基于云計算的計算機實驗教學平臺設(shè)計

李英杰

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學院醫(yī)學院，湖南 衡陽 421005)

基于云計算的計算機實驗教學平臺設(shè)計

李英杰

(湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學院醫(yī)學院，湖南 衡陽 421005)

傳統(tǒng)實驗教學平臺出現(xiàn)軟硬件更新困難、維護成本高、安全性差以及固有資源使用效率低等多種問題，針對這種情況，研究將云計算技術(shù)應(yīng)用于高校計算機實驗教學平臺，通過提供基礎(chǔ)的云服務(wù)來完成教學，探究了云計算實驗平臺的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點。

云計算技術(shù)；計算機實驗平臺；教學實踐

1 引言

隨著經(jīng)濟全球化趨勢的發(fā)展，現(xiàn)代社會對人才的要求越來越高，對高素質(zhì)、全方面發(fā)展的創(chuàng)新型人才的需求量不斷增加?，F(xiàn)代教育改革中，要想培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，不僅要創(chuàng)新教學內(nèi)容，還要重視基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，要全面提高教學的軟性條件以及硬性條件。目前，在計算機類實驗教學中，要注重云計算技術(shù)的應(yīng)用，重視計算機實驗教學平臺的建設(shè)。實踐證明，將云計算實驗教學平臺應(yīng)用到高校計算機教學中，能夠提高教學質(zhì)量，提高教學效率，有效解決教學中的問題。

2 傳統(tǒng)計算類實驗教學平臺的應(yīng)用問題

2.1 單機模式平臺建設(shè)問題

目前高校的計算機實驗平臺的建設(shè)，一般都是單機模式，這種模式一旦出現(xiàn)病毒入侵，會造成系統(tǒng)癱瘓，后期的維護較難實現(xiàn)，尤其是隨著計算機硬件的發(fā)展，高校在更新計算機硬件時，成本較高；另外，為了滿足教學的需求，在單機上會安裝很多的教學軟件，加重計算機系統(tǒng)的負擔，當計算機負荷達到一定程度時，系統(tǒng)容易崩潰。

2.2 計算機教室管理問題

計算機教室管理的主要問題是計算機日常維護、修理的工作量較大，一旦計算機出現(xiàn)系統(tǒng)問題，則要進行系統(tǒng)重組或者是進行系統(tǒng)更新，花費的時間較長，即使在課上進行同傳，一般耗費的時間也達到4-5小時，加之網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不穩(wěn)定，同傳一次到位的概率較小，一般都要進行2至3次的同傳工作，反復(fù)的操作加大了管理人員的工作量。此外，還有計算機系統(tǒng)升級的問題，每臺計算機都要按照多套操作系統(tǒng)，并且由于安裝程序不同，容易出現(xiàn)安裝混亂的情況。

2.3 病毒侵害問題

計算機容易遭受病毒侵害，一旦出現(xiàn)病毒，計算機系統(tǒng)則會全面崩潰。高校計算機在安全防護上，一般使用各種防毒軟件，但軟件只能夠防止簡單的病毒，有些病毒無法有效防護，通過建設(shè)防火墻的方法，效果一般。在計算機遭受病毒后，一般會使用還原卡，但還原卡會影響系統(tǒng)的存儲作用，例如使一些學習資料被清空，影響學生的學習；此外，移動硬盤也是病毒入侵計算機的主要傳播途徑，實際上很多學生在使用移動硬盤保存資料時，也將病毒帶入計算機，對計算機的安全造成較大的威脅。

2.4 計算機軟件應(yīng)用問題

計算機軟件問題主要是軟件種類多、更新緩慢。由于教師在進行教學時，一般會使用多種教學軟件，有些軟件使用頻率較高，有些則較低，軟件的下載占用大量的空間，嚴重影響計算機的流暢度；隨著軟件更新?lián)Q代的時間越來越短，新軟件的容量越來越大，下載時間也越來越長，嚴重消耗時間；此外，部分軟件更新后，還原卡對有些插件不兼容，造成軟件不能安裝的問題。

3 基于云計算的計算機實驗教學平臺的優(yōu)點

在計算機類實驗教學平臺的建設(shè)中，應(yīng)用云計算技術(shù)，可有效提高平臺的應(yīng)用效率，同時也能改善現(xiàn)代計算機教育教學的形式，提高教學效果。相比傳統(tǒng)的計算機實驗教學平臺，基于云計算的計算機實驗教學平臺具有以下幾方面的優(yōu)勢：

3.1 成本低

云計算技術(shù)的應(yīng)用，有效降低了計算機實驗教學平臺的維護、管理的成本，同時也能夠減少系統(tǒng)安裝的時間。一般來說，計算機實驗教學平臺在系統(tǒng)安裝上都要花費幾小時或者更長時間，云計算技術(shù)的應(yīng)用能夠縮短時間，例如在資料發(fā)布上，可以在幾分鐘內(nèi)就能將所有的資料傳輸?shù)綄嶒炂脚_的任何地方，遠遠縮短了傳輸時間。另外，云計算系統(tǒng)對計算機客戶端的性能要求較低，高校的實驗教學平臺基本都能滿足要求。

