上,以自主研發(fā)的彩云教學(xué)平臺為依托,以開放與共享實驗教研資源為核心,以提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力為宗旨,開始了實驗教研環(huán)境開放共享的創(chuàng)新實踐。

中心提出了“實驗室即服務(wù)”的理念,化實驗室為無形,使實驗室教研資源成為像電和網(wǎng)絡(luò)一樣可以讓師生觸手可及的無形資源。中心利用互聯(lián)網(wǎng)、虛擬化、云計算技術(shù)自主研發(fā)了包含教學(xué)服務(wù)云、科研服務(wù)云和基礎(chǔ)管理服務(wù)云在內(nèi)的中央財經(jīng)大學(xué)彩云教學(xué)平臺(技術(shù)架構(gòu)見圖3),該平臺整合了實驗教學(xué)云桌面、科研云桌面、金融數(shù)據(jù)終端、各類實驗教學(xué)軟件、實驗室管理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等應(yīng)用,突破傳統(tǒng)實驗室的時間和空間限制,實現(xiàn)了高度靈活的實驗教研資源的開放與共享[8-10]。

圖3　彩云教學(xué)平臺技術(shù)架構(gòu)

具體來說,在虛擬實驗環(huán)境、軟件資源、數(shù)據(jù)資源、計算資源和存儲空間5個方面實現(xiàn)了資源的開放與共享。

2.1實驗環(huán)境開放與共享

基于虛擬化技術(shù)的彩云教學(xué)平臺具備5個特性,可以實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)支持下,任何人在任何地點、任何時間的使用:

(1) 跨地域性。通過虛擬實驗環(huán)境的方式將實驗環(huán)境通過網(wǎng)絡(luò)的方式共享,全校師生都可以通過網(wǎng)絡(luò)來獲取自己擁有授權(quán)的實驗環(huán)境,打破了傳統(tǒng)PC將實驗環(huán)境固定在實驗室的場地限制。

(2) 跨時間性。通過虛擬實驗環(huán)境的方式可允許用戶7×24 h使用實驗軟件和數(shù)據(jù),打破了傳統(tǒng)學(xué)生實驗只能在上課時間到實驗室應(yīng)用相關(guān)教學(xué)軟件和數(shù)據(jù)的時間限制。

(3) 多終端訪問。用戶可通過手機、平板以及PC等終端來訪問虛擬實驗環(huán)境,解決了由于終端配置過低不能開展實驗的問題。

(4) 唯一性。用戶在任何時間、任何地點都可對同一個虛擬實驗環(huán)境進行訪問,可持續(xù)進行操作和運算,比如在學(xué)校沒有完成的實驗,回家之后可在原實驗任務(wù)上繼續(xù)進行。

(5) 零客戶端維護。虛擬化的系統(tǒng)架構(gòu)替換了傳統(tǒng)的PC,將硬件事故率直降為零,維護管理人員通過管理中心的模板、快照、任務(wù)調(diào)度等功能提高工作效率,實現(xiàn)遠程處理終端問題。

2.2軟件資源開放與共享

傳統(tǒng)軟件部署需要在所有計算機上進行安裝并購買足夠的License軟件，License成本以及人工安裝的成本都非常高,彩云教學(xué)平臺則可以實現(xiàn)軟件授權(quán)在課程內(nèi)和課題組內(nèi)的共享。

(1) 軟件授權(quán)資源在課程內(nèi)共享。通過軟件集中授權(quán)及云桌面的方式,只要在教學(xué)桌面模板中完成軟件部署,發(fā)布共享桌面即可,無須重復(fù)部署。

(2) 課題組內(nèi)軟件共享。傳統(tǒng)科研或課題組是多人多臺計算機,不僅每臺計算機均需部署軟件,也很難實現(xiàn)課題組內(nèi)的資料共享。通過建立科研云共享桌面,只需部署一臺服務(wù)器一套軟件,通過授權(quán)即可在課題組內(nèi)共享此桌面,工作時相互間并不影響,節(jié)約軟件成本的同時提升資料的共享與協(xié)作效率[11]。

