論計算機實驗室信息化建設的研究與實踐

朱鵬飛+王英奎+郭洪亮

摘 要： 高校實驗教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新應用能力的重要環(huán)節(jié)，而高校實驗室則是高校教學，科研成果的重要產(chǎn)生場所和轉(zhuǎn)化基地。隨著信息化時代的全面來臨，對高校計算機實驗室的管理與維護也打破了過去時間和空間的限制，因此如何積極推進計算機實驗室的信息化建設也就成為當前各高校實驗室建設中的重要組成部分。本文將以天津大學仁愛學院計算機科學與技術系下屬計算機教學與實驗中心為例重點闡述實驗室信息化建設的研究與實踐過程。

關鍵詞：實驗教學 實驗室管理 計算機實驗室 信息化建設

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）07-0123-02

一、引言及研究背景

高等院校是以培養(yǎng)高素質(zhì)的應用人才為目標，是培養(yǎng)現(xiàn)代化建設人才的搖籃和科學研究的先導，而實驗教學則是培養(yǎng)學生創(chuàng)新應用能力的重要環(huán)節(jié)，高校實驗室則是教學，科研成果的重要轉(zhuǎn)化基地[1]。另外伴隨著全面來臨的信息化時代，各高校也逐步把各類與計算機相關的實驗課程加入到高校課程建設的重點工作當中來，通過對計算機實驗室的管理與維護打破了過去時間與空間的界限，極大的提升了管理教學效率[2]。因此為了積極推進計算機實驗室的信息化建設，使其順應目前高教信息化的發(fā)展趨勢，必須采用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡及信息技術實現(xiàn)高校各類優(yōu)質(zhì)實驗資源的共享以及實驗室信息化的建設與管理，并建立起高效的實驗室信息化管理模式，從而使實驗室的作用得到充分的發(fā)揮。

具體到本部門計算機教學與實驗中心，本中心隸屬于天津大學仁愛學院計算機科學與技術系，是我校公共計算機實驗室，主要負責承擔全校計算機公共基礎課程以及各系與計算機相關的各類專業(yè)課程的上機實驗工作，另外本中心實驗室還承擔各類校內(nèi)外的課程設計、實習、上機競賽、考試等工作。每學年本中心都會承接50門左右的各類上機課程及實驗，各類上機機時每學年都在30萬機時左右。本中心是學院重要的實驗中心之一，在將近10年的發(fā)展建設中一直得到了學校相關領導的關懷與重視，在實驗室信息化、網(wǎng)絡化的建設中也取得了一定成果，并在2014年本中心以主要參評組成部門獲批成為“天津市普通高等學校實驗教學示范中心建設單位”，從而使本中心實驗室的建設進入到一個全新的階段。

二、信息化建設的現(xiàn)狀與目標

目前本中心的實驗室信息化建設雖已取得了部分成果，但還存在一些問題和亟待改進的地方，其信息化建設實踐的步伐與目前的“實驗教學示范中心”還有差距。例如在有的信息數(shù)據(jù)的管理上還處在原始的人工管理方式，已經(jīng)實現(xiàn)信息管理的部分還停留在C/S的管理模式，其信息數(shù)據(jù)的管理仍受到很多制約。

根據(jù)以上所面臨的一些問題，本中心要做的工作還有很多，可大致分為以下幾個方面：

1.實驗室的實驗課程預約還是人工方式，使實驗室管理人員的工作過于繁瑣低效，實驗任課及指導教師和學生也不能直觀的知曉相關實驗課程的具體情況。這是本中心信息化建設需要重點改進的方面。

2.教學資源的發(fā)布共享，師生網(wǎng)上交流互動等功能目前還處在C/S管理模式，受到時間地點的制約，從而無法有效的體現(xiàn)網(wǎng)絡的實時性優(yōu)勢和提高相關實驗課程的教學效率。

