計算機(jī)人才培育新挑戰(zhàn)——建設(shè)基于云計算的高校開放教學(xué)平臺的研究

□文/陸慧娟　劉硯秋　高波涌　中國計量大學(xué)　高志剛　杭州電子科技大學(xué)

計算機(jī)人才培育新挑戰(zhàn)——建設(shè)基于云計算的高校開放教學(xué)平臺的研究

□文/陸慧娟劉硯秋高波涌中國計量大學(xué)高志剛杭州電子科技大學(xué)

云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展給高校計算機(jī)專業(yè)教學(xué)帶來了更深層次的挑戰(zhàn)和要求。

作為一種全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，云計算的興起正在逐漸改變著整個計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前，Google、Yahoo等知名企業(yè)都推出了自己的云計算解決方案。在教育領(lǐng)域，云計算也將在未來幾年成為學(xué)校的主流技術(shù)，深刻影響教師的教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，再次帶來高等教育的巨大變革。

目前，國內(nèi)高校都廣泛開展了信息化教學(xué)資源平臺的研究和建設(shè)工作，但由于傳統(tǒng)教學(xué)理念和科技手段的限制，絕大多數(shù)的高校教學(xué)平臺僅僅是一個教學(xué)資源倉庫，缺乏教務(wù)管理和協(xié)同共建的功能機(jī)制。

建設(shè)基于云計算的高校計算機(jī)專業(yè)開放型教學(xué)平臺，是為了面向?qū)I(yè)資源共享共建、創(chuàng)新教學(xué)管理、實現(xiàn)多維學(xué)習(xí)方式的多功能教學(xué)平臺。開放型教學(xué)平臺的建設(shè)初衷是體現(xiàn)專業(yè)特征、豐富教學(xué)環(huán)境、增進(jìn)學(xué)習(xí)積極性和提高學(xué)校信息化程度，整個平臺依托云計算環(huán)境的技術(shù)優(yōu)勢而建，能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的就業(yè)能力。

☆☆計算機(jī)人才培育的沉疴

許多計算機(jī)人才，都是走上工作崗位以后，還要持續(xù)接受培訓(xùn)，剛畢業(yè)的高校學(xué)生，往往難當(dāng)大任。我國多數(shù)普通高校的計算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)存在以下幾個問題：

人才培養(yǎng)目標(biāo)比較廣泛，很難突出專業(yè)特色。計算機(jī)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)基本是一味照搬重點名校的計算機(jī)本科專業(yè)的教學(xué)計劃和大綱，培養(yǎng)目標(biāo)要求拓寬專業(yè)口徑，培養(yǎng)復(fù)合型人才，忽略了學(xué)校的自身優(yōu)勢和自身的發(fā)展，很難形成自己的專業(yè)特色。

教學(xué)形式單一，新的教育模式難以有效運(yùn)用。在傳統(tǒng)的計算模式下，作為教學(xué)的重要資源之間，如教師、學(xué)生、場所等，受到空間、時間、即時性等各種因素的限制，往往在課堂教學(xué)時具有可操作性，但在課堂之外部分，如預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、師生交流等往往難以有效進(jìn)行管理并保證其質(zhì)量，從而使各種新的教學(xué)模式難以得到有效運(yùn)用。云計算可以提供隨時隨地的服務(wù)，對于終端設(shè)備性能要求低，從而能夠有效滿足各種各樣的教學(xué)需要。

基礎(chǔ)設(shè)施利用率低，共享性差，造成資源浪費(fèi)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計表明，高校投入了巨大的人力、財力、物力用于信息化基礎(chǔ)建設(shè)，利用率低于50%，效率低下。

教學(xué)資源共享程度低。近年來，各大高校都基本上建立了較好的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，使得教學(xué)資源在一定范圍和程度上得到了整合。但是由于技術(shù)和管理等方面的限制，學(xué)校之間很難進(jìn)行優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。即使在高校內(nèi)部，各種教學(xué)資源之間基本上處于分割狀態(tài)，相互之間難以進(jìn)行共享，從而造成軟硬件教育資源重復(fù)投入，以及各個部門之間教育資源的重用率低。因此，如何將這些教學(xué)資源進(jìn)行最大化的合并利用，成了縮小各大院校教學(xué)質(zhì)量差異并且提高教學(xué)質(zhì)量的最大問題。云計算可以在組織內(nèi)或者在整個互聯(lián)網(wǎng)中提供服務(wù)，滿足用戶共享資源的需要。

