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    基于混合云的多功能實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建及應(yīng)用

    2017-12-07 07:44:16黃勁黃媛聶琳
    現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 2017年30期
    關(guān)鍵詞:桌面實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)

    黃勁,黃媛,聶琳

    (1.中山大學(xué)公共實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,廣州510006;2.香港中文大學(xué)工程學(xué)院)

    基于混合云的多功能實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建及應(yīng)用

    黃勁1,黃媛2,聶琳1

    (1.中山大學(xué)公共實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,廣州510006;2.香港中文大學(xué)工程學(xué)院)

    在傳統(tǒng)語(yǔ)音室的全數(shù)字化改造過(guò)程中,利用云技術(shù),構(gòu)建出新一代的云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室,實(shí)現(xiàn)多室合一功能。通過(guò)開(kāi)放式的云實(shí)驗(yàn)大平臺(tái)應(yīng)用,不僅能在云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室上開(kāi)展各類(lèi)情景化的語(yǔ)言教學(xué),而且還能進(jìn)行多樣式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的虛擬仿真,進(jìn)一步拓寬實(shí)驗(yàn)室多功能應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間。

    云技術(shù);數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室;虛擬仿真;多室合一

    0 引言

    數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展,以及云計(jì)算技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室升級(jí)改造帶來(lái)了新的契機(jī)。結(jié)合傳統(tǒng)語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)室的升級(jí)改造,把過(guò)去單一語(yǔ)言教學(xué)功能的語(yǔ)音室,改造成為具有多室合一功能的云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室,這將成為語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室升級(jí)改造的一個(gè)新方向。全數(shù)字化的語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室,真正實(shí)現(xiàn)了從專(zhuān)用型硬件設(shè)備方式,向通用型硬件設(shè)備方式的轉(zhuǎn)變;從模擬、半數(shù)字化方式,向全數(shù)字化方式轉(zhuǎn)變。這種第三代的純軟件數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室,正在逐步取代第二代的半數(shù)字化語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室,成為當(dāng)今語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)室建設(shè)改造的主流,也將為課程教學(xué)改革打下良好的環(huán)境基礎(chǔ)。

    1 全數(shù)字化語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字視音頻技術(shù)的發(fā)展,在通用計(jì)算機(jī)設(shè)備上運(yùn)行純軟件的方式,實(shí)現(xiàn)數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室功能已成為現(xiàn)實(shí),并將成為主流技術(shù)逐步推廣普及。目前,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室功能的純軟件,且性?xún)r(jià)比高的產(chǎn)品仍為數(shù)不多。經(jīng)過(guò)對(duì)多家全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品的綜合評(píng)測(cè),從中篩選教學(xué)功能豐富、使用簡(jiǎn)單方便、兼容性好、適用性廣、性?xún)r(jià)比高的卓軟全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室軟件,作為我們新一代語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室升級(jí)改造的優(yōu)選產(chǎn)品。

    全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)設(shè)備全部采用通用型硬件,改變了過(guò)去傳統(tǒng)語(yǔ)音室需要在教師端和學(xué)生端使用專(zhuān)用配套硬件設(shè)備的方式,甚至還需要使用專(zhuān)門(mén)信號(hào)傳輸硬件設(shè)備。這樣,可大大提高系統(tǒng)設(shè)備的選擇性,降低系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)的難度,減少實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理的成本。使用專(zhuān)用硬件設(shè)備的語(yǔ)音室,十分依賴(lài)于廠家的支持,使用時(shí)間長(zhǎng)久以后,設(shè)備維修和更換非常麻煩,且費(fèi)用高,升級(jí)改造困難,這將直接影響到課堂教學(xué)的使用效果。

    1.1 系統(tǒng)硬件的組成

    采用基于云環(huán)境下的主從工作站結(jié)構(gòu),教師端和學(xué)生端均使用通用型計(jì)算機(jī)工作站設(shè)備。學(xué)生端工作站既可使用瘦終端設(shè)備(如升騰C30)方式,也可以使用強(qiáng)壯客戶(hù)端設(shè)備(如DELL Optiplex 3025或HP ProOne 480 G2的一體機(jī))來(lái)進(jìn)行配置。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)組成千兆網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)接入交換機(jī)采用3臺(tái)24口千兆智能交換機(jī)(H3C S5024PV2-EI)進(jìn)行級(jí)聯(lián)層疊,可支持近60個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作站聯(lián)網(wǎng),并發(fā)使用。