3.虛擬化云端技術是今后實驗室建設發(fā)展的一個重要組成部分和趨勢，本中心實驗室雖已配置一個虛擬化云端實驗室，但目前使用率過于低下，也存在一些急需解決的實際問題，如虛擬系統(tǒng)性能過低，如何進行軟件安裝，與中心信息化建設中其他項目模塊的對接問題等。

4.實驗室設備管理，目前本中心的各類實驗設備信息雖已初步實現(xiàn)了信息化的管理，但各類設備信息還需進行進一步的整理匯總并添加一些統(tǒng)計、查詢等方面的處理，能夠充分體現(xiàn)本中心的設備實際使用情況，使各類相關的設備信息更加清晰明細，從而使實驗室管理人員的管理工作更加簡潔高效。

三、信息化建設的具體研究內(nèi)容

1.實驗課程網(wǎng)上預約系統(tǒng)的研究與調(diào)試

這是整個實驗室信息化建設中重點研究實踐的內(nèi)容，通過有效的網(wǎng)上預約使實驗室管理人員過去人工安排管理實驗課程的操作轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡信息化的管理，從而極大的提高了本中心管理人員的工作效率。經(jīng)過一段時間的研究與調(diào)試，網(wǎng)上課程預約系統(tǒng)已經(jīng)基本實現(xiàn)的功能如下：

1.1教師和系統(tǒng)管理員可通過簡單的注冊（如填寫真實姓名，聯(lián)系方式，郵箱地址等信息）即可成為系統(tǒng)的用戶，教師通過網(wǎng)上預約系統(tǒng)完成課程預約并等待管理員審核確認。管理員也可將教師通過其他方式預約的上機課程信息輸入到預約系統(tǒng)中，并進行添加、修改、更新、刪除等處理。教師可以查看并修改自己的上機安排。

1.2教師可以通過預約系統(tǒng)在每次上機實驗課前發(fā)布自己本次課程的實驗內(nèi)容，可讓學生們提前進行預習，從而可有效的提高實驗課程的教學效果，提高教學效率。

1.3學生用戶可通過輸入自己的正確學號登錄預約系統(tǒng)查看相關的信息，如所上的上機實驗課程的時間，地點，每次課程內(nèi)容等，從而針對的做出相關預習，提高學習效果[3]。學生用戶還可以通過此預約系統(tǒng)提前知道哪些實驗室或計算機機房空閑可供自己上機使用。未來還可根據(jù)實際情況為學生們開放部分預約權限，學生用戶可根據(jù)需要自主預約各類實驗課程、課程設計、畢業(yè)設計等。

1.4其他的一些附屬功能，如一些通知信息（例如失物招領信息等）的發(fā)布，還可提供一些軟件和教學課件的下載等。

2.師生交流，教學資源共享功能的改進

針對以前實驗室教學資源的發(fā)布共享，師生交流等功能還處于C/S管理模式，從而受到時間、地點等方面的限制。本中心的工作人員進行了相關方面的改進實踐與調(diào)試，將原先C/S管理模式改進為B/S模式，即通過在瀏覽器直接輸入相關服務器的網(wǎng)址，教師即可通過自己的權限將教學課件或軟件放到自己的權限空間內(nèi)供學生們下載使用，也可通過網(wǎng)絡隨時隨地查看批改學生提交的作業(yè)，極大的節(jié)省了時間并提高效率。學生通過這種B/S模式也可隨時實現(xiàn)對各種教學資源的下載使用，隨時提交自己的課程作業(yè)，從而能夠達到很大的時間空間上的自由度，極大的提高自身的學習效率。實驗室管理人員通過這種管理模式也可以實現(xiàn)對整個實驗室的各類教學資源進行有效系統(tǒng)的管理。

3.虛擬化云端實驗室的建設

云端虛擬化服務是一種通用型的云端運算解決方案，透過此方案可大幅簡化用戶端桌面與應用程序的管理與更新，進而降低管理成本并提高資料保存的安全性，大大降低設備和人員的管理維護成本[4，5]。