資源建設(shè)技術(shù)含量低，造成維護(hù)困難，教學(xué)資料易混淆、丟失。目前大部分高校的資源均存放在自購的服務(wù)器中，由于資源格式不同及容量過大，使服務(wù)器負(fù)擔(dān)過重，極容易導(dǎo)致訪問困難。維護(hù)人員沒有專業(yè)的軟件對龐大的資源進(jìn)行有效維護(hù)，這樣就難以最大限度地發(fā)揮教學(xué)資源平臺的作用。

☆☆云計算對計算機(jī)專業(yè)的影響

如何利用云計算技術(shù)來提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的積極性，并在現(xiàn)有成熟的、可行的計算機(jī)應(yīng)用平臺上，部署計算機(jī)相關(guān)課程的一些學(xué)習(xí)模塊，提高他們的動手能力，一直是計算機(jī)專業(yè)教學(xué)的研究重點。云計算技術(shù)能有效助力高校計算機(jī)人才培養(yǎng)。

降低硬件經(jīng)費(fèi)投入——云計算將使高等學(xué)校教育信息化無需大規(guī)模的硬件投入，甚至是零投入。云計算可以通過云平臺為計算機(jī)專業(yè)教學(xué)提供各種類型的計算服務(wù)，這使得學(xué)校無需為了滿足越來越多的計算需求而不得不經(jīng)常購買更新基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備，而改向提供云計算平臺的廠商購買服務(wù)，可以有效節(jié)約高校的購買成本和維護(hù)成本。與此同時，學(xué)校師生也可以充分利用原有的舊電腦、價格低廉的上網(wǎng)本以及智能手機(jī)接入云服務(wù)。從理論上講，云計算可使計算機(jī)專業(yè)教學(xué)做到網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和服務(wù)設(shè)備零投入，客戶終端低投入和多樣化。

降低軟件和人員費(fèi)用投入——云計算將使高等教育信息化，購買大量的商業(yè)軟件、單機(jī)版軟件以及軟件許可證或?qū)⒊蔀闅v史。學(xué)?？梢酝ㄟ^SaaS為計算機(jī)專業(yè)提供經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用軟件定制服務(wù)，學(xué)校接入SaaS云計算服務(wù)后，無需再花費(fèi)大量資金購買商業(yè)軟件授權(quán)。客戶端的老師和學(xué)生只要能夠上網(wǎng)，就可以享受云計算提供的軟件服務(wù)，不用擔(dān)心應(yīng)用軟件是否是最新版本，極大地減少了學(xué)校為維護(hù)和升級操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件投入的費(fèi)用。

促成優(yōu)質(zhì)資源共享——云計算將使計算機(jī)專業(yè)開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)時，無需自行搭建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，就可以做到真正的教學(xué)無所不在和學(xué)習(xí)隨時發(fā)生。目前大多數(shù)高校都通過購買或自主開發(fā)的形式搭建了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動。但是由于受功能、安全和適用范圍等因素所限，這種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺只能在有限的范圍內(nèi)，為一部分人（如只限于本校教師和學(xué)生）提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)。云計算可以通過公共云服務(wù)平臺提供完善的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)功能和運(yùn)行環(huán)境，在更大的范圍內(nèi)（如面向全球），為更多的人和各級各類教育提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)。