2.3數(shù)據(jù)資源開放與共享

經(jīng)管實驗教學(xué)中,一些有限的數(shù)據(jù)終端使用受限于使用環(huán)境(如需要實驗室或高配置的硬件等),過去無法全天候開放給全校師生使用。彩云教學(xué)平臺通過池化技術(shù)及時間序列技術(shù),將數(shù)據(jù)終端的申請、使用完全網(wǎng)絡(luò)化,同時可以根據(jù)需求提供給任何系統(tǒng)下的用戶,可達到如下效果:

(1) 降低成本,避免院系之間的重復(fù)購買。

(2) 提升資源利用率。通過對數(shù)據(jù)資源的共享,可允許用戶7×24 h訪問數(shù)據(jù)資源。

2.4計算資源開放與共享

彩云教學(xué)平臺通過對計算資源的整合和虛擬化,構(gòu)建了統(tǒng)一的計算資源池,可以實現(xiàn):

(1) 計算資源統(tǒng)配通用即取即用。用戶通過在線申請的方式申請資源,彩云教學(xué)平臺即時從計算資源池中統(tǒng)一調(diào)配資源分配給用戶,用戶申請周期結(jié)束后,彩云教學(xué)平臺對資源動態(tài)回收,無需人工干預(yù)。資源使用期間,如果用戶離線或無操作,對計算資源池基本無損耗,保障資源的高利用率。

(2) 高性能計算資源的開放與共享,校內(nèi)外學(xué)生都可使用。彩云教學(xué)平臺通過將高性能計算資源云化,實現(xiàn)了高性能計算資源的共享,所有用戶都可通過云桌面的方式使用高性能計算資源,突破了傳統(tǒng)高性能運算在固定使用地點和時效性方面的限制[12-13]。

2.5存儲空間開放與共享

彩云教學(xué)平臺對存儲空間的保障主要包括通過磁盤虛擬化保證系統(tǒng)空間和通過NAS保證文件空間2種方式:

(1) 磁盤虛擬化保證系統(tǒng)空間。通過磁盤虛擬化的方式可提升磁盤空間的使用率,按照傳統(tǒng)存儲磁盤分配方式,給某一應(yīng)用系統(tǒng)或服務(wù)器分配磁盤之后,空間即標(biāo)記為占用。通過池化方式實現(xiàn)的存儲磁盤供給,存儲空間的利用率取決于2個卷實現(xiàn)的空間占用,不受預(yù)分配的限制,節(jié)省大量磁盤空間,提升存儲系統(tǒng)的利用率。

(2) NAS存儲保證文件空間。用戶文件對存儲的需求通過NAS來保障,通過與AD的集成,NAS存儲會為每個用戶提供一個數(shù)據(jù)空間,該數(shù)據(jù)空間通過組策略的方式在用戶登錄系統(tǒng)的時候掛載為系統(tǒng)的磁盤,盤符為Z盤。通過NAS存儲共享文件空間的方式，既保障了用戶在不同設(shè)備不同桌面間的數(shù)據(jù)傳輸,同時也為用戶數(shù)據(jù)提供了更為安全的保障。

盡管虛擬化技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用已較為成熟[12],但在高等教育教學(xué)和科研中的應(yīng)用還不是十分廣泛,主要難點在于教學(xué)云桌面存在多周期性、多樣化和個性化的需求,并且對專業(yè)軟件虛擬化的要求也很高。我校教學(xué)技術(shù)服務(wù)中心的技術(shù)團隊進行了深入的需求調(diào)研和高強度的技術(shù)研發(fā),攻克了云桌面整合、虛擬化存儲整合、全流程自定義、自動化部署等難題,整合了教學(xué)、科研、數(shù)據(jù)終端及實驗軟件應(yīng)用等各個方面的使用需求,實現(xiàn)了實驗教研資源的申請受理、審批、部署、發(fā)放和回收全部自動化。教師和學(xué)生可以通過彩云教學(xué)平臺實現(xiàn)教研資源的在線申請,在網(wǎng)絡(luò)可達的條件下以云桌面為載體隨時隨地使用教研資源。在實驗教學(xué)上,同一門實驗課的學(xué)生可以通過中心分配的預(yù)裝該實驗課所需軟件和數(shù)據(jù)的云桌面實現(xiàn)教研資源共享,而且學(xué)生不限于本校,支持多校際合作教學(xué)。在科研上,通過彩云教學(xué)平臺為科研課題組配置科研共享服務(wù)器,共享軟件、數(shù)據(jù)、科研文檔以及計算資源,可以靈活地開展跨校、跨業(yè)界、跨國的科研合作。