本中心于2014年7月建立虛擬化云端實驗室，9月正式投入使用，是我校為實現(xiàn)云端桌面虛擬化，建設新時代云計算實驗室的代表之作。本中心的虛擬化實驗室經(jīng)過不斷的建設、整合、維護與優(yōu)化，已經(jīng)在本中心的各項教學活動中發(fā)揮了重要的作用。因篇幅所限，故虛擬化實驗室的管理維護只介紹一些主要的常用方面。

計算機中心虛擬化云桌面實驗室根據(jù)桌面云E-VDI基礎架構搭建，充分利用云主機計算能力、存儲空間，提供基礎設施服務層次上的云計算服務，在平臺架構和技術形態(tài)上，實現(xiàn)高彈性，易于擴展，高可用，統(tǒng)一管理調(diào)配的IT服務資源平臺。E-VDI提供的Linux系統(tǒng)內(nèi)置了Linux版客戶端，可以通過光盤將Linux系統(tǒng)安裝到云終端，即可以使用客戶端登錄，目前機房使用的就是Linux客戶端。

E-VDI管理界面提供所有對于該教育桌面云產(chǎn)品的操作。包括對主控節(jié)點和計算節(jié)點的一些操作。登錄后主界面包括概要、管理系統(tǒng)操作列表、常用的操作快捷方式、全局硬件信息、平臺預警信息等等。操作列表中包括資源池、桌面、模板、終端、用戶、監(jiān)控、排課、系統(tǒng)等功能項。在機房管理中常用的是桌面項和模板項。桌面分教學桌面和個人桌面。教學桌面主要用于機房教學工作。該選項包含目前系統(tǒng)中所有的教學場景、所屬教室、場景的開啟和關閉狀態(tài)、關聯(lián)的桌面數(shù)量、使用的桌面模板、硬件模板和還原設置等。個人桌面用于教師辦公使用。

教學模板制作：制作模板時管理平臺需先上傳對應的系統(tǒng)鏡像，制作時共分五部分，參見如下步驟。第1步，選擇系統(tǒng)。第2步，配置虛擬硬件。第3步，確認信息。第4步，安裝系統(tǒng)。第5步，另存為模板。軟件安裝：選擇編輯模板，進入模板系統(tǒng)，安裝軟件后選擇更新模板，最后選擇更新桌面，便可以統(tǒng)一變更機房內(nèi)終端的系統(tǒng)內(nèi)容。

機房內(nèi)機器IP地址和計費服務器在同一個網(wǎng)段即可通信。上網(wǎng)通過學院計費網(wǎng)關設置上網(wǎng)IP范圍，該范圍內(nèi)的機器上網(wǎng)時自動彈出網(wǎng)絡登錄界面。連接FTP服務器，要在Linux服務器上配置端口轉(zhuǎn)發(fā)，把訪問外網(wǎng)地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)網(wǎng)服務器地址上即可訪問FTP服務器。連接中心實驗室的計算機基礎課程練習及考試服務器，具體方法為將考試服務器的IP地址修改為與虛擬實驗室同在一個網(wǎng)段，并使更改后的服務器IP地址與考試系統(tǒng)進行設置綁定，將考試服務器連接到交換機的VPN設置處，完成這些操作后即可實現(xiàn)正常的連接。

虛擬機房目前承擔學院的一些基礎課教學工作，運行基本教學軟件（如Office、VC等）還算流暢。但是對于大型軟件（數(shù)據(jù)庫、設計軟件等）支持不太好，主要原因是系統(tǒng)資源分配不足和該產(chǎn)品圖形加速功能欠缺造成的。目前使用中遇到的問題一是終端盒子開關設計有問題，長時間頻繁使用容易損壞，影響開機。二是盒子散熱和噪音控制不太好，希望以后產(chǎn)品能改進相關功能。還有個別客戶端的故障問題主要是由于非正常關機造成的無法進入虛擬終端下的Windows系統(tǒng)?？赏ㄟ^重新啟動客戶端或者重新配置客戶端相關的信息，如機器名，IP地址等使客戶端恢復正常啟動。