優(yōu)化個人知識管理——云計算將使個人知識（資源）管理無需與任何硬件設(shè)備綁定，實現(xiàn)真正的虛擬化、無限制和絕對安全。隨著知識的激增，每個人需要掌握、管理和運(yùn)用的知識都在呈幾何級數(shù)增加，盡管目前移動存儲設(shè)備的容量越來越大，使用也比較簡單方便，但是總還是存在遺忘、丟失、數(shù)據(jù)損壞等事情的發(fā)生。云計算可以通過將信息資源上傳到云服務(wù)器，利用云服務(wù)器提供的云存儲功能有效解決上述問題，而且云存儲還可以根據(jù)用戶的需求隨時隨地動態(tài)擴(kuò)充存儲容量。云計算服務(wù)商還可以根據(jù)高校的特殊需求，定制打造個性化的博客、空間、論壇等個人知識管理交流平臺。高校為全體在校教師和學(xué)生統(tǒng)一購買這類服務(wù)，無需投入硬件設(shè)備和技術(shù)管理人員，是高校開展教育信息化新的途徑和方式。

☆☆計算機(jī)專業(yè)教學(xué)云平臺的設(shè)計與需求

基于云計算的開放型計算機(jī)專業(yè)教學(xué)平臺（見圖1）建設(shè)緊緊圍繞專業(yè)性的人才培養(yǎng)方案，按照“知識+技能+職業(yè)素質(zhì)”三位一體的人才培養(yǎng)方針設(shè)計功能結(jié)構(gòu)。開放型教學(xué)平臺利用云計算服務(wù)商提供的資源管理機(jī)制來實現(xiàn)功能架構(gòu)，將教學(xué)資源、網(wǎng)絡(luò)課堂、科研管理、互動交流等功能以服務(wù)的形式發(fā)布到網(wǎng)上，用戶按照不同的權(quán)限按需訪問。目前云教學(xué)平臺主要功能模塊包括：系統(tǒng)管理模塊、網(wǎng)絡(luò)課堂模塊、資源管理模塊、科研管理模塊和互動社區(qū)模塊。

系統(tǒng)管理模塊用于管理人員對整個教學(xué)平臺的管理服務(wù)，包括對教師用戶和學(xué)生用戶的權(quán)限管理。

網(wǎng)絡(luò)課堂模塊包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和職業(yè)指導(dǎo)兩部分，其中網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模塊主要包括教學(xué)視頻、在線課堂、在線考試、線上習(xí)題等功能，這些功能可以滿足師生對專業(yè)教學(xué)活動的需求，教師可以在網(wǎng)上制定教案和教材，學(xué)生可以在線自主學(xué)習(xí)和進(jìn)行測驗。

職業(yè)指導(dǎo)部分包括專業(yè)指導(dǎo)、招聘信息、就業(yè)指導(dǎo)和職業(yè)規(guī)劃等功能。專業(yè)指導(dǎo)是對本專業(yè)的行業(yè)需求和用人標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，幫助學(xué)生明確專業(yè)學(xué)習(xí)和就業(yè)方向。招聘信息則是企業(yè)用戶用來發(fā)布企業(yè)用人信息，這個功能主要面向即將畢業(yè)的學(xué)生，很多學(xué)生通過使用該功能成功就業(yè)。職業(yè)規(guī)劃則是學(xué)院面向就業(yè)定制的專業(yè)方向課程體系，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)一個或多個專業(yè)方向課程來掌握定向就業(yè)能力。就業(yè)指導(dǎo)可以幫助學(xué)生在選擇工作方面給予一定的幫助。

圖1　總體功能架構(gòu)

資源管理模塊包含內(nèi)部云資源和外部云資源兩部分功能，這些教學(xué)資源為教師組織教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了豐富的多媒體素材，同時用戶還可以把自己的教學(xué)資源上傳到資源庫中。該模塊的功能主要是為用戶提供資源分類和檢索服務(wù)，避免教學(xué)資源的重復(fù)建設(shè)，另外通過規(guī)范教學(xué)資源的存儲格式和命名規(guī)則保證資源庫的可維護(hù)性。

科研管理包括實驗室管理、科研課題管理和科研競賽管理三個部分，實驗室的管理是通過云平臺讓實驗室管理人員與高校師生相互聯(lián)系，借用實驗室和課程實驗安排的流程更簡便?？蒲姓n題針對老師和研究生，能夠更方便地查閱相關(guān)課題資料，也能夠讓老師和學(xué)生隨時通過網(wǎng)絡(luò)溝通，增強(qiáng)課題的研究性和高效性。科研競賽管理能夠讓學(xué)生更積極方便地參與到科技競賽中，能夠極大地提高自身專業(yè)技能，為自己以后就業(yè)和發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