基于虛擬化技術(shù)實現(xiàn)高度靈活的教研環(huán)境開放共享,還為高校實驗教研環(huán)境建設(shè)探索出一條新路,改變目前各家高校均全面建設(shè)教研資源的局面,各高?？蓪⒅攸c放在建設(shè)本校優(yōu)勢學(xué)科的優(yōu)勢教研資源,通過開放共享的方式實現(xiàn)高校間實驗教研資源的優(yōu)勢互補,使各高校節(jié)約整體建設(shè)成本的同時,又能使用到最好的教研資源。

3　實驗教研環(huán)境開放共享應(yīng)用效果分析

從2014年秋季學(xué)期開始,在實驗課教學(xué)中啟用彩云教學(xué)平臺,為師生提供開放共享的教研環(huán)境,師生可以在網(wǎng)絡(luò)可達的條件下隨時隨地開設(shè)實驗課并使用實驗室的所有教研資源,滿足跨學(xué)科的綜合型實驗和研究型創(chuàng)新實驗的需要,為培養(yǎng)新生代財經(jīng)人才提供了個性化自主學(xué)習(xí)的環(huán)境。

3.1應(yīng)用概況

2014—2015年,連續(xù)3個學(xué)期有31門課程通過彩云教學(xué)平臺進行實驗教學(xué),為學(xué)校1 926名學(xué)生提供了開放共享的教研環(huán)境支撐(見表1)。

表1　使用彩云教學(xué)平臺教學(xué)的實驗課程表

數(shù)據(jù)顯示,在開放共享的教研環(huán)境下,實驗軟件及數(shù)據(jù)資源的利用率大幅提升,尤其顯示學(xué)生在晚上(傳統(tǒng)實驗室非開放時間段)的使用率非常高,教研資源的價值得到充分體現(xiàn)。

特別需要指出的是,通過彩云教學(xué)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)在傳統(tǒng)實驗室環(huán)境下無法實現(xiàn)的開放共享,滿足高層次的實驗教學(xué)對海量真實數(shù)據(jù)、高性能計算資源以及交叉學(xué)科實驗環(huán)境的需求。

實驗課“大數(shù)據(jù)分布式計算”即是受益于教研環(huán)境開放共享的典型案例。該課程是我校聯(lián)合北京大學(xué)等5所高校建立的大數(shù)據(jù)分析碩士培養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新平臺中的一門核心實驗課,由于跨校際開課,同時實驗數(shù)據(jù)量巨大,受限于計算能力和存儲空間,在傳統(tǒng)的教研環(huán)境下難以開展真實的大數(shù)據(jù)分析實驗。如今,彩云教學(xué)平為該實驗課提供了高性能計算環(huán)境和海量數(shù)據(jù)的存儲空間,實驗教師要求學(xué)生利用云桌面接入高性能計算平臺進行數(shù)據(jù)挖掘,并完成課程作業(yè)。同時,平臺靈活的開放共享特性，使得來自5所學(xué)校的學(xué)生能夠方便地在自己的學(xué)校通過云桌面使用我校的高性能計算資源。