3.2 安全性能高

云計算應(yīng)用在計算機實驗教學平臺上，安全性較高。通過云計算系統(tǒng)來進行客戶端體檢，能夠有效減少人力、物力的投入，也能夠提高系統(tǒng)軟件的安全性；并且云計算技術(shù)應(yīng)用在實驗教學平臺上，能夠提高數(shù)據(jù)的安全性，能夠更加全面、更加徹底地檢查出客戶端的問題，并及時進行各種維護。當計算機軟件出現(xiàn)故障或系統(tǒng)癱瘓時，云實驗平臺可以讓系統(tǒng)快速返回原始狀態(tài)，大大降低由于系統(tǒng)崩潰造成的損失。

3.3 實用性強

傳統(tǒng)的實驗教學平臺比較固定，而云計算實驗教學平臺能夠打破空間的限制，實驗過程可以多人并行、相互隔離，能夠擴大運行空間；它能夠擴大實驗教學平臺的存儲空間，擴大設(shè)備空間，降低計算機超負荷的效率；可以通過合理模擬真實網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)運行情景，模擬現(xiàn)代計算軟件的運行流程；能減少實驗教師的重復(fù)性勞動，對學生的學習過程進行監(jiān)督，能夠提高學生的學習興趣。

4 云計算技術(shù)下的計算機實驗教學平臺結(jié)構(gòu)

4.1 平臺結(jié)構(gòu)組成

云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)模式，通過互聯(lián)網(wǎng)提供動態(tài)易擴展的虛擬化資源，這種模式為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)提供更大的訪問空間，能夠更好地進行計算機資源的共享，并且資源的獲取速度相對較快，在簡單的管理中，能夠與服務(wù)供應(yīng)商進行更好的交互。

云計算技術(shù)下的計算實驗平臺結(jié)構(gòu)主要包括兩方面的內(nèi)容，分別是云服務(wù)與云管理。云服務(wù)包括基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）。IaaS向用戶提供物理機、虛擬機、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備等基本計算資源；PaaS為用戶提供包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、語言運行環(huán)境、Web服務(wù)器等軟件研發(fā)的平臺；SaaS則是通過租用軟件的方式來獲得相關(guān)的應(yīng)用。而云管理包括用戶管理、課程管理、實驗管理、帳戶管理、模塊管理、快照管理、系統(tǒng)管理等板塊內(nèi)容。

4.2 平臺的運轉(zhuǎn)

客戶端在初次啟動時，服務(wù)器會自動將系統(tǒng)數(shù)據(jù)推送到客戶端硬盤上?？蛻魴C硬盤會通過標記從服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)和用戶在使用過程中自行創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，形成高速緩存。以后客戶機每次啟動，通過高速緩存和少量來自服務(wù)器的讀寫數(shù)據(jù)形成啟動數(shù)據(jù)，保證了用戶體驗和原來的單機模式完全一致。通過虛擬桌面服務(wù)器管理技術(shù)，基于云計算的計算實驗平臺根據(jù)用戶登陸的不同賬戶，會自動按需為客戶機分配私有的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和桌面環(huán)境?？梢詾椴煌嗉?、不同學生推送個性化需求。

4.3 平臺前端功能模塊

在實際運行中，云計算后端應(yīng)用Cloudstack API為前端提供服務(wù)。實驗教學平臺的運行系統(tǒng)主要是對前端功能進行分析，云實驗平臺的前端功能如圖1所示。

圖1 平臺前端功能模塊示意圖

相比較傳統(tǒng)的實驗平臺，云計算技術(shù)的應(yīng)用能夠擴展實驗教學平臺的應(yīng)用效率。除了基本的物理設(shè)備外，對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和操作系統(tǒng)也采用了網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，保證實驗環(huán)境和實驗內(nèi)容可定制，并且支持實驗過程可視化，實驗可恢復(fù)。同時，云計算實驗教學平臺主要應(yīng)用隔離模式，使平臺的實驗項目各自獨立。在云計算實驗平臺前端功能的建設(shè)上，可以看到除了用戶界面外，還有課程庫、實驗庫以及管理接口等模塊，根據(jù)教學群體來進行劃分，一般劃分為學生業(yè)務(wù)模塊、教師業(yè)務(wù)模塊以及管理員業(yè)務(wù)模塊，不同的模塊包含不同的內(nèi)容，讓學生、教師能夠靈活地應(yīng)用計算機實驗教學平臺。

5 結(jié)語

針對傳統(tǒng)實驗教學平臺存在的問題，將云計算技術(shù)應(yīng)用到實驗教學平臺，全面降低了建設(shè)總成本，提高了計算機的安全性以及存儲空間，同時云計算實驗教學平臺打破了傳統(tǒng)實驗室的有形限制，不僅為學生提供開放式的實驗環(huán)境，而且促進了教學資源共享，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

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Design of the Computer Experiment Teaching Platform Based on Cloud Computing

Li Yingjie
(Hunan University of Environment and Biology,Hengyang 421005,Hunan)

The traditional experimental teaching platform has problems of hardware and software update difficulty,high maintenance cost,poor safety and low efficiency of resource usage.In view of this situation,this paper researches on the application of cloud computing technology in the experiment teaching platform,by providing basic cloud services to complete the teaching,and explores the structure and advantages of cloud computing platform.

cloud computing technology;computer experiment platform;teaching practice

TP391

A

1008-6609(2017)03-0072-03

李英杰（1976-），男，湖南湘鄉(xiāng)人，碩士，講師，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)安全。