經(jīng)過對虛擬化云桌面實驗室的維護優(yōu)化工作，使本中心教學設備、實驗教學、實驗室管理上了一個全新臺階。今后本虛擬化實驗室還將進一步承擔更多的課程與考試，更好的為教學實驗服務，使本中心實驗室管理全面推向云管理模式，打造綠色環(huán)保的教育教學環(huán)境。

4.實驗室設備管理信息化

高校實驗室的各類儀器與設備是開展課程實踐教學和科學研究的重要物質(zhì)保證，也是保證教學質(zhì)量和科研水平提高的重要物質(zhì)基礎。為了精確細致的掌握了解設備儀器的運行配置狀況，使儀器設備的使用潛力得到充分發(fā)揮，從而使設備的使用率得到最大限度的提高，本中心根據(jù)自身情況，與其他部門在數(shù)據(jù)共享方面密切合作，綜合利用計算機技術，數(shù)據(jù)庫技術，網(wǎng)絡技術等對本中心實驗室的設備進行了統(tǒng)一系統(tǒng)的信息化管理。通過對實驗設備名稱、規(guī)格型號、性能技術指標、所屬實驗室、購置日期等信息的實時動態(tài)的管理，基本實現(xiàn)了實驗室設備資產(chǎn)的信息化管理，使實驗儀器設備在日常教學，科研和管理工作中發(fā)揮了巨大的作用。

四、結(jié)束語及未來發(fā)展規(guī)劃

本中心實驗室是整個計算機教學與實驗示范中心的重要組成部分，其信息化建設的幾個主要模塊，即實驗課程網(wǎng)上預約，教學資源共享，虛擬化云端實驗室管理，實驗室儀器設備管理等，這幾部分并不是孤立存在的，而是一個相互聯(lián)系的有機建設整體。這個整體的建設預期效果已基本實現(xiàn)了以B/S結(jié)構為主的系統(tǒng)化的信息數(shù)據(jù)管理，進而實現(xiàn)了一點帶動多點，促進了整個實驗教學示范中心信息網(wǎng)絡化的建設。其每一部分所實現(xiàn)的功能以及預期效果在前面的內(nèi)容中已經(jīng)提及，這里不再闡述。

本中心的信息化建設未來可擴展到中心所在系其他專業(yè)實驗室，并將其納入到本中心的信息化管理中來，甚至可與其他系的實驗室實現(xiàn)某些功能項目的對接和各種教學資源的數(shù)據(jù)共享。本中心的信息化建設也會根據(jù)未來實驗教學課程的發(fā)展而增加新的功能模塊，例如可與MOOC，SPOC等新型教學模式聯(lián)系，參與建設相關MOOC的教學平臺。未來還可與學校建設的一些網(wǎng)絡考試、網(wǎng)絡競賽等平臺實現(xiàn)一些功能上的對接，并提供相關輔助功能等。

參考文獻

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[2]趙宇清. 高校計算機實驗室信息化管理的實現(xiàn).2016-09：232

[3]張麗蓮. 基于信息化手段的實驗室管理模式探索[J].實驗室研究與探索，2010，（7）：152-154

[4]徐林，盧廣宇，楊凱，郭龍鋼. 遠程開放式云端虛擬實驗室建設初探[J].教育教學論壇，2014，（43）：254-256

[5]張小波.應用型高校實驗室信息化建設初探[J].高教高職研究，2015，（96）：144

作者簡介：朱鵬飛（1982.10-），碩士研究生學位，天津大學仁愛學院計算機科學與技術系所屬計算機教學與實驗中心實驗教師，助理實驗師。

王英奎（1982.8），碩士研究生學位，天津大學仁愛學院計算機科學與技術系所屬計算機教學與實驗中心教師，助教。

郭洪亮（1982.10），碩士研究生學位，天津大學仁愛學院計算機科學與技術系所屬計算機教學與實驗中心實驗教師，實驗師。