此外,我校還有部分教師在彩云教學(xué)平臺高性能計算資源的支持下開展高頻交易的研究和數(shù)據(jù)挖掘與商務(wù)智能領(lǐng)域的科研工作,以及統(tǒng)計與數(shù)學(xué)學(xué)院4支學(xué)生團隊利用彩云教學(xué)平臺的高性能計算資源參加360金融數(shù)據(jù)分析大賽和阿里巴巴天池大數(shù)據(jù)競賽。彩云教學(xué)平臺共為上述科研活動提供了5臺高性能計算節(jié)點(每臺2顆8核CPU128G內(nèi)存)、4臺分布式文件存儲節(jié)點、完整的統(tǒng)計和計算軟件及開發(fā)環(huán)境,通過部署分布式計算任務(wù)排隊以及資源分配系統(tǒng)將主要計算任務(wù)集中在周末和夜晚,充分利用資源又不與教學(xué)沖突,用戶可以依照計算需求請求計算資源,8個月完成超過9萬h CPU計算量。

3.2應(yīng)用效果調(diào)查

基于虛擬化技術(shù)的教研環(huán)境開放共享受到了師生的普遍歡迎,尤其對95后為主的新生代大學(xué)生,充足且方便獲取的教研資源大大激發(fā)了其主動探索的創(chuàng)新精神。在2014—2015學(xué)年的2個學(xué)期期末,對使用彩云教學(xué)平臺學(xué)習(xí)的學(xué)生進行了問卷調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示,對彩云教學(xué)平臺帶來的好處得到肯定最多的3個方面，分別是突破時空限制、預(yù)裝應(yīng)用軟件、可使用不易用到的數(shù)據(jù)終端(見圖4)。對于學(xué)習(xí)的影響,學(xué)生反饋非常正面,超過70%的學(xué)生認(rèn)為開放共享的教研環(huán)境讓學(xué)習(xí)更加便利、課程接收的信息量更多、能督促學(xué)習(xí)、有助于培養(yǎng)探索鉆研精神、提高動手分析問題和解決問題的能力、專業(yè)技能有所提高(見圖5)。95%的學(xué)生均表示愿意繼續(xù)使用彩云教學(xué)平臺,其中56%表示非常愿意。

圖4　彩云教學(xué)平臺給學(xué)生帶來的好處

圖5　開放共享的實驗教研環(huán)境對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響

4　結(jié)語

虛擬化和云計算技術(shù)以及智能終端設(shè)備在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,使教育信息化進入了一個嶄新的發(fā)展階段。我校基于虛擬化技術(shù)自主研發(fā)的彩云教學(xué)平臺,整合實驗室各類資源,為師生提供開放共享的教研環(huán)境、推動實驗教學(xué)創(chuàng)新,對教師教學(xué)和新生代大學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生了積極影響。

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Research on construction and application of opening and sharing experimental teaching and research environment

Wang Jian, Wang Hongwei, Han Shaofeng

(Education Technology Service Center, Central University of Finance and Economics, Beijing 100081, China)

This paper discusses the necessity of the opening and sharing of experimental teaching and research environment of Economics and Management,and analyzes the current situation and shortcomings of the opening and sharing of this environment in colleges and universities. Taking Caiyun teaching platform independently developed by National Experimental Teaching Demonstration Center at Central University of Finance and Economics as an example, this paper shows the experience about the sharing of experimental teaching and research environment by using virtual technology, and demonstrates the advantages of using virtual technology in experimental teaching and research field. The opening and sharing of experimental teaching and research environment play a positive role in promoting students’ learning.

virtualization technology; opening and sharing; experimental teaching and research environment and resource

10.16791/j.cnki.sjg.2016.10.057

2016-05-16

2014年度北京高等學(xué)校教育教學(xué)改革立項項目“新生代財經(jīng)人才培養(yǎng)的教研環(huán)境研究——理念、技術(shù)和服務(wù)變革”(2014-ms078)；中央財經(jīng)大學(xué)教育教學(xué)改革基金2014年度重點資助項目“現(xiàn)代教育技術(shù)在高校經(jīng)管實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究”(201409)

王健(1961—),女,山東冠縣,本科,副教授,中央財經(jīng)大學(xué)教學(xué)技術(shù)服務(wù)中心主任,研究方向為高等教育與教學(xué)技術(shù)、調(diào)查與統(tǒng)計分析.E-mail：wangjian@cufe.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)10-0227-05