    1.2 系統(tǒng)軟件的部署

    全數(shù)字語(yǔ)言教學(xué)系統(tǒng)采用了純軟件的卓軟全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室軟件,并以本地安裝方式進(jìn)行部署,還可以使用云服務(wù)的部署方式來(lái)建立全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。使用本地部署方式,可節(jié)省大量的云資源,提高全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的運(yùn)行速度和效率,系統(tǒng)使用起來(lái)更加簡(jiǎn)便、高效和穩(wěn)定。卓軟公司的全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng),現(xiàn)有V3.0 2015超值版和V3.0 2016專(zhuān)業(yè)版兩種軟件版本,專(zhuān)業(yè)版具有更完整的外語(yǔ)專(zhuān)業(yè)教學(xué)功能。

    1.3 全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室軟件的功能

    卓軟全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室軟件能夠在教師端上,集中控制學(xué)生端的設(shè)備開(kāi)/關(guān)、屏幕的顯示/廣播/黑屏、聲音廣播的開(kāi)/關(guān)等,能夠開(kāi)放學(xué)生端的上網(wǎng)和自主學(xué)習(xí)使用,以及實(shí)現(xiàn)文件資源分發(fā)/收集。還能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)言教學(xué)的授課廣播、全體錄音、學(xué)生舉手發(fā)言、分組討論等功能,以及具有口語(yǔ)、聽(tīng)力、聽(tīng)寫(xiě)、情景訓(xùn)練,以及口語(yǔ)考試等外語(yǔ)教學(xué)的專(zhuān)業(yè)功能。專(zhuān)業(yè)版還增加了同聲傳譯訓(xùn)練等教學(xué)功能。

    2 云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

    在全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室中,引入云計(jì)算的虛擬化技術(shù),不僅能夠解決語(yǔ)言教學(xué)中,教學(xué)環(huán)境多樣化、復(fù)雜化的問(wèn)題,還能夠在多室合一功能應(yīng)用中,實(shí)現(xiàn)各種課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的虛擬化仿真。云桌面式的虛擬化教學(xué)環(huán)境應(yīng)用,進(jìn)一步拓寬了課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的空間,既可以滿(mǎn)足新(高)版本環(huán)境的使用,也可以適應(yīng)舊(低)版本環(huán)境的使用需要。結(jié)合了開(kāi)放云存儲(chǔ)等功能的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái),還可以為語(yǔ)言教學(xué)之外的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程,提供全方位的多功能服務(wù)支持。

    圖1 實(shí)例:數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖

    校區(qū)云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用了校園網(wǎng)絡(luò)條件,通過(guò)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心來(lái)構(gòu)建、部署和管理各種課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的虛擬化仿真應(yīng)用。云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用混合云結(jié)構(gòu),根據(jù)不同課程使用的實(shí)際情況和具體要求,可選用私有云方式,或者公有云方式來(lái)應(yīng)用,以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外不同教學(xué)環(huán)境的使用需要?;旌显七€可以是多種云服務(wù)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用,既可以使用云晫?zhuān)╒inzor)云服務(wù)、也可以使用VMware云等其他云服務(wù),以滿(mǎn)足各種課程教學(xué)環(huán)境仿真兼容性的使用需要。

    我們使用的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的云晫?zhuān)╒inzor)云服務(wù)系統(tǒng)為主,其他云服務(wù)系統(tǒng)為輔,不僅能滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)類(lèi)課程教學(xué)應(yīng)用,還能適應(yīng)多媒體類(lèi)課程仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境應(yīng)用。云晫?zhuān)╒inzor)云服務(wù)系統(tǒng)主要功能包括:能夠按照課程表進(jìn)行云桌面資源池建立和任務(wù)調(diào)度;云桌面(含課程、固定2種桌面)的快照制作;課室、課程的一鍵式部署和線性擴(kuò)容;多平臺(tái)終端支持和管理;云數(shù)據(jù)中心運(yùn)行監(jiān)控;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份等云應(yīng)用服務(wù)的教學(xué)功能。

    圖2 云晫?zhuān)╒inzor)云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的管理系統(tǒng)

    3 云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的課程教學(xué)應(yīng)用

    云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室教學(xué)應(yīng)用,一方面是在外語(yǔ)課程上的課堂教學(xué)使用,新建系統(tǒng)環(huán)境,不僅能夠直接開(kāi)展多媒體情境化的語(yǔ)言教學(xué),還能夠通過(guò)云桌面的虛擬化仿真環(huán)境,滿(mǎn)足各種特定環(huán)境下的外語(yǔ)課程教學(xué)使用,如解決Office2003低版本PPT電子教案在高版本環(huán)境下不能播放鏈接視音頻等問(wèn)題;另一方面是在外語(yǔ)課程之外,其他課程上的課堂教學(xué)應(yīng)用,可利用云實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在教師端和學(xué)生端的云端,進(jìn)行各種課程教學(xué)環(huán)境的虛擬化仿真。云終端的建立,只需要在通用計(jì)算機(jī)上復(fù)制云客戶(hù)端軟件包,并運(yùn)行啟動(dòng)即可?;蛘撸部梢圆捎迷茷g覽器端訪問(wèn)方式來(lái)使用。