互動社區(qū)模塊為開放型教學(xué)平臺的用戶提供交流互動的場所。師生交流平臺使得教師和學(xué)生在課下也可以交流互動；學(xué)生交流平臺則為所有用戶提供一個暢所欲言的平臺，論壇的管理員都由學(xué)生擔(dān)當(dāng)，鍛煉了他們的組織能力和計算機(jī)操作能力；高?；悠脚_能夠讓各個高校之間的溝通和聯(lián)系更加密切，共享資源和教學(xué)，共同提高。

☆☆平臺的實現(xiàn)方式

云計算技術(shù)的核心思想就是把數(shù)據(jù)存儲和計算邏輯運(yùn)行在性能強(qiáng)大的集群服務(wù)器之上，用戶通過網(wǎng)絡(luò)來調(diào)用云上的資源，這種方式的好處在于可以保證最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實現(xiàn)資源共享。圖2為基于云計算的高校計算機(jī)專業(yè)開放型教學(xué)平臺實現(xiàn)模型圖。

基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS)：把計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)以及搭建教學(xué)平臺所需的一些工具作為服務(wù)提供給用戶，使用戶能夠按需獲取IT基礎(chǔ)設(shè)施。通過核心組件將硬件的計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源以及存儲資源池化。

平臺服務(wù)層(PaaS)：把教學(xué)平臺的開發(fā)、測試和部署環(huán)境作為服務(wù)，基于互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶，為用戶提供數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、測試開發(fā)環(huán)境等。為了保證網(wǎng)絡(luò)教育平臺的運(yùn)算能力和可靠性，使用控制服務(wù)器集群來組建云計算體系結(jié)構(gòu)，使得云計算具有超大的數(shù)據(jù)存儲能力和無限擴(kuò)展的計算能力。云計算環(huán)境的服務(wù)器集群一般采用購買、租用云服務(wù)器的形式構(gòu)成，云服務(wù)器的價格一般比較低，并且不需要使用方投入任何維護(hù)資金。

應(yīng)用系統(tǒng)層：用戶并不掌握操作系統(tǒng)、硬件或者云計算平臺的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，僅僅使用應(yīng)用程序。這是一種軟件服務(wù)提供商以租賃的方式提供給用戶服務(wù)的概念，這種模式通常具有可定制、可配置、多租戶效率和可擴(kuò)展的特性，往往是通過賬號密碼或者證書的形式提供給用戶。云計算服務(wù)器提供高可靠性和高效率的數(shù)據(jù)計算服務(wù)，用戶只需要根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行定向開發(fā)，不需要考慮軟硬件環(huán)境對系統(tǒng)性能的影響。云服務(wù)器構(gòu)建在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用戶使用真正意義上的瘦客戶端方式訪問系統(tǒng)，甚至可以用網(wǎng)頁訪問操作系統(tǒng)或大型數(shù)據(jù)庫程序。

事實證明，云計算技術(shù)的發(fā)展，同時也在深刻影響著教育信息化尤其是高校中的教學(xué)、科研信息化的發(fā)展。云計算時代的到來，給我國高校計算機(jī)專業(yè)的教育提出了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。要充分應(yīng)用云計算技術(shù)給計算機(jī)專業(yè)帶來的便利，使人才培養(yǎng)目標(biāo)更具特色，采用豐富多樣的的教學(xué)形式，提高實驗室基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，積極開展教學(xué)資源共享共建活動，增強(qiáng)資源建設(shè)的技術(shù)含量，培養(yǎng)出適應(yīng)市場需求的計算機(jī)專業(yè)人才。隨著教育改革的推進(jìn)以及“云計算”技術(shù)應(yīng)用的快速發(fā)展，應(yīng)用“云服務(wù)”優(yōu)化教學(xué)資源平臺，已經(jīng)成為高校教學(xué)及科研水平提高的一種重要方式，相信將來會產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

圖2　平臺實現(xiàn)方式模型圖