    此外,我們還進(jìn)一步開(kāi)展了外語(yǔ)課程外的示范性課程教學(xué)改革實(shí)踐。通過(guò)選擇數(shù)字媒體技術(shù)類(lèi)的《電子音樂(lè)合成技術(shù)與應(yīng)用》課程和程序設(shè)計(jì)類(lèi)的《ASP.NET動(dòng)態(tài)網(wǎng)站開(kāi)發(fā)實(shí)踐》課程,作為典型課程案例,進(jìn)行了云環(huán)境下的示范性課程教學(xué)改革具體實(shí)踐。利用大學(xué)城校區(qū)的云實(shí)驗(yàn)平臺(tái),把這2門(mén)課程的教學(xué)環(huán)境,不僅部署到云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室中,進(jìn)行課堂教學(xué)使用,而且還以云課程桌面的形式,把課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境推送到實(shí)驗(yàn)室之外,供學(xué)生課外自行建立云端共享使用。這樣可使課程學(xué)習(xí)的學(xué)生,能夠在校園內(nèi),隨時(shí)、隨地進(jìn)行課程的自主學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn),保證學(xué)生在課外的實(shí)踐環(huán)境與課堂教學(xué)環(huán)境一致。結(jié)合課程教學(xué)需要,還可以使用云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的云存儲(chǔ)功能,為學(xué)生配置一定容量的云存儲(chǔ)空間(一般為8G),以方便學(xué)生能夠把課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的工程文件、臨時(shí)文件和數(shù)據(jù)保存起來(lái),日后繼續(xù)進(jìn)行修改編輯使用。

    利用校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,通過(guò)開(kāi)放式混合云的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用,課程任課教師還能夠在異地的各校區(qū),使用課程的云固定桌面和管理系統(tǒng),進(jìn)行課程教學(xué)環(huán)境的自行搭建、部署和管理。并把部署好的課程教學(xué)環(huán)境,以云課程桌面方式,推送到校區(qū)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的云端使用。這樣,將極大地方便了教師進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì),以及對(duì)教學(xué)資源整合。課程云桌面資源的控制開(kāi)放,主要根據(jù)課程教學(xué)進(jìn)度和課程表安排,由云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置和調(diào)度,并集中管理。課程教學(xué)時(shí)間以外,不需要使用的云桌面資源,將由云管理系統(tǒng)控制統(tǒng)一回收,以減少不必要的云服務(wù)資源開(kāi)銷(xiāo)。

    4 多功能實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建和應(yīng)用中,幾個(gè)值得注意的問(wèn)題

    在云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和應(yīng)用中,結(jié)合我們對(duì)課程教學(xué)改革具體實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì),我們認(rèn)為云環(huán)境下的多功能實(shí)驗(yàn)室具有其自身特點(diǎn),在實(shí)際教學(xué)使用過(guò)程中,應(yīng)在以下幾個(gè)方面上引起關(guān)注和重視。

    4.1 虛擬化技術(shù)應(yīng)用能滿(mǎn)足多環(huán)境課程教學(xué)的需要,集中控制管理方便靈活

    雖然新建系統(tǒng)使用了新版本的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件,能滿(mǎn)足大部分課程教學(xué)環(huán)境的使用需要,但并不能覆蓋所有教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用。在實(shí)際使用中,總會(huì)有一些課程教學(xué)環(huán)境無(wú)法適用,所以,云環(huán)境下虛擬桌面應(yīng)用能夠很好地滿(mǎn)足外語(yǔ)課程各種教學(xué)環(huán)境的使用需要,同時(shí)還能滿(mǎn)足外語(yǔ)課程之外,其他課程的多樣化教學(xué)環(huán)境使用需要。且云部署的教學(xué)環(huán)境,自行搭建,動(dòng)態(tài)管理,集中維護(hù),非常靈活方便。

    4.2 開(kāi)放式混合云的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能更好適應(yīng)多校區(qū)、多環(huán)境下的應(yīng)用

    開(kāi)放式混合云的實(shí)驗(yàn)大平臺(tái),不僅能夠把教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)境推送到實(shí)驗(yàn)室云端上使用,而且還能夠在課余之時(shí),推送到實(shí)驗(yàn)室以外的校內(nèi)云端上使用,甚至在異地的校內(nèi)移動(dòng)云端上使用。結(jié)合云盤(pán)功能等云服務(wù)應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用效果更佳。至于云實(shí)驗(yàn)大平臺(tái)的構(gòu)建和使用,資源的分配和管理,這是一個(gè)云應(yīng)用的策略和規(guī)劃問(wèn)題,還涉及到云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)搭建、設(shè)備配置、成本投入和使用授權(quán)等問(wèn)題。

    4.3 虛擬化技術(shù)的 VDI和 VOI應(yīng)用,為實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)境部署帶來(lái)更大的方便性和靈活性

    根據(jù)不同課程教學(xué)環(huán)境的運(yùn)行使用需要,可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)選用VDI或VOI方式來(lái)部署各種不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。對(duì)于多媒體技術(shù)類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境,更適合使用VOI方式推送環(huán)境到強(qiáng)壯終端,然后利用本地終端資源來(lái)計(jì)算及處理圖形密集型應(yīng)用,如音視頻、大型設(shè)計(jì)及工業(yè)軟件等,還可支持各類(lèi)計(jì)算機(jī)外部輔助設(shè)備應(yīng)用。這將大大降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴(lài)性,即使網(wǎng)絡(luò)中斷或服務(wù)器宕機(jī),終端仍可繼續(xù)工作。數(shù)據(jù)可采用集中云存儲(chǔ),也可使用終端本地存儲(chǔ),且終端應(yīng)用數(shù)據(jù)不會(huì)因網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)端故障而丟失。

    4.4 云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用與課程教學(xué)網(wǎng)站有機(jī)結(jié)合,有利于提高課程教學(xué)質(zhì)量和效果

    在課程教學(xué)過(guò)程中,特別是實(shí)踐性課程的教學(xué)上,把云實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用與課程教學(xué)網(wǎng)站使用有機(jī)整合起來(lái),將有利于學(xué)生隨時(shí)、隨地進(jìn)行開(kāi)放式自主學(xué)習(xí)。利用云課程桌面推送的虛擬化教學(xué)環(huán)境,更好地保證了教學(xué)環(huán)境使用的一致性,尤其是學(xué)生在課堂以外開(kāi)展課程實(shí)踐所需要獲得的教學(xué)環(huán)境。云存儲(chǔ)等云服務(wù)功能應(yīng)用,也方便了學(xué)生把課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的文件和數(shù)據(jù)保存起來(lái),為課程教學(xué)實(shí)踐帶來(lái)了便利??傮w上,云服務(wù)應(yīng)用對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量和效果的提高,起到了積極的作用。

    5 結(jié)語(yǔ)

    云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn),乃是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與數(shù)字媒體技術(shù)有機(jī)結(jié)合的必然產(chǎn)物,也將是未來(lái)數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室向多功能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)改造的一個(gè)發(fā)展方向。通過(guò)云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用,能夠在數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室中,更好地實(shí)現(xiàn)多室合一功能。把數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室教學(xué)功能融入到多室合一的實(shí)驗(yàn)室功能中,這是一種構(gòu)建多功能實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的最佳技術(shù)解決方案。雖然,我們?cè)谛乱淮珨?shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室建設(shè)改造中積累了不少經(jīng)驗(yàn),對(duì)特色實(shí)踐性課程教學(xué)改革也有一定基礎(chǔ),但由于受市場(chǎng)發(fā)展和個(gè)人能力的局限性,同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的突飛猛進(jìn),使我們?nèi)匀淮嬖谟泻芏辔茨苌孀愕牡胤?,還有許多不盡人意之處。隨著云環(huán)境全數(shù)字語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室發(fā)展,其應(yīng)用越來(lái)越普及,這方面的研究和應(yīng)用將變得更加深入和成熟。

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    [2]李永平.基于通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)基礎(chǔ)的外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究與實(shí)踐[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專(zhuān)業(yè)版),2017.5:15-19.

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    Construction and Application of MultifunctionalLaboratory Based on Hybrid Cloud

    HUANG Jin1,HUANG Yuan2,NIE Lin1
    (1.Public Experimental Teaching Center,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510006;2.Faculty ofEngineering ofChinese University ofHongkong)

    In the process ofdigitaltransformation ofthe traditionallanguage labs,uses the cloud technology to build a new generation ofcloud environment full digital language laboratory,realizes multi-lab function integration.Through an open cloud experiment platform application,can notonly in a cloud environmenton the digitallanguage laboratory to carry outallkinds ofsituation oflanguage teaching,butalso the virtualization simulation multi-style experimentalteaching environment,further expanding the experimentteaching oflaboratory multifunctionalapplication space.

    Cloud Technology;DigitalLanguage Laboratory;VirtualSimulation;Multi-Lab Integration

    2016年中山大學(xué)教學(xué)改革研究基金資助項(xiàng)目(No.68000-18822604)

    1007-1423(2017)30-0023-04

    10.3969/j.issn.1007-1423.2017.30.005

    2017-09-29

    2017-10-15

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